Процесс размельчения

Для приготовления формовочных смесей широко применяют бентонит, маршалит, молотый уголь и другие пылевидные материалы. Эти материалы, как правило, должны поступать в литейный цех в готовом виде, хотя многие литейные цехи приготовляют их сами.

В литейных цехах в системе приготовления формовочных материалов используют различного рода дробильные установки для размельчения крупных кусков отработанной смеси, сырой глины, песка. Под размельчением понимают процесс разделения твёрдых тел на части, сопровождающийся упругой и пластической деформацией размельчаемого тела и образованием новых его поверхностей.

Процесс размельчения (рис. 1.1.2.1) осуществляется раздавливанием, раскалыванием, изломом, истиранием и ударом. Для прочных материалов наиболее рациональны раздавливание и удар (сухая глина), а для влажных и вязких материалов рекомендуется раздавливание в сочетании с истиранием.

Материал, поступающий в дробильную установку, называют исходным, а окончательно раздробленный – готовым продуктом.

Рис. 1.1.2.1. Схемы основных способов механического дробления:

а – раздавливанием; б – раскалыванием; в – изломом; г – истиранием;

д – ударом

Соотношение поперечных размеров исходного материала и готового продукта называют степенью измельчения:

где – диаметр куска исходного материала;

– диаметр готового продукта.

Дробильное оборудование разделяют на дробилки и мельницы, в зависимости от степени измельчения в них материала. Дробилки измельчают материал до размера кусков мм при (грубое измельчение). Мельницы измельчают материал до размера зерен мм при и выше (тонкое измельчение).

В зависимости от характера воздействия на измельчаемый материал и конструктивных признаков различают следующие типы дробилок: щековые, молотковые, валковые, и типы мельниц: шаровые, молотковые, вибрационные и др.

Физические основы процесса размельчения. В процессе разделения твердого куска материала на отдельные части внешние механические силы преодолевают внутренние силы сцепления между отдельными частицами, при этом образуются новые поверхности. Вновь образующиеся поверхности обладают несколько большим запасом потенциальной энергии, чем внутренние слои тела. Это явление объясняется тем, что в отличие от частиц кристаллической решетки, расположенных внутри тела и взаимодействующих со всеми окружающими их соседними молекулами, частицы решетки, расположенные на поверхности, взаимодействуют с соседними только с одной стороны – со стороны тела. Вследствие этого поверхностный слой обладает некоторым избытком свободной энергии, называемой поверхностной энергией тела.

Для перевода внутренних частиц на поверхность требуется затратить определенную работу, которая, будучи отнесенной к единице поверхности, называется удельной поверхностной энергией.

Работа, необходимая для того, чтобы разделить тело на частицы и удалить их друг от друга на расстояние, при котором прекращается взаимодействие между ними, называется внутренней, энергией тела.

Полная энергия тела состоит из поверхностной и внутренней энергии:

,

где – полная работа, затрачиваемая на разрушение твердого тела, Дж;

– работа, превращающаяся в свободную энергию вновь образованной поверхности , Дж;

– работа упругих и пластических деформаций в объеме тела , Дж;

– удельная поверхностная энергия, Дж/м²;

– предел прочности разрушаемого материала, Па;

, – вновь образуемая поверхность и часть объема материала, подвергшиеся деформации, соответственно в м² и м³;

– модуль упругости дробимого материала, Па.

Под действием внешних сил энергия, сообщаемая дробимому телу, нарастает до критической, при которой наступает нарушение межчастичных связей и, как следствие, разрушение тела.

Если объем измельчаемого тела невелик и при разрушении интенсивно образуются новые поверхности (измельчение в мельницах), можно пренебречь вторым членом уравнения обобщенного закона. Тогда работа, затрачиваемая на разрушение, может быть определена по формуле .

Если же степень измельчения невелика, а объем разрушаемого тела достаточно большой, можно пренебречь первым членом уравнения. Тогда

Каждая операция доведения материала до заданной крупности в отдельной дробильной машине называется стадией дробления. В зависимости от крупности дробления определяют тип применяемой дробилки и количество стадий дробления.