Интеллектуальные конусные дробилки ПАО «Уралмашзавод»

В.О. Фурин, к.т.н., начальник технической службы,

К.А. Федулов, главный конструктор дробильно-размольного оборудования,

Б.В. Турьянский, эксперт по рудоподготовке

Одно из основных конкурентных преимуществ ПАО «Уралмашзавод» на рынке дробильного оборудования заключается в том, что завод сохранил и развивает свою собственную школу создания конусных и щековых дробилок. Под школой понимаются прежде всего постоянно развивающиеся методики определения специфических свойств горных пород, алгоритмы и программы расчета рабочих процессов дробления, принципиальные подходы в выборе технологических параметров дробилок и конструктивных исполнений их узлов и систем. На базе имеющегося научно-технического задела завод предлагает заказчикам машины для максимально эффективного решения любых технологических задач в области разрушения хрупких материалов.

Дробилки для первичного дробления

ПАО «Уралмашзавод» выпускает широкий ряд дробилок первичного дробления с размерами приемного отверстия от 500 до 1500 мм и три наибольших размера щековых дробилок с простым качанием щеки.

Первичные дробилки – это головные машины всей технологии рудоподготовки. От их надёжной и устойчивой работы во многом зависит эффективность работы горно-перерабатывающих предприятий в целом. Поэтому новые конструктивные решения направлены на повышение их надежности, производительности, удобства в обслуживании, повышение коэффициента технического использования. К таким решениям следует отнести:

– уникальную высоконадежную нижнюю опору дробящего конуса;

– встроенные гидравлические средства механизации трудоемких работ по монтажу и обслуживанию;

– систему дистанционного регулирования щели щековых дробилок;

– систему автоматического поддержания высотного положения дробящего конуса конусных дробилок;

– систему контроля уровня загрузки щековых дробилок; – системы управления, контроля и диагностики на базе программируемого контроллера.

Важное направление в области развития конусных дробилок крупного дробления – это создание специальных машин для решения специфических технологических задач конкретных заказчиков. К таким специальным исполнениям дробилок следует отнести:

– конусную дробилку 1500, предназначенную для дробления особо прочных, трудно дробимых материалов, оснащенную усиленными корпусными деталями и эксцентриком с увеличенным в 2–3 раза ресурсом работы;

– конусную дробилку 1500 для дробления льдистых и глинистых руд, камера дробления которой имеет уменьшенный угол захвата. Такие дробилки успешно эксплуатируются на переработке алмазосодержащих руд;

– конусную дробилку 1500 с повышенной степенью дробления, обеспечивающую получение продукта крупностью не более 200 мм;

– дробилки для работы в составе комплексов внутрикарьерного дробления с годовой производительностью от 12 до 20 млн т. Дробилки дополнительно уравновешены, могут иметь верхнюю гидравлическую опору дробящего конуса, оснащены устройствами для опирания на металлоконструкцию. В течение последних 10 лет Уралмашзавод поставил 20 первичных дробилок – машин типа ККД, КРД и ЩДП для предприятий Индии, Украины, Стойленского, СоколовоСарбайского, Учалинского ГОКов, ОАО «Апатит», РУПП «Гранит» (Беларусь).

Дробилки для среднего и мелкого дробления

В течение последних 5 лет Уралмашзавод создал и поставил на рынки России, Украины, Беларуси и Индии целую гамму новых дробилок, предназначенных для максимально эффективного решения поставленных технологических задач: КСД-2200Гр-ДМ – дробилка с уменьшенным эксцентриситетом и увеличенной мощностью для вязких труднодробимых материалов;

КСД-2200Гр2-ДМ и КМД-2200Гр2-ДМ – высокопроизводительные дробилки для работы на увеличенных разгрузочных щелях – эксплуатируются на железоперерабатывающих предприятиях Индии;

КСД-2200Гр-ВД – дробилки на виброопорах с уменьшенным числом качаний дробящего конуса – эксплуатируются в РУПП «Гранит» (Беларусь);

КМД-2200Т1-Д1М – для железных и цветных руд в трехстадиальных схемах, оснащенные механическим уплотнением, реверсивным механизмом поворота – работают в АО «Учалинский ГОК», поставлены в АО «Ковдорский ГОК»;

КМД-2200Т6-Д – для труднодробимых железных руд с усиленными корпусными деталями – используются в ПАО «Михайловский ГОК» и ГОКах Криворожского бассейна;

КМД-2200Т7-Д – с камерой дробления, реализующей разрушение материала «в слое» – эксплуатируются для получения кубовидного щебня в РУПП «Гранит» (Беларусь);

КСД-3000Т-Д – с увеличенным ресурсом эксцентрикового узла и увеличенным усилием фиксации резьбы – для железных и других типов руд. Используются в АО «Карельский окатыш»;

КМД-3000Т2-ДП-М – интеллектуальная дробилка с зубчатым реверсивным механизмом регулирования щели и специальной камерой дробления – для железных и других руд – используются на АО «Карельский окатыш».

Стремление заказчиков максимально оптимизировать существующие технологии, внедрять эффективные новые технологии заставляют конструкторов и технологов постоянно расширять количество модификаций дробилок, совершенствовать их узлы и системы. При этом конструкция дробилок, их узлов и систем определяется требованиями к их технологическим показателям, которые должны обеспечивать эффективное решение поставленных технологических задач:

– стабильную, минимально возможную крупность дробленого продукта;

– низкую энергоемкость дробленого продукта при его последующем измельчении;

– высокую производительность;

– высокую надежность при длительной работе в условиях частых перегрузок.

Именно эти факторы определяют эффективность инвестиций в рудоподготовку, уровень эксплуатационных расходов, включая затраты на электроэнергию и обслуживание. В разные годы на Уралмашзаводе с целью определения наиболее рациональной конструкции были просчитаны, спроектированы и изготовлены образцы конусных дробилок разных типов. Однако проведенные исследования и опыт их эксплуатации показали, что именно конструкция «Symons» позволяет обеспечить максимальную эффективность процесса рудоподготовки. Поэтому ПАО «Уралмашзавод» на протяжении уже многих лет остается последовательным сторонником конструкции машин типа «Symons» для среднего и мелкого дробления, отличающихся следующими концептуальными решениями:

Жесткое опирание дробящего конуса за счет разделения функций восприятия усилий от дробления и регулирования разгрузочной щели обеспечивает стабильный гранулометрический состав продукта за счет стабильного поддержания размера разгрузочной щели.

В уралмашевских дробилках, в отличие от машин с гидравлической опорой дробящего конуса, осевая нагрузка от дробления воспринимается большим сферическим подпятником, который жестко установлен в станине, без возможности каких- либо перемещений. Функция регулирования разгрузочной щели реализуется посредством резьбового соединения опорного и регулирующего колец. За счет такого разделения функций обеспечивается постоянное поддержание заданного размера разгрузочной щели, вне зависимости от величины усилия дробления. Это, в свою очередь, обеспечивает стабильный гранулометрический состав продукта дробления. Принцип дробления «кусок о броню» позволяет получить готовый продукт, обладающий наименьшей энергоемкостью при последующем измельчении.

Рабочий процесс, организованный в наших дробилках, реализует разрушение материала способом «кусок о броню». При этом обеспечивается минимальная энергоемкость его последующего измельчения, которая существенно меньше, чем энергоемкость материала, разрушенного способом «кусок о кусок» (дробление «в слое»).

Проведенные испытания, в том числе в лаборатории ОАО «Институт «Уралмеханобр», показали, что наименьшая энергоемкость измельчения в барабанных мельницах имеет место при подготовке их питания дроблением способом «кусок о броню». Как известно, при разрушении материала «в слое» процент содержания в конечном продукте частиц изометрической (кубовидной) формы резко возрастает. А для одного и того же класса крупности лещадные зёрна по сравнению с изометричными имеют существенно меньшие значения коэффициента крепости. Поэтому для всех классов продукта продолжительность измельчения изометрических зёрен значительно превышает этот показатель для лещадных зёрен. Это подтверждается и тем фактом, что при получении кубовидного щебня в специальных дробилках (или специальных технологиях) категория его прочности возрастает. Но то, что хорошо для дорожного строительства, крайне нежелательно в рудоподготовке.

Пружинная амортизация механизма дробилки, замыкающая усилия от дробления – наиболее эффективна, надежна и проста в эксплуатации и обслуживании.

Большой сферический подпятник дробящего конуса обеспечивает стабильную кинематику основного рабочего органа дробилки, не требуя для этого специальных стабилизирующих устройств и дополнительных затрат при эксплуатации. Большой сферический подпятник дробящего конуса обеспечивает устойчивую (без «вращения вокруг собственной оси») кинематику конуса в различных режимах. При этом обеспечивается высокая надежность и долговечность подшипников дробилки.

Корпусные детали дробилки рассчитаны на длительный срок ее высокопроизводительной и надежной работы. Будучи сторонниками машин одной компоновочной схемы на протяжении длительного времени конструкторы дробилок всегда стремились при их модернизации максимально возможно сохранить взаимозаменяемость дробилок по внешним присоединительным размерам и основным базовым деталям. Будучи традиционно ориентированы на поставку в первую очередь комплектного оборудования, ПАО «Уралмашзавод» ставит для себя главной целью решение проблем наших потребителей. В первую очередь – это сохранение плановых объемов производства (минимальные сроки проведения модернизации), сокращение инвестиционных затрат (без изменения фундаментов и строительных конструкций) и эксплуатационных расходов.

Разумеется, приверженность «Саймонсу» не означает, что он застыл на месте и не меняется с течением времени. Ниже приводится описание основных конструктивных особенностей последних дробилок КСД, КМД-2200 (см. рис.1) и КМД-3000, варианты их исполнения, которые и появились во многом благодаря потребителям, тем задачам, которые совместно решались.

Рис. 1 Дробилка КСД(КМД)-2200Т1-Д1М с зубчатым реверсивным механизмом регулирования щели

Рис. 1 Дробилка КСД(КМД)-2200Т1-Д1М с зубчатым реверсивным механизмом регулирования щели

Дистанционное регулирование разгрузочной щели Все без исключения дробилки поставляются с системой дистанционного регулирования разгрузочной щели. Механизмы поворота доступны в двух исполнениях: – с двумя диаметрально расположенными гидравлическими цилиндрами, которые обеспечивают плавный, без перекосов, поворот регулирующего кольца.

– зубчатый реверсивный механизм с двумя гидромотор- редукторами двустороннего действия. В обоих исполнениях полноповоротный механизм фиксации позволяет осуществлять поворот регулирующего кольца без переброски подводящих рукавов высокого давления во всем диапазоне свинчивания.

Механическое уплотнение сферического подпятника Дробилки могут поставляться с механическим уплотнением сферического подпятника, при котором не требуется подача воды в полость опорной чаши. Опыт эксплуатации первых дробилок, оборудованных новым уплотнением, показал высокую эффективность его работы.

Система автоматической густой смазки Узел механического противопылевого уплотнения и резьбовое соединение опорного и регулирующего колец смазываются посредством централизованной автоматической системы смазки. При минимальном расходе смазки система предотвращает попадание пыли в подвижные сопряжения, обеспечивая длительный ресурс работы трущихся частей и долговечность резьбового соединения.

Агрегатная АСУ

Дробилки оснащаются локальными автоматизированными системами управления главным и вспомогательными приводами, которые интегрируются в АСУ ТП фабрики в качестве систем нижнего (базового) уровня автоматизации.

Система диагностики

Для контроля правильности режима эксплуатации узлов и деталей дробилок они оборудуются специальными датчиками, обеспечивающими непрерывный мониторинг состояния наиболее ответственных систем машины:

а) двигателя главного привода – по загрузке;

б) подшипниковых узлов – по температуре в различных точках;

в) системы амортизации – по «срабатыванию» пакетов пружин;

г) системы загрузки – по контролю уровня подаваемого в дробилку материала;

д) трансмиссии – по фиксации обрыва муфты главного привода;

е) смазочной установки – по количеству и температуре подаваемого в дробилку масла.

Опыт решения конкретных технологических задач

Для решения конкретных технологических задач за последние годы создан целый ряд специальных исполнений дробилок. Увеличение производительности Спроектированы, изготовлены, пущены в эксплуатацию и испытаны дробилки КСД-2200Т2-Д, обладающие производительностью на 60 % большей по сравнению с серийной дробилкой «Т». Дробилка имеет новую, крутую камеру дробления, увеличенное усилие прижатия опорного кольца и более мощный привод. В условиях Эрдэнэта производительность дробилок КСД-2200Т2-Д при работе на щели 30 мм составляет 570–600 м2/ч. Кроме Монголии такие дробилки поставлены в ОАО «Апатит».

Снижение крупности дробленого продукта

Важнейшей задачей в технологии дробления является снижение крупности дробленого продукта – исходного материала для измельчительного передела. Решение этой задачи – основной путь сокращения удельных энергетических затрат по рудоподготовке в целом. В настоящее время Уралмашзавод имеет положительный опыт решения задач по снижению крупности на следующих новых дробилках:

КМД-2200Т1-ДМ работают в ОАО «Учалинский ГОК». Технологические испытания в 2016 г. показали результат: продукт «–16 мм» – 92 % в трехстадийной схеме дробления в от-крытом цикле;

КМД-2200Т6-Д сконструированы для работы в 4 стадиальных схемах дробления и по-лучения в открытом цикле продукта 90 % «–16» мм (в зависимости от характеристик пере-рабатываемого материала). Эти машины работают в ПАО «Михайловский ГОК», Северный ГОК, Южный ГОК, Ингулецкий ГОК (Украина);

В замкнутом цикле при использовании дробилки КМД- 2200Т6-Д можно получать про-дукт «–10…–12 мм» при стабильной циркуляционной нагрузке.

Все дробилки оборудованы специальным эксцентриком с центрированным нагружением. Использование эксцентрика новой конструкции позволяет:

а) значительно (в 2–3 раза) увеличить ресурс работы подшипниковых поверхностей при восприятии увеличенных нагрузок от дробления;

б) при установке разгрузочной щели (на холостом ходу) 5–6 мм осуществлять процесс дробления на минимально допустимой рабочей щели и получать в открытом цикле указанный выше продукт. Это обеспечивается за счет существенного снижения суммарного зазора в подшипнике скольжения нового эксцентрика по отношению к эксцентрику традиционной конструкции.

Дробилки для щебня изометрической (кубовидной) формы

Для предприятий щебеночного производства ПАО «Уралмашзавод» предлагает дробилки для технологических линий получения высококачественного кубовидного щебня фракции 25–60 мм (железнодорожный балласт) – дробилка ККД-500/60К и фракций 5–10 мм и 10–20 мм (строительный щебень) – дробилки КМД-1750Т7-Д и КМД-2200Т7-Д. Для обес-печения работы дробилок в запроектированном режиме к технологической схеме их установки предъявляется ряд требований:

– наличие бункера непосредственно перед дробилкой;

– возможность регулирования производительности по питанию в заданных пределах;

– недопустимость смешивания мелких товарных фракций с аналогичными фракциями, полученными на предыдущих стадиях дробления.

Дробилка КМД-2200Т7-Д создана для предприятий нерудной отрасли. Она предназна-чена для производства щебня кубовидной формы. В рабочей камере этой дробилки организован процесс разрушения материала «в слое». В данном применении это наилучшим образом обеспечивает заказчику необходимое качество товарного щебня.

Интеллектуальные дробилки УЗТМ в ОАО «Карельский Окатыш»

В 2015 г. совместно со специалистами ПАО «Карельский окатыш» был разработан но-вый алгоритм автоматического управления дробилкой. Алгоритм позволяет при стабильной во времени крупности продукта автоматически выходить на максимальнодопустимую загрузку дробилки и поддерживать её, не допуская перегрузки дробилки и вспомогательного оборудования.

Таблица 1 Техническая характеристика КМД-3000Т2-ДП-М с АСУ

Способность дробилки адаптироваться к новым условиям, анализировать рабочие параметры и управлять режимом своих систем – позволила сделать дробилку интеллектуальной. Для реализации данного алгоритма дробилка КМД-3000Т2- ДП-М (техническая характеристика указана в табл. 1) оборудована набором взаимодействующих систем:

1) система контроля уровня загрузки камеры дробления;

2) система контроля амортизации (СКА) опорного кольца дробилки;

3) система контроля потребляемой мощности главного привода дробилки;

4) система установки и поддержания заданного размера разгрузочной щели на базе зубчатого реверсивного механизма поворота.

АСУ дробилки регулирует производительность питающего конвейера и позволяет поддерживать производительность дробилки на максимально возможном уровне. При этом си-стема контроля амортизации, отслеживая вертикальное перемещение опорного кольца, не допускает работу с амортизацией, т.е. с превышением предельных усилий дробления. Для обеспечения дробилкой КМД-3000Т2-ДП-М требуемых показателей по качеству гранулометрического состава продукта дробления дробилка оборудована автоматизированной системой установки и поддержания заданного размера разгрузочной щели, которая включает в себя:

1) зубчатый реверсивный механизм поворота дробилки;

2) механизм фиксации регулирующего кольца дробилки;

3) систему гидропривода механизмов поворота и фиксации;

4) систему автоматизированного управления, которая осуществляет контроль и управление главным и вспомогательным приводами дробилки при установке разгрузочной щели.

Зубчатый реверсивный механизм поворота состоит из приводных блоков, установленных на опорном кольце, шестерни которых приводят во вращение зубчатое колесо, связанное шпонками с кожухом механизма поворота (рис. 2).

Рис. 2 Зубчатый реверсивный механизм регулирования щели дробилки

Рис. 2 Зубчатый реверсивный механизм регулирования щели дробилки

Каждый приводной блок в свою очередь состоит из гидромотора, нормально замкнутого тормоза, планетарного редуктора и вал-шестерни.

Система установки и поддержания заданного размера разгрузочной щели дробилки производит следующие операции:

1) периодическую калибровку разгрузочной щели до заданной величины (с отсчётом щели от «0») или по команде оператора;

2) периодическую подтяжку разгрузочной щели на заданную величину (без отсчёта щели от «0»);

3) подсчет остаточной толщины броней до замены;

4) учёт ресурса работы броней.м Кроме того, была разработана система визуализации (рис. 3), позволяющая с операторской панели осуществлять контроль и управление системами.

Рис. 3 Система визуализации дробилки

Рис. 3 Система визуализации дробилки

С применением математического моделирования была изменена камера дробления – зона входа стала иметь больший наклон для увеличения скорости кусков, тем самым увеличив производительность (рис. 4). Зона дробления была увеличена на 20 % (рис. 5), что позволяет снизить крупность дробленого продукта.

Рис. 4, 5 Особенности новой камеры дробления КМД-3000Т2-ДП-М

Рис. 4, 5 Особенности новой камеры дробления КМД-3000Т2-ДП-М

Рис. 4, 5 Особенности новой камеры дробления КМД-3000Т2-ДП-М

В июне и августе 2016 г. две интеллектуальные дробилки КМД-3000Т2-ДП-М (рис. 6) были введены в эксплуатацию в АО «Карельский окатыш».

Рис. 6 Дробилка КМД-3000Т2-ДП-М на участке среднего и мелкого дробления в АО «Карельский окатыш»

Рис. 6 Дробилка КМД-3000Т2-ДП-М на участке среднего и мелкого дробления в АО «Карельский окатыш»

Дробилки запущены в работу в автоматическом режиме с выходом на максимальную производительность.

Результаты эксплуатационных испытаний

Гранулометрический состав питания дробилки определялся по классам крупности 100, 75, 40, 20, 16, 14, 10 мм, продукта дробилки – по классам крупности 20, 16, 14, 10 мм. Гранулометрический состав определен ситовым анализом по ГОСТ 27562-87.

Таблица 2 Результаты генеральных опробований

Размер разгрузочной щели дробилки определялся перед каждым опробованием свинцовыми отпечатками, прожатыми в камере дробления в четырех точках с шагом в 90°, как средняя величина по четырем измерениям. Регулировка разгрузочной щели производилась с помощью автоматизированной системы регулирования щели.

Рис. 7 Гранулометрический состав продуктов дробилки КМД-3000Т2-ДП-М, полученный на генеральных испытаниях

Рис. 7 Гранулометрический состав продуктов дробилки КМД-3000Т2-ДП-М, полученный на генеральных испытаниях

1. По результатам генеральных опробований достигнута производительность дробилки КМД-3000Т2-ДП-М от 499 до 632 т/ч (при насыпной плотности 1,87 т/м3) и среднем размере разгрузочной щели 7,7…7,8 мм).

2. Содержание класса +16 мм в продукте дробилки от 4,6 до 5,8 %. Содержание в питании дробилки класса +80 мм варьировалось от 2,8 до 6,4 %.

Это показывает, что дробилка дает стабильную характеристику крупности продукта, даже при увеличении содержания крупного класса в питании.

3. Степень дробления дробилки КМД-3000Т2-ДП-М составила от 4,48 до 5,43.

Достигнутые показатели позволяют говорить о возмож- ности применения дробилок КМД-3000Т2-ДП-М, оснащенных автоматизированными системами в третьей стадии дробления с обеспечением показателей крупности дроблё- ной руды (5 % класса +16 мм) и стабильным поддержанием этого значения для питания передела мельниц, что позволит значительно увеличить их производительность.

Возможные технологические схемы применения интеллектуальных дробилок КМД-3000Т2-ДП-М

Расчетные технологические возможности дробилок КМД-3000Т2-ДП-М на участке среднего и мелкого дробления УПКиО АО «Карельский окатыш» Для расчета технологических возможностей среднего и мелкого дробления по выпуску дробленого продукта крупностью d05 = 14 мм с замкнутым циклом в третьей стадии дробления приняты следующие параметры:

– гранулометрический состав питания дробилки КМД- 3000Т2-ДП-М по результатам, полученным в ходе генеральных опробований эксплуатационных испытаний от 08.07.2016 г.;

– увеличенная производительность дробилки КСД- 3000Т-ДМ с 1180 т/ч (факт) до 1202 т/ч (расчетная) за счет установки привода мощностью 500 кВт;

– производительность дробилки КМД-3000Т2-ДП-М, равная 571 т/ч, как среднее от полученных значений в ходе генеральных опробований эксплуатационных испытаний от 08.07.2016 г. (499, 522, 632 т/ч);

– крупность дробленого продукта 14 мм согласно техническому заданию (содержание класса менее 14 мм в дробленом продукте – 95 %).

Технологическая схема получения совокупного продукта номинальной крупностью 14 мм приведена на рис. 8. Размер ячеек сит грохотов принят 16 мм.

Рис. 8 Расчетная технологическая схема среднего и мелкого дробления выпуска дробленого продукта крупностью d05 = 14 мм с замкнутым циклом в третьей стадии дробления (показана одна секция)

Рис. 8 Расчетная технологическая схема среднего и мелкого дробления выпуска дробленого продукта крупностью d05 = 14 мм с замкнутым циклом в третьей стадии дробления (показана одна секция)

Данная технологическая схема (рис. 8) подтверждает получение производительности 1202 т/ч и совокупного дробленого продукта 14 мм (номинальная крупность) с одной секции (1 КСД, 2 КМД).

Рис. 9 Расчетная технологическая схема среднего и мелкого дробления и выпуска дробленого продукта крупностью d05 = 16 мм с открытым циклом в третьей стадии дробления (показана одна секция)

Рис. 9 Расчетная технологическая схема среднего и мелкого дробления и выпуска дробленого продукта крупностью d05 = 16 мм с открытым циклом в третьей стадии дробления (показана одна секция)

Расчетная технологическая схема среднего и мелкого дробления выпуска дробленого продукта крупностью d05 = 16 мм с открытым циклом в третьей стадии дробления (рис. 9) составлена с учетом предложенного для АО «Карельский Окатыш» увеличения производительности КСД-3000Т-ДМ с 1180 (факт) до 1250…1350 т/ч (расчетная) за счет:

1) увеличения мощности привода до 500 кВт;

2) применения системы автоматического управления загрузкой материала в дробилку.

Основные направления развития дробильного оборудования ПАО «Уралмашзавод» на ближайшую перспективу

Создание новых модификаций освоенных типов дробилок для решения специфических технологических задач. Начато проектирование дробилки КМД-2200Т8 с увеличенной силой прижатия дробильной чаши за счет применения гидросистем для работы дробилки «в слое» с высокой производительностью.

Создание компактных и легких новых для нас типов дробилок, предназначенных для эффективного использования в конкретных технологических условиях:

– для дробления материалов средней прочности;

– для подземной установки и работы в составе небольших полустационарных комплексов.

Щековые дробилки со сложным качанием щеки.

Ключевые слова: Уралмашзавод, конусные дробилки, технологии

Журнал "Горная Промышленность"№6 (130) 2016, стр.15