Для дробления твердых веществ на стадии подготовки сырья используют шнековые и ножевые дробилки, а на стадии размола сухих гранул — валковые и молотковые. Ниже рассмотрены спе­цифические условия выбора и эксплуатации основного дробиль­ного оборудования.

Валковые дробилки измельчают раздавливанием. Они со­стоят из двух или трех вращающихся гладких или рифленых

РИС. 6-10. Трехзонный пневмоклассификатор с жалюзийными вставками:

1 — корпус; 2 ~ вертикальные перегородки;

3 — зигзагообразные перегородки; 4 — штанги; 5 — вибратор; 6 — газораспределительная решетка; /—III — зоны классификации

валков с регулируемым зазором между ними. Очистка валков производится либо непрерывно ножами, либо периодически из­менением зазора. Преимущест­вом такого типа дробилок явля­ется надежность работы, воз­можность получения продукта с малым выходом переизмель- ченной фракции. Их применяют в многоретурных схемах полу­чения малоадгезионных продуктов (аммофоса, нитроаммофос­ки). К их недостаткам следует отнести металлоемкость, низкук> удельную производительность, невысокую степень измельчения, образование плоских зерен. Принимая также во внимание, что техническая эффективность валковых дробилок в 1,5—2 раза меньше, чем у дробилок ударного действия, в производстве ми­неральных удобрений предпочтение следует отдать последним.

Их конструкции представляют собой вращающийся вал с подвижными (молотковые) или неподвижными (роторные) би­лами, размещенный в корпусе вместе с отбойными плитами или колосниковой решеткой. Дробилки различают по конфигурации лопастей ротора, расположению и способу очистки отбойной поверхности.

От формы лопаток зависит их износ, эффект измельчения материала и пробег между чистками. Для получения преиму­щественно фракций менее 1 мм рекомендуют применять за­гнутые вперед лопатки, а для максимального выхода фракций 1—4 мм — загнутые назад. При дроблении липнущих материа­лов допатка должна быть радиальной для лучшей самоочистки. Для неадгезионных материалов с целью уменьшения износа применяют самофутерующиеся лопатки, на которые налипает слой материала, предохраняющий лопатку от истирания. Уменьшение числа бил в определенных пределах не влияет на степень дробления, но значительно понижает расход энергии [266].

Более подробно конструкции дробилок для традиционных материалов: строительной, топливной, химической промышленности описаны в ряде работ [245, 267—270]. Специфика минеральных удобрений заключается в химической: агрессивности, склонности к налипанию, узком диапазоне товарных фракций. Дробилки для них обычно не имеют колосниковой решетки, но снабжены от­бойными плитами, на которые налипает материал, что приводит к смягчению
удара, понижению эффективности дробления и, в конечном итоге, к зараста­нию размольной камеры.

Для устранения этого явления в качестве отбойной поверхности исполь­зуют вращающийся барабан с очистным ножом. Однако измельчение частиц при ударе о неплоскую поверхность менее эффективно. Предложено [271] от­ражательные элементы выполнять в виде прямоугольных брусков, проворачи­вающихся около неподвижного скребка, прижатого пружиной к очищаемой по­верхности. Такое устройство не обеспечивает полного перекрытия камеры, что приводит к ее зарастанию. В этом смысле более совершенны конструкции пло­ских подвижных отбойных поверхностей в виде непрерывной или состоящей из отдельных пластин ленты >[272, 273].

Очистка отбойной поверхности ножом не всегда эффективна и надежна из - за высокой адгезии минеральных удобрений к металлам, в особенности к уда­ропрочным. В то же время вибрация поверхности приводит к размягчению при­лежащего к ней слоя минеральных удобрений, что упрощает очистку, в осо­бенности от свеженалипшего материала. Этот принцип использован в дробилке, описанной в работе [274]. Наибольший эффект достигнут в дробилке [275], вибрирующая отбойная поверхность которой выполнена в виде вертикальных пластин, перекрывающих друг друга, в результате чего не происходит на­слаивания стекающего материала и забивки камеры, а плоская поверхность постоянно самоочищается [275]. Такие машины рекомендуются для влажных и адгезионных материалов, в особенности обладающих тиксотропными свой­ствами.

Эти материалы исследовались на примере фосфогипса, склонного к умень­шению вязкости при механическом воздействии. Этот процесс начинается с перераспределения жидкой фазы и выхода ее на поверхность частиц, что спо­собствует адгезии, комкованию и усложнению дальнейшей переработки. Иссле­дованы условия, при которых в дробилке на поверхности материала может по­являться влага. Эксперимент проводился на маятниковом копре при изменении площади и толщины навески, силы и интенсивности удара [276].

Основным параметром, влияющим на выделение влаги на поверхность частиц, является энергия, введенная в образец. Минимальная энергия, необхо­димая для появления влаги на поверхности материала и названная энергией влаговыделения, зависит от физико-химических свойств материала. Механизм влаговыделения, очевидно, обусловлен уплотнением внутренней структуры и способен проявлять себя при любом механическом воздействии, интенсивность которого достаточна для уплотнения, что подтверждается также данными ра­боты [277].

Введение в образец энергии вибрацией или ударом приводит к уплотнению фосфогипса и выделению на его поверхности влаги при совершении примерно одинаковой работы. Величина удельной работы, т. е. вводимой энергии, отне­сенной к единице массы образца, видна из рис. 6-11. Удельная работа влаго­выделения зависит от свойств продукта и толщины образца (при постоянной поверхности контакта толщина образца характеризуется соотношением масс ударного органа и образца). С увеличением толщины образца все большая часть энергии удара расходуется на упругие деформации, следовательно, с увеличением крупности дробимого материала при прочих равных условиях влага выделяется медленнее, а его адгезионная способность уменьшается.

Интенсивность введения механической энергии в фосфогипс влияет на ско­рость выделения влаги. Как видно из рис. 6-12, она возрастает с увеличением мощности ударной нагрузки. Однако при мощности свыше 30 Вт скорость дви­жения влаги становится постоянной, а ее величина зависит от свойств мате­риала, обусловленных в данном случае его влагосодержанием. Таким образом, увеличивая интенсивность воздействия, можно регулировать скорость появле­ния влаги на поверхности частиц.

В то же время энергия влаговыделения не зависит от интенсивности воз­действия по крайней мере в диапазоне, представляющем интерес для промыш­ленной переработки фосфогипса. При значительном интервале между повтор­ными механическими воздействиями (свыше 5—10 ч) наблюдается изменение
свойств материала, связанное с диффузией влаги в глубь образца, и суммар­ная энергия влаговыделения возрастает (рис. 6-13). Однако измененная струк­тура материала частично сохраняется в течение нескольких суток, а энергия влаговыделения остается меньше исходной.

Наличие эффекта замедления восстановления структуры фосфогипса при механическом воздействии следует учитывать при разработке технологии его переработки, поскольку без учета введенной энергии на предыдущих стадиях нельзя правильно прогнозировать свойства материала на последующих стадиях переработки. Так, механическое транспортирование, грохочение, перевалки за­трудняют последующее дробление фосфогипса из-за появления влаги на по­верхности кусков и увеличения их адгезии. При влагосодержании фосфогипса свыше 0,43 уже через 10 с дробления на его поверхности появляется влага и начинается образование комков. С увеличением времени пребывания ком­кование возрастает и степень дробления уменьшается (рис. 6-14).

Полученные данные позволяют выбрать режим работы дро­билки применительно к продукту с заданными свойствами. Задаваясь энергией удара, необходимой для нужной степени дробления, и, сопоставляя ее с энергией влаговыделения и мак­симальной скоростью движения влаги « поверхности материа­ла, можно определить время пребывания его в дробилке, т. е. производительность машины конкретных размеров.

Влага на поверхности частиц при контакте с рабочими ор­ганами дробилки, неподвижными относительно прилипшей час­тицы, способствует усилению адгезии, понижает надежность работы машины. При непрерывной вибрации поверхности (на­пример, отбойных плит дробилки) влага, напротив, способству­ет движению материала и очистке от него рабочих органов дробилки. Однако, как показывает практика промышленной эксплуатации, наиболее действенным методом повышения эф­фективности дробилок является не столько совершенствование

РИС. 6-11. Зависимость удельной работы влаговыделения А от приведенной массы ударного элемента т при различной влажности образца w

РИС. 6-12. Зависимость скорости выхода влаги v на поверхность фосфогипса от интенсивности введения в образец энергии (мощность N) при различной его влажности w

РИС. 6-14. Зависимость степени дробления фосфогипса і от времени пребывания в щековой дробилке т при различной влажности образца w способов очистки, сколько предотвращение налипания путем выбора режима дробления с учетом свойств удобрения.

Решающий фактор, влияющий на степень дробления, — сила удара, т. е. окружная скорость ротора. В материале при его измельчении могут независимо развиваться упругая и пласти­ческая деформации. В большинстве случаев из-за малого вре­мени приложения нагрузки пластические деформации не раз­виваются до заметных величин, и разрушение является хруп­ким.

Энергия разрушения твердого тела, по мнению многих ис­следователей, представляет собой сумму работ, затрачиваемых на его деформацию и образование новых поверхностей. Распре­деление энергий зависит от свойств материала и способа его из­мельчения.

Если считать, что энергия разрушения пропорциональна объему, то ско­рость разрушающего удара (о) не зависит от размера куска [278], т. е.

ц=У 2а/р, (6.12)

где а — постоянная, зависящая от свойств материала; р — плотность мате­риала.

Если принять энергию разрушения пропорциональной вновь обнаженной поверхности Fbob, то теоретически .[246, 278] и экспериментально [279] дока­зано, что do2=const, где d — размер дробимого куска. Следовательно, скорость разрушающего удара зависит от размера частиц.

В технологии минеральных удобрений, как показано в работе [266], раз­рушение происходит при одно-двухкратном ударе, т. е. удельный расход энер­гии на измельчение не меняется, а вновь образованная поверхность может

И^разр—AF Н1

где Л — постоянная для данного материала удельная энергия разрушения.

Считая, что кусок раздроблен на равные по размеру dK части или на не­равные части с эквивалентным диаметром d9=dx, получим

d3po2=Z(n„dx2 — d2), (6.14) -

где ля — число вновь образованных частиц.

Поскольку d=dK3l/nH, то

d3pv2=A пн{й/У1Гку - d2]. (6.15) '

Зная, что лн=і3, окончательно имеем

dpo2=^4(i—1). (6.16) 1

Удельная энергия разрушения равна произведению напряжения разруше - |

ния о на деформацию образца б, которая характеризуется свойствами ма - j териала.

Прочность гранул (а, МПа) зависит от их размера, что может быть объяс - і нено уменьшением числа внутренних дефектов Г280]. Зависимость имеет вид 1 (рис. 6-15): І

a=kd~m, (6.17) ;

і

= 1 —10 мм для некоторых продуктов приведены ниже:

Продукт *, кг*мт-1/с2 т

Нитроаммофоска 0,027 0,92

Двойной суперфосфат 0,013 0,97

Суперфосфат 0,0052 0,90

Учитывая формулу (6.17), получим

o2=6o(i — l)/(pd)=kb{i— l)/(pdm+1). (6.18)

Деформацию разрушения можно выразить через напряжение разрушения и модуль упругости Е: 6 —вй/Е, тогда величина скорости разрушающего удара определится из выражения

„2=о2(і—1)/(£р) (6.19)

или

v*=k*(i—l)/(Epd2m). (6.20)

Уравнение (6.20) пригодно для расчета условий дробления материала с постоянными свойствами. Поскольку прочность и другие физические свойства минеральных удобрений существенно зависят от влагосодержания, то для та­ких продуктов с учетом этих особенностей уравнение (6.19) преобразуем сле­дующим образом:

t>2=/c(i_ l)l(Epd*mU**), (6.21)

где U — влагосодержание гранул; Тс, п — коэффициенты в эмпирическом уравне­нии (при о в МПа и d в м);

о= V~kU-nd-m. (6.22)

няется и ее структура. Более мелкие гранулы прочнее, так как поверхность контакта между мелкими частицами больше. В крупных гранулах определяющей является минимальная прочность связи между агломератами. При приложении удар­ной нагрузки к крупной грануле ее разрушение происходит преимущественно по местам контактов агломератов. Отсюда уменьшение относительной деформации разрушения. По мере уменьшения размера гранулы ее связи между частицами стано­вятся более равнопрочными, а гранулы более устойчивы к из­менению формы. В результате происходит увеличение модуля упругости с уменьшением размера гранул со структурой такого типа и увеличение степени измельчения с ростом предела проч­ности материала.

При гранулировании методом нанесения пленок, например, в АГ или БГС гранулы имеют однородную структуру и харак­тер разрушения не зависит от размера гранул, т. е. £ постоян­но. Поэтому для гранул «слоистого» типа с увеличением раз­рушающего напряжения степень измельчения падает. Для продуктов с модулями упругости 500—800 МПа зависимость i=f(a) лежит ниже аналогичной кривой для £=1100— —1400 МПа.

Методика расчета режима дробления заключается в опре­делении констант Е, т и k для данного продукта, с помощью которых рассчитывается необходимая для заданных і и d ско­рость ротора дробилки независимо от ее конструкции.

Следует учесть, что вывод формул (6.18) — (6.21) дан для взаимодействия единичной гранулы с ротором, имеющим мас­су значительно большую, чем у частицы. В стесненном потоке неизбежны дополнительные удары частиц друг о друга и от­бойную поверхность, а также повторное попадание под удар ротора. Следовательно, уравнения (6.18) — (6.21_) должны •быть дополнены эмпирической зависимостью i=f(Q) для кон­кретной конструкции дробилки.

Исследовалось влияние различных параметров процесса дробления на гранулометрический состав продукта. Типичные зависимости і от Q, полученные на лабораторных, стендовых и промышленных машинах ударного действия (рис. 6-16), пока­зывают, что характер изменения гранулометрического состава раздробленного материала одинаков для всех удобрений, а именно при возрастании нагрузки степень дробления умень­шается незначительно, до определенного предела. Зависимость описывается уравнением

i=h(6.23)

где й — степень дробления единичной гранулы при прочих равных условиях; z — эмпирический коэффициент, характеризующий конструктивные особенно­сти дробилки.

			Тип грохота
Показатель	А Є Z3 > U «& * t?	«С. Chapman» (Великобри­тания)	ГУП-1	ГУП-2	ГИЛ-52 1	«Неппіоп» (Франция)	1 «Ргорап Ferfi - liesere» (Великобри­тания)
Площадь сита, м2	4,5	6,5	3	5	7,8	9	5,6
Число сит	2	1	2	2	2	2	1
Мощность приво­да, кВт Энергозатраты, Вт-ч/кг	1,6X12	9	4	8	10	12	6
0,77	0,33	0,44	0,53	0,43	0,44	0,36
Угол наклона сит,	30	36	20	20	15	15	18
град Частота колеба­ний, мин-1 Амплитуда коле­баний, мм	3000	1500	1400	900	1450	1450	960
	0,3	2	to I СО	2	2	2
Нагрузка на гро­хот, кг/(м2-ч)	5500	4200	3000	3000	3000	3000	3000
* Эффективность отделения товарных фракций минеральных удобрений	по границе
1 мм для грохотов первых двух типов (с электромагнитным приводом) находится в пре­делах 0,70—0,75, для остальных (инерционного типа)—0,80—0,85.

Экспериментально получено, что для применяемых в про­мышленности молотковых дробилок с отбойной поверхностью и_ внутренней геометрией размольной камеры типа СМ-431 при Q = 8—100 кг/(м3-с) и i=l—7 коэффициент z= (1—3) • 10“6.

Зная величину z для дробилки используемой конструкции, а также свойства продукта, характеризуемые прочностью и мо­дулем упругости, по уравнениям (6.21) и (6.23) можно рассчи­тать режим работы дробилки.

Уравнение (6.21) справедливо для монодисперсного состава исходного материала с постоянными физическими свойствами. Для полидисперсного состава с известным распределением по прочности внутри узких монофракций плотность распределения по размерам дробленого продукта p(dK) определяется по урав­нению

p(d*)=flP(d),p(a)], (6.24)

Решая уравнение (6.21) относительно і для различных зна­чений duo, получим распределения по d, суммируя которые пропорционально содержанию монофракций в исходном мате­риале, находим гранулометрический состав дробленого продук­та. Расчет по данной методике дает удовлетворительную сходи­мость с данными, полученными экспериментально для различ­ных удобрений в промышленных условиях. >

Масса, кг

Производительность (паспортная) *, кг/ч

Установочная мощность, кВт Энергозатраты, Вт-ч/кг Диаметр, мм: ротора

отбойного барабана Длина, мм: ротора

отбойного барабана Число молотков Частота вращения, мин-1 ротора

отбойного барабана Степень дробления

* Для адгезионных продуктов реальная производительность и зависящие от нее по­казатели меньше паспортных в 1,5—2 раза.