На металлургических заводах шихту для агломерационных машин перемешивают в лопастных барабанных смесителях и дезинтеграторах.

Лопастные шнековые смесители. изготовляются одно - и двухвальными и пред­назначены для перемешивания мелко размолотых материалов. Двухвальные имеют направленность движения материала в разные стороны — противоточные конструк­ции и в одну сторону — прямоточные. На рис. 1.54 показана схема прямоточного сме­сителя. В коробе 1 в противоположные стороны вращаются два вала 9 с лопастями 8. Валы установлены на подшипниках 7, расположенных за коробом смесителя. Привод одного из валов осуществляется от редуктора 2, второго — через зубчатую передачу 4- Электродвигатель 3 соединен с редуктором через муфту. Загружают материал через воронку 5, разгружают перемешанную шихту через разгрузочное отверстие 10. В тор­це короба в местах выхода валов имеются лабиринтные уплотнения 6 для устранения выхода пыли из короба. Лопасти на валах располагают так, чтобы они образовывали винтовую линию. Угол закрутки лопасти в плане составляет 20-35° к вертикальной оси. Лопасти бывают цельнолитыми и разъемными. При литой конструкции лопасть оканчивается отверстием, куда вворачивается один конец шпильки, проходящей через отверстие в валу. Другой конец шпильки на выходе из вала закрепляется гайкой. В зависимости от состава шихты лопасти изготовляются из серого чугу­на, высокохромистой стали или углеродистой с наплавкой твердыми сплавами на рабочей части лопасти. При сборной конструкции в отверстие вала вставляется резьбовой стержень кронштейна и закрепляется гайкой со стопорным устройством.

К кронштейну прибалчивается сменная кованная или штампованная лопасть. Валы смесителей изготовляются круглого или квадратного сечения. Для длинных валов

применяют трубы, соединенные сваркой с цапфами. Качество перемешивания шихты в лопастном барабане зависит от скорости перемешивания, регулируемой углом на­клона лопасти. При необходимости тщательного перемешивания вместо прямоточной схемы используют противоточную. Для повышения стойкости короба борта и днище футеруют листовой сталью. Производительность двухлопастного смесителя длиной L = 5,0м и с частотой вращения 40об/мин при степени заполнения короба 0,5-0,6 определяется зависимостью (полуэмпирической), т/ч:

q _ 60я-(£>л - dj)Kp 4 cos а ’

где Ол, — диаметры лопастей и вала, м; К — коэффициент возврата массы при перемешивании, К = 0,95; р — насыпная масса, т/м3; а — угол наклона лопаток, 20° < а < 35°.

Мощность привода смесителя пропорциональна его производительности. Для практических целей используют зависимость N и Q, кВт.

Наиболее нагруженными элементами лопастного смесителя являются его вал и лопасть. На лопасть действует скручивающий и изгибающий моменты. Принимая условия равенства перемешивающего действия всех лопастей, определяют крутящий момент в плоскости одной лопасти, Н-м:

где N — мощность электродвигателя смесителя, кВт; п — частота вращения смеси­теля, об/мин; г — число пар лопастей.

Некоторые характеристики лопастных смесителей:

Производительность смесителя, т/ч Размеры шнеков, м:

длина.............................................

диаметр..........................................

Частота вращения шнека, мин-1 ...

Мощность двигателя, кВт.........................

Масса смесителя, т....................................

Принимая расстояние до центра тяжести лопасти /, вычисляются нормальная сила Р = Мкр// cos а и изгибающий момент Миз = Мкр/cosa. Крутящий момент се­чения лопасти Мкр = Pdi/2, где <Д — длина лопасти в плане. Наиболее напряженное место лопасти — ее нижнее сечение с наружным диаметром d, ослабленным резьбой с наружным диаметром dp.

Рабочее напряжение для чугунных лопастей

0,35МИЗ+0,65^М^ + Мк2р] /W > [а],

для стальных лопастей

а ~ J Мю + м%р /W,

где W — момент сопротивления опасного сечения, м3, W = 0,Ы3[1 — (dp/d^)4], [сг] — допускаемое напряжение.

Барабанный смеситель (рис. 1.55) относится к наиболее распространенным маши­нам в агломерационном производстве. Он состоит из цилиндрического барабана 14, два бандажа 2 и 12 которого установлены на роликах 7. Ролики по прессовой посадке сидят на осях, вращающихся в подшипниках качения (реже скольжения) в буксах, закрепленных в раме смесителя. Как правило, угол установки роликов к вертикальной оси составляет 30°. Бандажи к цилиндру крепятся жестко. Иногда под бандажи закладываются кольцевые прокладки для создания равномерной на­грузки на цилиндрический барабан. В передний торец смесителя подается шихта по загрузочной воронке 1. Перемешанная готовая шихта выдается через неподвиж­ную разгрузочную камеру 10 с торцевой стенкой 9 в воронку 11. Для вращения барабана применяется унифицированная конструкция, состоящая из двигателя 18,
редуктора 17, передающего вала 16, открытой ведущей шестерни 6 и зубчатого венца 3. Барабан устанавливается с малым углом наклона к горизонту. Для осевой фиксации барабана с двух сторон бандажа 12 расположены упорные ролики 13, воспринимающие горизонтальные смещающие нагрузки.

- Под влиянием вращения возникающая сила трения между стенками барабана и шихтой, усиленной тангенциальной силой инерции, поднимает материал. Подъем материала длится до тех пор, пока сила тяжести не начнет превышать усилие, прижимающее шихту к барабану. После отрыва от стенок барабана материал по параболической кривой падает на слои, расположенные в нижней части барабана. Многократные подъемы-падения вызывают перемешивание материала. Для повы­шения качества перемешивания на внутренней поверхности барабана закрепляют специальные лотки (лифтеры) или устанавливают лопастной перемешиватель 5, закрепленный на опоре 8 и получающий крутящий момент от промежуточного вала редуктора через торсионный вал 15. Конструкция лопастного вала практически не отличается от подобного вала лопастного смесителя. Направление вращения шнека выбирается в противоположную сторону вращения барабана.

Для увлажнения шихты через стенку 9 при помощи насадок 4 подается вода, разбрызгиваемая внутри барабана.

К конструктивным особенностям барабанного смесителя относится выбор в каче­стве материала бандажей и роликов сталей 25Л, ЗОЛ, 35Л, 40Л и 45Л. В последнее время для бандажей применяют сталь 55Л, для роликов — сталь 45 с обязательной поверхностной закалкой. Для бандажей применяют более углеродистую и более твердую сталь, для роликов — более мягкую. Такой выбор объясняется стремлением увеличить срок службы бандажей, так как ролики ремонтируются и заменяются за сравнительно малый период. В зависимости от ширины бандажа и режима работы барабана ширина опорных роликов выбирается на 20-40мм больше ширины банда­жей. При износе бандажей допускается сдвигать оАбрные буксы роликов на раме ма­шины. После выверки барабана следует жестко зафиксировать положение опорных букс. В качестве материала для барабана цилиндра используется углеродистая сталь СтЗ толщиной 10-20 мм. Быстроизнашиваемые части шнека наваривают твердым сплавом.

Режим работы барабана, как и других подобных машин, может изменяться от кас­кадного к водопадному, характеризуемому отрывом материала от стенок цилиндра.

Эксплуатация смесителей показывает, что более эффективно перемешивание при водопадном режиме. При этом режиме работы материал вначале поднимается по стенке барабана и после отрыва от нее падает на нижележащие слои на некотором расстоянии Д/ от внутренней стенки (рис. 1.56, а). Данное расстояние должно быть таким, чтобы при движении вдоль Д/ материал имел возможность хорошо переме­шиваться. При увеличении скорости барабана участок Д/ исчезает, и барабан пере­ходит в так называемый циклический режим (рис. 1.56,6), при котором осуществ­ляется только подъем материала и его падение без интенсивного перемешивания. Предельной границей, разделяющей циклический и водопадный режимы является переходная скорость щ, равная по В. И. Коротичу

П] = 30/| cos (ip + а)/R,

где ip — угол осыпания сегмента шихты от стенки барабана; а — половина централь­ного угла сегмента; R — радиус барабана, м.

Углы ф и а зависят от физико-механических и гранулометрических свойств шихты. Центральный угол 2а определяется степенью заполнения барабана, для случая смешивания агломерационной шихты принимаемой не более 0,25.

Из зависимости степени заполнения <р — (2а — sin2a)/2n = 0,25 определяется угол а ф. 66°.

Далее установлено, что при водопадном режиме для агломерационной тонкоиз - мельченной шихты угол отрыва материала превышает угол естественного откоса на 5-10°. Так как для агломерационной шихты угол естественного откоса составляет примерно 25-40°, величина ф — 30 - г - 50° или в среднем ф — 40°. Таким образом, суммарный максимальный угол (ф + а) для водопадного режима не превышает 106°, откуда переходная скорость п-[ и 16//Я.

При уменьшении скорости вращения барабана ниже минимальных значений, соответствующих водопадному режиму, барабан работает в режиме переката. При этом режиме материал не отрывается от нижележащих частиц — на участке АО В (рис. 1.56, в) он движется по круговым траекториям совместно с барабаном, затем медленно перекатывается по нижнему слою материала. Перекатному или каскад­ному режиму соответствует степень заполнения ip = 0,1 -і - 0,18 и соответственно из уравнения заполнения угол а ^ 55,5°. Величина угла отвала при перекатном режиме не превышает угла естественного откоса 25-40°, в среднем 33°. Откуда переходная скорость между перекатным и водопадным режимами для агломерационной шихты П2 = 5,5/'/R-

Таким образом диапазон скоростей п барабанного смесителя составляет интервал 5,5//Д < п < 16/у/R.

Для конструкций барабанных смесителей ниже приведены частоты вращения. У смесителя 2,5 х 5 (диаметр х длина, м), частота вращения п = 7,2/y/R — 8 об/мин; у смесителя 2,8 х 6 частота вращения п = 5,5/у[Ш — 6,5 об/мин; у смесителя 3,2 х х 8 Частота вращения п — 5,5//Д = 6,9об/мин; у смесителя 3,2 х 12,5 частота вращения п = 6, 2 / y/R = 7,7об/мин.

Анализ полученных практических значений частот изменения скорости пока­зывает, что скорость вращения серийных барабанных смесителей незначительно превышает нижнюю границу теоретических рекомендуемых значений.

Примерно также работают барабанные смесители с лопастным валом: для сме­сителя 2x4 частота вращения п = Ь/у/И и для смесителя 2,8 х 6 частота п = = (5,0-7,3)/VR. С учетом того, что качество перемешивания в этих барабанных смесителях обеспечивает лопастный вал, очевидно явное снижение скорости враще­ния барабана.

Объясняется это тем, что у барабанных смесителей с зубчатым приводом и опор­ными стальными роликами при вращении барабана возникают сильные вибрацион­ные нагрузки. Причиной их возникновения следует считать удары в зубчатом зацеп­лении из-за периодического осыпания материала, неравномерных износов опорных роликов, бандажей, вызванных эксцентричным расположением материала в бара­бане, неточностями монтажа и изготовления, отклонения от правил нормальной эксплуатации смесителей и многими другими причинами. Появление практически неустранимых при такой конструкции смесителей вибраций особенно опасно, так как смесители располагаются в аглоцехах на высоте 35-45 м и вызывают в несущих конструкциях недопустимые повреждения — трещины, обрывы, поломки и т. п.

Поэтому на ряде агломерационных фабрик значительно снижены частоты вра­щения барабанов. Другим более современным способом гашения вибраций служит применение амортизирующих материалов. У смесителей завода «Запорожсталь» и ряда других между рамой и фундаментом по всему периметру устанавлива­ют предварительно напряженные резино-металлические амортизаторы и в приводе установлены эластичные муфты, что существенно снижает возникающие вибрации и повышает срок службы оборудования. У смесителя, действующего на Чимкентском свинцовом заводе, барабан установлен на восьми ведущих и шести опорных роликах с обрезиненным ободом.

На рис. 1.57 показан фрикционный смеситель с фрикционным приводом. Цилин­дрический барабан 3 установлен на восьми приводных 8 и шести неприводных 2 обрезиненных роликах. Угол установки роликов диаметром 1000 мм по отноше­нию к вертикали принят 30°. Привод роликов обеспечивает электродвигатель 6 через трехступенчатый цилиндрический редуктор 7 и эластичную упруго-пальцевую муфту. Каждые четыре ведущие ролика 8, установленные под половиной барабана с шагом между ними 540 мм на раме 9, имеют свои опоры 1 с подшипниками качения. Связь между этими группами роликов обеспечивает зубчатая муфта. С противопо­ложной стороны барабана расположены по три опорных ролика на каждой половине. Барабан установлен под углом 1-2° к горизонту и для осевой фиксации имеется упорный ролик 5, прилегающий к двум центральным кольцевым ребрам жесткости /. Фрикционное сцепление барабана с роликами потребовало значительного усиления корпуса барабана — толщина его стенок составляет 40 мм и он усилен шестью коль­цевыми ребрами жесткости. Выбор направления вращения выбран таким образом, чтобы наибольшая нагрузка из-за эксцентричного смещения материала приходилась на восемь приводных роликов.

Многолетний опыт эксплуатации данного барабанного смесителя с диаметром ба­рабана 2800 мм и длиной 8000 мм на Чимкентском свинцовом заводе показал высокое качество нцвой конструкции — резкое снижение вибрации и значительное повышение срока службы. Срок службы обрезиненных роликов превышает семь лет в тяжелых условиях агломерационного цеха.

Производительность барабанного смесителя регулируется степенью заполнения и скоростью вращения. При этом чем больше степень заполнения барабана, тем хуже качество перемешивания. Для подбора технологической скорости перемешивания применяют электродвигатели постоянного тока с бесступенчатым регулированием скорости или применяют ступенчатое регулирование, как правило, с четырьмя сту­пенями.

При работе на липкий и вязкой шихте внутреннюю поверхность барабана пе­риодически очищают скребками. Скребки устанавливают со стороны неподвижного торца разгрузочной камеры и им придают возвратно-поступательное движение вдоль оси барабана от кривошипно-шатунного привода. При этом часть налипшего слоя снимается, оставшийся слой, называемый гарнисажем, служит защитным покрыти­ем, предохраняющим корпус от истирания. Технические характеристики барабанных смесителей приведены в табл. 12.