Способ дробления твердого топлива для агломерации и устройство для его осуществления

 

Изобретение предназначено для разрушения хрупких материалов при подготовке твердого топлива для производства агломерата. Способ включает двухстадийное разрушение с дроблением на второй стадии в двухвалковой дробилке. На первой стадии дробление ведут до крупности - 15 + 0 мм при остаточном содержании класса - 15 + 10 мм 10-20%, а на второй стадии разрушение ведут при величине зазора между валками, выбираемой из соотношения δ = d(1-ε_o) при этом величина податливости системы нагружения в направлении увеличения зазора между валками выбирается из соотношения П = K(P/ε_a) Достигается это в устройстве, содержащем корпус 1, качающиеся траверсы 2 с закрепленными в них двумя валками 3, независимо соединенные гибкими муфтами с приводами. В верхней части размещен болт 4 с блоком прижимных пружин 5. Смещение валков и зазор между ними регулируются упорами. Изобретение позволяет снизить переизмельчение и увеличить выход кондиционного продукта. 2 с.. п.ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к разрушению хрупких материалов и может быть использовано при подготовке твердого топлива (например, кокса, угля и др.) для производства агломерата.

Известен способ разрушения угля между парой дробящих валков, вращающихся с разными окружными скоростями в противоположных направлениях [1] Способ осуществляется в двухвалковой дробилке со встречно вращающимися с разными скоростями валками.

Недостатком способа является переизмельчение кондиционного продукта, вызванное особенностью структуры топлива (каркасный тип структуры).

Известен также способ дробления кокса в две стадии с использованием короткоконусной дробилки в первой стадии и четырехвалковой дробилки - во второй стадии [2].

Недостатком способа являются большое переизмельчение исходного материала и недостаточный выход годного продукта, обусловленные неконтролируемой степенью деформации разрушаемого материала. Вследствие каркасной структуры кокса разрушение его при больших деформациях сопровождается сильным переизмельчением, особенно кондиционного класса - 3+0,5 мм Наиболее близким по технической сущности решением, принятым за прототип, является способ дробления кокса в две стадии в двухвалковых дробилках с предварительным отсевом кусков +40 мм [3].

Недостатками способа являются необходимость стадии додрабливания кокса крупностью +40 мм и избыточное переизмельчение кондиционного класса (выход класса - 3 + 0,5 мм составляет 49,4%).

Целью изобретения является снижение переизмельчения и увеличение выхода годного (кондиционного) продукта.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем двухстадийное разрушение с дроблением на второй стадии в двухвалковой дробилке, на первой стадии дробление ведут до крупности -15 +0 мм при остаточном содержании класса -15 +10 мм 10 - 20%, а на второй стадии разрушения ведут при величине зазора между валками, выбираемой из соотношения.

δ = d(1-ε_o), при этом величина податливости системы нагружения в направлении увеличения зазора между валками выбирается из соотношения: П = K(P/ε_a), где
δ - величина зазора между валками, мм,
d - средний размер частиц топлива в классе -10 + 3 мм,
П - податливость системы нагружения, H/м,
Р - максимальная прочность частиц кокса, H,
ε_o - абсолютная величина предельной деформации разрушения куска, поступающего на вторую стадию разрушения, м,
ε_a - относительная величина предельной деформации разрушения куска, поступающего на вторую стадию разрушения,
К - коэффициент заполнения материалом зоны приложения дробящего усилия (К = 500-1000).

Выбор величины зазора между валками обусловлен величиной предельной деформации куска топлива, при которой осуществляется рациональное сокращение размеров с учетом его структурных особенностей и обеспечивается снижение выхода переизмельченного продукта - 0,5 + 0 мм в кондиционном продукте.

Величина предельной разрушающей деформации (ε) находится эмпирически из экспериментальной зависимости выхода мелочи от величины деформации. Достигается это постоянством зазора между валками, что обеспечивается соответствующей податливостью нагружающей системы. Условие податливости П = K(P/ε) совместно с условием выбора величины зазора δ = d(1-ε) создает режим нагружения (деформирования), обеспечивающий постоянную скорость деформации, при котором, на стадии разрушения, энергия нагружающего устройства рабочих органов не передается разрушаемому куску.

В результате такой организации процесса деформирования разрушение куска осуществляется при величине предельной деформации и сопровождается дезинтеграцией его на ограниченное число кусков (2-4) без переизмельчения, как это происходит в условиях неограниченной жесткости и при неконтролируемой передаче энергии нагружающей системы разрушаемому куску.

Предложенное соотношение для установки величины зазора между валками выводится из условия обеспечения при разрушения частицы топлива со средним размером (d) величины деформации, равной предельной разрушающей для данной частицы (ε) .

При жестком нагружении (с величиной деформации ε ) величина относительно деформации и величина зазора, который задает эту деформацию, связаны соотношением ε = (d-δ)/d , откуда, приравняв эту величину относительно деформации значению предельной разрушающей деформации (из условий разрушения) получим соотношение δ = d(1-ε) .

Выбор содержания класса -15+10 мм в продуктах дробления первой стадии в диапазоне 10 - 20% обусловлен особенностью гранулометрической характеристики хрупких материалов с каркасной структурой: она такова, что содержание мелких классов (0,5+0 мм) находится в прямой зависимости от содержания вышеназванного крупного класса. Содержание класса -15+10 мм в продукте питания второй стадии измельчения в диапазоне 10 - 20% позволяет обеспечить допустимое содержание мелкого класса как в продуктах первой стадии дробления, так и в готовом продукте после второй стадии дробления в валковой дробилке (при выполнении вышеуказанных условий на величину деформации и жесткости нагружения. Увеличение содержания крупного класса в продукте питания второй стадии за обозначенные пределы приведет к ухудшению условий работы валковой дробилки (снижение производительности по готовому продукту и уменьшению выхода годного продукта (-3 + 0,5 мм).

С другой стороны, уменьшение содержания крупного класса в продукте питания стадии приведет к увеличению содержания переизмельченного класса в годном продукте из-за смещения гранулометрической характеристики продукта питания второй стадии и из-за измельчения режима работы дробилки, которая в данном случае будет работать под завалом в режиме объемного разрушения, и, как следствие, снижению выхода годного продукта.

Для того, чтобы частица при прохождении валков подвергалась деформация, равной разрушающей, а не более, должна быть обеспечена необходимая жесткость системы нагружения, включающая и валки, которая должна гарантировать выполнение этого условия.

Достигается это тем, что в устройстве для дробления твердого агломерационного топлива, содержащем корпус, привод, валки, дробящие органы, валки закреплены на траверсах таким образом, что центры тяжести валков расположены выше точки крепления качающихся траверс и между осями траверс, при этом траверсы в верхней части стянуты проходящим через них болтом посредством блока нажимных пружин. Размещение центра тяжести валков между осями траверс позволяет создать дополнительное к нажимным пружинам усилие на разрушаемый кусок за счет массы валков. Закрепление валков в качающихся траверсах, подпружиненных в верхней части выше точки опоры валков совместно с вышеуказанным решением позволяет регулировать податливость нагружающей системы для обеспечения условия минимального переизмельчения материала.

Предложенная совокупность признаков позволяет обеспечить снижение переизмельчения и увеличение выхода годного продукта.

На чертеже изображена схема устройства для дробления твердого топлива. Устройство содержит корпус 1, качающиеся траверсы 2 с закрепленными в них двумя валками 3, независимо соединенные гибкими муфтами с приводами (не показаны). В верхней части размещен болт 4 с блоком прижимных пружин 5. Смещение валков и зазор между ними регулируются упорами 6.

Способ осуществляется следующим образом.

Исходя из среднего куска разрушаемого материала (d) и предварительно экспериментально определенной величины разрушающей деформации для данного материала (ε_o) , определяют величину зазора между валками (δ = d(1-ε_o) .

Прочность топлива, поступающего на вторую стадию разрушения, определяют экспериментальным путем и на основании полученных значений устанавливают соответствующую податливость нагружающей системы, путем регулирования усилия, пружин сжимающих траверсы.

Податливость нагружающей системы (валки-траверсы-привод), как жесткость любой механической системы, определяют путем приложения к анализируемому звену фиксируемой величины усилия и измерения величины его смещения под действием этой нагрузки.

Сравнительные испытания выполнены на лабораторной валковой дробилке, податливость которой определялась путем приложения к валкам усилия через пружинный динамометр типа "ДОСМ" и изменением величины смещения микрометрическим индикатором. Податливость применяемой дробилки составила 9-10⁸ Н/м, что при максимальной прочности разрушаемого куска (10-15 мм) обеспечивает выполнение условия сохранения постоянства зазора между валками, постоянную скорость деформирования в процессе разрушения частиц топлива.

Проверка способа производилась на коксе Череповецкого металлургического комбината, дробление в первой стадии осуществлялось в молотковой дробилке, при этом содержание крупного класса -15+10 мм в продукте питания валковой дробилки задавалось соответствующей подшихтовкой требуемого продукта с учетом гранулометрической характеристики, получаемой на первой стадии дробления. Оценка параметров прочности и величины разрушающей деформации частиц кокса осуществлялась на испытательной машине "ИМАШ АЛА ТОО 20-75" путем регистрации диаграммы нагружения в жестком режиме деформирования вплоть до разрушения. Для испытываемого материала эти величины составили соответственно: прочность (Р) 2,1 кН, разрушающая деформация (ε_o) 13,4%, при этом величина зазора между валками составила 5 мм.

Результаты разрушения кокса по предлагаемому способу и по прототипу приведены в таблице.

Анализ приведенных результатов показывает, что выход содержания крупного класса за пределы заявленного интервала (8 и 25%) приводит к ухудшению показателей дробления.

Таким образом, разрушение кокса по предлагаемому способу позволяет снизить переизмельчение (выход мелочи) на 16,9% абс., при одновременном увеличении выхода кондиционного продукта на 8,4 абс.%. Полученный таким образом гранулометрический состав твердого топлива позволяет снизить расход топлива при агломерации на 2,3% и снизить массовую долю мелочи в агломерате на 3,5%.

Формула изобретения

1. Способ двустадийного разрушения твердого топлива для агломерации, включающий дробление в двухвалковой дробилке на второй стадии разрушения, отличающийся тем, что на первой стадии дробление ведут до крупности -15 + 0 мм, при остаточном содержании класса -15 + 10 мм 10 - 20%, а на второй стадии разрушение ведут при величине зазора между валками, выбираемой из соотношения
δ = d(1-ε_o),
при этом величина податливости системы нагружения в направлении увеличения зазора между валками выбирается из соотношения
П = K(P/ε_a),
где δ - величина зазора между валками;
d - средний размер частиц топлива в классе -10 + 3 мм;
П - податливость системы нагружения, Н/м;
P - максимальная прочность частиц кокса, H;
ε_o - абсолютная величина предельной деформации разрушения куска, поступающего на вторую стадию разрушения, м;
ε_a - относительная величина предельной деформации разрушения куска, поступающего на вторую стадию разрушения;
K - коэффициент заполнения материалом зоны приложения дробящего усилия (K = 500 - 1000).

2. Устройство для дробления твердого агломерационного топлива, содержащее корпус, привод, валки, отличающееся тем, что дробящие органы - валки закреплены на траверсах так, что центры тяжести валков расположены выше точки крепления качающихся траверс и между осями траверс, при этом траверсы в верхней части стянуты проходящими через них болтами посредством блока нажимных пружин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2