СПОСОБ ГРОХОЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОЙ РУДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF IRON ORE SCREENING AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к области переработки минерального сырья, обогащения полезных ископаемых и предназначено для использования, в частности для классификации по крупности дробленой железной руды на горно-обогатительных предприятиях.
Целью предлагаемого технического решения является повышение производительности барабанного грохота за счет более рационального распределения материала по просеивающей поверхности грохота.
Известен способ грохочения, осуществляемый в устройстве - барабанном грохоте, включающем барабан цилиндрической, конической или призматической формы, вращающийся вокруг горизонтальной или слегка наклонной оси. Исходная руда поступает в верхний конец барабана и при вращении его продвигается вдоль оси барабана. Куски материала под действием сил трения увлекаются внутренней поверхностью вращающегося барабана и поднимаются на некоторую высоту. После того, как поверхность материала займет положение плоскости естественного откоса, куски начинают скатываться по этой поверхности, но, благодаря наклонному положению оси барабана, они одновременно перемещаются относительно начальной плоскости поперечного сечения барабана, продвигаясь вниз вдоль оси грохота. Материал, размер которого меньше размера отверстий грохота, проваливается, а крупный материал разгружается через нижний конец грохота [1, 2, 3, 4].
Недостатками известного способа грохочения, реализуемого посредством известного барабанного грохота являются низкая производительность и низкий коэффициент полезного действия, так как у барабанного грохота сильно ограничена поверхность решета, участвующего в процессе грохочения [1].
Поверхность решета, участвующего в процессе грохочения у известного барабанного грохота характеризует центральный угол, соответствующий сегменту загрузки разделяемым материалом.
Условно обозначим боковые стороны вращающейся цилиндрической поверхности барабана как "сбегающая" (относительное движение сверху вниз) и "набегающая" (относительное движение снизу вверх) (см. фиг.1).
Рассмотрим центральный угол сегмента загрузки барабана и расположение границ сегмента загрузки - границ между чистой (незанятой) поверхностью решета и поверхностью просеиваемого материала, находящегося внутри барабана. С набегающей стороны цилиндрической просеивающей поверхности граница сегмента загрузки (по образующей) устанавливается (и остается) в соответствии с естественным углом откоса разделяемого материала. В общем виде граница сегмента загрузки на набегающей стороне выше, чем на сбегающей стороне (фиг.2).
Граница сегмента со сбегающей стороны будет обусловлена местом подачи на решето разделяемого материала (питания).
Практика эксплуатации барабанных грохотов показала, что центральный угол, соответствующий сегменту загрузки не должен превышать 90°. Ограничение центрального угла, соответствующего сегменту загрузки связано с необходимостью ограничивать толщину слоя (сегмента загрузки) материала, находящегося в барабане. Очевидно, что увеличение толщины слоя материала для обычного (известного) барабанного грохота не эффективно, поскольку не все частицы в этом случае успевают пройти расстояние до решета и просеиться. Такое ограничение центрального угла приводит к тому, что в барабане обычного (известного) барабанного грохота остается незадействованным участок площади поверхности решета. Вовлечение в процесс просеивания дополнительно части этого участка в соответствии с предлагаемым изобретением позволит увеличить производительность процесса грохочения в два-три раза.
Анализируя работу обычного барабанного грохота, можно подробнее остановиться на одной особенности, которую можно расценить как крупный недостаток известного способа грохочения.
Наблюдаемое при работе обычного барабанного грохота явление естественной сегрегации не только не используется, но вероятнее всего даже вредит. Более крупные куски (частицы) при скатывании с наклонной поверхности более подвижны и оказываются в верхних слоях (выше), поэтому, достигнув подножья склона (откоса), откатываются дальше. Далее они теряют скорость и останавливаются на набегающей поверхности решета. Таким образом, откатываясь дальше всех, крупные частицы занимают чистую поверхность решета. После чего решето подхватывает их и транспортирует по дуге наверх. Остальным частицам остается занять только место поверх крупных.
Очевидно, что, находясь на поверхности решета и перекрывая отверстия, крупные частицы будут находиться на ней в течение всего транспортирования. Маловероятно, что они уступят место более мелким, ведь для этого потребовалось бы их перемещение в более верхний слой транспортируемого материала. Поэтому единственной возможностью для мелкого материала остается только протискиваться вниз к решету в промежутках между крупными кусками (частицами), которые покрывают само решето. Мелким частицам, которые успели протиснуться к решету в промежутках между крупными кусками (частицами), требуется еще пройти сквозь отверстия решета. Для этого, во-первых, ограничена площадь просеивающей поверхности теми самыми крупными кусками (частицами), во-вторых, может просто не хватить времени до момента, когда материал будет вынесен наверх к началу нового спуска*. После чего цикл повторяется.
Описанная последовательность является главной причиной снижения эффективности грохочения известного барабанного грохота по сравнению с плоским инерционным (вибро-) грохотом, в котором явление сегрегации по крупности при движении материала по наклонной плоскости дает дополнительный положительный эффект.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение производительности барабанного грохота путем более рационального распределения материала по просеивающей поверхности грохота.
Увеличение производительности барабанного грохота предлагается осуществить за счет интенсификации (повышения эффективности) процесса грохочения.
Это достигается тем, что в способе грохочения, включающем подачу железной руды в барабанный грохот с вращающейся просеивающей поверхностью с целью повышения производительности барабанного грохота посредством изменения траектории перемещения разделяемого материала во внутреннем пространстве барабанного грохота, предусмотрены следующие меры:
1) увеличение площади работающей просеивающей поверхности (увеличение коэффициента использования поверхности цилиндрического решета);
2) использование эффекта послойного структурирования разделяемого материала на поверхности решета;
3) подача материала на решето под более выгодным углом, способствующая увеличению живого сечения,
4) агитация - дополнительное воздействие на частицы слоя разделяемого материала на решете, приводящее к смещению частиц в толще слоя материала относительно друг друга, способствующее продвижению мелких частиц к просеивающей поверхности решета.
Первые три эффекта реализуются посредством изменения траектории перемещения разделяемого материала во внутреннем пространстве барабанного грохота. При этом увеличение площади работающей просеивающей поверхности осуществляется путем захвата скатывающейся с наклонной поверхности руды посредством магнитного барабана, и, забрасывания ее как можно выше на сбегающую сторону просеивающего решета. Эффект послойного структурирования разделяемого материала получается путем избирательного по крупности распределения материала на решето грохота также с помощью вращающегося магнитного барабана.
Агитация материала в предлагаемом техническом решении осуществляется также посредством магнитного барабана. Извлечение руды на магнитный барабан инициирует перераспределение частиц при выхватывании части слоя скатывающегося рудного материала. Это происходит от механического взаимодействия (соударений, трения) извлекаемых на магнитный барабан частиц с оставшимися на решете.
В барабанном грохоте, включающем барабан с просеивающей поверхностью, привод, питатель, приемники для продуктов разделения, с целью повышения эффективности процесса просеивания за счет более рационального использования площади поверхности решета, более выгодного угла подачи материала на решето и относительно упорядоченной по крупности укладки материала на решето посредством изменения траектории перемещения разделяемого материала во внутреннем пространстве барабанного грохота, дополнительно располагается магнитный барабан, состоящий из немагнитной обечайки с возможностью вращения и магнитной системы, при этом ось вращения магнитного барабана расположена параллельно оси вращения цилиндрического решета или под небольшим углом, а направление вращения барабана противоположно направлению вращения решета.
Кроме этого, магнитная система выполнена таким образом, что с целью избирательного сброса извлеченных на поверхность барабана магнитных частиц по ходу ее (поверхности барабана) движения, напряженность магнитного поля на поверхности постепенно уменьшается.
Кроме этого, с целью избирательного сброса извлеченных на поверхность барабана магнитных частиц по ходу ее (поверхности барабана) движения магнитная система выполнена с возможностью изменения зазора между магнитной системой и обечайкой магнитного барабана.
Кроме этого, привод обечайки магнитного барабана выполнен с возможностью регулирования скорости ее вращения.
Кроме этого, с целью оптимизации процессов извлечения материала на магнитный барабан и последующего сброса его на решето предусмотрена возможность позиционирования магнитного барабана по отношению к оси вращения просеивающего решета.
Кроме этого, с целью нейтрализации эффекта магнитного торможения при разгрузке материала с магнитного барабана, поверхность обечайки магнитного барабана снабжена лопатками.
Кроме этого, с целью более эффективного извлечения материала на магнитный барабан и с целью нейтрализации эффекта магнитного торможения при разгрузке материала с магнитного барабана, поверхность обечайки магнитного барабана снабжена штырями.
На фиг.4 изображено устройство для осуществления способа грохочения железной руды.
Способ грохочения заключается в следующем:
Железную руду подают в переднюю часть барабанного решета, захватывают скатывающейся с наклонной поверхности руду с набегающей стороны решета посредством магнитного барабана и забрасывают ее как можно выше на сбегающую сторону просеивающего решета, кроме этого осуществляют послойное структурирование разделяемого материала путем избирательного по крупности распределения материала на решето грохота, при этом скорость вращения подбирают такой, а край магнитной системы устанавливают таким образом, чтобы извлеченный на магнитный барабан магнитный материал транспортировался на вращающейся поверхности, а затем сбрасывался на решето веером по ходу вращения.
Устройство для грохочения железной руды (барабанный грохот) включает в себя барабан с просеивающей поверхностью (барабанное решето) 1, во внутреннем пространстве которого установлен магнитный барабан 2, состоящий из немагнитной обечайки 3 с возможностью вращения и магнитной системы 4, при этом ось вращения магнитного барабана расположена параллельно оси вращения цилиндрического решета или под небольшим углом, а направление вращения барабана противоположно направлению вращения решета.
Привод обечайки магнитного барабана выполнен с возможностью регулирования скорости ее вращения.
Предусмотрена возможность изменения местоположения (позиционирования) магнитного барабана по отношению к поверхности скатывающегося материала с набегающей стороны просеивающей поверхности барабанного решета (по отношению к оси вращения просеивающего решета).
Предусмотрен вариант устройства, в котором с целью избирательного сброса извлеченных магнитных частиц руды с поверхности барабана по ходу ее движения, магнитная система выполнена с постепенным уменьшением напряженности магнитного поля на поверхности.
Предусмотрен вариант устройства, в котором магнитная система выполнена с возможностью изменения зазора между магнитной системой и обечайкой магнитного барабана.
Предусмотрен вариант устройства, в котором с целью нейтрализации эффекта магнитного торможения при разгрузке материала с магнитного барабана, поверхность обечайки магнитного барабана снабжена лопатками.
Предусмотрен вариант устройства, в котором с целью более эффективного извлечения материала на магнитный барабан и с целью нейтрализации эффекта магнитного торможения при разгрузке материала с магнитного барабана, поверхность обечайки магнитного барабана снабжена штырями.
Такое выполнение способа грохочения железной руды и устройства для его осуществления позволяет достичь увеличения работающей площади поверхности решета в 2-3 раза за счет забрасывания руды как можно выше на сбегающую сторону просеивающего решета.
Кроме этого, важным для повышения эффективности грохочения и увеличения производительности является обеспечиваемый изобретением эффект структурирования разделяемого материала.
Смысл структурирования разделяемого материала заключается в том, чтобы преимущественно расположить более мелкий материал непосредственно на решето, а на него сверху - более крупный, при этом самый крупный материал желательно расположить поверх всего остального материала. Такое послойное структурирование минимизирует перекрытие просеивающей поверхности крупными частицами и препятствование последними продвижению мелких частиц к отверстиям и просеиванию.
Устройство работает следующим образом.
Требующую разделения железную руду подают в переднюю часть барабанного решета 1 (на боковую поверхность). Мелкие частицы попадая на открытую (чистую) поверхность решета просеиваются, оставшиеся мелкие частицы вместе с крупными под действием сил трения увлекаются внутренней поверхностью вращающегося барабана 1 и поднимаются на некоторую высоту над нижней образующей данного сечения. После того, как поверхность материала займет положение плоскости естественного откоса, куски начинают скатываться по этой поверхности.
Скатывающиеся частицы (куски) железной руды входят в зону действия поля магнитной системы 4 магнитного барабана 2. Магнитные частицы железной руды извлекаются (перескакивают) на транспортирующую поверхность магнитного барабана (немагнитной обечайки) 3. Транспортирующая поверхность магнитного барабана 2 (немагнитная обечайка) 3 движется по ходу перемещения скатывающейся вниз руды. Конфигурация магнитной системы 4 и скорость вращения обечайки (транспортирующей поверхности) 3 задаются такими, чтобы результирующие силы, действующие на магнитные частицы (куски) железной руды, избирательно в зависимости от крупности отделяли их от транспортирующей поверхности.
Материал с вращающегося магнитного барабана 2 веером разбрасывается по поверхности решета 1. В этом веере можно выделить сектор падения преимущественно крупных кусков (частиц), сектор падения преимущественно средних частиц и сектор падения преимущественно мелких частиц (далее по тексту для простоты слово "преимущественно" опускается) (фиг.4).
При этом более крупные куски (частицы) отпадают раньше по ходу вращения магнитного барабана 2, позже (дальше) отпадают средние по крупности частицы, последними отпадают самые мелкие частицы. Направление вращения решета 1 и магнитного барабана 2 разнонаправленное. То есть решето 1 движется навстречу барабану 2. Отпавшие в своем секторе крупные куски падают сверху на решето 1, уже покрытое слоем материала, который образуется ранее до вхождения соответствующего сегмента решета в сектор падения крупных кусков (частиц). Прежде этот сегмент решета покрывают средние по крупности частицы, которые падают с магнитного барабана 2 в секторе падения средних частиц. Средние по крупности частицы в свою очередь также ложатся сверху не на чистое решето, а на слой расположенного на нем более мелкого материала (мелких частиц). Так как самые мелкие частицы разгружаются - отпадают от магнитного барабана в самую последнюю очередь, в секторе падения мелких частиц, то они ложатся непосредственно на чистое решето (фиг.4). Послойное структурирование разделяемого материала на решете значительно уменьшает помехи для просеивания мелких частиц, создаваемые более крупными частицами. Большинство крупных частиц на протяжении всего времени пребывания в барабанном грохоте остается в верхних слоях материала.
Таким образом, с помощью магнитного барабана производят укладку на решето грохота относительно сегрегированного по крупности материала.
Поскольку магнитный барабан вращается навстречу вращающемуся решету, падающий с магнитного барабана материал приобретает ускорение, которое отклоняет траекторию его падения от вертикали на некоторый угол по ходу вращения.
По отношению к нижерасположенному решету направление падения материала в этом случае становится более выгодным и происходит не по касательной, а ближе к нормали. Этот фактор увеличивает живое сечение решета.
Кроме этого, после того как мелкие частицы покрыли поверхность решета в секторе падения мелких частиц, они испытывают воздействия - импульсы от падения на них сверху более крупных частиц. Эти импульсы оказывают дополнительное встряхивание просеиваемого материала, которое способствует лучшему просеиванию мелкого материала через отверстия решета.
На фиг.1 показана схема относительного движения вращающейся цилиндрической поверхности барабана: "сбегающая" (относительное движение сверху вниз) и "набегающая" (относительное движение снизу вверх) боковые стороны.
На фиг.2 показана схема движения материала в барабанном грохоте центральный угол (β), связанный с сегментом загрузки материала.
На фиг.3 проиллюстрировано увеличение центрального угла (α), связанного с сегментом загрузки материала в барабанном грохоте по предлагаемому способу.
На фиг.4 показан принцип упорядоченной укладки материала на решето грохота посредством вращающегося магнитного барабана. На фиг.4 можно видеть, как веер падающего с магнитного барабана материала можно условно разделить на:
сектор падения преимущественно крупных кусков (частиц),
сектор падения преимущественно средних частиц
и сектор падения преимущественно мелких частиц.
Изменять интенсивность разгрузки материала (руды) с магнитного барабана, а также траектории падения в веере разброса предусмотрено посредством регулирования скорости вращения обечайки магнитного барабана.
Чтобы месторасположение зоны извлечения руды на магнитный барабан лучше соответствовало геометрии поверхности скатывающегося с набегающей стороны материала, для оптимизации извлечения материала на магнитный барабан и последующего сброса его на решето предусмотрена возможность позиционирования магнитного барабана (оси его вращения) по отношению к оси вращения просеивающего решета.
Предусмотренные в одном из вариантов предлагаемого устройства лопатки на поверхности обечайки магнитного барабана предназначены для препятствования магнитному торможению при разгрузке материала с магнитного барабана. Магнитное торможение возникает при продвижении руды на транспортирующей поверхности за край магнитной системы. При этом куски (частицы) руды скользя по транспортирующей поверхности немагнитной обечайки, или перекатываясь по ней, стремятся вернуться к краю магнитной системы, тормозят движение руды. Лопатки на поверхности обечайки магнитного барабана не позволят материалу (руде) тормозиться, возвращаться и накапливаться.
Предусмотренные в одном из вариантов предлагаемого устройства штыри на поверхности обечайки магнитного барабана предназначены для более глубокого воздействия на слой скатывающейся руды, для более эффективного извлечения материала на магнитный барабан и в, некоторой степени, для препятствования магнитному торможению при разгрузке материала с магнитного барабана.
Источники информации
1. Полькин С.И., Адамов Э.В. Обогащение руд цветных и редких металлов. - М.: Недра, 1975. - с.88.
2. Серго Е.Е. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. - М.: Недра, 1985. - с.30, 57.
3. Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы. / Под ред. О.С.Богданова. 2-е изд. - М.: Недра, 1982. - с.33.
4. Патент RU 31741,кл. B07B 1/22, 2003.