98

8.Tehnologii i echipamente mecanice folosite pentru mrunireamaterialelor solide

8.1.Procesul de mrunire

Consideraii generalen industria chimic, cocso-chimic, minier, alimentar i alte industrii similare seimpune ca materiile prime, produsele intermediare sau produsele finite, s fie mrunitefie pentru accelerarea unei faze tehnologice, fie pentru obinerea unui anumit produs, fiepentru realizarea comercializrii produselor. Intensitatea i viteza multor procese depindede mrimea suprafeei materialului solid cruia i se aplic. Aria suprafeei are o mareimportan pentru vitezele de reacie, randamentele proceselor tehnologice i calitateaprodusului final.Studierea proceselor de mrunire i a utilajelor aferente este deosebit de importantdatorit faptului c operaia de mrunire este energointensiv. Se urmrete scdereaconsumului de energie necesar reducerii dimensiunilor materiilor prime la dimensiuninecesare prelucrrii ulterioare.Mrunirea poate fi definit ca operaie care are ca obiect reducerea dimensiunilormateriilor prime sau materialelor sub aciunea unor fore mecanice. Materialele solidesupuse mrunirii au iniial forme i dimensiuni geometrice foarte variate i proprietifizico-mecanice specifice naturii acestora.Scopul proiectrii unui utilaj de mrunire este acela de a determina condiiile necesarepentru creterea probabilitii de mrunire a particulelor cu anumite dimensiuni i pentruobinerea unei distribuii a dimensiunilor dorite la produsul final. Procesul de mruniretrebuie s se realizeze n aa fel nct materialul prelucrat s nu sufere modificrinedorite, cum ar fi impurificarea, pierderea anumitor prorprieti sau nclzirea excesiv.Mrunirea materialelor solide se realizeaz prin urmtoarele operaii tehnologice:concasare, mcinare, granulare i tiere.Concasarea este operaia de sfrmare a unui material dur n buci mai mici, cu ajutorulutilajelor speciale numite concasoare.Mcinarea este operaia de mrunire fin a materialelor. Ea se efectueaz cu ajutorulmorilor.Granularea este operaia de sfrmare a unui material dur, n buci mrunte, avndforme geometrice rotunjite.Tierea este operaia de detaare sau desprindere a unei poriuni dintr-un material solid,prin strivire local (ceea ce constituie tierea propriu-zis), forfecare, despicare sauachiere.Mrunirea poate avea urmtoarele scopuri:

-facilitarea sau grbirea operaiilor fizico-chimice prin creterea suprafeei decontact ntre fazele care particip la transferul de cldur sau de materie, cum estecazul dizolvrii unor substane, uscrii;-separarea constituenilor unui produs pn la limita n care fiecare particulreprezint un component, acetia putnd fi apoi separai prin cernere, flotaie etc;-necesitatea omogenizrii amestecurilor eterogene;-obinerea fineii necesare pentru a conferi produselor caracteristicile cerute.

99

Factorii care influeneaz mrunireaProprietile fizico-mecanice alematerialului de mrunit

Caracteristicileconstructive ifuncionale aleutilajelor de mrunire

Proprietile fizico-mecanice alematerialului mrunit

Factori economici

- mrimea, forma, structuramaterialului;

- umiditatea;- rezistena mecanic la

compresiune, ntindere,forfecare;

- duritate;- elasticitate;- plasticitate;- adezivitate;- abrazivitatea;- s

ensibilitatea termic.

- modul i durata de aciuneasupra mate-rialului demrunit;

- uzura organelor active;- gradul de mrunire;- temperatura de lucru;- tipul mecanismului

mrunirii;- riscul de impurificare a

produsului final.

- granulaia final;- mrimea, forma i

structura particulelormrunite;

- reactivitatea chimi-c aparticulelor;

- suprafaa specific final;- greutatea specific a

materialului n vrac;

- numrul treptelor demrunire;

- utilizarea sitelor pentrucernerea ntre treptele demrunire i la final;

- consumul specific deenergie necesar;

- alimentare i evacuareprodus;

- funcionarea continu saudiscontinu.

Mecanismele mrunirii sunt diferite funcie de construcia mainii n care aceastaeste efectuat conform figurii 8.1:

n figurile 8.1, a, b se reprezint schematic procesul de mrunire prin compresie

i frecare, a unei particule sau a unui grup de particule. Suprafeele de lucru pot fi netedesau cu nervuri avnd forma geometric plan sau curb. Mecanismul de mrunire estespecific concasoarelor cu flci, cu con i cu valuri. Mrunirea prin contact cinetic cu osuprafa dur (fig. 8.1, c) este ntlnit la concasoarele cu ciocane fixe. n cazulconcasoarelor cu ciocane articulate i a morilor cu bile sau bare, mrunirea se produceprin contact cinetic i frecare pe o suprafa dur, cum ar fi blindajul concasorului saucorpurile de mcinare (figura 8.1, d). Granulele pot fi mrunite i prin ciocnire ntre ele(fig. 8.1, e) aa cum se ntmpl n cazul morilor cu jet. Mecanismul mrunirii printiere, forfecare sau desprindere (fig. 8.1, f) se aplic materialelor solide cu rezisten laforfecare mai mic de 70,4 10 Pa . Pentru domenii bine precizate, se folosesc mecanismepentru mrunirea materialelor solide prin solicitri n medii gazoase sau lichide, n caresunt introduse aceste materiale.

Operaia de mrunire este evaluat prin gradul de mrunire definit de relaia:Did

(8.1)unde: D - dimensiunea medie a materialului alimentat;

d - dimensiunea medie a materialului mrunit.

Fig. 8.1Mecanismele mrunirii

100

n funcie de valoarea gradului de mrunire operaiile de mrunire pot fimprite n dou grupe mari: sfrmare, cu ajutorul concasoarelor i mcinare, cuajutorul morilor. Termenul de mcinare se folosete i atunci cnd materialul de mruniteste procesat mpreun cu un mediu de mcinare n camere rotative sau oscilatoare. Acestlucru presupune contactul maxim ntre mediu i material ntre care au loc proceseabrazive i de impact. Mediul de mcinare poate fi format din bile de oel, bare de oel,buci de material ceramic sau chiar buci de material de mcinat, caz n care mcinarease numete autogen.

Clasificarea operaiilor de mrunireDimensiunile maxime ale bucilor

[mm]Gradul de mrunire

Denumirea operaieiMaterialul

alimentat (D)Materialulrezultat (d)

Did

Grosier 1300-200 250-40 5Mijlocie 200-50 40-10 5Concasaremrunt 50-20 10-1 5-20

Mcinare 25-3 0,4 15Mcinare coloidal 0,75 0,1 m

Metoda optim de mrunire variaz n funcie de material. Alegerea care se face,innd cont de costul operaiei, presupune experien, nelegerea practic a modului deutilizare a energiei precum i uzura prilor ce sunt n contact direct cu materialul demrunit.

Teoriile mruniriiFiind una dintre cele mai costisitoare operaii, pentru raionalizarea procesului i

reducerea costurilor, au fost elaborate numeroase studii privind determinarea factorilorcare influeneaz mrunirea i perfecionarea utilajelor.

Bazele teoriei moderne a mrunirii au fost puse n secolul al XIX-lea nGermania, de ctre Rittinger (1867) i Kick (1885) acre au propus modele de calculbazate pe aria suprafeei i respectiv pe volumul particulei de material. n 1951 Bond adezvoltat o nou teorie numit a treia, larg utilizat i n zilele noastre.

Fenomenul ruperiiLa mrunirea corpurilor solide, starea lor se modific sub aspecte multiple. Ele

sunt solicitate mecanic i chiar termic. n ele se dezvolt deformaii i eforturi unitare. Ladepirea local a rezistenei materialului, apar fie alunecri, fie rupere fragil, fie unefect combinat. Alunecarea rezult datorit eforturilor unitare de forfecare, iar rupereafragil se datoreaz eforturilor unitare de ntindere. Dac structura materialului supusmrunirii este neomogen, alunecarea poate duce la eforturi unitare locale de ntinderecare declaneaz ruperea fragil. Concomitent apar fenomene electrice i chimice, darpoate avea loc i schimbul unor cantiti importante de energie termic. Se observmodificri de structur, ndeosebi la suprafeele nou formate. Problemele cele maiimportante sunt cele referitoare la modul n care au loc fisurarea i ruperea.

101

Se dorete realizarea ruperii fragile, cu consum ct mai redus de energie.Intereseaz de asemenea spectrul granulometric al materialului obinut ca rezultat almrunirii i aria suprafeelor nou create.

La alegerea schemei de mrunire i a tipului de maini de mrunit, trebuie avuten vedere strile de solicitare dezvoltate de aceasta, temperaturile i condiiile de mediuambiant. La fel de importante sunt caracteristicile fizico-mecanice ale materialului.Dintre acestea se menioneaz: rezistena (la compresiune, ntindere, forfecare incovoiere), duritatea, fragilitatea, capacitatea de deformare plastic, elasticitatea,structura i umiditatea. Sub aspectul structurii, conteaz att micro- ct i macro-structura. Fisurile i crpturile din structura nativ a materialului, constituieconcentratori de eforturi unitare i amorse de rupere, favorizeaz mrunirea iinflueneaz i forma particulelor rezultate din mrunire.

Energia necesar pentru mrunireConsumul de energie pentru mrunire depinde de proprietile fizico-mecanice,

de tipul de solicitare n procesul de mrunire i de gradul de mrunire. Cu ct gradul demrunire este mai mare, cu att energia necesar pentru mrunire este mai mare.

Energia consumat la mrunire este numai n parte util, restul se pierde prinproducerea deformaiilor elastice i plastice, la frecarea bucilor de material ntre ele ide organele active ale utilajului, precum n transformrile mecanice interne ale utilajuluirespectiv. n vederea realizrii unor consumuri reduse de energie, la executarea operaieide mrunire trebuie s se in seama de stabilirea strict a dimensiunilor pn la care sse fac mrunirea i alegerea corespunztoare a schemei cinematice a utilajului funciede proprietile fizico-mecanice a materialului de mrunit.

n decursul timpului au fost propuse numeroase teorii ale mrunirii i,corespunztor, relaii pentru determinarea energiei necesare pentru procesul de mrunire.Aceste teorii nu au, ns, o fundamentare tiinific satisfctoare. Aceasta, pentru c nueste posibil ca fenomenele fizice complexe de amorsare i apoi de dezvoltare a ruperii sfie exprimate prin relaii simple. Este ns posibil s se indice tendina randamentelorenergetice la mrunirea particulei individuale i la mrunirea industrial, ndeosebi cafuncii ce depind de mrimea suprafeelor nou create.

Academicianul rus Rebinder a formulat relaii, cu caracter general, referitoare ladistribuirea lucrului mecanic n procesul de mrunire.

Astfel, potrivit teoriei Rebinder consumul specific de energie pentru mrunireamaterialului, exprimat de exemplu n [Kgf.m/cm3], poate fi pus sub forma

1 2sE L L (8.2)unde: 1L lucrul mecanic consumat de main;

2L lucrul mecanic consumat n procesul de mrunire.Fiecare dintre cei doi termeni poate fi descompus:

1 11 12

2 21 22

L L LL L L

(8.3)

unde: 11L - lucrul mecanic furnizat mainii pentru deformarea elastic aelementelor ce o compun;

12L - lucrul mecanic consumat pentru generarea de noi suprafee, prin uzur, peelementele active ale mainii;

102

21L - reprezint lucrul mecanic necesar deformrii elastice a bucii de material,pn la rupere;

22L - lucrul mecanic, care duce la generarea de suprafee noi ale materialului demrunit.

Util, n sens strict limitat, este numai lucrul mecanic L22. Componenta L12 are caefect desprinderea de particule de material metalic de pe suprafeele active ale mainii,adic cele n contact cu materialul ce se mrunete i este cea care condiioneaz uzurapieselor active.

Pentru valoarea 2L ce revine materialului se poate scrie:2

21 21 2rL N kE (8.4)

22 22L k A (8.5)unde: N - numrul ciclurilor de deformare a materialului pn la fragmentare;

r - rezistena de rupere care condiioneaz procesul;E - modulul de elasticitate al materialului;

A - aria specific nou creat;21k i 22k coeficieni de proporionalitate.

Mrimea se definete ca:

2

1

n

AA

(8.6)

unde: 2A - aria suprafeei particulelor rezultate prin mrunire; 1A - cea aparticulei iniiale.

Exponentul n depinde de condiiile mrunirii; pentru mrunire fin i suprafin,n>0.

Se ajunge astfel la legea generalizat a mrunirii:2

1 21 222r

sE L N k k AE

(8.7)n relaia (8.7) gradul de mrunire se reflect n mrimea , iar condiiile n care

are loc operaia de mrunire n mrimea N i exponentul n .La concasare grosier, 21L este simitor mai mare dect 22L , iar la mcinare

situaia se inverseaz .Randamentul fizic al mrunirii este:

fef

AE

(8.8)unde: - energia superficial specific a materialului supus mrunirii,

A - are semnificaia indicat anterior,e fE - energia transmis particulelor,

sA E energia specific necesar mrunirii efective.Randamentul fizic al mrunirii este cuprins ntre 0,1 i 1 %. Partea cea mai

nsemnat a mrimii e fE revine lucrului mecanic de deformare i frecrilor la grunteleindividual, care se mrunete.

Randamentul tehnic este:

103

ttotala

AE

(8.9)

unde: totalaE cuprinde n plus fa de e fE , pierderile la mersul n gol al mainii ipierderile la transmiterea energiei de la grupul de particule din spaiul de lucru al mainiictre particula individual. n consecin, 0,01 0,1 %t .

Charles a stabilit o teorie general care permite calcularea energiei utile demrunire, valabil pentru orice material supus mrunirii. Conform acestei teorii raportuldintre variaia energiei de mrunire, dE i variaia dimensiunii granulei, dx este negativi invers proporional cu dimensiunea x a granulei ridicat la o putere m , ce depinde denatura materialului i condiiile de mrunit:

m m

dE C CdE dxdx x x

(8.10)unde: C - constant de proporionalitate.Energia util de mrunire va fi:

0

E d

s m

D

CE dE dxx

(8.11)Pentru valoarea 1m relaia de mai sus se integreaz i astfel se obine legea

Kick-Kirpicev:

11 1lg lgsE C d D

(8.12)Potrivit legii Kick-Kirpicev energia necesar pentru mrunirea unor corpuri

asemntoare i omogene variaz direct proporional cu volumele sau greutile acestorcorpuri. Coeficientul 1C corespunde consumului de energie, pentru mrunirea uneiuniti de greutate a materialului de mrunit cu un grad de mrunire multiplu de zece.

Legea Kirpicev a fost verificat experimental i s-a observat o bun concordann cazul materialelor de dimensiuni mari dar erori importante n cazul materialelor dedimensiuni mici.

Pentru valoarea 2m din relaia (8.11) se obine legea Rittinger:2

1 1sE C d D

(8.13)Potrivit legii Rittinger, energia util de mrunire este proporional cu creterea

suprafeei specifice a materialului. Coeficientul 2C este egal cu consumul de energienecesar pentru formarea unei uniti noi de suprafa specific.

Legea Rittinger verificat experimental d bune rezultate n cazul materialelor dedimensiuni mici.

Pentru valoarea 1,5m din relaia (8.11) se obine legea Bond:3

1 1sE C d D

(8.14)Potrivit legii Bond, energia util mrunire este egal cu diferena dintre energiile

coninute de material dup i nainte de mrunire. Constanta 3C poate fi pus sub forma:

3 100C W (8.15)Atunci cnd dimensiunile se exprim n microni iar W este indicele de mrunire

i reprezint energia necesar pentru mcinarea unui material de la dimensiunea infinit

104

la dimensiunea de 100 m. W variaz n limite foarte largi n funcie de material i sedetermin experimental.

Dac se nlocuiete relaia (8.14) n (8.15) se obine:1 1 100100s

D dE W Wdd D D

(8.16)

sau:100s

D dW ED d

(8.17)

Legea Bond are aplicabilitate mai larg dect legile Kirpicev i Rittinger.Pentru a se introduce aria specific, A, invers proporional cu ptratul

dimensiunii particulei, relaia (8.10) devine:1

dA C xdE

(8.18)unde: 2n este o constant;

1C - constant.Tatsuo Tanaka propune o variant detaliat a relaiei de mai sus:

c adA K P P P xdE (8.19)unde:

cP - probabilitatea ciocnirii particulelor;P - probabilitatea ca rezistena de rupere a materialului s fie depit;

aP - probabilitatea propagrii fisurii;K - constant.Prin aceast relaie se evideniaz parametrii cei mai importani ce caracterizeaz

funcionarea mainilor de mrunire a materialelor solide.Pe lng aceste teorii de mrunire considerate clasice, exist i teorii moderne

cum ar fi teoria termodinamic, teoria liberei mruniri i teoria modelelor.Teoria termodinamic a lui Djingenzhian pornete de la ideea c suma dintre

energia cinetic necesar pentru mrunirea unui material i energia caloric intern amaterialului mrunit, care este transformat n lucru util este o constant, potrivit relaiei:

intcE Q k Q (8.20)unde:

cE - energia cinetic de mrunire;intQ - energia caloric intern transformat n lucru util;

Q - cldura care ia natere n timpul mrunirii;k - constant termodinamic ce caracterizeaz materialul supus mrunirii.Teoria liberei mruniri a lui Carey i Stairmand pornete de la ideea c n timpul

mrunirii forele exterioare sunt aplicate particulelor supuse mrunirii astfel nct seproduce o repartiie granulometric a fragmentelor obinute, caracteristic materialului,care se poate numi repartiie natural.

Diferena dintre energia asociat produsului obinut dup mrunire i energiaasociat materiei prime, este egal cu energia consumat pentru realizarea mrunirii.

Teoria liberei mruniri se poate transpune n relaia:p m cE E E (8.21)

unde: pE - energia produsului de mrunire;

mE - energia materiei prime;

105

cE - energia consumat de utilajul de mrunire; - randamentul energetic al utilajului.Teoria modelelor a lui Adreasen pornete de la ideea c se poate determina

cantitativ variaia unei anumite proprieti a materialului de mrunit atunci cnd seschimb raportul dimensiunilor. Condiiile ce trebuie respectate n cazul mrunirii pemaini model sunt: cele dou maini s fie riguros identice i s se respecte raportuldintre dimensiunile geometrice, particulele de alimentare s aib aceleai dimensiuni,materialele nu trebuie s fie fragile, adic s nu se rup nainte limita de elasticitate.

8.2.Concasoare cu flci

Caracterizare generalConcasoarele cu flci se caracterizeaz prin prinderea bucilor de material ntre

dou piese robuste de mas mare, ale cror suprafee prin apropiere exercit o for decompresiune asupra materialului.

Concasoarele se folosesc n cazul cnd, n urma unei singure trepte de mrunire,trebuie s se obin un amestec destul de bine dispersat de particule mrunite.Concasoarele mrunesc foarte bine materialele casante i sunt mai puin eficiente ncazul produselor umede sau a celor care conin o cantitate mare de grsime. Concasoarelecu flci sunt folosite n special la mrunirea grosier dar n anumite cazuri i la ceamijlocie. Cel mai ades sunt ntlnite n industria minier, a materialelor de construcie dari n industria alimentar, n special a zahrului, pentru mrunirea pietrei de var ce intrn procesul tehnologic de fabricare a zahrului.

Gradul de mrunire variaz ntre 2 i 6 la bucile mari i dure i ntre 5 i 10 labucile de mrime mijlocie.

Dup modul de construcie exist mai multe tipuri de concasoare cu flci dar celmai frecvent utilizate sunt:

-concasorul cu micare simpl, oscilant a flcii (figura 8.2),-concasorul cu micare complex a flcii (figura 8.3).La ambele variante amplasarea suspensiei flcii mobile este la partea superioar a

mainii pentru a facilita evacuarea materialului mrunit prin fanta rezultat la parteainferioar ntre falca fix i cea mobil. La concasorul din figura 8.2 notaiile auurmtoarele semnificaii: 1- falca fix, 2- falca mobil, 3- excentric, 4- biel, 5- placa depresiune fa, 6- placa de presiune spate, 7- suspensia flcii mobile, A- alimentare, B-evacuare. Acest concasor este acionat cu ajutorul unei articulaii duble, astfel nctfiecare punct al flcii mobile descrie o traiectorie circular, cu centrul pe axa geometrica suspensiei.

106

Fig. 8.2 Concasor cu flci cuarticulaie dubl i micare oscilant a

flcii

Fig. 8.3 Concasor cu flci cuarticulaie simpl i micare complex a

flciiLa concasorul din figura 8.3 notaiile reprezint: 1- falca fix, 2- falca mobil,

3- excentric i suspensie, 4- placa de presiune, n - sensul rotaiei excentricului, A-alimentare, B- evacuare, < 90o la concasare grosier i 90o la concasare fin. Larotirea excentricului, falca execut o micare oscilant i n acelai timp, o micare plancomplex, plan-paralel. Acest concasor este acionat de o articulaie simpl astfel nctfiecare punct de pe suprafaa activ a flcii mobile descrie cte o curb nchis. La acestconcasor sensul de rotaie figurat ajut la evacuarea materialului mrunit datoritcomponentei descendente a micrii n timpul cursei active. n faza de sfrmare rezult ofrecare suplimentar ntre material i falc.

La fiecare rotaie, sensul forelor care ncarc lagrele mainii cu articulaiesimpl se schimb. Pe msur ce uzura lagrelor crete, scade debitul concasorului ifenomenele de uzur se accentueaz.

Concasoarele cu flci au urmtoarele avantaje:-construcie i ntreinere simpl,-siguran n funcionare mare,-mas redus i cost sczut,-gabarit redus.Printre dezavantajele principale trebuie menionate:-funcionare ciclic, cu mase mari n oscilaie, care nu pot fi echilibrate pe deplin

i determin funcionarea trepidant cu zgomot mare,-necesitatea unui volant greu i a unei fundaii costisitoare.n ciuda acestor dezavantaje concasoarele cu flci sunt cele mai rspndite pentru

mrunirea materialelor, urmate de concasoarele giratorii.

8.2.1. Construcia concasorului cu flci i materiale folositen figura 8.4 este prezentat un ansamblu de concasor cu dubl articulaie.

107

Flcile fix 1 i mobil 2, sunt organele de lucru ale mainii. Falca fix face corpcomun cu batiul mainii, iar cea mobil oscileaz n jurul axului 3 care este rezemat prinintermediul lagrelor n batiu. Spaiul de lucru al mainii este delimitat de cele dou flcii de pereii laterali 6 ai batiului, protejai de blindaje. Cele dou flci sunt de asemeneaprotejate mpotriva uzurii de plcile de blindaj 4. Pana 5 mpiedic deplasarea plcilor deblindaj spre axul flcii. Micarea oscilant a flcii este realizat cu ajutorul mecanismuluibiel-manivel format din arborele cu excentric 7 ce se reazem pe batiu. La ambelecapete ale acestui arbore se afl volanii, dintre care unul este utilizat ca roat pentrutransmisia prin curele trapezoidale. Prin intermediul cuzinetului 10 placa de presiune faeste legat de falca mobil. Cuzinetul 11 face legtura dintre placa 10 i biela 12.Cuzinetul 13 al plcii de presiune spate 9 este montat pe batiu i poate fi deplasat cuajutorul unui dispozitiv cu pan, pentru modificarea fantei de evacuare. Tiranii 14

prevzui cu arcurile 15 mpiedic desfacerea articulaiilor sistemului.La proiectarea concasoarelor se recomand o anume repartiie a masei totale pe

prile componente. Se recomand urmtoarea repartiie a masei :-batiul mpreun cu falca mobil 45-50%;-falca mobil mpreun cu axul 13-18%;-lagrul excentric mpreun cu biela 8-13%;-roata de antrenare i volantul 20-25%;-plci de presiune, arcuri, etc. 3-5%.Batiul concasoarelor cu flci se execut din turnat, din oel, sau sudat, din plci de

oel laminat. Construcia sudat se utilizeaz la concasoare unicate sau cu gabarit foartemare. La concasoarele mici, cnd batiul este monobloc se folosete construcia turnat. nambele cazuri se practic nervurarea pentru asigurarea rigiditii necesare a pereilorbatiului.

Flcile se execut din oel n construcie turnat, nervurat. Partea activ a flcilori pereii laterali ai batiului sunt cptuite cu plci de blindaj striate pentru a fi protejate lauzur. Plcile de blindaj sunt executate din oel manganos, cu 12- 14% Mn, turnat i clit.Acest oel nu poate fi prelucrat prin achiere i din acest motiv gurile pentru uruburile

Fig. 8.4 Ansamblul constructiv al concasorului cu flci i dubl articulaie

108

de prindere trebuie prevzute la turnare.Biela se execut turnat din oel la concasoarele mici sau asamblat din mai multe

pri constituente n cazul concasoarelor mari. Datorit ciclurilor de funcionarepulsatoare biela este solicitat la oboseal i trebuie proiectat corespunztor.

8.2.Concasoare conice

Concasoarele conice sunt folosite pentru concasarea grosier, mijlocie i mrunta materialelor de duritate mare i medie. Ele sunt ntlnite cu preponderen n industriamaterialelor de construcii. Denumirea se datoreaz formei conice a organelor active,conul exterior fix 2 i conul interior mobil 1, fig. 8.5. Conul interior, mobil, poate avea omicare circular excentric sau o micare de translaie n plan orizontal astfel nctmaterialul care se afl n spaiul dintre cele dou conuri este mrunit continuu.

Procesul de mrunire se desfoar datorit micorrii continue a fantei dintrecele dou conuri, de la cota maxim, b, ce corespunde zonei de alimentare 4, la cotaminim, s, materialul este comprimat i zdrobit. Descrcarea are loc n zona 3, unde cotaradial a fantei de descrcare este (s+e) ce corespunde dimensiunii maxime a materialuluimrunit. Rezult c produsul concasrii are aici un spectru granulometric larg, ntredimensiunile s i (s+e), adic este caracterizat printr-un coeficient de supradimensiune,

s eks

(8.22) Pentru concasare mijlocie i mrunt se

utilizeaz concasoare conice cu arbore n consol.n comparaie cu concasoarele cu flci,

concasoarele conice au urmtoarele particulariti: a) avantaje:-consum de energie mai mic pe tona de material

concasat;-debite mai mari;-funcionare mai linitit;-lipsete mersul n gol i nu este necesar

volantul;-concasarea se face continuu;-alimentarea se poate face din orice direcie.b) dezavantaje:-dimensiunile maxime ale materialului alimentat

sunt mai mici dect la concasoarele cu flci;-din spaiul de lucru pot scpa buci plate,

lungi;-n cazul alimentrii cu materiale cu plasticitate

ridicat exist pericolul nfundrii;-construcie mai complicat;-preul de cost este mai ridicat i sunt mai greu de ntreinut dect concasoarele cu

flci.Clasificarea concasoarelor conice se poate face dup mai multe criterii:Dup poziia arborelui sau axei geometrice verticale:

Fig.8.5 Schema de principiua unui concasor conic

109

-concasoare cu arborele suspendat ntr-un lagr superior (fig. 8.6);-concasoare cu arbore rezemat ntr-un lagr inferior (fig. 8.7);-concasoare cu arbore fix n jurul cruia se rotete un arbore tubular cu excentric

(fig. 8.8).Dup felul micrii conului mobil:-concasoare cu micare rotativ, oscilant, excentric fa de conul fix (fig. 8.6 i

fig. 8.7);-concasoare cu micare de translaie n plan orizontal (fig. 8.8 i fig. 8.9).

Fig. 8.6 Concasor cu arboresuspendat n lagr superior, cu micarerotativ a conului interior, acionare din

dou pri, fr sistem de amortizare,pentru concasare grosier

Fig. 8.7 Concasor cu arborerezemat n lagr inferior, cu micarerotativ a conului interior, acionare

dintr-o parte, cu sistem de amortizare cuarcuri

Fig. 8.8 Concasor cu arbore fix,n jurul cruia se rotete arborele tubularcu excentric; conul interior are micarede translaie n plan orizontal; acionaredintr-o parte; fr sistem de amortizare;

pentru concasare grosier

Fig. 8.9 Concasor cu micare detranslaie n plan orizontal a conului

interior, cu sistem hidraulic deamortizare la captul inferior al

arborelui

Dup felul acionrii:-cu acionare dintr-o parte (fig. 8.8);

110

-cu acionare din dou pri (fig. 8.6).Dup tipul sistemului de amortizare utilizat:-fr sistem de amortizare (conul fix se mbin rigid cu batiul, fig. 8.6 i fig. 8.8);-cu sistem de amortizare cu arcuri (fig. 8.7);-cu cilindri hidraulici/pneumatici sau cu sistem hidraulic la captul inferior al

arborelui (fig. 8.9).Dup anumite particulariti tehnologice:-concasoare pentru concasare grosier, dimensiunea maxim a materialului

alimentat max 300 1200D mm (fig. 8.5 i fig. 8.7);-concasoare pentru concasare mijlocie, max 60 300D mm (fig. 8.6);-concasoare pentru concasare mrunt, max 80 110D mm .Concasoarele pentru concasare grosier se caracterizeaz prin:-grad de mrunire 7i ;-spaiul de lucru este format ntre tronconul exterior cu baza mare sus i tronconul

interior, cu baza mare jos;-unghiul la vrf al conurilor este relativ mic.Concasoarele pentru concasare mijlocie i mrunt se caracterizeaz prin:-grad de mrunire 10i ;-spaiul de lucru format ntre tronconuri scurte cu nclinare relativ mic, ambele

cu baza mare jos;-unghiul dintre generatoarele conurilor, n partea dinspre vrf, este relativ mic, iar

n partea inferioar generatoarele sunt paralele, ceea ce asigur un produs mrunt,constant;

-alimentarea se face cu buci mici de material.

Puterea de acionare a motoruluiPentru calculul puterii motorului de antrenare se folosete relaia dedus din legea

Kick-Kirpicev 2

3681 10r

n

n D D sP

E (8.23)

unde: - rezistena la compresiune a materialului de sfrmat, [daN/cm2];D - diametrul maxim al conului mobil, [cm];

rD i s - dimensiunile maxime ale bucilor de material nainte i dup sfrmare,[cm];

E - modulul de elasticitate al materialului, [daN/cm2].

8.3.Concasoare cu valuri

8.3.1. Caracterizare general

Concasoarele cu valuri sunt maini destinate mrunirii mijlocii i fine.Dimensiunea materialului la alimentare variaz n funcie de mrimea mainii, ntre 30 i80 [mm], iar cele ale materialului prelucrat ntre 1 i 10 [mm]. Datorit dimensiuniireduse a materialului prelucrat aceste utilaje sunt folosite i ca mori, n special nindustria morritului. n principiu, partea activ este alctuit din doi cilindri, netezi sau

111

striai, care se rotesc n sens contrar, comprim bucile de material i astfel le mrunesc(fig. 8.10). Vitezele periferice ale cilindrilor pot fi egale sau diferite. n al doilea caz,cilindri striai, la efectul de compresiune se adaug i efectul de forfecare, favorabil ncazul materialelor moi.

Pentru a preveni avarierea mainii din cauza ptrunderii n spaiul de lucrua unor corpuri strine, lagrele unuia dintre cilindri se construiesc astfel nct s poataluneca n cadru, nvingnd rezistena unor arcuri calculate pentru preluarea apsrilor nregim de lucru normal (fig. 8.10, a). Practic, datorit variaiei dimensionale i de duritate

a materialului alimentat, n timpul funcionrii cilindrul mobil oscileaz n jurul poziieisale de mijloc. Rezult astfel fore de inerie pe care maina le transmite fundaiei i caretrebuie preluate de aceasta. Concasorul cu ambii cilindri mobili nu mai prezint acestneajuns deoarece construcia este astfel echilibrat. Maina este ns mult mai complicati de aceea mai puin utilizat. Prin folosirea unui separator magnetic pe traseulalimentrii, adic naintea concasorului, acesta poate fi protejat de materiale cudimensiuni i duriti foarte mari.

Acionarea concasoarelor cu valuri, cu un singur cilindru mobil se poate face nurmtoarele variante:

-prin curea, cu angrenaj intermediar i cu angrenaj ntre cilindri (fig. 8.11, a);-prin roat de curea separat, pe fiecare cilindru, adic cu dou motoare

electrice fig. 8.11, b);-prin intermediul arborilor cardanici, de la un reductor (fig. 8.11, c).

Fig. 8.10 Schema concasorului cu valuria - cu un cilindru mobil; b cu ambii cilindri mobili;

1 cilindri; 2 cadru; 3 lagr fix; 4 lagr mobil; 5 arc.

112

n funcionare, datorit oscilaiilor pe direcie orizontal a cilindrului mobil,distana dintre axele cilindrilor variaz. n consecin, roile dinate (6 i 7, fig. 8.11, a) seconstruiesc cu dini de nlime mai mare dect cea normal, care asigur angrenareapentru orice poziie a cilindrului mobil. Construcia din figura 8.11, c, nu necesit dini cunlime mai mare dect cea normal care, prezint unele neajunsuri, cum ar fideterminarea scderii randamentului, a uzurii accentuate i care ridic probleme deungere.

n general concasoarele cu valuri netede sunt utilizate pentru materialedure, pn la 21300 /rc kgf cm cu dimensiuni maxime de 80 mm. Concasoarele cuvaluri striate sunt folosite la concasarea materialelor cu maximum

2700 /rc kgf cm i dimensiuni mai mari de 80 mm deoarece striaiile asigur

prinderea lor ntre cilindri. Dac cilindrii sunt lungi atunci ei se uzeaz inegal irelativ repede. De aceea trebuie s existe un anumit raport ntre lungimea idiametrul cilindrilor, astfel:

-pentru materiale dure / 0,3...0,7l D ;-pentru materiale moi / 1,25...1,5l D .

La concasoarele cu valuri gradul de mrunire variaz ntre valorile 3...4i lamateriale dure i 10...15i la materiale moi. Debitul masic variaz ntre 3 i 100 [tf/h] nfuncie de mrimea concasorului.

Pentru ca funcionarea concasorului cu valuri s se fac n bune condiii estenecesar ca alimentarea cu material s se fac uniform pe toat lungimea cilindrilor prinintermediul unor alimentatoare.

Concasoarele cu valuri sunt maini simple, sigure n exploatare i durabile. Nueste necesar deservirea de ctre personal cu calificare nalt. Dei consumul lor specificde energie este mai mic dect cel al concasoarelor conice, acestea din urm sunt maiutilizate datorit debitului mai mare i a gradului de mrunire mai ridicat.

Fig. 8.11 Acionarea concasoarelor cu valuria cu un motor; b cu dou motoare; c cu reductor i arbori cardanici;

1, 2 cilindri; 3 roi de curea; 4, 5 angrenaj intermediar; 6, 7 angrenaj ntrecilindri; 8 arcuri; 9 motor electric; 10 reductor; 11 cuplaje cardanice

113

Debitul concasorului

Pentru calculul debituluiconcasorului se consider schema din figura8.12.

Volumul v de material care treceprintre valurile concasorului la o rotaiecomplet a acestora este egal cu volumulunui paralelipiped dreptunghic avndlaturile egale cu: lungimea L a valurilor,distana s dintre ele i respectiv lungimeacercului, adic D (fig. 8.12). Astfel:

v D L s (8.23)Debitul volumetric al concasorului este: vnQv 60 360 [ / ]vQ nDLs m h

unde n - turaia valurilor, [rpm].Debitul masic va fi

vm QQ 60 [ / ]mQ nDLs kg h (8.24)unde: - coeficientul de afnare;

- densitatea materialului, 3[ / ]kg m .Bilanul energetic al unui concasor cu valuri:1.consumul de energie a valului funcionnd n sarcin, 80%;consumul de energie pentru mrunire propriu-zis, 60%;consumul de energie la presarea particulelor ntre valuri, 19,2%;consumul de energie la frecare particulelor ntre valuri, 0,8%;2. consumul de energie a valului funcionnd n gol, 20 %;pierderile de energie n angrenajul valurilor, 5%;pierderile de energie prin frecare n lagrele valurilor, 10%;pierderile de energie n transmisia prin curele, 5%.

8.4.Mori cu ciocane

8.4.1. Consideraii generale

La morile cu ciocane mrunirea materialului se produce n urma ocului laimpactul cu ciocanele i cu pereii camerei de lucru. Elementele caracteristice acestorutilaje sunt ciocanele montate n rotorul mainii.

n funcie de modul de asamblare dintre ciocane i rotor se disting urmtoareledou mari categorii:

-mori cu ciocane articulate, la care mrunirea are loc n principal datorit energieicinetice a ciocanelor, caz n care viteza periferic a ciocanelor poate atinge valoride 2560 m/s (fig. 8.13, a-d);-mori cu ciocane fixe, la care rotorul contribuie cu ntreaga sa mas n procesul demrunire; mrunirea materialului se produce prin lovirea acestuia de ctreciocane, prin lovirea bucilor ntre ele i prin lovirea de pereii camerei de lucru;

Fig. 8.12 Schema pentru determinareadebitului concasorului cu valuri

114

viteza periferic a rotorului este de 4080 m/s, iar n cazul mrunirii fine la carepredomin efectul autogen viteza poate ajunge pn la 300 m/s (fig. 8.13, e-h).

Morile cu ciocane se folosesc pentru mrunirea materialelor fragile, fibroase,semidure i cu umiditate redus cum ar fi: crbune, calcar, ghips, azbest, clorur de sodiu,ngrminte chimice, oase, coaj de lemn etc.

Clasificarea morilor cu ciocane se face dup urmtoarele criterii:1. Dup numrul de rotoare:- cu un singur rotor (fig. 8.13, a, b, e, f);- cu dou rotoare (fig. 8.13, c, d, g, h).2. n funcie de existena grtarului:- cu grtar din bare profilate n zona de alimentare i/sau evacuare (fig. 8.13, b-d);- fr grtar (fig. 8.13, e);- cu fant reglabil, prin modificarea distanei dintre vrful ciocanelor i plcile de

blindaj (fig, 8.13, f-h).3. n funcie de poziia gurii de alimentare:- excentric (fig. 8.13, b, e, f, h);- centrat (fig. 8.13, d, g).4. n funcie de forma constructiv a ciocanelor, numrul i aranjamentul

acestora pe rotor.Morile cu ciocane au urmtoarele avantaje: principiu de funcionare i

construcie simpl; posibilitate de utilizare la mrunire grosier, mijlocie i fin;dimensiuni de gabarit mici, mase mici; grad de mrunire mare, i=10200 i chiar mai

Fig. 8.13Tipuri constructive de mori cu ciocane

115

Fig. 8.14Schema pentru determinarea

fantei grtarului

mare; consumul de energie variaz aproximativ liniar cu debitul morii.Printre dezavantaje cele mai importante sunt: uzura rapid a ciocanelor,

grtarelor i blindajelor la mrunirea materialelor abrazive; materialele cu umiditateridicat i plasticitate mare se lipesc de grtare.

8.4.2. Mori cu ciocane articulate

Procesul de mrunire a materialelor n aceste mori se realizeaz prin lovire cuajutorul unor ciocane mobile care se rotesc cu vitez mare. Efectul de mrunire este datde energia lor cinetic, care este cu att mai mare cu ct viteza periferic i greutatea lorsunt mai mari.

Cnd greutatea ciocanului este mare i viteza de rotire mic, bucile de materialnu sunt sparte integral i rezult o cantitate mic de material mrunt. Cnd greutateaciocanului este mic iar viteza mare, materialul este mcinat fin.

Parametrii de baz ce caracterizeaz funcionarea morilor cu ciocane articulatesunt:

- granulaia produsului finit;- dimensiunile rotorului;- debitul morii;- puterea de antrenare etc.

8.4.3. Mecanica morii

8.4.3.1 Granulaia produsului finitGranulaia produsului finit depinde de mrimea fantei dintre barele grtarului, e ,

msurat pe circumferina interioar (fig. 6.2).La mrunirea fin fanta trebuie s fie de 3-5 orimai mare dect dimensiunea produsului, iar lamrunirea grosier de 1,5-2 ori mai mare.Acesta se datoreaz faptului c, la alimentareparticulele ptrund n rotor i se mic ndirecia axului acestuia. Particulele respinse deplcile de blindaj se mic i ele spre ax. Pe dealt parte, particulele sunt antrenate de ciocanelen micare de rotaie. Sub aciunea forelorcentrifuge, viteza radial a particulelor semicoreaz pn la valoarea zero, cnd micarealor radial i schimb sensul, adic spreperiferie. Avnd n vedere notaiile din figur sepot scrie relaiile:

0 1R r c (8.25)unde: 1 max( ) 2

Dc l (8.26)n ultima relaie D este dimensiunea materialului alimentat.Ecuaia (8.25) permite determinarea razei 0r . Dac se aplic particulei de mas m

teorema impulsului atunci se obine:

116

( ) rF dt d mv m dv (8.27)unde t - timpul, rv - viteza radial a particulei.

Asupra particulei de material acioneaz fora centrifug,2F m r (8.28)

unde r variaz ntre 0r i R . Componenta radial a vitezei rv atunci se poate scrie:

r

r

dr drv dt

dt v (8.29)

Dac se fac nlocuirile n relaia (8.27) dup simplificarea cu m se obine:2

r rr dr v dv (8.30)Se face integrarea relaiei de mai sus, cu urmtoarele condiii la limit: pentru

0r r , 0rv i pentru r R , r rv V . Astfel:

0

2 2 2 2 20

0

1 1( )2 2

rVR

r r r

r

rdr v dv R r V (8.31)de unde

2 20rV R r (8.32)

VitezarV este componenta radial cu care particula ce are dimensiunea final d

ptrunde n fantele grtarului. Particula are i o vitez tangenial tV . Condiia caparticula s intre n fant i s nu sar peste aceasta este:

r

t

V dV e d

(8.34)De aici se deduce condiia:

t

r

V de d

V (8.35)

Dac viteza tangenial este tV R atunci relaia de mai sus devine

2 20

1Re dR r

(8.36)

Se face notaia2 2

0

1RmR r

atunci:

mine m d (8.37)Rezult c mrimea m are semnificaia unui coeficient de corecie pentru

determinarea fantei minime, mine , a grtarului, necesar pentru obinerea unui produs dedimensiune d , impus. Granulaia produsului este influenat i de mrimea joculuidintre capetele ciocanelor i grtar, j . Astfel dac 10...15j mm atunci max 5d mm idac 15...25j mm atunci max 10d mm . n general, la creterea jocului, gradul demrunire scade, debitul crete i consumul specific de energie al mainii scade. Vitezatangenial a rotorului influeneaz n mod decisiv granulaia produsului final ca idebitul morii.

117

8.4.3.2. Dimensiunile rotoruluiPentru calculul diametrului rotorului

rD i a lungimii rotorului rL al unei mori cuciocane, se recomand utilizarea relaiilor:

3 550 [ ]0,8...1,5 [ ]

r

r r

D D mmL D mm

(8.38)

unde: D - dimensiunea maxim a materialului de mrunit.

8.4.3.3. Debitul moriiDebitul unei mori cu ciocane este n funcie de proprietile de baz ale

materialului de mrunit, dimensiunile i turaia rotorului, numrul, greutatea i formaciocanelor, de dimensiunile i caracteristicile constructive ale morii.

Un calcul estimativ al debitului volumetric se poate face pe baza urmtoarelorrelaii:

- pentrur rD L

2 3100 [ / ]v r rQ D L n m h- pentru

r rD L2 3100 [ / ]v r rQ D L n m h

unde:rD - diametrul rotorului, m;

rL - lungimea rotorului, m;n - turaia rotorului, 103rpm.Debitul real al unei mori cu ciocane poate fi determinat numai pe cale

experimental, deoarece depinde de foarte muli factori.Debitul masic se poate calcula cu relaia:

2 2

[ / ]3600 1

r rm

L D nQ kg hi

(8.39)unde: - coeficient ce ine seama de gradul de afnare a materialului de mrunit;

- densitatea materialului, kg/m3.i - gradul de mrunire.