Kreiselbrecher erklärt

Der Prozess der Reduzierung von abgebautem Erz zur Weiterverarbeitung wird als ‘Zerkleinerung’ bezeichnet, was definiert ist als ‘die Aktion, ein Material, insbesondere ein Mineralerz, in feine Partikel oder Fragmente zu zerlegen’; dies wird normalerweise bei Bergbauoperationen durch eine oder mehrere Stufen des Brechens und Mahlens erreicht.

Frühe Bergbauaktivitäten waren arbeitsintensiv. Die Erzzerkleinerung erfolgte mit einem Bergmannspickel, Vorschlaghammer oder Bohrmeißel. Bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts wurde das anfängliche Erzbrechen und -sizing meist lokal von Hand durchgeführt. Spätere Operationen wurden durch wasserkraftbetriebene Fallhämmer (frühe bis mittlere industrielle Revolution) unterstützt. Die frühesten bekannten Brecher waren handgehaltene Steine, bei denen das Gewicht des Steins die Kraft erhöhte, die ein Bergmann beim Hämmern gegen einen Steambock anwenden konnte. Die kleinen Mengen an Gestein und Aggregat, die produziert wurden, wurden dann typischerweise in Säcke geladen, um per Straße transportiert zu werden.

Die ursprünglichen Bergbauwerkzeuge

Sprengstoffe (Schwarzpulver etc.) wurden während der industriellen Revolution in den kommerziellen Bergbau eingeführt; die Verwendung von Sprengstoffen zum Abbau wird als ‘Sprengen’ bezeichnet. Sprengen kam im mittleren 19. Jahrhundert für den Massenbergbau weit verbreitet zum Einsatz, gefolgt von Dampfschaufeln. Zum ersten Mal begannen neue Bergbautechniken und Maschinen, immer größere Brocken von freigelegten Materialien zu produzieren.

Das schnelle Wachstum der Nachfrage im letzten Jahrhundert erforderte eine erhebliche Aufstockung der Produktionsmengen, unabhängig von den abgebauten Erzarten. Um dieser Nachfrage gerecht zu werden, wurden verschiedene Brech- und Aufbrechtechnologien entwickelt, um den effizienten Transport von Schüttgütern (über Förderbänder etc.) von der Mine zur Aufbereitungsanlage zu ermöglichen.

Heute nutzen die meisten Bergbau- und Steinbruchbetriebe Brecher als Teil der vorderen Enden der Erz-Aufbereitungsprozesse, nachdem das Erz durch Sprengen oder andere Techniken freigelegt wurde. Ausnahmen sind der Abbau von sehr losen Materialien wie Mineralsanden, bei denen diese Brechstufe oft nicht erforderlich ist. Ebenso verwenden viele Kohle- und Braunkohle-Aufbereitungs-/Waschanlagen andere Technologien wie Bradford Breakers und Mineral Sizers. Aber für den Hartgesteinsbergbau ist die Verwendung von Kreiselbrechern, Kegelbrechern, und/oder Backenbrechern der Ausgangspunkt für die Erzverarbeitung.

Kreiselbrecher

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Zweck von Brechern

Ein Brecher ist eine Maschine, die dazu bestimmt ist, die Größe von Run of Mine (ROM) großen Gesteinen auf kleinere Gesteine, Kies, Sand oder Steinstaub zu reduzieren; dies ist entscheidend für den effizienten Transport des Erzes über Förderbänder etc. Das Brechen ist die erste von vielen Stufen, die zur Trennung des Erzes vom Abfall (Gangue) führen. Abfallmaterial kann verworfen oder recycelt werden, wodurch der erzhaltige Strom in der Hauptanlage weiterverarbeitet werden kann.

Je nach Durchsatz, Härte und Eigenschaften des zu verarbeitenden Erzes können verschiedene Arten von Brechern und Mineraltrennern eingesetzt werden. In allen Fällen wird die Brechstufe 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.

Das Brechen wird erreicht, indem Erz zwischen zwei festen Oberflächen hindurchgeführt wird und dann ausreichend Kraft angewendet wird, um die Oberflächen zusammenzubringen, sodass die Moleküle des behandelten Materials getrennt werden (Bruch) oder ihre Ausrichtung zueinander ändern (Verformung).

Brecher werden üblicherweise nach dem Grad klassifiziert, in dem sie das Ausgangsmaterial fragmentieren, wobei Primär- und Sekundärbrecher grobe Materialien verarbeiten und Tertiär- und Quartärbrecher Erzpartikel auf feinere Abstufungen reduzieren. Jeder Brecher ist so konzipiert, dass er mit einer bestimmten maximalen Rohmaterialgröße arbeitet und liefert sein Produkt oft an eine Siebmaschine (Sieb), die das Produkt für die weitere Verarbeitung sortiert und leitet. In vielen Fällen folgen auf die anfänglichen Brechstufen weitere Mahlstufen, z.B. mit Kugelmühlen etc.

Brechertypen

• Kreiselbrecher
• Backenbrecher
• Kegelbrecher

Typischerweise wird die anfängliche Brechstufe entweder mit Kreiselbrechern oder Backenbrechern abgeschlossen. Oft ist es der Fall, dass nur ein Brecher installiert ist, und dieser wird als ‘Primärbrecher’ bezeichnet. Kegelbrecher werden typischerweise für die 2^te, 3^te & 4^te Brechstufen verwendet (obwohl nicht immer).

Kreiselbrecher-Komponenten

Kreiselbrecher wurden 1877 von Charles Brown erfunden und 1881 von Gates weiterentwickelt (sie wurden in den frühen Jahren allgemein als ‘Gate’s Brecher’ bezeichnet).

Ein Primärbrecher ist so konzipiert, dass er Run-on-Mine (ROM) Gesteine direkt aus den Minen aufnimmt. Kreiselbrecher zerkleinern typischerweise, um die Größe von Aggregaten auf maximal etwa ein Zehntel ihrer ursprünglichen Größe zu reduzieren. Kreiselbrecher sind immer vertikal orientiert installiert.

Die Größe eines Kreiselbrechers wird klassifiziert durch:

• Seine Spaltöffnung und Manteldurchmesser.
• Den Durchmesser der Aufnahmeöffnung.

Kreiselbrecher-Komponenten

• Spinnenbaugruppe & Buchse
• Obere & untere Gehäusebaugruppen
• Hauptwelle
• Mantel & Konkaven
• Exzenterantrieb & Buchse
• Ritzel- & Gegenschachtbaugruppe
• Hydroset-Baugruppe (Hydraulische Unterstützung)

Wie Kreiselbrecher arbeiten

ROM-Erz aus der Mine wird typischerweise von Muldenkippern transportiert, die in einen Aufgabetrichter auf der oberen Ebene entladen; zerkleinertes Erz wird dann aus der unteren Gehäusebaugruppe entladen. In einigen Fällen kann ein Grizzly-Feeder verwendet werden, und untergroßes Erz kann gesiebt werden, um den Brecher zu umgehen (direkt auf das Ausgangsband übertragen). Es gibt typischerweise auch einen hydraulischen Felsbrecher, um große Felsbrocken aus der Mine zu zerkleinern.

Muldenkipper liefern ROM-Erz zu Brechertrichtern

Spinnenbaugruppe (Oberes Wellenlagergehäuse)

Der Spalt zwischen der Hauptwelle und den Konkaven verringert sich von oben nach unten in der Brecherbaugruppe. Die obere Konkave ist mit gehärtetem Stahl ausgekleidet und die Hauptwelle ist mit einem Mantelauskleidung (Ummantelung) aus ähnlich gehärtetem Material ausgestattet.

Auskleidungen sind die Hauptverschleißteile eines Brechers. Auskleidungen verschleißen im Laufe der Zeit und schützen das Hauptgehäuse und die Welle vor Schäden. Die Wartungsstrategie für einen Kreiselbrecher wird weitgehend durch die Verschleißrate der Auskleidungen beeinflusst, die manuell (Dickenmessungen) oder mit geeigneten Zustandsüberwachungswerkzeugen wie Laserscanning überwacht werden kann. Die Auskleidungen und der Mantel werden in geplanten Intervallen oder basierend auf den aufgezeichneten Verschleißraten ersetzt.

Das ‘Hydroset’-System ist ein hydraulischer Mechanismus, der es ermöglicht, die vertikale Position der Hauptwelle (und des Mantels) anzuheben und abzusenken. Durch Ändern der Position des Mantels ändert sich die Spalteinstellung am Auslass des Brechers und folglich die Größe des zerkleinerten Ausstoßes. Die Höhe des Mantels wird oft automatisch basierend auf dem erzeugten Drehmoment angepasst und verfügt über einen Freigabemechanismus, der es dem Mantel ermöglicht, abzusinken, sollte die normale Arbeitslast überschritten werden; dies ist eine Überlastschutzfunktion.

Das obere Wellenlager ist innerhalb der zentralen Spinnenbuchse eingeschlossen. Diese Anordnung ermöglicht eine leichte Oszillation der oberen Welle und begrenzte vertikale Bewegungen, die durch das Hydroset erzeugt werden. Das Spinnenlager wird normalerweise mit Fett (manuell oder automatisch) geschmiert.

Kreiselbrecherbetrieb

Brechaktion wird durch die Oszillation oder ‘Wurf’ (Öffnen & Schließen) des Spalts zwischen der beweglichen Mantelauskleidung, die auf der zentralen vertikalen Welle (Spindel) montiert ist, und den festen Konkavenauskleidungen, die auf dem Hauptrahmen (oberen Gehäuse) des Brechers montiert sind, erzeugt. Der Mantel und die Konkaven bilden die Arbeitsflächen des Brechers und erzeugen die Kraft, die erforderlich ist, um das Erz zu zerkleinern.

Exzenterbewegung wird durch die untere Exzenterbuchse und die Antriebsanordnung am unteren Ende der Hauptwelle erreicht. Der Eingangs-Ritzelantrieb wird von Ritzellagern gestützt und von einem Elektromotor angetrieben. Eine externe Getriebeanordnung oder Riemenantrieb reduziert die Motordrehzahl auf etwa 100-200 U/min am Brecher. In einigen Fällen kann auch ein Kupplungssystem verwendet werden, um Stöße zu absorbieren. Das Ritzel auf der Gegenschacht greift in das Exzentergetriebe oder Kronrad ein und dreht es.

Kronrad

Die innere Oberfläche der Exzenterbuchse ist außerhalb der Mittelachse des Brechers bearbeitet. Wenn sich die Exzenterbuchse dreht, oszilliert die untere Welle in einer elliptischen Umlaufbahn um die Mittellinie des Brechers. Diese Aktion bewirkt, dass sich der Spalt zwischen dem Mantel und den Konkavenauskleidungen bei jeder Umdrehung der Welle öffnet und schließt. Am oberen Ende des Mantels ist diese Bewegung sehr klein, aber wenn das Erz weiter nach unten fällt, nimmt der Wurf zu und die Brechkraft steigt entsprechend.

Kreiselbrecher-Mantel-Reiseweg

Zerkleinertes Erz fällt in die untere Gehäusebaugruppe und wird in das zerkleinerte Erzfördersystem zur weiteren Verarbeitung entladen. Das untere Gehäuse beherbergt auch ein Zwangsschmiersystem und ein Hydrauliksystem, das für die Antriebsanordnung und den Hydroset-Mechanismus entscheidend ist.

Die weitere Verarbeitung kann zusätzliche Brechstufen (sekundär, tertiär, quartär etc.), Mahlen und andere Aufbereitungsschritte umfassen, die dem zu verarbeitenden Erz entsprechen. Es ist erwähnenswert, dass es oft nur einen einzigen Primärbrecher bei vielen Bergbaubetrieben gibt. Daher ist der Primärbrecher eine kritische und bedeutende Engpassmaschine für viele Bergbaustandorte, mit wenig oder keinen Umgehungsmöglichkeiten.