История создания центробежно-ударной дробилки

Центробежно-ударный способ дробления известен достаточно давно и в последнее время находит все большее применение.
Достаточно сказать, что первый патент на дробилку типа "камень о металл" получен Ц. Мелером в Германии еще в 1877 г. Разработанная им конструкция предполагала несколько стадий дробления в одном аппарате. Для этого на одном валу было расположено нескольких ускорителей (роторов). Эта идея так и осталось нереализованной. В наши дни она представляется нерациональной из-за низкой надёжности столь сложной конструктивной схемы.
Все известные на сегодняшний день промышленные центробежно-ударные дробилки имеют один ускоритель. Однороторный вариант схемы Ц. Мелера с открытым ротором, снабжённым радиальными разгонными ребрами, использован для дробления "камень о металл" в дробилке "Торнадо" фирмы "Верко стил", США (рис.1). В центральной части сварного ускорителя предусмотрен распределительный конус. Цилиндрический корпус дробилки закрыт крышкой. Фиксация крышки на замках обеспечивает удобный доступ в дробильную камеру. Соосно ускорителю в крышке расположен загрузочный бункер и питающий патрубок. Брони крепятся к внутренней стенке корпуса.

Рис. 1. Дробилка "Торнадо"

1 - питающий патрубок; 2 - крышка корпуса; 3 - ускоритель; 4 - разгонные ребра; 5 - брони; 6 - электродвигатель; 7 - клиноременная передача.

Кроме того, дробилки типа "камень о металл" с открытым ротором выпускала компания "Spokane Crasher", США. Рёбра в ускорителе дробилки были съемными и выполнены из специальных сталей. С целью снижения износа ускорителя и повышения его динамической уравновешенности специалисты фирмы "Spokane Crasher" установили броневые плиты так, чтобы обеспечить при ударе прямой угол. Это было важно как для эффективности дробления, так и для снижения износа, поскольку минимизирует влияние рикошетов осколков. В дробилках с реверсивным приводом применялись броневые плиты симметричной угловой формы. Дробилки "Spokane Crasher" типа "камень о металл" в свое время успешно заменили в США на предприятиях по производству строительных материалов конусные дробилки мелкого дробления. Однако в результате внедрения дробилки "Спокейн" эксплуатационные затраты на большинстве предприятий выросли в связи с тем, что открытый ускоритель с незащищенными ребрами и угловая отражательная футеровка подвержены высокому абразивному износу. Именно поэтому область применения дробилки типа "камень о металл" ограничена в основном переработкой строительных материалов низкой твёрдости, например, известняк и сланец.
Расширение сферы применения центробежно-ударной дробилки в 80-е годы произошло благодаря появлению компании "Barmac Associates", Новая Зеландия, и её дробилки типа "камень о камень" с вертикальным валом. История дробилки и компании Barmac началась в 70-х годах ХХ века и связана с именем Джима Макдоналда (Jim McDonald). Он ведал работами в карьере в Kiwi Point недалеко от Веллингтона, столицы Новой Зеландии. В карьере брали щебень для городских дорог, включая защитное покрытие. Новозеландские требования к кубовидности покрытия уже тогда были весьма жёсткими. Чтобы соответствовать им, были необходимы ударные дробилки, однако стоимость эксплуатация на высоко абразивных материалах была слишком велика. Джим Макдоналд нашёл способ защитить от абразивного износа вращающийся барабан (ускоритель), в котором разгоняется щебень в ударной дробилке. Для этого он применил сам щебень. Хотя идеи такого рода не новы, но в центробежно-ударных дробилках конструктивная концепция ускорителя, предложенная Джимом Макдоналдом, до сих пор остаётся непревзойдённой.

Для изготовления изделия использовалась угловая сталь и стальной лист. Купить необходимые материалы можно на сайте металлобазы. Приобретя необхоимые материалы любое крупное предприятие сможет самостоятельно изготовить центробежно-ударную дробилку.

Джим Макдонолд начал эксперименты в песочнице, на заднем дворе своего дома. Работы были продолжены вместе с коллегами в карьере. На основе проведенной работы Джим создал вертикальную ударную дробилку VSI (типа Canica), в которой дробимый материал служил защитой ускорителя и отбойной плиты. Результаты испытаний в Kiwi Point были превосходными, однако передний край ускорителя изнашивался очень быстро: закаленная сталь могла продержаться 2-3 часа. Решение - металлокерамический композит на основе карбида вольфрама и кобальта - подсказал Брайен Бэйтли (Bryan Baitley) на одной из конференций, после официальной части. Он и стал совладельцем интеллектуальной собственности новой компании "Barmac", названной по начальным буквам обоих изобретателей.

Первый образец дробилки "Бармак Ротопактор" создан в 1975 г. В 1981 г. было продано около 40 образцов, к 1988 г. - более 800.
Принцип самофутеровки, принятый для защиты ускорителя и отражательной поверхности дробилки, предполагает закрытый ускоритель. Сегодня данное решение используют многие производителей центробежных дробилок. Способ формирования самофутеровки состоит в следующем (рис.2). Перед началом работы новый ускоритель, штатно установленный в дробилку, приводится во вращение с номинальной или меньшей скоростью. В него понемногу подаётся доступный некрупный сыпучий материал, который образует на разгонных лопастях ускорителя защитный слой самофутеровки. Момент окончательного образования защитного слоя ускорителя песком определяется по тому, что песок появляется в разгрузочном отверстии дробилки. Затем подается горная масса, содержащая куски произвольной крупности, допустимой по техническим требованиям. Её движение происходит во внутренних каналах ускорителя по ранее образованному слою песка.

Рис.2. Схема образования самофутеровки в ускорителе.

1 - рассекатель, 2 - подкладной лист, 3 - самофутерющийся карман, 4 - твёрдосплавная лопатка, 5 - сход материала с ускорителя, 6 - корпус ускорителя

Остальные участки (поверхности ускорителя, незащищенные самофутеровкой) защищены износостойкими съёмными деталями, выполненными из специальных материалов. Это кромка окна, кольцевые пластины ускорителя и его центральная зона, куда поступает питание. В современных дробилках обычно применяют сменные кольца, распределительный конус, подкладные листы из чугуна.
Применяемые марки чугунов отличаются особой твёрдостью (достигаемой за счёт высокого содержания карбида хрома - до 30%), а также высокой прочностью и ударной вязкостью (их обеспечивают специальные легирующие добавки и режимы термообработки). Чугунный конус (колпак) устанавливают в ускорителе в центре на нижней кольцевой пластине. Он прикрывает шлицевое соединение ускорителя с приводным валом (крепится одним болтом) и встречает удар ещё не закрученного потока горной массы.
Так называемые подкладные листы, которые представляют собой профилированные чугунные пластины, образуют "берега" потока горной массы и защищают от абразивного износа в каналах ускорителя внутреннюю поверхность верхней и нижней пластин. По совместительству пластины играют роль главных деталей силового каркаса ускорителя. Самофутеровка защищает от износа разгонные рёбра силового каркаса, то есть "дно" потока горной массы.
Для защиты кромки окна и удержания слоя самофутеровки в конце разгонного канала устанавливается стальная концевая лопатка. Для повышения ее износостойкости применяют одну или несколько твёрдосплавных вставок. В качестве вставок чаще всего используют спечённый твёрдый сплав - композиционный материал на основе карбида вольфрама со связкой из кобальта. Наиболее распространенная марка - ВК-8 (92 массовых % карбида вольфрама и 8% кобальта).
В процессе работы горная масса постепенно вытесняет речной песок, уплотняется и образует сплошной сцементированный слой самофутеровки. Уплотнение самофутеровки и её сцепление (адгезия) с металлом обычно столь велики, что её удаётся отбить от ускорителя (при необходимости ремонта и замены футеровки) только с помощью молотка и зубила.
Описанная выше компоновка ускорителя "Barmac" стала прототипом ускорителя для современных центробежно-ударной дробилки, так как сочетает минимальный износ и удобство замены съёмных деталей на демонтированном ускорителе.
Защита отражательной поверхности камеры дробления во многих дробилках, и в том числе дробилке "Титан", также обеспечивается слоем самофутеровки. На периферии камеры дробления располагается горизонтальная кольцевая площадка, на которой сама же измельчаемая горная масса образует коническую поверхность с естественным углом откоса (рис 3).

Рис.3. Пример расположения косынок в камере дробления

Куски горной массы дробятся в основном на этой конической отражательной поверхности при соударении со слоем самофутеровки. Значительная часть осколков отражается от неё вверх. При их падении под действием силы тяжести они повторно соударяются с потоком из ускорителя. Но эффективность использования кинетической энергии кусков в дробилках "камень о камень" при прочих равных ниже, чем в дробилках "камень о металл". Эффективность ударного взаимодействия снижается из-за того, что удар потока камней, вылетающих из ускорителя, приходится по касательной к кольцевой отбойной поверхности самофутеровки. Но острый угол, характеризующий соударение, увеличивается при увеличении зазора между ускорителем и отбойной поверхностью.
Испытания при переработке сталеплавильных и оловянных шлаков, хромовой и железной руды, гранитов, кварцитов, каолинов, известняков и фосфатов подтвердили высокую эффективность, экономичность и надёжность дробилки "Бармак Ротопактор". Спрос на них увеличился, и в середине 80-х годов к производству центробежной дробилки приступили фирмы "Бармак Америка", США, и "Крофт Имприсэ", Великобритания. В настоящее время производится около 20 типоразмеров центробежных дробилок производительностью от 50 до 500 т/ч.
Современные производители центробежных дробилок
Широкое распространение и успех дробилки "Бармак Ротопактор" обеспечили популярность принципу центробежно-ударного дробления, который до этого не рассматривался в качестве серьёзной альтернативы традиционным способам. Эти события заметно оживили рынок. Хотя дробилки "Бармак Ротопактор" реализуют принцип дробления "камень о камень", шире стали применяться и дробилки, дробящие "камень о металл". К производству и модернизации центробежно-ударной дробилки активно приступили фирмы, не занимавшиеся этой техникой прежде, а также те, которые ранее уже выпускали данную продукцию, в частности, конструкции типа "Tornado" или "Spokane".
Компания "Сидэррэпидс Айова", США, выпускает дробилки VSI с электрическим и дизельным приводом. Открытый ускоритель снабжён разгонными ребрами, выполненными из материала с высоким содержанием карбида хрома. Отражательная поверхность состоит из угловых отбойных плит, установленных на кольцевой обечайке. С целью снижения износа отбойных плит обечайка может быть повёрнута вокруг своей оси.
Kolberg Pioneer, США. Одна из крупнейших американских компаний, выпускающих дробилки центробежно-ударного типа. По конструкции достаточно близка фирме Barmac. Установки Kolberg Pioneer применяются при дроблении гранита, базальта и речного гравия и характеризуются низким абразивным износом вследствие реализации принципа дробления "камень о камень".
Компания Krupp , Германия, выпускает центробежно-ударные дробилки серии "Тайфун". Допустимая линейная скорость 60 м/с ускорителя диаметром 700-1100 мм.
Фирма SBM, Австрия, выпускает дробилки различных типоразмеров с ускорителем диаметром 800, 1000 и 1200 мм. Линейная скорость ускорителя составляет 60 -74 м/с. Для защиты отражательной поверхности используется самофутеровка.
Несмотря на успехи американских и западноевропейских фирм на зарубежном рынке центробежно-ударных дробилок по-прежнему лидирует компания "Barmac", входящая в настоящее время в "Metco Minerals". Также одним из крупнейших производителей такого типа дробилки является Sandvic. Конструкция выпускаемых ими дробилки "Merlin" аналогична конструкции дробилки "Barmac".