Дробление и измельчение. Машины и оборудование для измельчения материалов

Контрольная работа: Дробление  и измельчение

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Теоретические основы  дробления и измельчения

1.1 Свойства материалов, подвергаемых  измельчению

1.2 Требования, предъявляемые  к продуктам измельчения

1.3 Классификация методов  и машин для измельчения материалов

2 Щековые дробилки

3 Молотковые дробилки

Заключение

Список использованной литературы

 

ВВЕДЕНИЕ

В производстве пигментов  и наполнителей размольное оборудование применяется для следующих целей:

1. для доведения частиц  пигментов и наполнителей до  размеров, обеспечивающих получение  тонкодисперсных стабильных суспензий  при диспергировании пигментов  в пленкообразующих веществах  без дополнительного измельчения  частиц твердой фазы;

2. для получения природных  пигментов (сурика, мумии, охры) и  наполнителей (легкого и тяжелого  шпата, талька) путем измельчения  руд;

3. для повышения интенсивности  и кроющей способности пигментов  и улучшения других физико-технических  свойств пигментов и наполнителей;

4. для обеспечения оптимальной  скорости реакции и максимального  выхода продукта в гетерогенных  реакциях в результате развития  поверхности контакта и определенного  зернового состава продуктов  реакции (при получении сернистого  бария, ультрамарина, кадмиевых и  кобальтовых пигментов);

5. для тесного смешения  двух или нескольких пигментов  при получении свинцовой зелени  из крона и железной лазури, а также смесей других пигментов;

6. для отделения примесей  вследствие разной измельчаемости материалов (отделение свинца от глета, песка от охры);

7. для получения сухих  красок одновременным смешением  и измельчением пигментов, твердых  пленкообразующих веществ и специальных  добавок;

8. для получения порошкообразного  материала из водных паст пигментов  путем их смешивания с ретуром.

Процесс уменьшения кусков или  зерен материала разрушением  их под действием внешних сил, в зависимости от крупности конечного  продукта, называется дроблением или  измельчением. Виды дробления различают  по размерам кусков полученного продукта, а виды измельчения – по содержанию в продукте грубых или тонких классов  зерен. Принципиально процессы дробления  и измельчения не различаются  между собой.

Ранее считали, что разрушение материала при дроблении происходит от сжимающих усилий, а при измельчении  – от срезывающих. В настоящее  время полагают, что различие между  дроблением и измельчением заключается  только в крупности исходного  материала и конечного продукта.

В производстве пигментов  необходимо, чтобы кусковой материал имел сравнительно небольшие размеры, а в большинстве продуктов  измельчения преобладали классы зерен крупностью менее 5-20 мк. Учитывая эту специфику, в производстве пигментов условно различают следующие виды дробления и измельчения.

Дробление: крупное – до размера 5-100 мм; среднее – до размера 2-50 мм; мелкое – до размера 3-20 мм.

Измельчение: грубое – преимущественное содержание в конечном продукте классов  зерен > 20-30 мк; тонкое – преимущественное содержание в конечном продукте классов зерен < 20-30 мк; сверхтонкое – содержание в конечном продукте 90-95% классов зерен < 5-10 мк.

 

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ  ОСНОВЫ ДРОБЛЕНИЯ И ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

1.1 СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ, ПОДВЕРГАЕМЫХ ИЗМЕЛЬЧЕНИЮ

Материалы, подвергаемые тонкому  и сверхтонкому измельчению, можно  условно разбить на четыре группы, характерные для производства пигментов  и наполнителей.

Первая группа – материалы, состоящие из сравнительно крупных  монокристаллов и кристаллических  сростков (ильменит, барит, легкий шпат). При измельчении этих материалов образуются новые поверхности раздела  в местах сращивания кристаллов или  по плоскостям кристаллических решеток. Тонкое измельчение материалов первой группы требует большой затраты  энергии и обычно осуществляется на шаровых и роликовых мельницах; сверхтонкое измельчение – на струйных мельницах.

Вторая группа – материалы, состоящие из микрокристаллических частиц размером 0,1 – 5 мк (первичные), которые при сушке образуют крупные зерна или комья из сравнительно слабо агрегированных частиц (осадочные пигменты и наполнители, такие как свинцовые и цинковые крона, отмученная охра, каолин). При их обработке на мельницах происходит не измельчение первичных частиц, а дезагрегация материала до сравнительно крупных зерен. Для этого обычно применяют ударно-центробежные мельницы. Малые ситовые остатки в продуктах измельчения материалов этой группы объясняются пептизирующим действием воды при мокром методе ситового анализа, принятого для пигментов, а не эффективность ударно-центробежных мельниц.

Третья группа – материалы, содержащие спекшиеся частицы. К  ним относятся осадочные пигменты с размером первичных частиц 0,1-5 мк, подвергавшиеся высокотемпературной обработке (например, двуокись титана), а также полученные прокаливанием шихты. Затраты энергии на измельчение материалов этой группы зависит от их индивидуальных свойств и режима получения. В большинстве случаев их подвергают тонкому сухому измельчению на шаровых и роликовых мельницах и сверхтонкому – на мокрых шаровых и струйных мельницах.

Четвертая группа – материалы, представляющие собой неоднородный продукт, состоящий из смеси частиц, которые относятся к материалам приведенных выше трех групп: неотмученные охра, каолин, сурик и мумия, содержащие твердые крупные частицы песка и других примесей.

От индивидуальных свойств  материала требуемой тонкости измельчения  и необходимости отделения примесей зависит выбор типа машины для  измельчения материала. Тонкая дезагрегация охры, каолина и других микрокристаллических материалов, с отделением крупных твердых частиц примесей, проводится на ударно-центробежных мельницах. Тонкое измельчение, не сопровождающееся отделением твердых крупных зерен, осуществляется на шаровых и роликовых мельницах, а сверхтонкое – на струйных мельницах.

Материалы, подвергаемые измельчению, часто характеризуются разрушающим  напряжением при деформации (прочностью при сжатии) σ и подразделяются на следующие группы:

Материалы σ, кгс/см2

Мягкие. <100

Средней прочности 100-500

Прочные. 500-1000

Очень прочные >1000

Большое значение имеет хрупкость  материала (прочность при сжатии и ударе). Материалы одной и  той же твердости могут иметь  резко различную хрупкость; при  этом чем выше хрупкость материала, тем легче протекает его измельчение. Особенно трудно подвергаются измельчению  вязкие материалы типа смол и пластических масс. Поэтому при получении сухих  красок обработкой в шаровой мельнице смеси пигментов и смол прибегают  к охлаждению мельницы до температур ниже 0 ̊С, что резко увеличивает  хрупкость смол.

1.2 ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ  К ПРОДУКТАМ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

Для обеспечения требований, предъявляемых к красочным суспензиям, величина наиболее крупных частиц пигментов  и наполнителей, применяемых для  их получения, не должна превышать 10-15 мк. С уменьшением размера частиц до известного предела повышается кроющая способность и интенсивность пигментов. Вместе с тем уменьшение размеров частиц пигментов и наполнителей повышает их маслоемкость и реакционоспособность, что может привести к понижению атмосферостойкости красочной пленки. Оптимальные размеры частиц для большинства пигментов и наполнителей находятся в пределах 0,2-1 мк.

В густотертых красках, при  хранении которых исключается расслоение суспензии, допустимо заметное содержание зерен класса 10-15 мк. Следовательно, пигменты и наполнители высокого качества должны состоять из первичных или слабо агрегированных частиц размерами 0,2-1 мк, а содержание более крупных классов зерен должно быть сведено к минимуму.

Под первичными частицами  понимаются монокристаллы или прочные  кристаллические сростки, а под  слабо агрегированными – зерна, легко распадающиеся на первичные  частицы под пептизирующим влиянием воды и растворителей, а также при их диспергировании в пленкообразующих веществах.

Первичные частицы и зерна  размерами более 10-20 мк, состоящие из прочных частиц, которые разрушаются только при измельчении, ухудшают качество красок и вызывают быстрый износ валковых и дисковых краскотерочных машин. Таким образом, от качества измельчения в большей мере зависят свойства красочной суспензии и покрытий, а также производительность машин для диспергирования пигментов в пленкообразующих веществах.

Приведенные выше требования, предъявляемые к дисперсности пигментов  и наполнителей, легко выполнимы  при синтезе многих осадочных  пигментов и наполнителей, не подвергающихся в процессе получения прокаливанию, т.е. материалов второй группы. Остальные  пигменты и наполнители в большинстве  случаев необходимо подвергать тонкому  и сверхтонкому измельчению или  дезагрегации. Поэтому в производстве пигментов широко применяется тонкое и сверхтонкое измельчение.

При тонком измельчении материалов первой, третьей и четвертой групп  практически невозможно получить монодисперсный или состоящий из зерен очень  узкого класса продукт. Поэтому, не снимая требования о том, чтобы пигменты и наполнители состояли в основном из зерен крупностью < 1 мк, допускают содержание в них зерен больших размеров, жестко ограничивая наличие зерен размерами более 40-60 мк, значительно ускоряющих износ валковых машин.

Радикальным решением является сверхтонкое измельчение с помощью  струйных мельниц, позволяющих получать продукт, содержащий более 95% зерен  размерами менее 5-10 мк. Струйные мельницы для сверхтонкого сухого измельчения уже нашли широкое применение для сверхтонкого измельчения и дезагрегации пигментов, наполнителей и земель.

1.3 КЛАССИФИКАЦИЯ  МЕТОДОВ И МАШИН ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ  МАТЕРИАЛОВ

В зависимости от назначения и принципа действия машин, предназначенных  для измельчения материалов, используются следующие методы разрушения: раздавливание (рис. 1, а), ударное воздействие (рис. 1, б), раскалывание (рис. 1, в), излом (рис. 1, г), истирание (рис. 1). При этом одновременно могут реализоваться несколько  методов, например, раздавливание и  истирание, удар и истирание и  др. Необходимость в различных  методах измельчения, а также  в различных по принципу действия конструкциях и размерах машин для  измельчения вызывается многообразием  свойств и размеров измельчаемых материалов, а также различными требованиями к крупности готового продукта. Применяемые  для измельчения машины разделяют  на дробилки и мельницы.

 

Рис.1 Схема основных методов  механического измельчения:

а – раздавливание; б –  удар; в – раскалывание; г –  излом; д – истирание.

Дробилки по принципу действия разделяют на щековые (рис. 2, а), в  которых материал подвергается раздавливанию, раскалыванию и частично истиранию  между двумя плитами-щеками при  их периодическом сближении; конусные (рис. 2, б), в которых материал разрушается  в процессе раздавливания, излома и  частичного истирания между двумя  коническими поверхностями, одна из которых движется эксцентрично по отношению  к другой, осуществляя непрерывное  дробление материала; валковые (рис. 2, в), в которых материал раздавливается между двумя валками, вращающимися навстречу один другому (иногда валки  вращаются с разной частотой, и  тогда раздавливание материала  сочетается с истиранием); ударного действия, которые, в свою очередь, бывают молотковыми (рис. 2, г) и роторными (рис. 2, д); в молотковых дробилках материал измельчается в основном ударом шарнирно подвешенных молотков, а также истиранием, в роторных - дробление осуществляется за счет удара жестко прикрепленных к ротору бил, удара материала об отражательные плиты и ударов кусков материала один о другой.

Рис.2 Схемы принципов действия машин для дробления:

а - щековая дробилка; б - конусная; в - валковая ударного действия; г - молотковая дробилка; д - роторная для помола каменных материалов; мельницы: е - вращающиеся с мелющими телами; ж - вибрирующие с мелющими телами; з - истиранием частиц материала друг о друга; и - среднеходные роликовые; к - ударные; л – струйные.

Ряд измельчающих машин (бегуны и дезинтеграторы) можно отнести  к дробилкам и к мельницам, так как их применяют для грубого  помола и для мелкого дробления.

Мельницы по принципу действия разделяют на барабанные (рис. 2, е-з), в которых материал измельчается во вращающемся (рис. 2, е) или вибрирующем (рис. 2, ж) барабане с помощью загруженных в барабан мелющих тел или без них ударами и истиранием частиц материала один о другой и о футеровку барабана (рис. 2, з); среднеходные, в которых материал измельчается раздавливанием и частичным истиранием между каким-либо основанием и рабочей поверхностью шара, валка, ролика (в ролико-маятниковой мельнице (рис. 2, и) ролик прижимается центробежной силой к борту чаши и измельчает материал, попадающий между бортом и роликом); ударные (рис. 2, к), в которых материал измельчается ударом шарнирных или жестко закрепленных молотков (продукт, достигший определенной тонины помола, выносится из зоны действия молотков воздушным потоком); струйные (рис. 2, л), где материал измельчается в результате трения и соударения частиц материала одна о другую, а также о стенки камеры при движении частиц под действием воздушного потока, имеющего большую скорость.

Перечисленные способы измельчения  относятся к методу механического  измельчения под воздействием рабочего органа на материал или частиц материала  одна на другую. Существуют методы измельчения  материалов, основанные на других физических явлениях: с помощью электрогидравлического эффекта путем осуществления  высоковольтного разряда в жидкости, ультразвуковых колебаний, быстроменяющихся высоких и низких температур, лучей  лазера, энергии струи воды и др.

Машины для измельчения  материалов должны иметь простую  конструкцию, обеспечивающую удобство и безопасность обслуживания; минимальное  число изнашивающихся легко заменяемых деталей; предохранительные устройства, которые при превышении допустимых нагрузок должны разрушаться (распорные плиты, срезные болты и др.) или деформироваться (пружины), предотвращая поломки более сложных узлов. Конструкция должна отвечать санитарно-гигиеническим нормам звукового давления, вибрации и запыленности воздуха.

 

2 ЩЕКОВЫЕ ДРОБИЛКИ

Щековые дробилки применяют  для крупного и среднего дробления. Принцип работы щековой дробилки заключается в следующем. В камеру дробления, имеющую форму клина  и образованную двумя щеками, из которых одна в большинстве случаев  является неподвижной, а другая подвижной, подается материал, подлежащий дроблению. Клинообразная форма камеры дробления  обеспечивает расположение более крупных  кусков материала сверху, менее крупных - внизу. Подвижная щека периодически приближается к неподвижной. При  сближении щек (ход сжатия) куски  материала подвергаются дроблению. При отходе подвижной щеки (холостой ход) куски материала подвигаются  вниз под действием силы тяжести  и занимают новое положение или  выходят из камеры дробления, если их размеры стали меньше наиболее узкой  части камеры, называемой выходной щелью. Затем цикл повторяется.