При содержании в тонкоизмельченных концентратах 75-80% частиц < 50мкм материал подвергается окомкованию. Машины, в которых окатывается шихта, назы­ваются окомкователями или грануляторами.

По конструкции наибольшее применение находят барабанные и чашевые грану­ляторы.

Барабанные окомкователи по своему устройству сходны с барабанными смесите­лями. На рис. 1.58 показан барабанный окомкователь. Он состоит из цилиндрического корпуса 3, составленного из нескольких секций, сболченных по фланцам. Бандажи 5, по которым барабан установлен на опорных роликах 12, обычно отливаются совмест­но с секцией. Барабан устанавливается под углом 1-9° и для его фиксации опорный узел 9 снабжен упорными роликами. Торцевая крышка со стороны загрузочного отверстия имеет уплотнение Ц для предотвращения выброса пыли. Выход готовых окатышей производится в загрузочную камеру 6 и из нее на транспортер 8. Перед выходным отверстием загрузочный конец барабана делают в виде раструба с щелями, служащими для грохочения.

Привод 11 барабанного окомкователя расположен на отдельной раме 10 и состоит из электродвигателя (обычно постоянного тока), редукторов, ведущей шестерни и зубчатого венца 4, жестко закрепленного к корпусу барабана. Шестерня и венец закрыты герметичным кожухом. Для крупных барабанов зубчатый венец изготов­ляют из двух половин, центрируемых с помощью штифтов. При работе на липких материалах для очистки внутренней поверхности барабана в небольших по разме­ру конструкциях устанавливают стационарные ножи, в крупных конструкциях — специальные скребковые устройства 15, состоящие из балок 2, установленных на качающихся опорах 1. В качестве привода балок применяется кривошипно-шатунный механизм 7.

Для получения окатышей требуемой прочности и плотности в смеситель через специальные форсунки и увлажнительные устройства 13 вводят воду и связующие материалы: бентонит, известковое молоко, водный раствор сульфитно-спиртовой барды и т. п. в зависимости от концентрата. В отличие от барабанных смесителей рабочие поверхности окомкователей делают бугорчатыми, шероховатыми. Такие поверхности способствуют созданию режима перекатывания и выдаче более одно­родных окатышей. После выхода из разгрузочной камеры окатыши направляют на сушку, после которой осуществляется грохочение. Мелочь, недокатанные гранулы, отсеянные после окатывания и сушки возвращаются вторично в окомкователь для переработки.

Число оборотов барабана при перекатном или каскадном режимах работы, как это показано ранее, составляет п — 5, b/y/R, где R — внутренний радиус барабана. При этом степень заполнения барабана не превышает ip = 0,1 4- 0,18 и время пребывания
шихты в барабане составляет 2-4 мин. Сравнение расчетных данных по частоте оборотов с реальными характеристиками показывает, что расчетная зависимость справедлива для вычисления нижней границы используемых скоростей. Верхнюю границу скоростей подбирают опытным путем, обычно она находится в пределах п = 12//П. Увеличение скорости свыше верхнего предела приводит к разрушению окатышей, уменьшение ниже нижнего предела приводит к тому, что материал бу­дет просто соскальзывать со стенок барабана без перекатывания. Для отыскания наивыгоднейшего режима работы привод современных машин оборудован электро­двигателем постоянного тока с бесступенчатым регулированием числа оборотов. Для устойчивости процесса перекатывания большое значение имеет форма скребков.

Эксплуатационные опробования раз­ных профилей скребков показали, что при пилообразном профиле на внутренней по­верхности гарнисажа обрадуются многоко­нусные переходы, что значительно улуч­шает режим окатывания — повышает путь окатывания, время пребыванию окатышей в барабане и их качество.

Чашевой окомкователь показан на рис. 1.59. Он состоит из чаши 3, вал кото­рой закреплен в опорах качения. Верхнюю опору составляет двухрамный самоуста- навливающийся роликоподшипник, ниж­нюю 8 — подшипник с коническими роли­ками. Для регулирования положения чаши вокруг опорной стойки на угол 35-60° к го­ризонту предусмотрена шарнирная опора 5 и механизм наклона 7 с механическим или гидравлическим приводом.

Привод механизма вращения состоит из электродвигателя 9, обычно постоянного тока, редуктора 10, ведущей шестерни 11 и зубчатого венца 4, прифланцованного к днищу 12 чаши.

Для очистки днища и бортов чаши окомкователь снабжен регулируемыми по отношению к чаше скребками 1. Выход годных окатышей производится через раз­грузочный лоток 2. Годные окатыши направляются на дальнейшую переработку на сушку и обжиг. Негодные окатыши не могут переваливаться через борт чаши и оста­ются на поверхности материала до достижения определенной формы и размеров.

Разгружается материал через воронку в чашу. При вращении чаши частицы материала под действием сил трения поднимаются вместе с дном чаши до тех пор, пока сила тяжести не будет больше поднимающих частицу сил. Затем частицы ска­тываются по увлажненному материалу и, как снежный ком, окомковываются за счет нижележащих частиц материала. Данные комки с увеличенной массой приобретают увеличивающуюся скорость и вновь вовлекаются в подъем по днищу гранулятора до очередного срыва и перекатывания вниз. Такой процесс повторяется, пока гранула не набирает определенный размер и форму. Высота в борте чаши выполняет роль классификационного порога. Годные по размеру окатыши переваливаются через борт чаши и попадают сначала в периферический желоб, где на окатыши накатывается

измельченное топливо, после чего через разгрузочный лоток окатыши поступают в следующие переделы.

Конструкция чашевого окомкователя автоматически регулирует выход годного, поэтому чашевые окомкователи позволяют получать окатыши в строго выдержанных параметрах с малым количеством возврата на переработку. В зависимости от свойств материала и размера получаемых окатышей устанавливаются угол наклона, высота борта и частота вращения чаши.

Увеличение производительности чашевого окомкователя можно обеспечить по­вышением частоты вращения и скорости. Однако вследствие того, что скорость чаши определяет перекатный режим работы, в широких пределах скорость изменять нельзя. Увеличение производительности пропорционально диаметру чаши. Имеются грануляторы с диаметром чаши до 7,8 м. Но увеличение диаметра приводит во - первых, к увеличению перепада высот скатывания частиц, что увеличивает вероят­ность разрушения еще непрочных комков, во-вторых, из-за консольного положения чаши повышаются вибрации, которые сказываются не только на качестве окатышей, но и на надежности самой машины и несущих конструкций.

Теория технологических параметров чашевого окомкователя, разработанная С. Б. Базилевичем [1], устанавливает следующую их связь (рис. 1.59):

sin (а — ф)/совф — к ■ n3D,

где а — угол наклона днища чаши к горизонту, изменяется в пределах 35-60°, [1]; Ф — угол естественного откоса тонкоизмельченной неокомкованной шихты, ф = 30 — 40°, [1]; D — внутренний диаметр чаши, м; к — 0,56 • 10_3 — постоянная безразмерная величина, зависящая от состава шихты, для концентрата со средней способностью к окомкованию.

Так, при использовании чашевых окомкователеи с диаметром чаши d = 5,5 м при угле наклона а — 50° и скатывании концентрата с ф = 40°, расчетная частота враще­ния п = 8,7 об/мин. Для данной машины частота вращения установлена в интервале 6,0-9,0 об/мин и позволяет установить расчетное число оборотов.

Производительность чашевого окомкователя зависит от диаметра чаши, частоты вращения, высоты борта, угла наклона чаши и естественного угла откоса, насыпной массы шихты и т. д. Анализ опытных данных позволяет установить эмпирическую зависимость производительности чашевого окомкователя, т/ч:

Q — Dnxp sin (а — ф)/к3,

где h — высоты борта, м; р — насыпная масса, т/м3.

При сравнении с барабанными чашевые окомкователи отличает повышенная про­изводительность с единицы площади. Так как процесс гранулирования начинается с нижней части борта окомкователя, то повышение увлажненности шихты резко снижает производительность гранулятора и требует предварительной дозировки шихты и воды.

При расчете прочности чашевого окомкователя следует учитывать, что наиболее нагруженной деталью является его консольно нагруженный вал. На консольной части действует нагрузка, вызванная силой тяжести от массы чаши т і и цикли­чески изменяющейся силой от неуравновешенной массы шихты тг - Прогиб консоли, вызванный этими нагрузками

у — (—mi у)6 + mg5 + m-iuP'Rd sin ut,

где и) = 7гп/30 — угловая скорость чаши; R — расстояние от центра тяжести шихты до оси вала, м; 6 = 12(1/ J-і + h/J2)/(ЗЕ) — податливость консоли; /j — расстояние между опорами вала с диаметром (1; /2 — длина консоли диаметром г/2; = 7Гdf /64

и J2 = леї2/64 — момент инерции сечений вала и консоли.

Решение дифференциального уравнения определяет прогиб вала. Вторая произ­водная позволяет определить инерционную нагрузку и коэффициент динамичности

Кднн ■

Для реальных соотношений параметров чашевого окомкователя = 2.

В этом случае напряжение изгиба для консольного участка вала

(Тиз = 200ті/2/^2 < [с].

Вал чашевого окомкователя изготовляется из конструкционных сталей 45Х, 40Х, для которых [а] — 85 4-100 МПа.

Корпус чаши окомкователя подвержен действию больших циклических нагрузок. Выше уже приводился расчет днища тарельчатого питателя. Для чашевого окомко­вателя можно им воспользоваться, увеличивая полученные результаты напряжений на величину максимального коэффициента динамичности.

Расчет борта окомкователя проводится по теории цилиндрических оболочек с дни­щем для определения осевых az, тангенциальных Oq и касательных напряжений т, МПа, по формулам

= 3р/62Р2, aQ = 3рц/62(32 и т = 1,5р/(5/3,

где р = 1 figm/(Dh sin 7) — наибольшая интенсивность загрузки, МПа, на борт высотой h; т — масса асимметричной нагрузки; 6 — толщина стенки борта, м; /3 = = ^/12(1 — p2)/62D2 — параметр оболочек, 1/м; р = 0,3 — параметр Пуассона.

По энергетической теории прочности эквивалентное напряжение

<тэкв = ЗрКдин V(1 4- /32<52 + р2) /р262 < [а] ж 60 ч - 90 МПа.