Kegelbrecher erklärt

Zerkleinerung

‘Zerkleinerung’ bezeichnet den Prozess der Reduzierung von Materialien (insbesondere Erz). Es handelt sich um das Zerkleinern eines Materials in kleine Fragmente oder Partikel. Dieser Prozess wird typischerweise in Bergbaubetrieben durch Stufen der Zerkleinerung und Mahlung erreicht.

Früher waren Bergbauaktivitäten mühsam und arbeitsintensiv. Der Erzabbau erfolgte mit einem Bergmannspickel, Bohrmeißel oder Vorschlaghammer. Bis Mitte des 19. Jahrhunderts waren Größenbestimmung und Zerkleinerung hauptsächlich auf Handarbeit angewiesen; wasserbetriebene Fallhämmer wurden erst viel später, während der Industriellen Revolution, populär. In dieser frühen Zeit konnten nur relativ kleine Mengen an Gestein und Zuschlagstoffen produziert werden. Diese kleinen Mengen wurden dann in Säcke oder Wagen für den Transport geladen.

Spaten und Spitzhacke

Während der Industriellen Revolution wurden Sprengstoffe erstmals im kommerziellen Bergbau eingesetzt. Der Bergbau mit Sprengstoffen wurde als Sprengen bezeichnet. Bis Mitte des 19. Jahrhunderts war das Sprengen eine weit verbreitete Bergbautechnik für den Massenbergbau und wurde kurz darauf durch Dampfschaufeln ergänzt. Diese neuen Bergbautechniken revolutionierten die Bergbauindustrie und ermöglichten die Produktion immer größerer Mengen an freigelegten Materialien.

Die Bergbauindustrie hat im vergangenen Jahrhundert aufgrund des raschen Anstiegs der Nachfrage nach Mineralien ein Wachstum erlebt; dieses Wachstum erforderte eine erhebliche Vergrößerung der Produktionsmengen. Der Anstieg der Nachfrage führte zur Entwicklung neuer und effizienterer Brecher (Maschinen zur Größenreduzierung). Mit zunehmenden Zerkleinerungsmengen stiegen auch die Anforderungen an den Transport ihrer Eingaben und Ausgaben. Um dem gerecht zu werden, wurden Gegenstände wie Flachbettförderer und Muldenkipper eingeführt.

Flachbettförderer

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Geschichte des Kegelbrechers

Der Kegelbrecher wurde erstmals in den 1920er Jahren in den Vereinigten Staaten von den Symons Brothers aus Milwaukee entwickelt. Die Symons Brothers werden als die ersten Designer und Erfinder des Federkegelbrechers anerkannt. Der größte Vorteil des Symons Brothers Kegelbrechers war seine Haltbarkeit und Einfachheit (die gesamte Maschine hatte nur neun bewegliche Teile). Nach weiteren Jahren der Forschung und Entwicklung (F&E) wurde der Federkegelbrecher zu einer der effizientesten - und folglich zu einer der am weitesten verbreiteten - Zerkleinerungsmaschinen.

Kegelbrecher Querschnitt

Das Design des Federkegelbrechers ermöglicht es, dass unzerkleinerbare Materialien, z.B. Fremdmetall, durch die Zerkleinerungskammer mithilfe von Federn passieren. Der erste hydraulische Kegelbrecher wurde 1948 entwickelt und ermöglichte das hydraulische Öffnen der Zerkleinerungskammer anstelle der Verwendung von Federn (mechanische Betätigung). Sowohl die Feder- als auch die hydraulischen Kegelbrecherdesigns sind noch heute im Einsatz.

Kegelbrecher sind in der Lage, alle Arten von mittelharten bis harten Mineralgesteinen und Steinen zu zerkleinern. Sie bieten auch viele Vorteile gegenüber anderen Brecherdesigns, wie z.B. geringer Energieverbrauch, Zuverlässigkeit, hohe Effizienz (im Vergleich zu anderen Brechern) und ein hohes Reduktionsverhältnis (Eingangsgröße im Vergleich zur Ausgangsgröße).

Obwohl sie in vielen Branchen präsent sind, werden sie am häufigsten in der Bau- und Bergbauindustrie eingesetzt. Kegelbrecher werden in der Regel für sekundäre, tertiäre und nachgelagerte Zerkleinerungsdienste verwendet, während Backenbrecher und Kreiselbrecher für Primärzerkleinerungsoperationen eingesetzt werden.

Backen-, Kegel- und Kreiselbrecher

In einigen Fällen kann das Run of Mine (ROM)-Erz aus der Mine über Förderbänder und Siebe einem Kegelbrecher zugeführt werden, aber häufiger kommt das Aufgabematerial von vorgelagerten Primärbrechern und Kegelbrecher werden für nachgelagerte Zerkleinerungsstufen verwendet.

Zweck von Brechern

Ein Brecher ist eine Maschine, die entwickelt wurde, um die Größe großer Gesteine auf kleinere Gesteine, Kies, Sand oder Gesteinsstaub zu reduzieren; dies ist für den effizienten Transport des Produkts über Förderbänder usw. unerlässlich. Die Zerkleinerung ist die erste von vielen Stufen, die zur Trennung der Mineralien von dem Abfall (Gangue)material führen. Abfallmaterial kann entsorgt oder recycelt werden, wodurch das mineralreiche Produkt im Hauptwerk weiterverarbeitet werden kann.

Je nach Durchsatz, Härte und Eigenschaften des zu verarbeitenden Minerals können verschiedene Arten von Brechern und Mineraltrennern eingesetzt werden. In allen Fällen wird die Zerkleinerungsstufe im Wesentlichen durch die Übertragung einer mechanisch verstärkten Kraft (über mechanischen Vorteil) auf ein Material erreicht, um die Bindungen zu brechen, die das Material zusammenhalten.

Die Zerkleinerung wird erreicht, indem das Aufgabematerial zwischen zwei festen Oberflächen hindurchgeführt wird und dann ausreichend Kraft angewendet wird, um die Oberflächen zusammenzubringen, sodass die Moleküle des zu zerkleinernden Materials getrennt werden (Bruch), oder ihre Ausrichtung in Bezug aufeinander ändern (verformen).

Brecher werden häufig nach dem Grad klassifiziert, in dem sie das Ausgangsmaterial fragmentieren, wobei Primär und Sekundärbrecher grobe Materialien handhaben und tertiäre und quaternäre Brecher Partikel auf feinere Abstufungen reduzieren. Jeder Brecher ist so konzipiert, dass er mit einer bestimmten maximalen Rohmaterialgröße arbeitet und oft sein Produkt an eine Siebmaschine (Sieb) liefert, die das Produkt für die weitere Verarbeitung sortiert und leitet. In vielen Fällen folgen auf die anfänglichen Zerkleinerungsstufen weitere Mahlstufen (wenn die Materialien weiter reduziert werden müssen).

Brechertypen

Es gibt drei gängige Brecher, die in Bergbau- und Verarbeitungsanlagen verwendet werden:

• Kreiselbrecher
• Backenbrecher
• Kegelbrecher

Typischerweise wird die anfängliche Zerkleinerungsstufe entweder mit Kreiselbrechern oder Backenbrechern abgeschlossen. Es ist oft der Fall, dass nur ein Brecher installiert ist, und dieser wird als Primärbrecher bezeichnet.

Kegelbrecher werden häufiger für die 2., 3. und 4. Zerkleinerungsstufe verwendet (obwohl nicht immer).

Kegelbrecherkomponenten (Brecherteile)

Die Hauptkomponenten eines Kegelbrechers umfassen die Hauptwelle, Mantel, Konvexen, Kegel, exzentrische Buchse, Antrieb, Kronrad, Rahmen und Fremdkörperfreigabemechanismus (mechanisch oder hydraulisch betätigt).

Kegelbrecherkomponenten

Oberschale & Spinnenkappenmontage

Das Aufgabematerial wird über Förderbänder in einen Aufgabebehälter oberhalb des vertikal montierten Kegelbrechers zugeführt. Das Material gelangt über eine Öffnung in der oberen Schale in den Brecher. Abhängig vom Design des Kegelbrechers kann eine Verteilplatte verwendet werden, um das Material gleichmäßig zu verteilen, wenn es in den Brecher gelangt. Eine Spinnenkappe (falls vorhanden) beherbergt das obere Lager der Hauptwelle; die Welle wird je nach Design mit Fett oder Öl geschmiert.

Spinnenkappenmontage

Hauptwelle

Die Hauptwelle wird normalerweise aus hochwertigem geschmiedetem Stahl (zur Spannungsentlastung geglüht) hergestellt. Der obere Teil der Welle wird von einem selbstausrichtenden Lager in der Spinnenkappe (falls vorhanden) unterstützt. Das selbstausrichtende Lager ist so konzipiert, dass es die durch die oszillierende Welle erzeugte Bewegung aufnehmen kann; diese oszillierende Bewegung wird durch das untere exzentrische Antriebsarrangement verursacht. Das Journal des Spinnenlagers ist auf die Oberseite der Hauptwelle geschrumpft.

Stufenlager

Der Boden der Hauptwelle wird von einem drei-teiligen Stufenlager unterstützt, das mit der Hauptwelle oszilliert. Das Stufenlager trägt das Gewicht der Welle.

Mantel & Konvexen

Der Mantel wird über dem Kopf/Kegel installiert, der auf der Hauptwelle montiert ist. Der Mantel bildet einen Teil der ersetzbaren Verschleißflächen und oszilliert mit der beweglichen Welle (bewegliche Verschleißfläche). Mäntel werden typischerweise aus Manganstahllegierung hergestellt.

Ein konkaver Ring (Schüsselauskleidung) ist im oberen Gehäuse untergebracht; er bildet die stationäre Verschleißfläche.

Kegelbrecherteile

Exzentrischer Antrieb & Buchse

Exzentrische Bewegung wird durch die untere exzentrische Buchse und das Antriebsarrangement am Boden der Hauptwelle erreicht. Dieses Arrangement ist im Design und Prinzip dem von Kreiselbrechern ähnlich. Die exzentrische Buchse wird aus hochgekohltem Stahl mit einer Bronze-Innenverschleißhülse hergestellt. Es ist möglich, den exzentrischen Hub durch die Installation unterschiedlich großer Hülsen anzupassen. Der ‘Hub’ definiert den Bewegungsbereich der Welle und folglich den Abstand zwischen dem Mantel und der Schüsselauskleidung an jedem gegebenen Punkt, dies ist besonders relevant am Engpass (der Ort, an dem der Durchmesser des Mantels am größten ist und wo der Mantel den stationären Verschleißflächen am nächsten kommt).

Ritzel & Gegenwellenmontage

Ein aus legiertem Stahl gefertigtes Ritzel ist auf einer Ritzelantriebswelle montiert. Die Ritzelantriebswelle wird von Ritzelwellenlagern unterstützt, die von einem gemeinsamen Schmiersystem gespeist werden. Eine externe Motorriemenanordnung liefert Antriebskraft an die Ritzelwelle, die wiederum die Hauptwelle über dieses Ritzel- und Kronradarrangement dreht.

Unterschale

Eine geglühte Gussstahl Unterschale beherbergt das Antriebsarrangement und die exzentrischen Antriebskomponenten. Das aus dem Brecher entladene Material passiert die Unterschale.

Wie Kegelbrecher funktionieren

Das Material wird aus einem Aufgabetrichter in eine große Öffnung an der Oberseite des Kegelbrechers zugeführt. Das Material fällt dann aufgrund der Schwerkraft und wird zwischen dem Mantel und den Konvexen zerkleinert; die Zerkleinerung erfolgt in der Zerkleinerungskammer. Während sich das Material in Richtung des Antriebsendes des Kegelbrechers bewegt, verringert sich seine Größe (aufgrund der Zerkleinerungsaktion), und immer kleinere Stücke bewegen sich in Richtung des Antriebsendes des Brechers. Nachdem das Material den Brecher passiert hat, wird das Produkt - jetzt in stark reduzierter Größe - durch eine Öffnung in der Unterschale entladen.

Kreiselbrecherbetrieb

Zerkleinerungsaktion wird durch die Oszillation oder den Hub (Öffnen & Schließen) zwischen dem beweglichen Mantelauskleidung, montiert auf dem Kegel, und den stationären konkaven Auskleidungen montiert innerhalb des oberen Gehäuses des Brechers erzeugt. Der Mantel und die Konvexen bilden die Arbeitsflächen des Brechers, da hier die Zerkleinerungsaktion stattfindet.

Die Breite der Auslassöffnung bestimmt die Größe des Produktausgangs eines Brechers. Die Größe des Produktausgangs eines Brechers kann durch Anheben oder Absenken des oberen Gehäuses variiert werden. Diese Anpassung variiert die Größe des Produkts eines Kegelbrechers, da der Spalt zwischen dem Mantel und den Konvexen entsprechend vergrößert oder verkleinert wird. Das Anheben der Konvexen (Schüsselauskleidung) erhöht somit die Produktgröße, während das Absenken der Konvexen die Produktgröße verringert.

Da die Bewegung des Mantels exzentrisch ist, ist der Spalt zwischen dem Mantel und den Konvexen auf einer Seite zu einem bestimmten Zeitpunkt anders als der Spalt auf der gegenüberliegenden Seite. Wenn der Spalt zwischen dem Mantel und den Konvexen am größten ist, ist der gegenüberliegende Spalt am kleinsten. Der breiteste Spalt zwischen dem Mantel und den Konvexen wird als offene Seite Einstellung (OSS) bezeichnet, während der engste Spalt als geschlossene Seite Einstellung (CSS) bezeichnet wird. Beide Einstellungen sind wichtig, da sie die größtmögliche Produktgröße (OSS) und die kleinstmögliche Produktgröße (CSS) beschreiben. Der OSS kann wie folgt angegeben werden:

CSS + Hub = OSS

CSS und OSS angezeigt

Exzentrische Bewegung wird durch die untere exzentrische Buchse und das Antriebsarrangement am Boden der Hauptwelle erreicht. Die Ritzelantriebsgegenwelle wird von Ritzellagern unterstützt und von einem Elektromotor angetrieben. Eine externe Getriebeanordnung oder Riemenantrieb reduziert die Motordrehzahl am Brecher; typische Brechergeschwindigkeiten reichen von mehreren hundert U/min bis zu ca. 1000 U/min. In einigen Fällen kann auch ein Kupplungssystem verwendet werden, um Stöße zu absorbieren. Das Ritzel auf der Gegenwelle greift in das exzentrische Getriebeantrieb oder Kronrad ein.

Kronrad

Die innere Oberfläche der exzentrischen Buchse ist außerhalb der Mittelachse des Brechers bearbeitet. Wenn sich die exzentrische Buchse dreht, oszilliert die untere Welle in einer elliptischen Umlaufbahn um die Mittellinie des Brechers. Diese Aktion führt dazu, dass sich der Spalt zwischen dem Mantel und den konkaven Auskleidungen bei jeder Umdrehung der Welle öffnet und schließt. Am oberen Ende des Mantels ist diese Bewegung sehr gering, aber wenn das Material tiefer fällt, nimmt der Hub zu und die Zerkleinerungskraft nimmt ebenfalls entsprechend zu.

Kegelbrecher Mantelbewegungspfad

Zerkleinertes Material fällt in die Unterschalenmontage und wird zur weiteren Verarbeitung an das Produktfördersystem abgegeben. Das untere Gehäuse beherbergt auch ein Zwangsschmiersystem und ein hydraulisches System, das für das Antriebsarrangement und die Fremdkörperfreigabe-Zylinder (falls vorhanden) entscheidend ist.

Die weitere Verarbeitung kann zusätzliche Zerkleinerungsstufen (sekundär, tertiär, quaternär usw.), Mahlung und andere Aufbereitungsschritte umfassen, die dem zu verarbeitenden Produkt entsprechen.