В таких отраслях, как добыча полезных ископаемых, производство строительных материалов, металлургия и химическая промышленность, дробление материалов является ключевым этапом предварительной обработки сырья. Технология дробления напрямую влияет на эффективность последующей переработки, энергопотребление и распределение размера частиц готовой продукции. Поэтому точное понимание принципов различных способов дробления и областей их применения имеет важное значение для оптимизации технологических процессов и повышения экономической эффективности.
В данной статье будет системно проанализировано пять типичных способов дробления: прессование, раскалывание, излом, истирание и ударное дробление. Мы рассмотрим их рабочие механизмы, типы применяемых материалов и наиболее распространённое оборудование, включая большие дробилки, которые широко используются для обработки крупных объёмов сырья.
1. Экструзионное дробление: дробление, основанное на сжимающем напряжении
1.1 Принцип работы
Экструзионное дробление — это способ измельчения материалов, основанный преимущественно на действии сжимающего напряжения. Его основной принцип заключается в зажатии материала между двумя рабочими поверхностями с противоположным движением (например, неподвижной и подвижной щеками), где материал подвергается непрерывному давлению в постепенно сужающейся дробильной камере до момента разрушения. По мере сближения щек зажатый материал вынужденно деформируется, внутренние напряжения быстро накапливаются и в конечном итоге превышают предел прочности материала на сжатие, что приводит к разрушению структуры и дроблению.
Этот процесс представляет собой типичный пример механического физического дробления — без участия химических реакций и с высокой энергетической эффективностью.
Метод экструзионного дробления особенно подходит для первичной стадии дробления и обычно используется как первый этап в дробильной линии. Его задача — измельчить крупные куски руды или камня до среднего размера, подготавливая материал для последующего среднего, мелкого дробления или измельчения.
Наиболее типичное оборудование включает щековые дробилки и двухвалковые дробилки. Щековые дробилки, как разновидность больших дробилок, отличаются прочной конструкцией, высокой производительностью и широкой применимостью. Они широко используются в горнодобывающей промышленности, металлургии, производстве строительных материалов и инфраструктурных проектах. Двухвалковые дробилки, в свою очередь, особенно эффективны при дроблении хрупких или влажных материалов и находят широкое применение в угольной и цементной промышленности.
1.2 Распределение напряжений и процесс разрушения
В процессе экструзионного дробления между материалом и рабочей поверхностью (например, щекой дробилки или валом) формируются отчетливые контактные точки или линии. По мере увеличения давления эти зоны становятся очагами концентрации напряжений, и сжимающее усилие передаётся от внешней поверхности к внутренним слоям материала, вызывая образование микротрещин и структурных смещений.
На микроскопическом уровне кристаллическая решетка или атомная структура материала смещается под действием локальных напряжений, межатомные связи разрушаются, что приводит к образованию начальных трещин. После появления трещин они стремительно распространяются по имеющимся дефектам, границам зерен или слабым местам внутри материала, формируя макроскопические разломы.
После разрушения фрагменты материала, как правило, имеют неправильную форму с острыми краями, углами и грубой поверхностью излома — типичные признаки дробления под сжимающим напряжением. Поскольку большие дробилки для экструзионного дробления обычно работают на низкой скорости при высоком давлении, получаемый материал может иметь более крупную фракцию по сравнению с ударным дроблением, но отличается стабильной гранулометрией, удобной для последующего просеивания и транспортировки.
1.3 Подходящие материалы и преимущества
- Подходящие материалы: гранит, базальт, известняк, железная руда и другие твердые или средней твёрдости материалы.
- Преимущества: простая конструкция, идеально подходит для этапа крупного дробления, стабильная работа оборудования и высокая адаптивность.
2. Раскалывающее дробление: направленное разрушение под контролем растягивающего напряжения
2.1 Принцип работы
Раскалывающее дробление — это способ разрушения материалов, основанный на действии локального высокого растягивающего напряжения. Основной принцип заключается в том, что клиновидный инструмент (например, ударный молот, гидравлический клин или долото) быстро или постепенно проникает в материал, создавая в зоне проникновения область концентрированного растягивающего напряжения.
Когда это напряжение превышает предел прочности материала на растяжение, оно активирует или расширяет существующие микротрещины, которые быстро распространяются по слабым зонам структуры (например, по межслойным соединениям, порам, границам зерен), приводя к раскалыванию материала.
В отличие от экструзионного дробления, где действует общее давление, раскалывающее дробление опирается на локальное «прорывное» напряжение в конкретной области.
2.2 Механизм напряжения и путь разрушения
Во время раскалывания распределение напряжений в материале отличается выраженной направленностью и неравномерностью. Проникающая сила клиновидного инструмента концентрируется на минимальной площади контакта, формируя интенсивное поле растягивающего напряжения. Под его действием в материале зарождаются трещины, которые затем распространяются в сторону наиболее слабых участков, вызывая разрушение.
Процесс включает три стадии:
- Зарождение трещин: локальное напряжение нарушает целостность структуры;
- Распространение трещин: трещины стремительно движутся по микроструктурным слабым местам;
- Полное разрушение: материал раскалывается вдоль линий трещин.
Успешность этого процесса сильно зависит от параметров инструмента: материала, угла клина, скорости удара и других характеристик. Контроль над траекторией трещин оказывает прямое влияние на конечный размер частиц и эффективность дробления. Это особенно важно при использовании больших дробилок, применяемых для предварительного разрушения массивных объектов.
2.3 Области применения и преимущества
- Области применения: предварительное раскалывание руды, демонтаж бетонных конструкций, разрушение крупных валунов.
- Преимущества: низкое энергопотребление, контролируемое направление разрушения, пригодность для работы в условиях с ограничениями по вибрации и шуму.
3.Изломное дробление: хрупкое разрушение под действием изгибающего момента
Технический принцип
Изломное дробление осуществляется за счёт изгибающего момента, при котором в материале локально возникают растягивающие и сжимающие напряжения. Когда эти напряжения превышают предел прочности на изгиб, материал разрушается.
Дробилки типа Leimeng с балансировочным ротором и износостойкими молотками из сплава особенно хорошо подходят для среднего и мелкого дробления хрупких материалов, таких как уголь, известняк и кокс. Эти большие дробилки демонстрируют высокую эффективность при работе с подобными материалами.
Типичные преимущества
- Высокое дробильное отношение, равномерный размер частиц на выходе;
- Регулируемый зазор между решётками для точного контроля размера фракции;
- Простота в эксплуатации и обслуживании, широко используется в цементной и химической промышленности.
4.Измельчение: тонкое воздействие среза и трения
4.1 Принцип работы
Измельчение осуществляется за счёт относительного движения между двумя поверхностями, в результате чего материал подвергается постоянному воздействию срезающих и фрикционных сил. Повторяющееся раздавливание приводит к постепенному разрушению материала и его превращению в мелкодисперсный порошок.
Такой тип дробления широко используется в химической, строительной, металлургической, керамической промышленности, а также в производстве высокотонких материалов, где крупные и большие дробилки используются для предварительной обработки, а измельчители — на завершающем этапе.
4.2 Силовое поле и поведение материала
В процессе измельчения срезающее напряжение вызывает смещение атомных слоёв на поверхности материала, что ослабляет кристаллическую решётку. Одновременно возникающее тепло трения повышает пластичность материала и ускоряет его разрушение.
Данный процесс требует накопления времени и энергии, поэтому по сравнению с другими методами измельчения он лучше подходит для достижения тонкой и контролируемой фракции.
4.3 Области применения и оборудование
- Типичное оборудование: шаровые мельницы, вибрационные мельницы, мельницы Раймонда, струйные мельницы и др.
- Области применения: оксиды металлов, керамические материалы, минеральные порошки, стекло, технический углерод и другие отрасли с высоким спросом на мелкодисперсный продукт.
- Преимущества: высокая степень измельчения, хорошая однородность частиц, возможность получения субмикронной и даже нанофракции.
5. Ударное дробление: разрушение под действием мгновенного напряжения от высокоскоростного удара
Ударное дробление — это высокоэффективный способ измельчения материалов, основанный на передаче кинетической энергии через мгновенный высокоэнергетический удар. Основной механизм заключается в том, что вращающиеся с высокой скоростью элементы (например, роторы, молотки, диски) передают энергию частицам материала, заставляя их испытывать резкий ударный стресс за очень короткое время.
Такое концентрированное и быстро высвобождаемое воздействие вызывает интенсивное распространение микротрещин в материале, что приводит к его разрушению по границам зёрен или другим внутренним слабым зонам.
дробилки Leimeng и вертикальные ударные дробилки (VSI) обладают высокой линейной скоростью и оптимизированной формой дробильной камеры, что делает их идеальными для производства искусственного песка, формования руды и переработки строительных отходов — задач, требующих высокого качества готовой продукции.
Типичные преимущества
- Высокое качество фракции: готовый продукт имеет форму куба, что идеально для бетонных смесей высокого класса;
- Высокий уровень автоматизации: наличие защиты от попадания металла и автоматической системы смазки;
- Подходят для средне-твёрдых и мягких материалов, таких как известняк, кварц, горючие сланцы и др.
6.Сравнительный анализ способов дробления и рекомендации по выбору
Способ дробления | Преобладающее напряжение | Подходящие материалы | Контроль фракции | Типичное оборудование |
Экструзионное дробление | Сжимающее напряжение | Твёрдые руды, базальт и др. | Крупная фракция | Щековая дробилка |
Раскалывающее дробление | Растягивающее напряжение | Крупные валуны, бетон | Контролируемая фракция | Гидравлический раскалыватель, ударный молот |
Изломное дробление | Изгибающее напряжение | Хрупкие материалы, кокс, гипс и др. | Средняя фракция | Молотковая дробилка |
Измельчающее дробление | Срез и трение | Минеральные порошки, керамика, оксиды металлов | Очень мелкая фракция | Шаровая мельница |
Ударное дробление | Ударное напряжение | Среднетвёрдые материалы, строительные отходы | Регулируемая фракция | Роторная дробилка, VSI-дробилка (большие дробилки) |
В практике промышленной переработки выбор способа дробления или их комбинации осуществляется с учётом цели дробления, свойств материала и требуемой фракции.
Например, на стадии предварительной обработки руды предпочтение отдают экструзионному и ударному дроблению, используя большие дробилки для эффективного разрушения крупного сырья. В производстве ультратонкого порошка основную роль играет измельчающее дробление, обеспечивающее высокую степень дисперсии.
Рациональное сочетание нескольких методов дробления позволяет добиться оптимального энергопотребления, точного контроля над размером частиц и высокого уровня автоматизации всего процесса.
Заключение
Технологии дробления являются ключевым звеном в процессе промышленной переработки материалов. Их уровень напрямую влияет не только на эффективность предварительной обработки сырья, но и на контроль энергопотребления и качество продукции в таких отраслях, как горнодобывающая промышленность, строительство и металлургия.
Различные методы дробления — экструзия, ударное дробление и раскалывание — обладают уникальными техническими преимуществами и оптимально подходят для конкретных условий применения. Глубокое понимание принципов механического воздействия и механизмов разрушения материалов имеет важное значение для инженеров при выборе оборудования, оптимизации производственной схемы и повышения стабильности процессов.
Компания Leimeng активно инвестирует в научные исследования в области механики дробления, предлагая широкую линейку решений — от крупного дробления до тонкого помола. Наши большие дробилки успешно справляются с обработкой таких сложных материалов, как гранит, известняк и железная руда, и находят широкое применение в приоритетных отраслях России, включая горнодобывающий сектор и инфраструктурное строительство.
Мы стремимся не только к повышению эффективности дробления, но и к внедрению энергоэффективных технологий, интеллектуальных систем мониторинга и конструктивных решений, облегчающих обслуживание. Всё это позволяет нашим клиентам достигать высокой производительности при минимальных затратах, даже в самых суровых условиях эксплуатации.
Добро пожаловать на наш официальный сайт: www.crusherlm.ru
Адрес представительства в России: г. Москва, торговый центр «Гринвуд», помещение 225
Контактные телефоны: +7 (932) 707-15-91 / +86 18816833485
Электронная почта: leimeng@crusherlm.com
