MARUNIREA MATERIALELOR OXIDICE Granulometria materialelor solide pulverulente are o influen hotrtoare asupra comportrii lor n procesele tehnologice n industria materialelor oxidice. Prin mrunire se urmrete modificarea dimensiunilor granulelor componente ale amestecului poligranular pn la dimensiuni care asigur operaiilor tehnologice ce urmeaz clasare, sortare, amestecare, omogenizare, uscare, fasonare, ardere, etc. precum i transformrilor fizico-chimice condiii optime de desfurare. O mrunire insuficient ngreuneaz desfurarea proceselor n unele faze ale fluxului tehnologic, iar o mrunire prea avansat necesit un consum specific de energie ridicat.

Aspecte teoretice. Mrunirea materialelor granulare are loc n urma separrii mecanice a unor grupe de molecule prin aciunea unor fore exterioare. Solicitrile pe care aceste fore le produc n granul pot fi simple sau compuse, de ntindere, de ntindere + forfecare sau de compresiune + forfecare, care nving coeziunea din molecule. Prin mrunire se creeaz noi suprafee n granule. Acestor suprafee nou create li se asociaz o energie superficial, msura aceasta constituind, n mod teoretic, singura energie util n procesul de mrunire.

n realitate frecrile care nsoesc procesul de mrunire fac ca energia consumat s fie cu mult mai mare dect energia teoretic necesar. Consumul de energie pentru crearea de noi suprafee crete odat cu mrirea fineii amestecului granular. Acest lucru se datorete faptului c spargerea granulelor are loc n defecte structurale, n pori sau fisuri care constituie puncte de concentrare ale forelor ce acioneaz asupra granulei. Prin micorarea numrului de defecte aptitudinea la mrunire a materialului granular scade astfel c viteza de micorare a dimensiunilor devine din ce n ce mai mic.

Majoritatea materialelor granulare uscate sunt fragile, adic ruperea apare brusc, far a fi precedat de deformaii mai importante. Pentru corpurile fragile raportul :Rezistenta la compresiune / Rezistenta la tractiune este de cel putin 4 putand ajunge la 10. Ruptura se produce cand solicitatea aplicat > dect coeziunea moleculelor. Trebuie ca energia acumulat in corp sa fie suficient de mare pentru a furniza energia superficial a noii suprafete obtinute. Trebuie ca distana dintre suprafetele de ruptura sa fie cel putin dublul razei de actiune a fortelor de adeziune.

Energia superficial necesar, reprezint numai o foarte mic parte a energiei cheltuite pentru separarea grupelor de molecule intr-un proces de rupere la intindere. Suprafata OACO reprezint lucrul mecanic consumat pentru deformatia corpului inaintea ruperiiSuprafata OABO este lucrul mecanic util (energia superficiala) (zona hasurata)Suprafata ABCA indica partea de lucru consumat transformata in caldura.

Randamentele mruniriiRezistenta la rupere la intindere este:t rezstenta teoretica la intindere a corpurilor omogene, intre 103 104 MPaE modulul de elasticitate, 104 105 MPas energia specifica superficiala [J/m2]r0 raza de aciune a fortelor moleculare, 5.10-10 10-9 mn funcie de de cantitatea de energie luat n consideratie i raportat la consumul efectiv de energie, necesar operaiei de mrunie exist 3 randamente:- randamentul teoretic- randamentul fizic- randamentul tehnic

Randamentul teoretic, tS creterea suprafeei materialului granular produsa prin operaia de mrunireEc energia consumat in timpul mruniriiUn calcul simplu ne da valoarea t de circa 0,33 %.In general nu depeste 1%.Randamentul fizic, ff energia specific preluat fizic de granulEste mult mai mare ca s. De aceea, randamentul fizic este mai mare dect cel teoretic.

Randamentul tehnic, th

th energia specific de mrunire care poate fi determinat experimental.Rezistena real la rupere este de 100 la 1000 ori dect t din relatia initiala, deorece materialele reale conin defecte, microfisuri etc. Cu ct mai mic este granula cu att mai mic este numrul de microfisuri i defecte structurale i de aceea, pe msura avansarii mcinrii, crete rezistena la mrunire.Temperatura influeneaz procesul de mrunireMediul influeneaz mrunirea. Mcinarea umed are un consum specific de energie mai mic dect mcinarea uscat

Legile mrunirii1. Legea lui RittingerEnergia ER este proporional cu suprafaa creat prin mruniere

D - Diametrul granulei;dm diametrul mediu dup marunire; Dm diametru mediu nainte de mrunireCR, KR - constante

E numit i ipoteza suprafeelor

2. Legea lui Kirpicev KirkEnergia EK este proporional cu volumul creat prin mrunire

E numit i ipoteza volumelor

3. Legea lui Bond S-a constat c legea lui Rittinger e valabil mai ales la procese fine de mrunire, iar legea lui Kirpicev Kirk la procese de mrunire grosiere. Legea lui Bond presupune c energia transmis corpului de mrunit se repartizeaz la nceput n masa sa i deci este proporional cu D3, dar odat cu apariia fisurilor la suprafa, energia se concentreaz pe suprafaa microfisurilor devenind proporional cu D2. Deci global este proporional cu media geometric adic

Legea lui Bond se exprim:

[kwh/ts]D80 i d80 reprezint dimensiunile in microni (sau mm) ale ochiului sitei pentru care trecerea este de 80%, pentru materialul intrat i, respectiv, iesit din moara.KB indice energetic al maruntirii, tabelat funcie de natura materialului.

Procedee de marunireMrunirea materialelor trebuie efectuat pn la gradul de mrunire necesar prelucrrii ulterioareGrad de mrunire

Dm diametrul mediu la intrarea in utilajul de maruntiredm - diametrul mediu la iesirea in utilajul de maruntirePentru grade mari de mrunire mcinarea se face n trepte.Pentru fiecare treapta se alege maina corespunztoare.Tipuri de procedee de mrunire:1. Procedeul discontinuu- este intermitent, pe arje, maxim cteva t/or

2. Procedeul continuu n circuit deschis- materialul trece o singur dat prin moar- capacitate de maxim 50 t/or

3. Procedeul continuu n circuit nchis- este cuplat moara cu o main de clasare care separ materialul mrunit n dou fraciuni: trecutul i refuzul care este reintrodus n moar - capaciti mari i foarte mari : max. 300 t/or- cel mai recomandat

Clasificarea mainilor de mrunireSe pot clasifica dup:- domeniul de mrunire- principiul de funcionare- natura procedeului tehnologicDup domeniul de mrunire:1. Concasoare: dm > 5 mm2. Granulatoare si mori intermediare: 0,5 < dm < 5 mm3. Mori fine : 5 m < dm < 500 m4. Mori foarte fine : dm < 5 mDezavantaj: aceeai main poate fi n mai multe grupe

Dup principiul de funcionare:1. Maini cu aciunea principal de STRIVIRE2. Maini cu aciunea principal de LOVIRELa ambele pe lng aciunea principal apare n secundar i FRECAREAn maini cu aciunea principal de STRIVIREA. Concasoare cu flci - Concasoare cu con i giratoare - Concasoare i mori cu valuriB. - Concasoare i mori cu corpuri rostogolitoare - Colerganguri - Mori cu inel orizontal i bile - Moara Horomill

n maini cu aciunea principal de LOVIREA. Concasoare i mori cu ciocane - Concasoare i mori cu impact - Mori cu jetB. - Mori cu tambur rotativ i corpuri de mcinare libere (bile, vergele, cuburi etc.) - Mori vibratoare i corpuri de mcinare libere (bile, vergele, cuburi etc.)

Concasoare cu flci Maini pentru mrunirea primar a materialelor dure i foarte dure. Pot funciona i ca granulatoare pentru o mrunire secundar a rocilor dure i semi-dure. Nu se folosesc pentru mrunirea materialelor argiloase sau plastice (se lipesc de flci). Dac prin concasor trece un curent de gaze calde concasoare usctoare.Avantaje: sunt dintre cele mai utilizate concasoare; grad de mrunire 3 5 (uneori 8); construcie, funcionare i ntreinere simple; siguran n exploatare;

Dezavantaje: poluare sonor intens; necesit fundaie masiv pentru a prelua trepidaiile ce apar n timpul funcionrii; consum suplimentar de energie la punerea n funciune pentru antrenarea volanilor.Principiul de funcionare al concasorului cu flci const n strivirea materialului care intr n spaiul de lucru format din dou flci din care una sau ambele sunt mobile, executnd o micare oscilant.n funcie de natura micrii flcii mobile, concasoarele sunt de dou categorii: cu micarea simpl cu micarea compus

Concasoarele cu micare oscilatorie simpl a flcii sunt concasoarele cu biel.Schemele constructiv funcionale sunt prezentate n fig. 2.1.Fiecare variant are avantaje i dezavantaje. Exemplu: concasoarele din schema (e) asigura o buna uniformitate a materialului concasat evacuat dar are o productivitate mai mic.Schema (a) este cea mai rspndit, schema (b) are utilizare mai restrns (pentru debite mici)Schema (d) are un sistem hidraulic de acionareSchema (e) au un sistem de suspendare inferioar a flcii

Concasoarele cu micare compus a flcii sunt numite i concasoarele far biel.Schemele constructiv funcionale sunt prezentate n fig. 2.37. Concasare primar (b) i (d) i secundar (granulatoare) (a), (c) i (e)(e) deschidere constat dar capacitate mic(b) construcie simpl dar uzur mai mare

Concasoarele fr biel au fa de cele cu biel: construcie mai simpl; mas constructiv mai mic (cu 20 40%);Variant mbuntit cu uzur de 5-10 ori mai redus : KUE KEN (fig. 5.5)

Construcia unui concasor cu flci este n fig. 5.10Batiu 1 din font sau oelPlcile concasoare 2 blidate cu oeluri dure, cu supraf. NervuratPlci de distaniere 4 (2 sau 1) ca piese de reglaj distana (gradul de mrunire) dar i de siguran

Alegerea unui concasor problem de decizie multicriterial ce impune un calcul tehnico-economicTipuri constructive mai noi: concasorul cu 2 plci mobile (fig. 2.46),(crete productivitatea cu pn 33%) concasorul cu flci cu efect de lovire (fig. 2.48) (mrunire materiale foarte dure)

Unghiul de apucare (de atac), Unghiul de convergen al flcilor concasoruluiAre o valoare maxim limit pentru ca granula s fie apucat n spaiul de lucru i nu aruncat afar.Prea mic ar reduce capacitatea concasoruluiSe consider echilibrul forelor care acioneaz asupra granulei de material aflat ntre flcile concasorului.Condiia final (dup simplificri i aproximri) < 2 , unde f = tg f = coeficientul de frecare ntre granul si falc - unghiul de frecareUzual, n practic f = 0,3 - 0,45 si este ntre 15 i 24

Turaia optim [rot / min.]Se calculeaz n ipoteza c timpul de deprtare al flcii este egal cu timpul de cdere liber al materialului ntr-o tran.nopt = f (, s), s cursa flcii mobileCand n > nopt sau n < nopt, capacitatea concasorului scadeDebitul (capacitatea sau productivitatea) [t/h]Q = f (n, L, s, dm, , i)L lungimea gurii de evacuare a concasoruluidm dimensiunea medie a materialului evacuatPuterea necesar , N [KW]N = f (Q, , n, L, i, E) - rezistenta la rupere a materialului concasatPuterea variaz f. mult n timpul mrunirii (aciune discontinu). De aceea sunt 1-2 volani grei care acumuleaz energie i apoi o cedeaz. Apare un consum mare de putere la pornire un motor suplimentar pentru demaraj

Concasoare cu conConcasoarele cu con rotativ sunt maini pentru mrunirea materialelor dure i semi-dure.Mrunire primar cu grade de mrunire 3 7 numite concasoare giratoriii mrunire secundar cu grade de mrunire 8 10 concasoare conicePrincipiul de funcionare const n mrunirea continu n spaiul de lucru format dintr-o manta fix cilindric sau conic i un con interior. Acest con interior are o micare giratorie (de rotaie) oscilant prin apropieri i deprtri succesive de mantaua fix se realizez mrunirea materialului.

(a), (b) i (c) mrunire primar i i secundar(a) mai puin utilizat)(d) Ax sprijinit n poriune median(e) Conul este acionat cu un excentric

Cocasoarele giratorii (fig. 4.10) au conul mobil interior este n opoziie cu conul exterior reprezentat de manta.Suprafeele n contact cu materialul sunt placate cu oel rezistent la uzur.Conul mobil 2 face corp comun cu arborele 3 plasat ntr-un manon 4 i micat printr-un sistem de roi dinate 5

Cocasoarele conice (granulatoarele) (fig. 4.11) au conul mobil interior este n aceiai direcie cu conul exterior reprezentat de manta.Se raelizez un paralelism ntre suprafeele celor dou conuri spre gura de evacuare.Concasoarele giratorii (numite i Symons) au conul mobil 2 care se reazm pe batiu prevzut cu un cuzinet sferic special 6. Peretele interior 1 este curbat asigurnd o calibrare a dimensiunilor granulelor n zona final.Alimentarea se face prin discul de distribuie 7 iar evacuarea printr-un orificiu periferic

Fig. 5.12 Schemele de principiu ale celor dou tipuri de concasoare

Fig. 5.13. Etapele concasrii ntr-un concasor conic concasare primar- concasare secundar

Unghiul de apucare (de atac), Este unghiul format ntre manataua fix i suprafaa exterioar a conului interior (fig. 4.10 i 4.11)Are o valoare maxim limit pentru ca granula s fie apucat n spaiul de lucru i nu aruncat afar.Se consider echilibrul forelor care acineaz asupra granulei de material aflat ntre suprafeele concasorului.Condiia final (dup simplificri i aproximri) (la fel ca la concasorul cu flci) < 2 , unde f = tg f = coeficientul de frecare ntre granul si con - unghiul de frecareUzual, n practic f = 0,24 si recomandat este 18

Turaia optim [rot / min.]Se calculeaz n ipoteza c timpul de deprtare al celor dou suprafee este egal cu timpul de cdere liber al materialului ntr-o tran.nopt = f (, D, e), D diametrul conului, e limea gurii de evacuareCand n > nopt sau n < nopt, capacitatea concasorului scadeDebitul (capacitatea sau productivitatea) [t/h]Q = f (n, D, dm, , , S, e) densitatea n grmad gradul de umplereS amplitudinea oscilaiei conului [m]Puterea necesar , N [KW]N = f (Q, , n, D, i, E) - rezistenta la rupere a materialului concasat

Comparaie ntre concasoarele cu flci si cele cu conPrincipul de mrunire:Au la fel mrunirea prin strivire ntre dou suprafee, dar aciunea este oscilatorie (discontinu) la concasoarele cu flci i continu la cele cu con.Constructiv:Concasoarele cu con au greutate mai mic dar au nlime constructiv mai mare (la aceiai Q).Funcionare:Concasoarele cu con au un consum specific de energie mai mic (mcinare continu), funcionare mai linistit, nu necesit fundaii speciale.Concasoarele cu con au Q mai mare, materialul este mai uniform.Concasoarele cu flci mrunesc buci cu dimensiunea maxim mai mare (2-3 ori mai mare), reglaj i intreinere mai uoare, cheltuieli de ntreinere mai mici. Alegerea unui tip sau altul se face pe baza unui calcul tehnico economic complex.

Dac criteriile sunt debitul de material Q i dimensiunea maxim a materialului alimentat, Dmax. atunci se analizeaz un grafic de genul celui din figura. Dmax[m]Q, [t/h]Concasor cu flciConcasor cu conLa acelai Q necesar se prefer concasoarele cu flci care au Dmax mai mare.

La aceiai Dmax se prefer concasoarele cu con care au Q mai mare.