ZAŘÍZENÍ KERAMICKÝCH ZÁVODŮ studijní opora

Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství

ZAŘÍZENÍ KERAMICKÝCH ZÁVODŮ studijní opora

Dalibor Jančar

Ostrava 2013

Recenzent: Ing. Filip Ovčačík, Ph.D.

Název: Autor: Vydání: Počet stran:

Zařízení keramických závodů Ing. Dalibor Jančar, Ph.D. první, 2013 121

Studijní materiály pro studijní program Metalurgické inženýrství na Fakultě metalurgie a materiálového inženýrství. Jazyková korektura: nebyla provedena. Studijní opora vznikla v rámci projektu OP VK: Název: ModIn - Modulární inovace bakalářských a navazujících magisterských programů na Fakultě metalurgie a materiálového inženýrství VŠB - TU Ostrava Číslo: CZ.1.07/2.2.00/28.0304 © Dalibor Jančar © VŠB – Technická univerzita Ostrava ISBN 978-80-248-3370-5

Pokyny ke studiu

POKYNY KE STUDIU Zařízení keramických závodů Pro předmět Zařízení keramických závodů 2. semestru studijního oboru Tepelná technika a keramické materiály jste obdrželi studijní balík obsahující integrované skriptum pro kombinované studium obsahující i pokyny ke studiu. 1.

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity. 2.

Cílem předmětu a výstupy z učení

Cílem předmětu je seznámení se s technologickým tokem výroby keramických materiálů od těžby základní suroviny až po výsledné tvarování finálních tvarů. Po prostudování předmětu by měl student být schopen: výstupy znalostí: Znalost zařízení pro těžbu, nakládání, dopravu, dávkování a úpravu surovin. Znalost strojů používaných v současné době pro tvarování keramických výrobků. výstupy dovedností: Schopnost samostatného výběru určitého zařízení (stroje) pro jednotlivé technologie, druhy keramických materiálů a konečných vlastností výrobků. Pro koho je předmět určen Předmět je zařazen do magisterského studia oboru Tepelná technika a keramické materiály studijního programu Metalurgické inženýrství, ale může jej studovat i zájemce z kteréhokoliv jiného oboru. Studijní opora se dělí na části, kapitoly, které odpovídají logickému dělení studované látky, ale nejsou stejně obsáhlé. Předpokládaná doba ke studiu kapitoly se může výrazně lišit, proto jsou velké kapitoly děleny dále na číslované podkapitoly a těm odpovídá níže popsaná struktura. Při studiu každé kapitoly doporučujeme následující postup: Přečíst členění kapitoly. Prostudovat kapitolu s podrobným zaměřením se na schémata a obrázky pro pochopení principu daného technologického zařízení. Způsob komunikace s vyučujícími: Komunikace s vyučujícím je možná pomocí mailu: [email protected] nebo telefonicky na čísle: 597 321 537. 3

Úvod

OBSAH OBSAH ................................................................................................................. 4 1 ÚVOD .............................................................................................................. 7 2 TĚŽBA SUROVIN ......................................................................................... 0 2.1 Rýpadla................................................................................................................ 0 2.1.2 Korečkové rýpadla .................................................................................................. 0

2.2 Nakladače .......................................................................................................... 16

3 DOPRAVA SUROVIN ................................................................................ 16 3.1 Dopravníky ........................................................................................................ 16 3.1.1 Pásové dopravníky ................................................................................................ 17 3.1.1.1 Lanopásový dopravník ................................................................................... 19 3.1.1.2 Strmý pásový dopravník................................................................................. 20 3.1.1.3 Pásy ................................................................................................................ 20 3.1.2 Korečkový elevátor ............................................................................................... 21 3.1.3 Závitový dopravník ............................................................................................... 21 3.1.4 Válečkové tratě ...................................................................................................... 22 3.1.4.1 Poháněné válečkové tratě ............................................................................... 22 3.1.4.2 Gravitační válečková trať ............................................................................... 23 3.1.5 Dopravní skluzy a žlaby ........................................................................................ 23 3.1.6 Podvěsné lavičkové dopravníky ............................................................................ 24

3.2 Zařízení na pneumatickou dopravu ................................................................... 25 3.2.1 Vysokotlaká pneumatická doprava ....................................................................... 26 3.2.1.2 Komorové podavače ....................................................................................... 28 3.2.2 Pneumatická doprava směšovači (středotlaká) ..................................................... 29 3.2.3 Pneumatická doprava provzdušňovacími žlaby .................................................... 29

3.3 Meziobjektová doprava ..................................................................................... 30 3.3.1 Kolejová a automobilová doprava......................................................................... 30 3.3.2 Mezioperační doprava ........................................................................................... 31

3.4 Zařízení na dopravu kapalin (suspenzí) ............................................................ 32 3.4.1 Jednočinné pístové čerpadlo.................................................................................. 33 3.4.2 Rotační odstředivá čerpadla .................................................................................. 34 3.4.3 Rotační zubová čerpadla ....................................................................................... 34 3.4.4 Šroubová – vřetenová čerpadla ............................................................................. 35 3.4.5 Kalová čerpadla ..................................................................................................... 36 3.4.6 Výkon čerpadel ..................................................................................................... 36

4 DÁVKOVAČE, PODAVAČE ..................................................................... 38 448

Úvod

4.1 Pásový podavač ................................................................................................. 39 4.2 Článkový podavač ............................................................................................. 39 4.3 Bubnový podavač .............................................................................................. 40 4.4 Vibrační podavač .............................................................................................. 40 4.5 Talířový podavač ............................................................................................... 41 4.6 Turniketový (lopatkový) podavač ...................................................................... 42 4.7 Řetězový (clonový) podavač .............................................................................. 42 4.8 Šnekový podavač ............................................................................................... 43

5 ZDROBŇOVÁNÍ ......................................................................................... 45 5.1 Čelisťové drtiče ................................................................................................. 48 5.2 Kuželové drtiče .................................................................................................. 50 5.3 Válcové drtiče a mlýny ...................................................................................... 52 5.4 Valivé drtiče a mlýny ......................................................................................... 53 5.4.1 Tíhové drtiče a mlýny ........................................................................................... 53 5.4.2 Mlýny odstředivé................................................................................................... 54 5.4.3 Mlýny s vnější silou (pružinové a hydraulické) .................................................... 55

5.5 Rotorové drtiče a mlýny .................................................................................... 56 5.5.1 Rotorové drtiče a mlýny s výkyvnými mlecími nástroji ....................................... 56 5.5.2 Rotorové drtiče a mlýny s pevnými mlecími nástroji ........................................... 58

5.6 Gravitační mlýny ............................................................................................... 64 5.6.1 Kulové mlýny ........................................................................................................ 64

5.7 Tyčové mlýny ..................................................................................................... 68 5.8 Autogenní mlýny ................................................................................................ 68 5.9 Odstředivé (planetové) mlýny ........................................................................... 69 5.10 Vibrační mlýny ................................................................................................ 69 5.11 Míchadlové mlýny (attritory) .......................................................................... 71 5.12 Koloidní mlýny ................................................................................................ 73 5.13 Tryskové mlýny ................................................................................................ 75

6 DĚLENÍ ......................................................................................................... 78 6.1 Třídění ............................................................................................................... 79 6.1.1 Mechanické třídění ................................................................................................ 79 6.1.2 Vodní (hydraulické) třídění ................................................................................... 80 6.1.3 Vzdušné (větrné) třídění ........................................................................................ 84

6.2 Rozdružování ..................................................................................................... 87 58

Úvod

7 MÍSENÍ A HOMOGENIZACE .................................................................. 90 7.1 Předhomogenizace ............................................................................................ 91 7.2 Mísiče ................................................................................................................ 92

8 TVAROVÁNÍ ............................................................................................... 95 8.1 Lisování ............................................................................................................. 96 8.1.1 Suché a polosuché lisování ................................................................................... 97 8.1.1.1 Granulace ....................................................................................................... 97 8.1.1.2 Jednostranné lisovaní ................................................................................... 100 8.1.1.3 Dvoustranné lisovaní .................................................................................... 101 8.1.1.4 Izostatické lisovaní ....................................................................................... 103 8.1.2 Vlhké lisování ..................................................................................................... 105 8.1.2 Lisování krátkodobě působícími silami .............................................................. 106

8.2 Plastické tvarování .......................................................................................... 107 8.2.1 Tažení .................................................................................................................. 108 8.2.1.1 Tažení šnekovými lisy.................................................................................. 108 8.2.1.2 Tlačení pístovými lisy .................................................................................. 111 8.2.1.3 Válcové lisy .................................................................................................. 112 8.2.2 Točení .................................................................................................................. 112

8.3 Lití ................................................................................................................... 115

9 DOPORUČENÁ LITERATURA ............................................................. 120

86

Úvod

1 ÚVOD

Členění kapitoly: 

volba a návrh zařízení pro keramický závod;



technologický postup výroby keramických závodů;



těžba surovin - rýpadla;



nakládání surovin - nakladače.

Čas potřebný ke studiu:

30 minut

Cíl: Po prostudování této kapitoly 

budete znát technologii provozu keramických závodů od průzkumu ložiska po finální výrobek;



seznámíte se se základními těžebními a nakládacími stroji;

Výklad Při volbě a návrhu zařízení pro keramický závod je nutno vycházet především ze surovinové základny, kterou máme k dispozici. Což znamená, že volba veškerého zařízení se podřídí způsobu zpracování těžených surovin a jejich vlastností (křehkost, lepivost atd.). Je nutné přihlížet k tomu, že suroviny mohou někdy měnit svůj charakter, a proto je nutné provézt řádný průzkum ložiska. Na obrázku 1 je znázorněno klasické ložisko kaolínu.

77

Úvod

Obr. 1 Ložisko kaolínu Božičany Převzato z: http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/keramika.html

Technologický postup výroby keramických závodů:  těžba surovin (rýpadla, nakladače),  doprava surovin (dopravníky, lanovky, automobilová doprava a jiné),  podavače,  zdrobňovače (drtiče, mlýny),  dělení surovin (síta, rošty, třídiče),  mísení a homogenizace (mísiče, haldování),  tvarování. Je třeba si uvědomit, že limitujícím článkem keramických závodů je pec. Představuje nejdražší zařízení, těžko vyměnitelné, tvořící finální výrobek. Proto při volbě jednotlivých zařízení před finálním zpracováním musíme u jednotlivých zařízení mít vždy kapacitní rezervu. Při takovém postupu pak nemůže dojít k tomu, že bude docházet k přerušování výroby na jednotlivých úsecích kontinuálního zpracování suroviny.

88

Těžba surovin

2 TĚŽBA SUROVIN Do této oblasti náleží zařízení pro těžbu a nakládání surovin, tzv. rýpadla a zařízení pro nakládání surovin, tzv. nakladače.

2.1 RÝPADLA Rýpadla jsou strojní zařízení, které se používají na dělení lehko rozpojitelných hornin (zemina, štěrkopísek, cihlářská hlína) a nakládání těžko rozpojitelných hornin, které se už předtím rozrušili a nacházejí se na skládce nebo přímo v lomu. Na konci pracovního cyklu ji vysypávají na hromadu nebo na určené dopravní zařízení. Výkony těchto strojů se udávají v [m3/hod] nebo v [t/hod].

Dělení rýpadel: 1. Podle konstrukce

a) lopatkové

-

s horní lopatou s dolní lopatou s vlečnou lopatou s drapákem

b) škrabákové

- s jedním lanem - dvojlanové

c) korečkové

- na těžbu hlíny - na těžbu z vody - ryhovače

2. Podle pohonu

a) se spalovacím motorem b) s elektromotorem

3. Podle podvozku

a) s pásovým b) s kolesovým c) s kolesovým na pneumatikách d) s kolesovým na kolejnicích e) na automatizovaném f) na traktoru g) na traktoru h) na plavajícím podvozku i) na kráčejícím podvozku

4. Podle obsahu rýpací nádoby a) malé do obsahu 0,75 m3 b) střední s obsahem 0,75 – 4 m3 5. Podle způsobu ovládání

a) s mechanickým ovládáním b) s hydraulickým ovládáním

9 11

Těžba surovin

2.1.1 Lopatové rýpadla Používají se na těžbu hornin různé tvrdosti, suchých a plastických kusových hornin rozrušených odstřelem. Základní částí je lopata, podle které se dají rozdělit na lopatové s horní nebo dolní lopatou. Rýpadla s horní lopatou (viz Obr. 2) se používají na nakládání rozrušených hornin (vápenec), na zemní práce nad úrovní terénu nebo na těžbu štěrkopísku a jílových hornin. 4

5

8

1 0

2 1

3

7

6

9

1 – prostor těžby, 2 – strojovna a kabina, 3 – otáčecí plošina, 4 – nosná lana, 5 – tažné lano, 6 – podvozek, 7 – výložník, 8 – kladky, 9 – rameno, 10 – lopata Obr. 2 Lopatové rýpadlo s horní lopatou Rýpadla s dolní lopatou (viz. Obr. 3) se používají při hloubení jam menších rozměrů, při zakládání staveb a na těžbu zeminy pod úrovni hladiny vody, na úpravu terénu apod. 4

5

7

2 8 9 3

6 1

1 – prostor těžby, 2 – strojovna a kabina, 3 – otáčecí plošina, 4 – nosné lano, 5 – výložník, 6 – podvozek, 7 – tažné lano, 8 – rameno, 9 – lopata Obr. 3 Lopatové

rýpadlo

s dolní

10 10

lopatou

Těžba surovin

Provozní výkon lopatových rýpadel závisí především objemu lopaty (m3), součiniteli nakypření zeminy, hustotě zeminy (t.m-3), pracovním cyklu (s). Výšková lopata má odklopné dno, přes které se vyprazdňuje a vyrábí se v objemech od 0,15 m3 až 4 m3, výjimečně i více. Používají se nejčastěji s podvozky pásovými (viz Obr. 4) nebo kolesovými, zřídka kolejovými nebo kráčejícími.

Obr. 4 Pásové lopatové rýpadlo s dolní lopatou Převzato z: http://bagry.cz/cze/bazar/nabidky/pasove_rypadlo/(offset)/30 2.1.2 Korečkové rýpadla Používají se na těžbu lehce rozpojitelných látek (štěrkopísky, jíly, cihlářská hlína), na úpravu terénu, na těžbu písku zpod hladiny vody, na úrovni dna řek, na manipulaci s materiálem na skládkách, pro homogenizaci suroviny apod. Mají velký výkon, neboť jejich provoz je nepřetržitý (viz. Obr. 5). Pracovní částí jsou korečky. Jsou to duté nádoby s obsahem 25 až 150 l na velkých rýpadlech až 250 l. Korečky jsou připevněny na článkový řetěz, který obíhá ve vodiči korečku. Článkový řetěz vedou vodící kladky. Rýpadlo má samohybný podvozek, pro který je potřeba postavit kolejovou dráhu. Před spuštěním stroje je třeba upravit terén pro těžbu. Provozní výkon korečkových rýpadel závisí především na obsahu korečku (m3), rozestupu korečků (m), rychlosti řetězu (m.s-1), koeficientu nakypřené zeminy. 11

Těžba surovin

3

4

ZEMINA

1

2

1 – koreček, 2 – článkový řetěz, 3 – vodící kladky, 4 – lano Obr. 5 Korečkové rýpadlo Největší rypadla jsou dlouhá přes 200 metrů a vysoká 100 metrů (viz Obr. 6).

Obr. 6 Obří korečkové rýpadlo Převzato z: http://www.astro.cz/apod/ap061122.html 12

Těžba surovin

Korečková rypadla mohou vyhloubit jámu délky fotbalového hřiště o hloubce přes 25 metrů za jediný den. Přejezd silnice jim při špičkové rychlosti jeden kilometr za hodinu ovšem chvíli trvá. Na obrázku 7 je zobrazen detail korečkového rýpadla.

Obr. 7 Detail korečkového rýpadla Převzato z: http://www.astro.cz/apod/ap061122.html

2.2 NAKLADAČE Nakladače jsou stroje, které nabírají měkkou, rozrušenou horninu, ale i jiný zrnitý materiál a nakládají jej na přepravník. Konstrukčně jsou jednodušší a v provozu levnější než rýpadla.

15 13

Těžba surovin

Dělení nakladačů: 1. Cyklicky pracující

lopatové

-

2. Kontinuálně pracující

a) korečkové

- s otočným dopravníkem - nahrnovací

b) c) d) e)

čelné (viz Obr. 8) přes hlavu otočné tunelové

šnekové lopatkové talířové klepetové

Obr. 8 Lopatový rýpadlo – nakladač Převzato z: http://www.silnice-zeleznice.cz/clanek/stroje-cat-byly-hlavnimi-hrdiny-na-catroadshow-poradane-firmou-phoenix-zeppelin/

14

Těžba surovin

Podle odporu, jaký kladou různé sypké materiály proti nabírání při nakládání, je dělíme na: 1. Sypké materiály, které se lehce nakládají (ovšem se s nimi práší) Hustota (kg.m-3)

Materiál Písek

1500 – 1200

Štěrkopísek říční

1700 - 1900

Drcený štěrk

1500 – 1600

Struska škvára

800 – 1600

Uhlí

700 – 1000

Prachové vápno

500 – 1000

Sádra

800 – 1000

Popílek

600 - 800

2. Sypké materiály, které se těžce nakládají

13 Hustota (kg.m-3)

Materiál Drcený štěrk (hrubá)

1500 – 1700

Lomový kámen

1600 - 1700

Koks

400 – 800

Kusová struska

600 – 1500

Kusové vápno

900 - 1300

Shrnutí pojmů: Po prostudování kapitoly by vám měly být jasné následující pojmy:  volba návrhu keramického závodu;  výběr vhodného technologického zařízení pro těžbu a nakládání surovin podle druhu surovin. 15

Těžba surovin

Otázky: 1. Z čeho je nutno vycházet při volbě a návrhu zařízení pro keramický závod? 2. Jaký je všeobecný technologický postup výroby keramických závodů? 3. Co je limitujícím článkem keramických závodů? 4. Podle čeho volíme vhodné technologické zařízení pro těžbu a nakládání surovin? 5. Jaké jsou nejznámější druhy zařízení pro těžbu a nakládání surovin? 6. Na čem především závisí provozní výkon lopatových a korečkových rýpadel?

16

Doprava surovin

3 DOPRAVA SUROVIN


základní dělení dopravy surovin;



dělení dopravníků;



doprava sypkých a kusových surovin.


35 minut


budete znát základní druhy mechanických dopravníků.

Výklad Doprava a manipulace s materiálem se podílí na výrobním procesu jen pasivně, protože přímo neovlivňuje vlastní technologickou činnost.

Dělení: 

Plynulá (dopravníky, skluzy, pneumatická a hydraulická doprava atd.).



Přerušovaná (lanovky, jeřáby, výtahy, lodě, kolejové a nekolejové vozidla atd.).

3.1 DOPRAVNÍKY Dělení dopravníků: 1. Mechanické s tažným prvkem

a) pásové

b) článkové c) vozíkové 16 17

- s textilním pásem - s gumovým pásem - s ocelovým pásem

Doprava surovin

d) podvěsné e) elevátory f) hrnoucí dopravníky 2. Mechanické bez tažného prvku

a) závitové b) žlabové c) vibrační

3. Hydraulické (tzv. válečkové tratě) 4. Pneumatické

a) vysokotlaké b) nízkotlaké 3.1.1 Pásové dopravníky

Pásová doprava je jedna z nejhospodárnějších a nejvýkonnějších způsobů dopravy na krátké a střední vzdálenosti. Pásovou dopravu je možno rozdělit na: 

Dopravu na krátké vzdálenosti (4 – 20 m).



Dopravu na velké vzdálenosti (100 – 5000 m).

Používá se na dopravu materiálů práškových, sypkých a zrnitých nelepivých materiálů. Úhel sklonu dopravníku určuje sypný úhel materiálu, což je patní úhel povrchové přímky sypného kužele volně nasypaného nesoudržného materiálu (viz. Obr. 9). Čím menší sypný úhel, tím spíše se materiál sesype z pásu. Může být až 24°. Tažným elementem dopravníku je pás. Může být textilní, gumový, vyztužený nebo ocelový. Bývá uložen na nosných válečcích.

40

20 10

0

Obr. 9 Sypný úhel Dělení pásových dopravníků: 1. Přenosné – lehká konstrukce umožňující ruční přenášení (Obr. 10) 2. Stabilní – Použití v závodech, kde se nemění dopravní cesty. Jsou uložené na pevných podpěrách. 18 14

Doprava surovin

3. Dílcové – Na občasné přenášení. 4. Pojízdné – Umístěné na kolejovém podvozku. 1

2

3

7

4

5

6

9

8

1 – napínací zařízení, 2 – násypka, 3 – nosný váleček, 4 – gumový pás, 5 – nosná konstrukce, 6 – hnací buben s pohonem, 7 – napínací buben, 8 – vratný váleček, 9 – stojan Obr. 10 Přenosný pásový dopravník Na obrázku 11 je zobrazen pás dopravníku na nosném válečku včetně hnacího zařízení.

Obr. 11 Detail pásového dopravníku Převzato z: http://www.kesner.cz/

14 19

Doprava surovin

3.1.1.1 Lanopásový dopravník

Slouží pro dálkovou dopravu. Gumový pás s profilovaným okrajem nese dvojice nekovových lan, které jsou zároveň tažné. Závěsný pásový dopravník odstraňuje odpory gumového pásu při posuvu na nosných válečcích (gumový pás není namáhán tažnou silou), což umožňuje použít i několik kilometrů dlouhou dopravu (viz Obr. 12).

1

2

1 – gumový pás, 2 – tažné lano Obr. 12 Lanopásový dopravník Výhody proti klasickému jsou: 

náklady na 1 km jsou nižší o 25 %,



používají se na velké vzdálenosti a mohou překonat i velké výšky,



dopravník je málo citlivý na vybočení pásu,



chod je klidný, pás se nedeformuje a nekrčí.

Na obrázku 13 je znázorněn pásový dopravník na dlouhé vzdálenosti.

Obr. 13 Pásový dopravník na dlouhé vzdálenosti Převzato z: http://foto.solvayovylomy.cz/20-5-2005-bilina.php 14 20

Doprava surovin

3.1.1.2 Strmý pásový dopravník

Je určen na přepravu materiálů v plastickém stavu a lepivých částečně předdrcených zemin pod sklonem 80°. Skládá se z nosného pásového dopravníku a přítlačného pásu, který kopíruje tvar nosného dopravníku. Tažný profil nosného pásu je částečně korýtkový. Materiál se na nosný pás nakládá násypkou, kde je po jejím opuštění zachytáván přítlačným pásem. Dopravní rychlost obou pásů je stejná, takže materiál se vynáší téměř vertikálně k hnacím bubnům a postupuje na další technologické zpracování. Šetří zastavěnou plochu. Na obrázku 14 je znázorněna varianta strmého pásového dopravníku pomocí příček. Zařízení bývá kapotováno a s odsáváním prachu.

Obr. 14 Strmý pásový dopravník Převzato z: http://www.kesner.cz/ 3.1.1.3 Pásy

Nejčastěji se používají gumové pásy vyráběné vulkanizací z technické gumy a textilních výztuží. Na více namáhané pásy se používají polyamidové vlákna. Extrémně namáhané pásy mají kombinovanou výztuž polyamidu s ocelovými lanky. Dnes se používají pásy se zvlněnými okraji, které snižují možnost přetrhnutí pásu přes kolo. Zvyšují dopravní výkon. Pro překonání strmosti se používají pásy s příčkami (viz Obr. 15)

 Obr. 15 Příčkový pás

21 14

Doprava surovin

Pro dopravu drsného ostrohranného materiálu s vyššími teplotami (ocelové třísky, výstřižky od lisu, horká škvára, pálené vápno apod.) se používá ocelový pás.

3.1.2 Korečkový elevátor Používá se pro svislou dopravu materiálů sypkých, jemnozrnných a nelepivých. Pracuje kontinuálně, řeší prostorové problémy (viz Obr. 16).

směr otáčení

2

1 – násypka, 2 – koreček Obr. 16 Korečkový elevátor 3.1.3 Závitový dopravník Materiál se dopravuje v ocelovém žlabu po šroubovici (viz Obr. 17). násypka

ocelový žlab

vyprazdňování

Obr. 17 Závitový dopravník Dopravní žlab je uzavřen krytem proti prachu a je možné vyprazdňovat žlab v jakémkoliv místě. Může mít i reverzní chod. Používá se pro sypké materiály. Maximální 22 14

Doprava surovin

teplota dopravovaných materiálů je 70 °C, u dopravníků vyrobených ze speciální litiny může dosahovat teplotu až 300 °C. Nesmí se používat pro ostrý nebo lepivý materiál! Jeho výhodou je, že zabírá poměrně málo místa a při dopravě se nepráší. Nevýhodou je dost rychlé opotřebení (hlavně ložisek). 3.1.4 Válečkové tratě Používá se pro kusové výrobky (cihly, obkladačky, tabule, skla, bedny, desky apod.). Dělení: 1. Poháněné - ozubenými koly, řetězem, vlečné. 2. Gravitační (sklon 5 až 15°). 3.1.4.1 Poháněné válečkové tratě

Kusový materiál se dopravuje po válcích poháněných nejčastěji elektromotorem. Na pohon válečku se používá kuželová ozubená kola nebo válečkový řetěz. Rozestup válečků se volí tak, aby dopravovaný kus ležel současně aspoň na třech válcích. Na obrázku 18 vidíme poháněnou válečkovou trať při pohledu shora a detail válců s pohonem.

Obr. 18 Poháněná válečková trať; převzato z: http://www.atyko.cz/ 2314

Doprava surovin

3.1.4.2 Gravitační válečková trať

Materiál se pohybuje po malých válečcích. Používají se na krátké vzdálenosti. Mají sklon 5 až 15°. Někdy mohou být vodorovné, potom se musí dopravované kusy tlačit ručně (viz Obr. 19).

5-15°

Obr. 19 Gravitační válečková trať Převzato z: http://www.kralic.cz/imagepages/image6.html 3.1.5 Dopravní skluzy a žlaby Používají se pro materiály zrnité a nelepivé. Využívá gravitace (sklonu žlabu musí být větší než sypný úhel materiálu) + setřásání (viz Obr. 20).

Obr. 20 Skluz 14

Doprava surovin

3.1.6 Podvěsné lavičkové dopravníky Jedná se v postatě o sedačkovou lanovku uzavřenou do kruhu (viz Obr. 21). Slouží pro dopravu výlisků, plátů, suchých cihel a jiných výrobků v keramických závodech. Může projíždět pecí, na něm jsou uloženy smaltované výrobky. Poté musí být konstrukce z vysocekvalitní žárupevné oceli.

Obr. 21 Lavičkový podvěsný dopravník Shrnutí pojmů: Po prostudování kapitoly by vám měly být jasné následující pojmy:  volba vhodného dopravníku pro sypké i kusové materiály podle druhu materiálu a místa dopravy.

Otázky: 1. Co je sypný úhel a jak se stanovuje? 2. Jaký je maximální sypný úhel přepravovaného materiálu pro dopravu na pásovém dopravníku? 3. Jakou vhodnou úpravou pásového dopravníku překonáme strmost dopravy? 4. Z jakého materiálu volíme pás pásového dopravníku pro ostrohranné materiály a materiály s vyššími teplotami? 5. Jaký dopravník je nejvhodnější pro svislou dopravu? 6. S jakými druhy válečkových tratí se můžeme setkat?

25 14

Doprava surovin

3.2 ZAŘÍZENÍ NA PNEUMATICKOU DOPRAVU


doprava práškových surovin – pneumatická doprava;



dělení pneumatické dopravy;



vysokotlaká pneumatická doprava;



pneumatická doprava středotlaká;



pneumatická doprava provzdušňovacími žlaby;



meziobjektová doprava.


45 minut


budete znát základní druhy pneumatické dopravy pro dopravu práškových surovin.



budete znát základní druhy meziobjektové dopravy.

Výklad V závodech na výrobu stavebních materiálů na bázi silikátů se čím dál více uplatňuje doprava práškových materiálů stlačených vzduchem. Zejména při dopravě nelepivých, prachových nebo jemně zrnitých materiálů, např. cementu, popílku, vápence, kaolínu, slévárenského písku apod. Jako doplňující část odlučovacích vzduchotechnických systémů, sloužících k odsunu zachycených tuhých částic pro skladování a ukládání odpadu, nebo k dopravě odloučených produktů k dalšímu zpracování. Pneumatickou dopravu rozdělujeme na mobilní a stacionární. Mezi mobilní pneumatickou dopravu počítáme přepravu sypkých materiálů nejrůznějšími mobilními prostředky – kontejnery, přepravníky, návěsy. Stacionární pneumatickou dopravou je myšleno pevně zabudované zařízení k určitému místu. Materiál se dopravuje potrubím na vzdálenosti až 1000 m do výšky 40 m [1]. 14 26

Doprava surovin

Dělení stacionární pneumatické dopravy: 

Nízkotlaká



Středotlaká



Vysokotlaká



Doprava pneumatickými žlaby

Příkladem nízkotlaké dopravy jsou ejektorové směšovače. Dopravní vzdálenosti jsou limitovány použitým tlakem dopravního vzduchu. Běžné dopravní výkony nízkotlaké dopravy jsou 0,1 - 2 t/h při dopravních vzdálenostech 30 – 40 m. Pro středotlakou dopravu se jako zdroje dopravního vzduchu používá dmychadel s tlakem vzduchu do 0,1 MPa a jako směšovačů speciální rotační podavače. Funkčními prvky vysokotlaké dopravy jsou komorové a šnekové podavače. Šnekové podavače, nazývané také Fullerova čerpadla, jsou vhodné pro použití v případě menších stavebních výšek pro dopravní výkon do 60 t/h a vzdálenostech do cca 300 m. Nejsou však vhodné pro dopravu abrasivních materiálů. Největší uplatnění v systému vysokotlaké dopravy mají komorové podavače, které používáme pro dopravu většího množství materiálu na velké vzdálenosti. Dopravní výkon podle velikosti použitého podavače je 10 – 150 t/h při vzdálenosti až do 1 000 m [2]. Doprava materiálu pneumatickými žlaby je výhodná především z hlediska úspory energie na dopravu a snížení mechanického opotřebování. Tato doprava je vhodná pro výkony až do 400 t/h dopravovaného materiálu. Sklon žlabu 4 – 10 %. Použití pro menší dopravní vzdálenosti, kde je možno využít spádu. 3.2.1 Vysokotlaká pneumatická doprava Používá se především na plnění cementových zásobníku a jejich vyprazdňování. Na dopravu se používá stlačený vzduch s tlakem 0,23 až 0,8 MPa. Dopravní zařízení je znázorněno na obrázku 22. Dopravní potrubí je z bezešvých ocelových trubek s průměrem 70, 80, 100, 125, 150, až 200 mm. Na dopravu tvrdých abrazivních materiálů se používá ocelové potrubí vyložené čedičem. Cyklon a hadicový filtr slouží na oddělení dopravovaného materiálu od nosného vzduchu. Nejdůležitější částí pneumatické dopravy je zařízení na dávkování práškového materiálu a mísení s nosným vzduchem, tzv. podávací zařízení (Fullerovo čerpadlo, komorové podavače).

14 27

Doprava surovin

1 Vstup materiálu 2

Výstup čistého vzduchu

4 6

3

5

7

Výstup materiálu

1 – čistič vzduchu (filtry), 2 – sušič vzduchu, 3 – kompresor, 4 – podávací zařízení, 5 – potrubí, 6 – cyklon, 7 – hadicový filtr Obr. 22 Zařízení na pneumatickou dopravu 3.2.1.1 Fullerovo čerpadlo

Princip konzolového Fullerova čerpadla (viz Obr. 23) je asi takovýto: Čerpadlo je složeno ze dvou komor (tlaková a směšovací) oddělené klapkou. Práškový materiál se v odměřených dávkách podává do směšovací komory. Stoupne-li tlak práškového materiálu na předepsaný, klapka se otevře a materiál padá do prostoru dýz, které jsou v dolní části směšovací komory. Šroubovice slouží na vytlačení vzduchu z práškového materiálu, a aby se nedostal do směšovací komory.

1 – ložisko, 2 – hřídel, 3 – násypka, 4 – šroubovice, 5 – tlačící komora, 6 – přívod tlakového vzduchu, 7 – mísící komora, 8 – pružina, 9 – dýzy, 10 – klapka, 11 – výstupní hrdlo

14 28

Doprava surovin

Obr. 23 Konzolové Fullerovo čerpadlo Převzato z: KUNEŠ, K., ŠPIČÁK, K. Procesy a zařízení v keramice I a z http://www.zvvzenven.cz/index.php 3.2.1.2 Komorové podavače

Na rozdíl od Fullerova konzolového čerpadla pracuje přerušovaně. A to ve dvou fázích. V první fázi dochází k plnění tlakové nádoby práškovým materiálem a jejímu uzavření. Ve druhé fázi dochází k současnému otevření ventilu na přívod stlačeného vzduchu a vyprazdňovacího otvoru ústícího do potrubí (viz Obr. 24).

1 – vstupní hrdlo, 2 – kuželové čelo, 3 – válcový plášť, 4 – vstupní klapka, 5 – stlačený vzduch, 6 – výstupní klapka, 7 – dopravní potrubí Obr. 24 Komorové čerpadlo Převzato z: KUNEŠ, K., ŠPIČÁK, K. Procesy a zařízení v keramice I a z http://www.zvvzenven.cz/index.php 1429

Doprava surovin

Pokud chceme, aby docházelo ke kontinuálnímu zásobování, použijeme čerpadla dvě. Potom vždy v první fázi dochází u jednoho čerpadla k plnění a u druhého k vyprazdňování a ve druhé fázi opačně. 3.2.2 Pneumatická doprava směšovači (středotlaká) Systém pneumatické dopravy materiálu pomocí směšovačů je vhodný pro suché, sypké, nelepivé materiály kontinuálně dopravované v menším množství k další výrobě nebo skladování, například pro dopravu odloučeného popílku v kotelnách (Obr. 25).

Výsypka odlučovačů Podavač materiálu

Směšovač materiálu

Dopravní potrubí

Obr. 25 Pneumatická doprava směšovači Převzato z: http://www.zvvz-enven.cz/index.php Odloučený materiál padá z výsypek do rotačního podavače, pod kterým je umístěn směšovač, zajišťující smíšení vzduchu s materiálem. Zdrojem tlakového vzduchu je ventilátor nebo dmychadlo. Odvzdušnění provozního (skladovacího) zásobníku je provedeno pomocí filtračního zařízení umístěného na zásobníku. Jeho regenerace je zajištěna profukem tlakovým vzduchem [2]. 3.2.3 Pneumatická doprava provzdušňovacími žlaby V některých případech je vhodné místo vysokotlaké pneumatické dopravy použít dopravu pomocí pneumatických dopravních žlabů. Zejména při dopravě na kratší vzdálenosti, kde jsou k tomu vytvořeny příznivé podmínky a kde je k dispozici prostor pro potřebný sklon pneumatických dopravních žlabů. Dopravní zařízení je v tomto případě složeno ze zdroje tlakového vzduchu (nejčastěji ventilátorové stanice), přívodu tlakového vzduchu s regulačním orgánem, vlastních dopravních žlabů včetně vstupů materiálů, odboček, větracích klapek, výpadů a odvzdušnění (viz Obr. 26). V podstatě se dá říci, že jediný, ale podstatný rozdíl je to, že tato doprava nemá směšovač.

14 30

Doprava surovin

Ventilátorová stanice včetně filtru vzduchu

Dopravní žlab

1 – výsypka, 2 – uzávěr (šoupátko), 3 – podavač materiálu, 4 – dopravní žlab, 5 – ventilátorová stanice včetně filtru vzduchu, 6 – přívod vzduchu včetně regulace přívodu dopravního vzduchu, 7 – ovzdušnění Obr. 26 Pneumatická doprava dopravními žlaby Převzato z: http://www.zvvz-enven.cz/index.php

3.3 MEZIOBJEKTOVÁ DOPRAVA Slouží pro dopravu stavebních materiálů (lomového kamene, hlíny, sádrovce, cihlářské hlíny, moučky, drceného kamene, hotových výrobků). Tento materiál je třeba do výrobního procesu dopravit a přesouvat j jednotlivým výrobním operacím. A po zpracování přepravit na expedici a dopravit na místo spotřeby. 3.3.1 Kolejová a automobilová doprava Kolejová doprava dopravuje hlavně suroviny, paliva a odváží hotové výrobky. Automobilová doprava v průmyslu na výrobu stavebních látek a žárovzdorných materiálů přepravuje až 60 % objemu všech materiálů. Nákladní automobil je nejrozšířenější dopravní prostředek v průmyslu silikátů na krátké i větší vzdálenosti při dopravě surovin. 14 31

Doprava surovin

3.3.2 Mezioperační doprava Používá se pro přepravu výlisků do sušáren, přepravu výsušků do pecí a hotových výrobků z pece na skládku zboží. Patří zde například etážový kolonový vozík (viz Obr. 27), který se pohybuje po kolejnicích, dále elektrické posuvny (viz Obr. 28) a různé druhy kolonových nakladačů. Etážové kolonové vozíky se používají při mechanizované přepravě keramických výrobků mezi kolonovým nakladačem a komorami sušáren. Posuvny jsou kolejové dopravní stroje s nízkou plošinou na přepravu kolonových vozíků nebo pecních vozů na stabilních drahách.

Obr. 27 Etážový kolonový vozík

Obr. 28 Elektrická posuvna 14 32

Doprava surovin

Shrnutí pojmů: Po prostudování kapitoly by vám měly být jasné následující pojmy:  pneumatická doprava;  co je Fullerovo čerpadlo;  k čemu slouží komorové podavače;  které druhy dopravy spadají do meziobjektové dopravy.

Otázky: 1. Jaké jsou nejdůležitější části vysokotlaké pneumatické dopravy? 2. Vysvětli princip konzolového Fullerova čerpadla? 3. K čemu slouží komorové podavače? 4. Jak je možno zabezpečit kontinuální dopravu práškových surovin pomocí komorového podavače? 5. Kde lze využít dopravu surovin provzdušňovací žlaby? 7. K čemu slouží etážový kolonový vozík?

3.4 ZAŘÍZENÍ NA DOPRAVU KAPALIN (SUSPENZÍ)


doprava suspenzí – druhy čerpadel;



výkon čerpadel;


20 minut


budete znát základní druhy čerpadel používaných pro dopravu suspenzí. 1433

Doprava surovin

Výklad V závodech keramického průmyslu je občas nutno dopravit suspenze na odlévání do sádrových forem do vyšších míst, než ve kterých je tato suspenze připravena. K tomuto účelu slouží tzv. čerpadla. 3.4.1 Jednočinné pístové čerpadlo Kapalina se jím dopravuje tlakem vyvolaným pohybem pístu ve válci (viz Obr. 29).

1 – horní hladina, 2 – výtlačné potrubí, 3 – výtlačný ventil, 4 – válec, 5 – nasávací ventil, 6 – nasávací koš, 7 – spodní hladina, 8 – kruhový píst, 9 – pístnice, 10 – zpětná klapka Obr. 29 Jednočinné pístové čerpadlo Do činnosti jej uvádí klikový mechanizmus. Kapalina vstupuje do válce nasávacím otvorem, na který se připevňuje nasávací potrubí, z válce vystupuje výtlačným otvorem, na který se připevňuje výtlačné potrubí. Regulace: 

změnou otáček



pomocí vodního akumulátoru 34 14

Doprava surovin

Pístová čerpadla nemají velký dopravní výkon, ale dosahují velké tlaky až 40 MPa. 3.4.2 Rotační odstředivá čerpadla Pro dopravu kapalin a suspenzí s velkým výkonem se používají rotační čerpadla. Jedná se o rychloběžný stroj relativně malých rozměrů, což se příznivě projevuje na jeho hmotnosti a ceně. Nejdůležitější částí čerpadla je rotor tvořený hřídelem s oběžnými koly a skříň čerpadla. Vysoký počet otáčet umožňuje jeho přímé spojení buď s elektromotorem, nebo parní turbínou, což zlepšuje jeho, vůči pístovému čerpadlu, nepříznivou účinnost. Příznivých vlastností, které se blíží pístovým čerpadlům, dosahují jen veliká odstředivá čerpadla (nad 0,05 m3.s-1). Regulace: 

změnou otáček



škrcením ve výtlačném potrubí

Celková účinnost: 85 – 88%. 3.4.3 Rotační zubová čerpadla Patří k nejstarším typům rotačních čerpadel se stálým množstvím kapaliny (viz Obr. 30) Používají se na hydraulické pohony strojů. Pro výší tlaky.

Obr. 30 Rotační zubové čerpadlo (dvouosé s vnějším ozubením); Zdroj: VUT Brno – FSI, EÚ – OHS V.K. Zubová čerpadla jsou samonasávací objemová rotační čerpadla. Princip je na obrázku 31. Dvě ozubená kola vytvářejí průtok – rotor (1) otáčí vnitřním ozubeným kolem (2). Roztočením hnacího kola je kapalina přitahována do prostoru vzniklého mezi ozubenými koly 35 14

Doprava surovin

a pohybuje se k výtokovému kanálu, kde je rozdělovač (3), ve tvaru půlměsíce, který uzavírá volný prostor mezi ozubenými koly. Jakmile ozubená kola začnou do sebe zapadat, je kapalina pomalu vytlačována ven z čerpadla. Výsledkem je konstantní průtok bez pulsace.

Obr. 31 Princip rotačního zubového čerpadla; Převzato z: http://renetra.cz/pdf/ch/Katalog R CJ.pdf Celková účinnost: 60 – 75 %. 3.4.4 Šroubová – vřetenová čerpadla Jsou vhodná na čerpání oleje do hydraulických zařízení. Dávají rovnoměrné množství kapalin, jsou bezhlučná a málo se opotřebovávají, ale jejich výroba je složitá a nákladná (viz Obr. 32). Celková účinnost: 90 %.

Obr. 32 Šroubové vřetenové čerpadlo s dělícím kolem; Zdroj: VUT Brno – FSI, EÚ – OHS V.K. 14 36

Doprava surovin

3.4.5 Kalová čerpadla Používají se na dopravu vody s hrubými příměsemi (suspenze apod.). Mají velké vůle, dosahují nízkých tlaků. Mohou být pístová, odstředivá a membránová. Jedním z nejznámějších kalových čerpadel je čerpadlo s rotujícími písty. 3.4.6 Výkon čerpadel Výkon čerpadel je definován jako objemový Qv nebo hmotnostní Qm průtok vody dodávaný čerpadlem. Teoretická výkonnost čerpadla je tedy formálně určena jako:

Qv  S  v kde

(m3.s-1)

S

je

plocha (m2),

v

-

rychlost (m.s-1).

(1)

Skutečná výkonnost čerpadla je nižší než teoretická o ztráty netěstnostmi (ucpávkami, ventily) a o zmenšení nasávaného objemu vlivem expanze pohlceného plynu, což charakterizuje objemová účinnost 0, která se pohybuje v rozmezí 0,93 do 0,98. Rovnice skutečného příkonu rozšířená o objemovou účinnost vypadá následně takto:

Qv,skut  S  v 0

(m3.s-1)

(2)

Ve skutečnosti jsou vztahy složitější podle druhu čerpadla. Například teoretický výkonnost pístového čerpadla lze vyjádřit takto:

Qv,skut  S p  l  n 0 kde

(m3.s-1)

Sp

je

průřez pístu (m2),

l

-

dráha (zdvih) pístu (m),

n

-

počet otáček (s-1).

(3)

Při výpočtu hmotnostního průtoku je třeba objemový průtok ještě vynásobit hustotou dopravované kapaliny.

Qm,skut  Qv,skut   kde



je

(kg.s-1)

hustota dopravované kapaliny (kg.m-3).

Shrnutí pojmů: Po prostudování kapitoly by vám měly být jasné následující pojmy:  jaké druhy čerpadel lze použít pro dopravu suspenzí;  jaké jsou účinnosti jednotlivých čerpadel;  čím provádíme regulaci jednotlivých čerpadel;  jak lze vypočíst teoretický výkon čerpadla;

37 14

(4)

Doprava surovin

Otázky: 1. Jaké druhy čerpadel lze použít pro dopravu suspenzí? 2. Vysvětli princip pístového čerpadla? 3. Kterou veličinou je definován výkon čerpadla?

1438

Dávkování surovin

4 DÁVKOVAČE, PODAVAČE


dávkování surovin – dávkovače, podavače;


20 minut


budete znát základní druhy zařízení pro rovnoměrné podávání materiálů.

Výklad Slouží na dávkování přesně odměřeného množství sypkých, zrnitých a nelepivých složek do mísícího zařízení nebo k rovnoměrnému podávání různých materiálu do drtičů a mlýnů, aby nedocházelo k jejich zahlcování.

Dělení:  Na suchý zrnitý materiál:

1. Posuvné

a) b) c) d) e) f) g)

pásové článkové vibrační řetězové bubnové talířové turniketové

2. Rotační  Na lepivý materiál

1. Bubnové 2. Skříňové 3. Bubnové s podávacím šnekem

 Na ostřivo

1. Šroubovicové 16 39


4.1 PÁSOVÝ PODAVAČ Pásový podavač (viz Obr. 33) se používá na podávání suchých práškových a zrnitých nelepivých materiálů (max. do rozměru zrna 100 mm). Pokud se použije gumový pás, nesmí teplota podávaného materiálu překročit 80 °C.

1 – elektromotor, 2 – převodový řetěz, 3 – násypka, 4 – hradítko, 5 – gumový pás, 6 – napínací buben, 7 – hnací buben Obr. 33 Pásový podavač Regulace: 

hradítkem (změna průtokového průřezu)



změnou rychlosti podávaného materiálu

4.2 ČLÁNKOVÝ PODAVAČ Jedná se o obdobu pásového podavače akorát, že místo pásu je řetěz (viz Obr. 34), což umožňuje dopravovat materiály pod úhlem až 20°. Používá se ve stavebním a keramickém průmyslu pro sypké i hrubozrnné materiály.

1 – článkový pás, 2 – hnací buben Obr. 34 Článkový hnací pás 40 14


4.3 BUBNOVÝ PODAVAČ Slouží pro podávání jemných i kusových materiálů (max. zrnitosti 150 mm). Hlavní částí je otáčející se buben, který může být válcový nebo vícehranný. Materiál se otáčením bubnu vynáší třením na jeho povrch. Množství podávaného materiálu se reguluje hradítkem nebo rychlostí otáčejícího se bubnu. Na obrázku 35 je nakreslen bubnový podavač s horizontální osou. Vstup materiálu Hradítko

Výstup materiálu

Obr. 35 Bubnový podavač s horizontální osou

4.4 VIBRAČNÍ PODAVAČ Pracovní částí stroje je vhodně tvarovaný žlab, vyrobený z ocelového plechu. Na žlab se připojí elektromagnetický vibrátor a materiál se začne podél žlabu posouvat vibracemi. Obdoba dopravního skluzu.

Obr. 36 Vibrační podavač; převzato z: http://www.visbet.com 41 14


Má-li podavač i třídit, musí být na dně rošty. Používá se pro suché nelepivé materiály až do velikosti 150 mm a s maximální teplotou do 70 °C. Má malou spotřebu energie, jednoduchou obsluhu a minimální opotřebení funkčních ploch. Jiným typem vibračního podavače je „robusní“ podavač na obrázku 36, používaný ve slévárnách, pískovnách, hutích, kotelnách, třídírnách a spalovnách odpadů, vápenkách, úpravnách, sklárnách, ale i v potravinářství.

4.5 TALÍŘOVÝ PODAVAČ Talířové podavače jsou odvozeny z kotoučových dávkovačů. Na obrázku 37 je nakreslen talířový podavač při pohledu z boku a shora. Materiál u nich padá svislým nátrubkem na souosý talíř, který je přišroubovaný na přírubě šnekového kola uloženého ve skříni hnacího ústrojí s vyvedeným pohonným šnekem. Výšku vrstvy materiálu lze u nich regulovat buď teleskopickou clonou nad talířem (tzv. sběračem), nebo regulováním velikostí jeho průměru v rozmezí 630 až 250 mm, případně výškou násypného válce (pomocí šroubu). S ohledem na požadavek stálé obvodové rychlosti se na tyto průměry talířů reguluje počet jejich otáček v rozsahu 0,33 až 0,85 s-1. Při těchto základních technických parametrech dosahují talířové podávače dopravní výkonnost od 0,033 do 0,825 m3.s-1. Uvedené technické řešení umožňuje podávání všech sypkých a zrnitých materiálů s různou rychlostí až do velikosti zrn 200 mm (např. i písků, kamenné drtě, sádry a cementu). Pracovní částí je horizontální talíř. Z talíře se materiál sbírá nastavitelným sběračem.

Sběrač

Talíř

Vstup

Obr. 37 Talířový podavač Převzato z: https://is.mendelu.cz/eknihovna/opory/zobraz_cast.pl?cast=4966

42 14


4.6 TURNIKETOVÝ (LOPATKOVÝ) PODAVAČ Jsou tvořeny lopatkovým kolem, které se otáčí v bubnu s násypným (nahoře) a výsypným (dole) otvorem. V klidovém stavu kola lopatky brání průchodu materiálu. Při otáčení kola se materiál sype do horních komor, které pootočením do dolní polohy umožní jeho vysypání (viz Obr. 38). Pracovní částí je tedy turniket (rotor), který má 6 – 12 lopatek. Velikosti turniketu se udává velikost zrna podávaného materiálu, může být 12 – 50 mm. Množství se reguluje změnou otáček turniketu nebo hradítkem. Jsou vhodné jen pro suché materiály s malou zrnitostí. Vstup materiálu

Hradítko

Lopatkové kolo

Obr. 38 Turniketový (lopatkový) podavač Převzato z: https://is.mendelu.cz/eknihovna/opory/zobraz_cast.pl?cast=4966

4.7 ŘETĚZOVÝ (CLONOVÝ) PODAVAČ Řetězové (clonové) podávače (viz Obr. 39) sestávají ze soupravy článkových řetězů, které jsou volně vedle sebe zavěšeny na bubnu. V klidovém stavu visící článkové řetězy zabraňují vypadávání materiálu ze zásobníku. Po uvedení řetězu do chodu ve směru šipky měnitelným počtem otáček v rozmezí 0,25 - 0,5 s-1 se materiál podává k další dopravě. Jsou určeny především k podávání tvrdých kusových materiálů o rozměrech 150 až 800 mm. Zpravidla jsou mezičlánkem při podávání materiálů do drtičů. Při dostatečně dimenzovaných řetězech mohou nahradit též uzávěr zásobníku. Jde o podavač pro těžké provozní podmínky (např. v drtírnách lomového kamene). Velikost podavače je vždy přizpůsobena drtiči. Materiál se přivádí na šikmý ocelový skluz, který má úhel sklonu větší než sypný úhel.

14 43


Vstup materiálu

Závěsný buben

Řetězová clona

Ocelový skluz

Výstup materiálu Obr. 39 Řetězový (clonový) podavač Převzato z: https://is.mendelu.cz/eknihovna/opory/zobraz_cast.pl?cast=4966

4.8 ŠNEKOVÝ PODAVAČ Šnekové, pracující na principu šnekových dopravníků, uvedených v kapitole plastického tvarování (viz Obr. 40). Vstup materiálu

Šnek Výstup materiálu

Obr. 40 Šnekový podavač

Převzatoz:https://is.mendelu.cz/eknihovna/opory/zobraz_cast.pl?cast=4966 Shrnutí pojmů: Po prostudování kapitoly by vám měly být jasné následující pojmy:  z jakého důvodu používáme podavače;  jaké druhy podavačů se používají v keramických závodech;

1444


Otázky: 1. Jaké druhy podavačů se používají v keramických závodech? 2. Čím lze regulovat množství podávaného materiálu u bubnového podavače? 3. Pro jaké materiály jsou vhodné turniketové podavače? 4. Jaká je především výhoda talířového podavače? 5. K čemu slouží řetězový (clonový) podavač?

45 14

Zdrobňování

5 ZDROBŇOVÁNÍ


účel zdrobňování;



charakteristika zrnitého systému;



dělení zdrobňovacích strojů;



drtiče a mlýny s přímo poháněnými nástroji.


120 minut


budete znát pojmy měrný povrch, mlecí křivka;



budete znát základní druhy drtičů a mlýnů;



rozdíl mezi drtičem a mlýnem.

Výklad Je jednou z hlavních operací. Jedná se o rozmělňování, které provádíme za účelem: 1. oddělení hodnotných minerálů 2. je žádán produkt určité velikosti 3. je žádán produkt o největší ploše – jemný Jedná se o operace velmi energeticky náročné. Důležitou číselnou charakteristikou zrnitého systému je tzv. měrný povrch S (nebo také hustota povrchu Sv), což je parametr průměrné (střední) hodnoty hrubosti celého zrnitého systému. Při stejné hmotnosti pevné fáze systému stoupá velikost povrchu se zmenšující se velikostí částic hyperbolicky, čili měrný povrch je nepřímo úměrný velikosti částic. 1646

Zdrobňování

S

A m

kde

(m2.kg-1)

(5)

S

je

měrný povrch systému vztažený na hmotnost,

A

-

celkový povrch systému (m2),

m

-

hmotnost systému (kg).

Povrch vztažený na objem je označován jako hustota povrchu (měrný povrch dle objemu Sv).

Sv 

A V

(m-1)

(6)

Proces probíhá v různých typech drtičů a mlýnů a je výsledkem současného působení zdrobňování a aglomerace. Právě aglomerace zrn zapříčiňuje, že od jisté doby už nedochází ke zvyšování měrného povrchu meliva, ale dokonce i k úbytku (viz Obr. 41).

Mlecí křivka 450

Měrný povrch [m2/kg]

400 350 300 250 200 150 100 0

20

40

60

80

100

120

140

160

Doba mletí [s]

Obr. 41 Mlecí křivka Negativní vliv aglomerace se snažíme potlačit použitím tzv. identifikátorů mletí. Jako účinný identifikátor mletí vystupuje voda, a to jako mlecí prostředí, případně jako vzdušná vlhkost. Zdrobňovací stroje: 1. Drtiče

-

2. Mlýny -

velikost (medián) vystupují částice je větší než 1,25 mm velikost (medián) vystupují částice je menší než 1,25 mm

47 14

Zdrobňování

Dělení zdrobňovacích strojů: A. Se zdrobňovacími nástroji I. Drtiče a mlýny s přímo poháněnými nástroji a) b) c) d)

čelisťové kuželové válcové valivé 1) tíhové (kolové) 2) odstředivé 3) s vnější silou

e) rotorové (dynamické, nárazové, úderové) 1) s výkyvnými mlecími nástroji

- kladivové - tlukadlové

2) s pevnými mlecími nástroji

-

lopatkové svorníkové a kolíkové odrazové metací

II. Mlýny s nepřímo poháněnými nástroji (s volnými mlecími tělesy) a) b) c) d)

gravitační planetové vibrační míchadlové

- bubnové, troubové (kulové, tyčové)

B. Bez zdrobňovacích nástrojů I. Mlýny a) pádové (autogenní) b) koloidní c) tryskové (pneumatické) d) metací C. Nemechanické metody zdrobňování

14 48

Zdrobňování

A

SE ZDROBŇOVACÍMI NÁSTROJI

.

I. Drtiče a mlýny s přímo poháněnými nástroji 5.1 ČELISŤOVÉ DRTIČE Používají se pro drcení velkých kusů surovin. Dělení: a) jednovzpěrné (viz Obr. 42) b) dvouvzpěrné (viz Obr. 43)

Obr. 42 Schéma a foto jednovzpěrného čelisťového drtiče 49 14

Zdrobňování

Jsou tvořeny dvěmi čelistmi, jedna pohyblivá a druhá pevná. Jedná se kyvadlo s pohyblivou čelistí, poháněné výstředníkovou hřídelí. U jednovzpěrného drtiče je důležitý smysl otáčení, aby docházelo ke vtahování materiálu do štěrbiny mezi čelisti. Jednovzpěrný drtič (obr. 42) se používá jako sekundární drtič např. pro výrobu kameniva do betonu. Dvouvzpěrný drtič (obr. 43) se používá jako primární drtič k drcení křemene, vápence, magnezitu, pálených jílů, lupků, skleněných střepů, šamotových zlomků a pro drcení různých hornin ve štěrkářství.

Obr. 43 Dvouvzpěrný čelisťový drtič Na obrázku 44 je zobrazen celkový pohled na technologickou linku drcení a třídění kameniva – primární čelisťový drtič, pásový dopravník a třídírna s dalšími stupni drcení. Kamenolomy ČR s.r.o., kamenolom Bohučovice.

Obr. 44 Technologický provoz 14

Zdrobňování

Převzato z: http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/kamenivo.html Výhodou čelisťových drtičů je jich malá 50 prašnost, ovšem například při srovnání s odrazovými drtiči (viz kapitola 5.5.2) mají nižší poměr zdrobnění, tzn., že výstupní materiál obsahuje méně jemných částic. V současné době mohou existovat mobilní čelisťové drtiče, které se využívají např. při recyklaci stavebních odpadů (viz. Obr. 45).

Obr. 45 Mobilní čelisťový drtič Převzato z: http://stavebni-technika.cz

5.2 KUŽELOVÉ DRTIČE Jsou obdobou čelisťových drtičů, ovšem jejich klínovitá tlama je kruhová. Opět se používá pro tvrdé, křehké a nemazlavé materiály. Výhodou oproti čelisťovým drtičům je plynulý chod bez otřesů, menší spotřeba energie a větší výrobnost. Ovšem jsou složitější konstrukce, je obtížnější regulace štěrbiny, podmínky záběru drceného materiálu jsou méně příznivé a pro stejnou výrobnost je kuželový drtič rozměrnější než čelisťový. Dělení: a) ostroúhlý (viz Obr. 46) b) tupoúhlý (viz Obr. 47) c) s pevným hřídelem (viz Obr. 48) Kuželový drtič ostroúhlý má vrcholový úhel drtícího kužele ostrý cca 20°. Osa hřídele je šikmá (odklon 1 – 2°) oproti pomyslné otáčivé osy kužele, čímž kužel opisuje kuželovou plochu a dochází k drcení mezi kuželem a pevnými čelistmi. Drtící kužel je na ose nasazen pevně. Používá se k hrubému drcení.

14 51

Zdrobňování

Obr. 46 Kuželový drtič ostroúhlý Převzato z: http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/kamenivo.html a z KUNEŠ, K., ŠPIČÁK, K. Procesy a zařízení v keramice I Princip kuželového drtiče tupoúhlého je stejný jako ostroúhlého, akorát vrcholový úhel drtícího kužele je tupý (cca 100°). Používá se pro jemné drcení.

Obr. 47 Kuželový drtič tupoúhlý Kuželový drtič s pevným hřídelem (tzv. krouživý drtič) má na pevné ose výstředníkově nasazeno poháněné těleso, které nese drtící kužel. Osa je rovnoběžná s osou sloupu – opisuje válcovou plochu (Obr. 48).

52 14

Zdrobňování

Obr. 48 Kuželový drtič s pevným hřídelem (pevnou osou)

5.3 VÁLCOVÉ DRTIČE A MLÝNY Zdrobňování probíhá rozmačkáváním tlakem mezi dvěma rovnoběžnými válci otáčejícími se proti sobě. Velikost výstupního zrna určuje štěrbina mezi válci. Jeden z válců bývá k druhému válci přitlačován spirálovitými pery nebo hydraulicky (viz Obr. 49). Používají se pro střední a jemné drcení, případně mletí tvrdých křehkých materiálů jako křemene, živce, šamotu, magneziového slínku. Obvodové rychlosti obou válců bývají většinou stejné, pouze pro rozmělňování a roztírání plastických složek je ekonomičtější rozdílná rychlost válců, tzv. válce diferenční. Stejného efektu se docílí při shodných otáčkách s různými průměry válců.

Obr. 49 Válcový drtič Pro měkké a středně tvrdé materiály (křída, vápenec, magnezit) se používají válce s ozuby. Ke zpracování měkkých materiálů (cihlářských jílů) se používají válce nožové, rýhované nebo ozubené typu „ježek“ a „vlk“ (viz Obr. 50).

14 53

Zdrobňování

Válce zubaté Válce nožové Válce ozubené (ježek) Válce ozubené (vlk) Obr. 50 Typy válců

5.4 VALIVÉ DRTIČE A MLÝNY Do této skupiny se řadí zdrobňovacích strojů se řadí zařízení, na kterých je materiál namáhán mezi dvěma vzájemně se odvalujícími plochami: mlecím tělesem tj. běhounem válcovým nebo kuželovým (mlýny běhounové) nebo koulí (mlýny koloběžné) a mlecí drahou, která je prstencová (prstencové mlýny) a to buď rovinná, mísovitá, kuželová nebo válcová. Dělení: a) tíhové (pomaluběžné) b) odstředivé (rychloběžné) c) s vnější silou (středoběžné) 5.4.1 Tíhové drtiče a mlýny Mezi nejznámější typy tíhových drtičů a mlýnů patří Kolové mlýny, které jsou buď na mokré mletí (protlačovací) nebo na suché mletí (prosévací). Běhouny u mlýnů na mokré mletí se otáčejí a materiál se protlačuje přes statickou mísu (viz Obr. 51). Ústřední vlhčení je umístěno na hlavní hřídeli. Sloužící ke zpracování cihlářských jílů za mokra.

Obr. 51 Kolový mlýn na mokré mletí 14 54

Zdrobňování

U mlýnů na suché mletí se naopak mísa otáčí a běhouny stojí (viz Obr. 52). Používá se pro kontinuální mletí suchých směsí v žárovzdorném průmyslu. Celý mlýn je uzavřen a napojen na odsávání prachu.

Obr. 52 Kolový mlýn na suché mletí Převzato z: http://www.fs.cvut.cz/cz/U218/pedagog/PREDMETY/4rocnik/HMZ/i_hmz.htm 5.4.2 Mlýny odstředivé Tyto mlýny mají pevnou prstencovou mlecí dráhu a obíhající mlecí tělesa, běhouny nebo koule, přitlačované na melivo odstředivou silou. Jsou to mlýny rychloběžné, pracující se 100 až 200 otáčkami za minutu. Hlavní skupinu tvoří mlýny Kyvadlové, méně časté jsou mlýny Kuloběžné. Kyvadlové mlýny jsou stroje se svislým poháněným hřídelem spojeným rameny, na nichž visí kyvadlo nesoucí otočně nasazené běhouny zvané též kladky. Kyvadla se při rotaci rozestupují a tlačí běhouny odstředivou silou na svislou prstencovou mlecí dráhu. Mezi nejznámější typy kyvadlových mlýnů patří tzv. Raymondův mlýn (viz Obr. 53), pracující za sucha a sloužící pro mletí měkčích materiálů jako jsou jíly, kaolín, grafit, sádrovec, křída a uhlí.

Obr. 53 Kyvadlový mlýn Raymondův 55 14

Zdrobňování

5.4.3 Mlýny s vnější silou (pružinové a hydraulické) Tyto mlýny jsou charakterizovány otáčející se mlecí drahou a stacionárními běhouny s přítlačným pružinovým nebo hydraulickým zařízením. Otáčky: 50 až 100 za minutu. Jsou ale progresivnější než mlýny odstředivé, jelikož je možné volit nezávisle přitlačovací sílu a rychlost odvalování, které jsou u pružinových mlýnů vzájemně závislé. Mezi nejznámější typy těchto mlýnů patří tzv. mlýn Loescheho a mlýny s drážkovanou mlecí drahou. Loescheho mlýn (viz Obr. 54) mívá 2, 3 nebo 4 kuželové běhouny a plochou otáčející se mlecí dráhu. Běhouny usazené na výkyvné páce jsou směrem k mlecí dráze přitlačovány silnými pružinami nebo hydraulicky. Na vrstvu meliva běhouny vyvozují potřebný mlecí tlak plynule řízený stlačováním pružin nebo hydraulickým tlakem. Běhouny tudíž nepracují s čistým odvalováním, ale i se smýkáním podobně jako u kolového mlýna. Pracuje se za sucha v uzavřeném mlecím okruhu.

Obr. 54 Kotoučový mlýn Loescheho Kotoučový mlýn s drážkovou mlecí drahou (viz Obr. 55) má 2, 3 nebo 4 běhouny tvaru zaoblených válců (pneumatik), které jsou přitlačovány pružinami do žlábkové mlecí dráhy. Výsledný produkt je odsáván vzhůru do třídiče, meziprodukt se vrací zpět k domletí.

Obr. 55 Kotoučový mlýn s drážkovou mlecí drahou 56 14

Zdrobňování

5.5 ROTOROVÉ DRTIČE A MLÝNY Rotorové stroje mají různé úderové nástroje, buďto výkyvné, tj. kladiva případně cepy nebo pevné, lopatky, kolíky, nosy kříže. Jejich úkolem je narážet na materiál a roztloukat jej. Oproti drtičům a mlýnům s pomalým zatěžováním materiálu mezi dvojici aktivních součástí se tady jedná o zatěžování velkými rychlostmi a to většinou na jedné pracovní ploše. Dělení: a) s výkyvnými mlecími nástroji b) s pevnými mlecími nástroji 5.5.1 Rotorové drtiče a mlýny s výkyvnými mlecími nástroji Zde patří především Kladivové drtiče, Kladivové mlýny a Tlukadlové (cepové) mlýny. Kladivové drtiče a mlýny mají jeden nebo dva rotory, na kterých jsou výkyvně zavěšena kladiva, která jsou za chodu v radiální úderové poloze. Podávaný materiál se zdrobňuje úderem, nárazem a střihem. V dolní části pracovního prostoru bývají většinou rošty zabraňující výstupu nadměrného zrna do produktu. Používají se k drcení a mletí měkkých a středně tvrdých materiálů s malou obrusností s nepříliš velkou vlhkostí a houževnatostí jako je vápenec, sádrovec, křída, břidlice, uhlí, jíly, bauxit, slíny. Mají jednoduchou konstrukci, poměrně malé rozměry a velké výrobnosti. Stupeň zdrobnění 40 až 50. Kladivový drtič dvourotorový (viz Obr. 56) má dva rovnoběžně proti sobě se otáčející hřídele nesoucí dvojice ramen, mezi nimiž visí výkyvně kladiva. Materiál se přivádí shora. Drť propadává na výstupní propadový rošt, na němž nastává druhý stupeň drcení.

Obr. 56 Kladivový drtič dvourotorový Kladivové drtiče jednorotorové (viz Obr. 57) mívá většinou místo dvou ramen rotor, na kterém jsou zavěšeny na průběžných čepech kladiva. Používají se k drcení křehkých materiálů jako vápenec, šamot, struska, jíly.

57 14

Zdrobňování

Obr. 57 Kladivový drtič jednorotorový Kladivový drtič pro lepivé materiály (viz Obr. 58) jsou konstruovány s válci nebo se šupinovým obíhajícím roštem. Pohyb válců má čistící účinek (brání zalepení pracovního prostoru) i dopravní. Drtiče slouží v cementárnách k drcení zahliněných vápenců, vápencových slínů, jílového sádrovce, břidlice a v cihelnách k drcení cihlářských surovin.

Obr. 58 Kladivový drtič pro lepivé materiály Všechny kladivové drtiče mají velké opotřebení kladiv, které je nutno včas obracet. Jinou variantou je drtič s reverzním chodem rotoru, u kterého odpadá otáčení kladiv. Kladivové mlýny pracují podobně jako kladivové drtiče, mají však větší počet lehčích kladiv, konstrukce je méně robusní. Obvodové rychlosti kladivových mlýnů jsou 20 až 50 m.s-1, kladivových drtičů nad 50 m.s-1. Rychloběžný kladivový mlýn s vodorovnou osou tzv. mikroatomiser se používá k mletí vápenců a látek neabrazivních. Má obvodovou rychlost kladiv asi 100 m.s-1. Produkt má střední velikost částic 5 m, max. velikost 25 m. Rychloběžný kladivový mlýn se svislou osou tzv. mikropulveriser pracuje s obvodovou rychlostí asi 30 m.s-1. Používá se k mletí mastku a látek do 4. stupně tvrdosti. Produkt má 95 % pod 10 m.

58 14

Zdrobňování

Tlukadlové (cepové) mlýny mají na obvodu kotoučového rotoru otočně zavěšená kladiva prostřednictvím kyvných nosičů kladiv. Tento princip je používán u šachtových mlýnů. 5.5.2 Rotorové drtiče a mlýny s pevnými mlecími nástroji Zde patří mlýny Lopatkové, Svorníkové a kolíkové, Odrazové a Metací. U lopatkových mlýnů (viz Obr. 59) je melivo podáváno do proudu vzduchu (příp. horkého) a v rotoru mezi lopatkami a pláštěm a v tzv. mlecích komorách mezi lopatkami dochází k turbulenci, tlakovým změnám, vibracím, které vedou k vzájemným kolizím částic, k „sebeotírání.“ Produkt je vynášen proudem vzduchu do cyklonu, vzduch pak odchází přes filtr do okolí. Odstředěný nedomel se vrací z horního prostoru rotoru zpět k domletí. Průměr rotoru je 250 až 1000 mm. Mezera mezi statorem a rotorem je 5 až 12 mm. Obvodová rychlost lopatek je 60 až 100 m.s-1. Slouží k mletí žárovzdorných a keramických jílů, kaolínu, křemeliny, bauxitu, mastku. Mele se na střední jemnost 300 m nebo na velkou jemnost 50 m.

Obr. 59 Lopatkový mlýn Svorníkové mlýny (viz Obr. 60) nazývané též mlýny košové, klecové nebo desintegrátory mají kolíkové svorníky uchycené na jedné straně v kruhové desce tj. statoru nebo rotoru a na druhé straně po jednotlivých kruhových řadách v prstencových přírubách tvaru mezikruží, takže vytvářejí válcovou klec, koš. Materiál se zdrobňuje nárazy mezi svorníky dvou protisměrně se otáčejících rotorů (obvodové rychlosti 20 až 40 m.s-1). Používají se k jemnému drcení nebo hrubému mletí měkkých a křehkých materiálů s malou abrazivitou, k mletí křídy, sádrovce, uhlí, suchých jílů (vlhkost menší než 11 %). Vstupní zrno je do velikosti 20 až 40 mm. Výstupní produkt má max. zrno 4 mm.

59 14

Zdrobňování

Obr. 60 Jednorotorový a dvourotorový košový mlýn Kolíkové mlýny – úderové mlýny s nástroji s volnými konci mají na rotoru buď na jednu nebo obě strany vystupující nástroje ve tvaru kolíků, nosů nebo křížů (viz Obr. 61). Často se jim taky říká atritory (stejného názvu se používá i pro míchadlové mlýny, kap. 5. 11). Slouží k jemnému mletí měkkých až středně tvrdých látek (vápenec, mastek, křída, grafit). Zrnitost produktu je možné řídit volbou otáček a počtem kolíků.

Obr. 61 Kolíkové mlýny; převzato z: http://www.filmix.cz/strana5.php Odrazové drtiče a mlýny (viz Obr. 62) zdrobňují materiál nejen úderem v rotoru pevně zakotvených lišt, ale i nárazem prudce vržených kusů na odrazových pancéřových deskách nebo roštech. Mají poměrně malou hmotnost a rozměry, nízkou spotřebu energie a nenáročnou obsluhu. Jsou schopné zpracovávat velké balvany a dávají dobrý izometrický 1460

Zdrobňování

tvar produktu. Mívají jeden nebo dva válcové rotory opatřené 2, 3 nebo 4 vyměnitelnými lištami, které jednak materiál roztloukají, jednak jej vrhají proti odrazovým stěnám pancéřovým nebo roštovým. Na nich se kusy třídí a úlomky nebo celé kusy se odvádějí zpravidla po vzniku trhlin a letí zpět proti rotoru. Proti nim je vrhán nový materiál, sráží se s nimi – dochází k autogennímu drcení. Některé odražené kusy jsou znovu zasahovány a vrhány lištami opět proti nárazovým stěnám. Série takovýchto nárazů pokračuje tak dlouho až dostatečně jemný produkt, na který působí menší odstředivá síla, najde mezeru mezi odrazovou stěnou a rotorem nebo odrazovým roštem. Obrátky rotorů jsou zpravidla větší než u kladivových drtičů (až 78 m.s-1). Velikost výstupního zrna produktu bývá 40 mm. Zrnitost lze do jisté míry řídit obrátkami. Slouží k drcení vápence, cementářského slínku, šamotu, rud, uhlí, koksu, čediče, žuly a kameniva do betonu. Mohou zpracovávat i kusy přes 1 m v průměru!

Obr. 62 Odrazové drtiče Převzato z: http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/kamenivo.html

1461

Zdrobňování

U mechanických metacích drtičů a mlýnů je materiál vrhán odstředivou silou radiálními lištami axiálně vystupujícími z vodorovného metacího kotouče – rotoru proti obvodovému pancéřovému prstenci, kde se tříští. Drtič může být jednorotorový nebo dvoustupňový se dvěma kotouči (viz Obr. 63). Je vhodný k selektivnímu drcení křehkých i abrazivních materiálů, vápence, cementářského slínku. Max. zrnitost vstupního zrna je 100 mm. Při mlýnech tohoto typu hraje roli odpor vzduchu kladený jemným částicím. Byly proto vyvinuty speciální vakuové metací mlýny.

Obr. 63 Metací drtič dvoustupňový Pneumatické metací mlýny (viz Obr. 64), které udílejí materiálu rychlost proudem vzduchu z trysky. Materiál padá do prostoru mezi ústí vzduchové trysky (400 m.s-1) a vrhací trubici, kterou je usměrňován na nárazovou stěnu, o kterou se tříští. Produkt je vynášen vzduchem do odlučovače. Takto se dá zpracovávat SiC. Výstup produktu společně se vzduchem do odlučovače

Nárazová stěna

Vrhací trubice

Obr. 64 Pneumatický metací mlýn Anger 62 14

Zdrobňování

Shrnutí pojmů: Po prostudování kapitoly by vám měly být jasné následující pojmy:  měrný povrch;  mlecí křivka;  účel zdrobňování;  rozdíl mezi drtičem a mlýnem;  výběr vhodného zdrobňovacího nástroje pro určitý druh materiálu. Otázky: 1. Co je účelem zdrobňování? 2. Vysvětlit pojem měrný povrch? 3. Základní dělení zdrobňovacích strojů? 4. Rozdíl mezi drtičem a mlýnem? 5. K čemu slouží jednovzpěrný drtič? 6. Vysvětli rozdíl mezi kuželovým drtičem s výkyvnou osou a pevnou osou? 7. Jaké existují typy válců u válcových drtičů a pro jaké materiály bys jednotlivé typy použil? 8. Vysvětli princip odrazového drtiče.

II. Drtiče a mlýny s nepřímo poháněnými nástroji Členění kapitoly: 

princip drtičů a mlýnů s nepřímo poháněnými nástroji;



drtičů a mlýnů s nepřímo poháněnými nástroji;



gravitační mlýny – princip, druhy;



gravitační mlýny, náplň mlýna melivem a mlecími tělesy – rovnice;



mlýny odstředivé, vibrační a míchadlové.

14 63

Zdrobňování


120 minut


budete znát nejdůležitější mlýny používané v keramickém průmyslu;



budete znát rovnice výpočtů plnění kulového mlýna melivem a mlecími tělesy.

Výklad Do druhé skupiny mlýnů se zdrobňovacími mlecími nástroji patří mlýny, u nichž se mlecí nástroje nepohybují v drahách přesně určovaných konstrukcí, ale tvoří obvykle velký počet „nástrojů“ (koule, tyče, válečky, pazourky – oblázky, hrubá zrna meliva) nazývaných mlecí tělesa a pohybují se volně v uzavřeném mlecím prostoru. Nazývají se mlýny s nepřímo poháněnými nástroji, nebo taky mlýny s volnými mlecími tělesy. Mletí v těchto mlýnech se děje jednak nárazy těles na melivo, jednak třením mezi mlecími tělesy, ale i vzájemným třením a nárazy mezi částicemi meliva. Četnost a intenzita nárazů a tření závisí na počtu otáček nebo kmitů za jednotku času, ale též na počtu mlecích těles, na jejich velikosti a hmotnosti (hustotě materiálu, ze kterého jsou tvořeny).

Dělení mlýnů s volnými mlecími tělesy: 1. Gravitační 2. Tyčové 3. Autogenní (bez mlecích těles) 4. Odstředivé (planetové) 5. Vibrační 6. Míchadlové (attritory)

64 14

Zdrobňování

5.6 GRAVITAČNÍ MLÝNY Zdrobňování probíhá nárazem, tlakem a třením padajících a vlivem tíže se převalujících volných mlecích těles. Hlavním zástupcem gravitačních mlýnů jsou mlýny kulové (viz Obr 65).

Obr. 65 Kulové mlýny; převzato z: http://portegecorp.com/Ceramic.htm 5.6.1 Kulové mlýny Jedná se o jedny z nejčastěji používaných mlýnů v klasické jemné keramice a při výrobě cementu. Kulové mlýny jsou v podstatě duté bubny nebo válce. Otáčejí se kolem vodorovné osy a uvnitř jsou zčásti vyplněny volnými mlecími tělesy – nejčastěji železnými nebo keramickými koulemi. Při otáčení mlýna jsou mlecí tělesa působením odstředivé síly vynášeny vzhůru a po dosažení určité výšky opadají. Materiál je padajícími a převalujícími se tělesy rozemílán úderem (nárazem), tlakem a roztíráním. V cementářském průmyslu se namletá surovina následně uskladňuje v homogenizačních silech. Dělení těchto mlýnu je následující: 1. Podle mlecího prostředí

a) mletí za sucha b) mletí za mokra

2. Podle tvaru mlecí nádoby

a) bubnové (L : D = 1 až 1,5) b) troubové (L : D = 2 až 8) c) kuželové (s kuželem na vstupu o úhlu 120° s kratší částí válcovou a kuželem na výstupu s úhlem 60°.

3. Podle povahy provozu

a) periodické 14 65

Zdrobňování

b) kontinuální Pozn.: L…délka mlýna D…průměr mlýna Na obrázku 66 jsou znázorněny různé typy mlýnů.

a

c

b

d

I. II. III. IV. e

f

g

a) bubnový mlýn pro periodické mletí, b) bubnový mlýn kontinuální, c) bubnový mlýn s vynášecí komorou s výstupním roštem, d) troubový mlýn jednokomorový, e) troubový mlýn čtyřkomorový, f) kuželový mlýn, g) bubnový mlýn sítový s obvodovým sítem nebo roštem Obr. 66 Typy kulových (bubnových) mlýnů Bubnový mlýn používaný v keramice slouží nejčastěji pro mokré mletí. Může se současně mísit několik surovin, nemají však být o příliš rozdílných melitelnostech. Plnění a vyprazdňování se děje otvorem s uzavíracím a vypouštěcím (s kohoutem) víkem (Obr. 67). Proti němu je „odvzdušňovací“ otvor. Vyprazdňování se může dít přetlakem až 0,3 MPa.

Obr. 67 Bubnový mlýn 14 66

Zdrobňování

Troubové mlýny jednokomorové mívají délku 3 až 8krát větší než průměr. Mele se v nich na průchod. Melivo vstupuje do mlýna dutým čepem a vytěsňuje produkt výstupním čepem. Používají se hlavně v cementářství pro suché mletí slínku nebo i mokré mletí suroviny. Vícekomorové mlýny, tzv. mlýny sdružené mají v jednotlivých komorách náplně různě velkých mlecích koulí. Troubové mlýny s vnějším tříděním mezi komorami, tzv. vícestupňové mlýny jsou rozděleny neprostupnými přepážkami na 2 samostatné komory, každá s přívodem materiálu z vnějšku a obvodovým výstupem produktu (viz Obr. 68).

Obr. 68 Troubový mlýn dvoustupňový U těchto typů mlýnů meleme v tzv. otevřeném nebo uzavřeném cyklu. Otevřený cyklus:

Melivo se přemílá v 1. komoře, její produkt vstupuje do elevátoru a je vynášen do třídiče. Hrubý podíl z třídiče jde k domletí do 2. komory mlýna. Její produkt se spojuje s jemnou frakcí, tedy s tou z třídiče.

Uzavřený cyklus:

Melivo se přemílá v 1. komoře, její produkt vstupuje do elevátoru a je vynášen do třídiče. Hrubý podíl z třídiče jde k domletí do 2. komory mlýna. Její produkt vstupuje opět do třídiče a veškerý výstup jde z třídiče.

Rozdíl je tedy jen v tom, že v uzavřeném cyklu se produkt mletí z 2. komory ještě taky třídí. Materiál mlecích těles: ocel (Obr. 69), pazourky, porcelán, steatit, korund, aj.

Obr. 69 Mlecí tělesa 67 14

Zdrobňování

Materiál vystýlky mlýna: silex, porcelán, steatit, korund, vulkolán, guma V praxi potřebujeme znát ještě informace o stupni plnění mlýna mlecími tělesy a melivem a optimální otáčky mlýna. Zavážku mlecích těles mk lze vypočítat z následujícího vzorce:

mk  f  kde

  D2 4

 L  k 

(t)

(7)

f

je

objemový součinitel plnění mlýna (1),

D

-

průměr bubnu mlýna (m),

L

-

délka mlecího prostoru (m),

k

-

hustota mlecích těles (t.m-3),



-

relativní hutnost náplně mlecích těles (pro koule o průměru dk = 100 mm,  = 0,56); (1).

Za vhodný stupeň plnění f bývá považována hodnota, při níž má mlýn největší příkon a současně i největší výrobnost. Je zvláště důležitý při suchém mletí, neboť spoluurčuje energii mlecích těles. U kovových koulí bývá f = 0,3 až 0,4 (tedy 30 až 40 %); u oblázků f = 0,3 až 0,45. Při mokrém mletí je vhodný stupeň plnění f = 0,5 až 0,55. Plnění mlýna melivem fm lze získat ze vzorce:

fm  kde

mm  k k  mk  m   m  (1   k )

(t)

mm je

hmotnost meliva (t),

m

-

hustota meliva (t.m-3),

L

-

délka mlecího prostoru (m),

k

-

hutnost mlecích těles (t.m-3),

m

-

hutnost meliva (t.m-3),

(8)

Zaplnění mezer melivem by mělo být dostatečné, při malém plnění je velké opotřebení mlecích těles = vystýlky. Empirický poměr hmotnosti meliva mm k hmotnosti mlecích těles mk se nazývá mlecí poměr. Důležité je určité povlékání mlecích těles melivem, jím se dostává melivo do mlecí zóny, tj. do oblasti kontaktu mlecích těles. K vyjádření celkové náplně mlýna při mokrém mletí se užívá koeficient celkového objemového plnění mlýna fc, který je vyjádřen vzorcem:

fc  kde

Vk  Vm  Vw V

(1)

Vk

je

objem mlecích těles (m3),

Vm

-

objem meliva

Vw

-

objem vody (m3),

V

-

celkový objem mlýna (m3).

68 14

(9)

Zdrobňování

Při poměru hmotnosti meliva a mlecích těles mm/mk = 1 se doporučuje fc = 0,8 – 0,9. Mlýn je pak prakticky zaplněn až na malý rezervní prostor na roztažnost během zahřívání. Důležité je chování suspenze (viskozita, mez toku, tixotropie). Praxe používá empirický poměr hmotností mm: mk : mw = 1 : (1-2) : (0,8-1). Podle provozní praxe se pro mokré mletí porcelánových neplastických složek (křemen, živec) přidává do mlýna určité menší množství kaolinu, který zabraňuje odměšování. Velikost mlecích těles (nejčastěji koulí), udává vztah:

d k  k  d on kde

(1)

(10)

dk

je

průměr mlecí koule pro určitou frakci (mm),

k

-

koeficient závislý na tvrdosti meliva (pro cement. slínek 15 – 25, obecně 10 až 33); (m3),

do

-

střední velikost výchozího zrna meliva, které je úzkou frakcí např. o poměru mezi 1 : 2, n = 0,3 až 0,5 (mm).

Volí se tedy více velikostí mlecích těles současně. Praxe doporučuje, aby povrch meliva nepřestoupil více než 500krát povrch koulí, pro jemnější mletí je vhodné nahradit koule menšími válečky (cylpebsy). Průměr mlýna omezuje velikost mlecí koule do vztahu:

dk 

D 18  20

kde

(mm)

dk

je maximální průměr koule (mm),

D

-

(11)

průměr bubnu mlýna (mm).

Podrobnější informace k této problematice jsou uvedeny v literatuře 1.

5.7 TYČOVÉ MLÝNY Mlecími tělesy jsou zde válcové tyče průměru 35 až 125 mm o délce 25 až 50 mm (kratší než délka vnitřního prostoru mlýna). L : D = 1,5 až 2,5. Slouží pro mokré nebo suché průtokové zdrobňování na rozhraní mezi jemným drcením a hrubým mletím. 

Stupeň plnění f = 35 až 45 %,



Maximální vstupní zrno -

25 mm (při větším zrnu velký rozestup tyčí),



Velikost zrna produktu

1 až 3 mm,



Otáčky 55 až 65 % kulových mlýnů,



Melou tvrdé a křehké materiály (vznik jen málo jemných podílu, které ztěžují úpravu, dávají stejnoměrnější zrno).

-

5.8 AUTOGENNÍ MLÝNY Vyznačují se tím, že nemají žádné (nebo jen velmi málo) mlecí tělesa. Hrubé kusy melou materiál jemnější. Mele se v krátkém bubnu o velkém průměru (4 až 9 m), aby energie 1469

Zdrobňování

nárazů byla dostatečná. Materiál vstupuje a vystupuje dutým čepem. Používá se např. k mletí vápence.

5.9 ODSTŘEDIVÉ (PLANETOVÉ) MLÝNY Tyto mlýny využívají kromě tíhového (gravitačního) zrychlení současně odstředivé zrychlení, což vede při vysokých frekvencích k intenzivnímu zdrobňování (Obr. 70).

Obr. 70 Odstředivý (planetový) mlýn; převzato z: www.FRITSCH.de Slouží hlavně k velmi jemnému mletí a mechanické aktivaci tvrdých materiálů. Mele se směsí různě velkých mlecích těles. Jemné mletí se provádí za mokra. Laboratorní mlýny pracují se zrychlením až 10 g, což znamená značné zkrácení mlecí doby. Mletí korundu: Kulový mlýn



Planetový mlýn 

150 hodin 1 hodina

5.10 VIBRAČNÍ MLÝNY Vibrační mlýny melou mlecími tělesy uváděnými do pohybu vibrací mlecí nádoby. Nádoba spočívá na pružinách nebo gumových blocích (viz Obr. 71). Amplituda kmitů je velmi malá, několik milimetrů. Mlecí nádoba koná kruhové kmity o frekvenci 1500 nebo 3000 cyklů za minutu, což je frekvence sítě (50 Hz) nebo poloviční.

14 70

Zdrobňování

Obr. 71 Vibrační mlýn Mlecí tělesa jsou zpravidla koule o průměru 10 až 30 mm, u velkých mlýnů i 60 mm. Mohou se používat i tyče nebo válečky (odpad z výroby valivých ložisek) vhodné pro rozmělňování třením (viz Obr. 72). Může se mlít za sucha i za mokra.

Obr. 72 Mlecí tělesa s mlecí nádobou 

Stupeň plnění f = 70 až 80 %,



Maximální vstupní zrno

-

5 mm,




-

0,1 až 0,04 mm,



Výrobnost

-

1000 až 2000 kg.h-1,



Melou se středně tvrdé až tvrdé materiály, nepříliš abrazivní.

1471

Zdrobňování

5.11 MÍCHADLOVÉ MLÝNY (ATTRITORY) Principem míchadlových mlýnů je mletí nárazem a třením volných mlecích tělísek uváděných do pohybu míchadlem. Mele se v suspenzi! Míchadlo může být ve formě ramen, kolíků, prstenců, nebo kotoučů i šroubů. Jako mlecí tělíska slouží písek (pískové mlýny), skleněné kuličky (perlový mlýn) nebo ocelové či keramické kuličky o průměru několika desetin až několika milimetrů. Obvodová rychlost bývá 8 až 12 m.s-1 (rychloběžné mlýny), 0,5 až 3 m.s-1 (pomaloběžné mlýny). U velkých mlýnů napomáhá cirkulaci ještě bezventilová pumpa (p), která nasává u dna přes speciální oddělující ventil (v) a víkem vhání suspenzi zpět do nádoby (viz Obr. 73).

Obr. 73 Míchadlový mlýn; převzato z: www.al-mo.cz Pískový mlýn používá zrna písku o průměru 0,5 až 0,9 mm a míchadlo koná 1700 až 2000 ot.min-1. Mlýny se používají v oxidové keramice, mletí porcelánových hmot, mletí glazur. Důležité je sledovat viskozitu suspenze, která s jemností produktu značně roste. Shrnutí pojmů: Po prostudování kapitoly by vám měly být jasné následující pojmy:  mlecí tělesa;  melivo;  náplň mlýna;  otevřený a uzavřený cyklus; Otázky: 1. Vysvětli princip mlýnů s volnými mlecími tělesy. 2. Vyjmenuj základní typy mlýnů s volnými mlecími tělesy. 3. Jak dělíme kulové mlýny podle mlecího prostředí? 4. Co znamená mletí na průchod? 5. Vysvětli princip otevřeného a uzavřeného cyklu. 14 72

Zdrobňování

6. Z jakého materiálu bývá vystýlka kulového mlýna? 7. Jaké jsou nejčastější tvary mlecích těles kulových mlýnů? 8. Z jakého materiálu jsou mlecí tělesa u kulových mlýnů? 9. Co znamená pojem stupeň plnění mlýna? 10. Co znamená autogenní mletí? 11. Jaká mlecí tělesa používáme u vibračních a planetových mlýnů?

B

BEZ ZDROBŇOVACÍCCH MLECÍCH NÁSTROJŮ

.


princip mlýnů bez zdrobňovacích nástrojů;



základní rozdělení;



nemechanické metody zdrobňování;


90 minut


budete znát speciální druhy mlýnů pro velmi jemné mletí;



budete znát netradiční metody zdrobňování.

Výklad Jedná se o skupinu mlýnů bez zdrobňovacích nástrojů. Používají se především pro velmi jemné mletí, založeném na principu vzájemných srážek částic jejich namáháním vysokým gradientem rychlosti v plynném nebo kapalném prostředí.

14

Zdrobňování

Dělení: 1. Mlýny pádové (autogenní) 73

2. Mlýny koloidní 3. Mlýny tryskové (pneumatické) 4. Mlýny metací

5.12 KOLOIDNÍ MLÝNY Velmi jemné mletí v suspenzi v rychloběžném rotorovém zařízení bývá nazýváno koloidním mletím. Ke zdrobňování dochází v úzké mezeře mezi statorem a rotorem působením smykových napětí v nosném mediu s vysokým rychlostním spádem; současně dispergují, emulgují a homogenizují. Suspenze se vhání pod tlakem. Mezera mezi statorem a rotorem je nastavitelná. Na povrchu statoru i rotoru vznikají podle viskozity prostředí různě silné adhezní vrstvy, mezi nimiž dochází při velkých rychlostech ke vzniku tenké vířivé vrstvy. U mikrometrových částic může docházet k tak rychlé rotaci, že vznikají taková napětí vedoucí k jejich rozrušení. 


-

až 0,5 m.

Koloidní mlýn štěrbinkový s rotorem kuželově zapuštěným do statoru může být konstruován se zazubením. Rotor koná 3000 ot.min-1. Mezera je stavitelná (viz Obr. 74).

Obr. 74 Koloidní mlýn štěrbinkový Převzato z: http://www.directindustry.com/ Mlecí orgány bývají z jednozrnných korundových kotoučů. Na obrázku 75 je zobrazen stator a rotor koloidního mlýnu.

14 74

Zdrobňování

Obr. 75 Stator a rotor koloidního mlýnu Převzato z: http://www.bematek.com/ Vibroaktivační mlýn má mezi statorem a rotorem vytvořeny kavitační dutiny. Pozn.: Kavitace je vznik dutin v kapalině při lokálním poklesu tlaku, následovaný jejich implozí (zhroucením). Pokles tlaku může být důsledkem lokálního zvýšení rychlosti (tzv. hydrodynamická kavitace), případně průchodu intenzivní akustické vlny v periodách zředění (akustická kavitace). Kavitace je zpočátku vyplněna vakuem, později do ní mohou difundovat plyny z okolní kapaliny. Při vymizení podtlaku, který kavitaci vytvořil, její bublina kolabuje za vzniku rázové vlny s destruktivním účinkem na okolní materiál. Kavitace vzniká například na lopatkách lodních šroubů, turbín, na čerpadlech a dalších zařízeních, která se velkou rychlostí pohybují v kapalině. Kavitace způsobuje hluk, snižuje účinnost strojů a může způsobit i jejich mechanické poškození. Ke kavitaci dochází, klesne – li místní podtlak pod tlak vodní páry. Dochází k odtržení vodní vrstvičky od stěny rotoru, k uvolnění pohlceného vzduchu, k hydraulickým rázům, otřesům – intenzivní pulzace vysokých frekvencí. Při 25 dutinách o 3000 ot.min-1 je frekvence rázů 75 000 min-1. Zařízení pracuje v uzavřeném cyklu s využitím sacího účinku rotoru (viz Obr. 76). Melou se nebo dispergují méně pevné materiály jako MgO, CaCO3, grafit, křemelina, kaolín, bentonit apod.

Obr. 76 Vibroaktivační mlýn 14 75

Zdrobňování

5.13 TRYSKOVÉ MLÝNY Intenzivní víření a vzájemné srážky částic v plynném prostředí tj. za sucha je možné vyvolat systémem trysek. Je možno docílit rychlosti proudění 500 až 1200 m . s-1. Vnitřní prostor bývá uspořádán tak, že působí současně jako odstředivý pneumatický třídič, takže částice se postupně rozemílají ve vnitřním mnohonásobném cyklu. Tryskový mlýn s plochou komorou (mikroniser – spirální tryskový mlýn) má válcovou plochou komoru do níž ústí po obvodu 6 až 20 trysek skloněných v tečně komory v úhlu 30 až 75° (Obr. 77). Tlakový vzduch o tlaku 0,5 až 1,5 MPa (nebo kouřové plyny) se vedou do rozdělovacího prstence obepínajícího mlecí komoru, do níž je vháněno podávacím injektorem melivo. Dráhy částic a tlakového média se uvnitř komory kříží a částice se při rychlostech 100 až 150 m.s-1 (u vzduchu), 200 až 250 m.s-1 (u páry) ve vzniklém víru střetávají pod ostrými úhly a vzájemně omílají. Odstředivá síla tlačí největší částice směrem k obvodu mlecí komory, částice obíhají tak dlouho, dokud nejsou natolik jemné, že jsou unášeny širší rourou ve dnu komory do cyklónové části, kde dojde oddělení vzduchu a jeho následného odprášení ve filtru. Melivo setrvává v pracovní komoře asi 10 až 20 s, nosné medium pouze setinu této hodnoty. Zařízení samo je malé, ale příslušní k němu kompresorová stanice. 

Stupeň mletí

-

až 6000 (koloidní mlýny: 600, kulové mlýny: 60),




-

0,1 až 6 m,



Výrobnost

-

5000 kg.h-1,



Pro velmi jemné mletí mastku, grafitu, barytu, Al2O3.

Protiproudý tryskový mlýn pracuje na principu dvou trysek proti sobě ležících, vedoucí k frontálním srážkám částic. Fluidní protiproudý tryskový mlýn má 3 až 6 Lavalových trysek s nadzvukovou rychlostí média, které uvádí melivo do fluidního stavu. Zdrobňování se děje vzájemnými nárazy částic a třením. Materiál prakticky nepřichází do styku s tryskami ani se stěnami mlecího prostoru a proto nebývá znečištěn otěrem. Mlýn je vhodný pro zdrobňování silně abrazivních látek jako SiC, wolframu, Al2O3, ZrO2, korundu, křemene, ale i pro materiály lístkovité povahy jako je slída, grafit, mastek.

14 76

Zdrobňování

Obr. 77 Tryskový mlýn s plochou komorou

C NEMECHANICKÉ METODY ZDROBŇOVÁNÍ . K tzv. nemechanickým metodám zdrobňování patří pochody přímého fyzikálního nebo nepřímého chemického rozrušení jako je působení tepelné, tlaku z pracovního media, ultrazvuku, působení elektrotermické a elektrohydraulické i působení objemných chemických produktů. Zdrobňování Snyderovým efektem patří k tlakovým metodám zdrobňování a provádí se na přetříděném materiálu (viz Obr. 78).

Mžikový ventil

Obr. 78 Zdrobňování Snyderovým efektem Materiál je veden do tlakové komory (1) spolu s párou (0,5 až 6 MPa) nebo tlakovým vzduchem (2). Komora se otevírá mžikovým ventilem s určitým zpožděním na kratičkou 1477

Zdrobňování

dobu (řádově milisekundy) do expanzního prostoru (3). Dochází k namáhání materiálu tahem – vznikají ultrazvukové pulzy. Materiál se trhá podél fázových hranic je případně ještě vrhán na nárazovou desku (4). Rozpojování ultrazvukem bylo navrženo pro zpracování zbytků slídy. Generátor rozechvívá suspenzi prostřednictvím vody před membránou. Slída se rozpojuje a je vrhána tryskou proti nárazové desce. Elektrotermického efektu se dosahuje vysokofrekvenčním v několikazávitové cívce napájené vysokofrekfenčním generátorem.

ohřevem,

např.

Elektrohydraulické zdrobňování probíhá v důsledku nárazových kavitačních vln v kapalině. Chemické rozpojování je vhodné jen na materiály s málo soudržnou strukturou (jíly, azbest, slída). Pro jíly je možno použít hydroperoxid, který při zvýšené teplotě uvolňuje kyslík, jenž působí rozpojení. Metoda slouží k preparaci mikrofosilií nebo individuálních krystalků. Shrnutí pojmů: Po prostudování kapitoly by vám měly být jasné následující pojmy:  princip kavitace;  tryskový mlýn;  zdrobňování Snyderovým efektem;  zdrobňování ultrazvukem;  chemické rozpojování. Otázky: 1. K čemu slouží mletí bez zdrobňovacích nástrojů? 2. Vysvětli princip tryskového mlýna s plochou komorou. 3. Vyjmenuj ostatní druhy mlýnů a vysvětli jejich princip. 4. Vysvětli metodu rozpojování Snyderovým efektem.

14 78

Dělení

6 DĚLENÍ


druhy úpravnictví;



třídění mechanické;



třídění vodní;



třídění vzdušné;



rozdružování – podle hustota, magnetická separace.


110 minut


budete znát princip mechanického třídění s využitím sít a roštů;



budete znát princip vodního třídění na základě gravitace a odstředivých rychlostí a druhy třídičů;



budete znát princip větrného třídění na základě gravitace a odstředivých rychlostí a druhy třídičů;



budete znát princip magnetické separace.

Výklad V úpravnictví se dělením rozumí řada operací prováděných s částicovými soustavami, které je možno rozdělit na tři základní skupiny: 1.

Třídění, čili klasifikace je dělení podle velikosti částic na dvě nebo více skupin, tříd, frakcí, kategorií. Např. frakcionování písku.

2.

Rozdružování, čili separace je dělení částic podle druhu, které se opírá o různé látkové vlastnosti jako je hustota, fyzikální vlastnosti (mechanické, elektrické, chemické aj.) 16 79

Dělení

3.

Oddělování neboli odlučování je dělení podle skupenství. Pevné částice se oddělují z tekutého (filtrace) nebo plynného prostředí (odprašování).

6.1 TŘÍDĚNÍ Třídícím znakem při této operaci jsou geometrické rozměry částic. Provádí se na různých typech roštů sít a jiných třídičů v různých typech prostředí (voda, vzduch), využívajíce gravitační a sedimentační rychlosti částic. Dělení třídění je znázorněno v tabulce 1. Tabulka 1 Dělení třídění Sítové geometrické

Prosévání (mechanické třídění)

Dělení na základě velikosti částic

Pro částice > 1 mm (výjimečně > 0,2)

Vodní (hydraulické)

Dělení na základě pádové rychlosti, tj. na základě objemu, hustoty, tvaru

Pro částice < 1 mm (výjimečně < 4 mm)

Vzdušné (větrné, pneumatické)

Dělení na základě pádové rychlosti, tj. na základě objemu, hustoty, tvaru

Pro částice < 0,5 mm (výjimečně < 1 mm)

Bezsítné dynamické (proudové)

6.1.1 Mechanické třídění Probíhá na normovaných sítech nebo roštech za sucha nebo za mokra. Síta jsou děrované plechy nebo pletivo. Laboratorní síta velikostí řádově mikrometrů jsou vyráběna elektrolyticky. Provozní síta z drátů nebo umělých vláken mívají strany oka 0,1 až 100 mm. Kromě drátěných sít se čtvercovými oky se vyrábějí i síta s otvory obdélníkovými. Rošty jsou soustavy rovnoběžných tyčí různých profilů orientované a skloněné ve směru postupu materiálu. Mohou být pevné nebo pohyblivé. Materiál se přes tyto síta nebo rošty prosívá a výsledkem je tzv. hrubý (nadsítné) a jemný (podsítné) produkt. Třídění nikdy neprobíhá dokonale, oba produkty obsahují chybné zrno. V hrubém produktu chybné podsítné, tj. neoddělenou jemnou složku a v jemném produktu chybné nadsítné, tj. neoddělenou hrubou složku. Propadová účinnost prosévání je vyjádřena poměrem množství získaného jemného produktu k množství teoreticky získaného:

P  kde

P P0

(mm)



je účinnost prosévání (1),

P

-

množství získaného jemného produktu (kg),

14 80

(12)

Dělení

P0

-

teoretické množství získaného jemného produktu; určí se např. pečlivou sítovou analýzou v laboratoři (kg).

Obecně se dá říci, že úspěch technického třídění, ať již prosévání nebo bezsítného třídění závisí na těchto faktorech: 

Zrnitostní složení, hustota a případně vlhkost tříděného materiálu,



Způsob třídění (za sucha, za mokra)



Parametry třídiče (otáčky, amplituda) a parametry třídění (doba, objemová koncentrace.

Dělení sítovacích jednotek: 1. Nepohyblivé rošty a síta a) Pevné rošty b) Pevná síta 2. Sítové a roštové třídiče pohyblivé a) Pohyblivé rošty - valivé - řetězové - tyčové - vibrační b) Bubnové třídiče c) Vibrační třídiče - vrhové třídiče s kmity v rovině kolmé k ploše síta - třídiče s kmity v rovině síta - zvláštní druhy třídičů 6.1.2 Vodní (hydraulické) třídění Dělení vodních třídičů: 1. Tíhové (gravitační) a) S horizontálním prouděním - usazovací nádrže a žlaby (Obr. 79) - nálevky, prolévky, kužele (Obr. 80) - mechanické (hřeblové, šnekové, škrabákové); (Obr. 81) b) S vertikálním prouděním 2. Odstředivé a) Třídící hydrocyklony (Obr. 82) b) Třídící odstředivky (dekantory) Usazovací nádrže tzv. usazováky (Obr. 79) pracují buďto periodicky nebo kombinovaně, kdy jemná suspenze stále protéká a sediment se občas vybírá jako u sedimentačních žlabů. 1481

Dělení

Obr. 79 Usazovací nádrže DOOR v plavírně kaolínu Božičany převzato z: Hanykýř, V., Kutzendörfer, J. Technologie keramiky. Hradec Králové: Vega, 2002. 287 s. ISBN 80-900860-6-3. Nálevky jsou tvořeny sérií jehlanů, prolévky sérií kuželů s uzavřeným vnitřním kuželem. Pracují kontinuálně podobně jako usazovací kužele (viz Obr. 80).

přepad (kal)

sediment (písek) výtok (ucpává se)

Obr. 80 Usazovací kužel Mechanické třídiče mají sedimentační prostor tvořený šikmým žlabem, z jehož dna je sediment plynule vyhrabáván, zatímco jemná frakce přetéká přes jízek. Mez třídění bývá 50 až 500 m. Slouží v mlecích okruzích. Vyhrabávání se provádí soustavou hrabel, transportním šnekem (viz Obr. 81). 14 82

Dělení

Q Vstup

P Přepad jemné frakce

N Sediment (vyhrabává se) Q

N

P

Q

N

P

Obr. 81 Mechanické třídiče (hřeblový, šnekový, škrabákový) K odstředivým třídičům patří především hydrocyklony (Obr. 82) používané též k zahušťování i rozdružování. Rotace suspenze se dociluje jejím vháněním pod tlakem 30 až 400 kPa tangenciálním směrem do válcové části. Dociluje se tak obvodových rychlostí i několik desítek m.s-1, takže odstředivá síla je mnohokrát větší než gravitační. Hrubé a těžké frakce sedimentují v dolní konické části a zahuštěné vytékají dolní výstupní tryskou. Třídící mez může být v rozpětí 2 až s ostrým vrcholovým úhlem (10 až 15° místo 20°), zředěnější suspenze a menší výstupní tryska. Pro velkou kapacitu se malé hydrocyklony sdružují do multicyklonů (viz Obr. 83). Například pro mez třídění pod 10 m je použito 72 hydrocyklonů o průměru 15 mm. Ke zmenšení otěru se používá vystlání gumou (pro plavení kaolinu), nebo otěruvzdornými plasty. Konstruují se též tříproduktové hydrocyklony s dvojicí souosých přetokových trubic vynášejících jemnější a hrubší frakci. Taky se konstruují tzv. turbocyklony (centriklony), u nichž se suspenze urychluje lopatkovým kolem umístěným v dolní části válcového prostoru (používá se v mlýnici cementářského surovinového kalu). Schéma postupu plavení kaolínu je uvedeno na obrázku 84.

1483

Dělení

P Přepad jemné frakce

Q Přítok suspenze

Vnitřní vír vynáší jemnou frakci Těžší hrubá frakce spirálovitě padá dolů

N Hrubá frakce

Obr. 82 Hydrocyklon převzato z: http://www.geopark-kaolinrevier.de/station/09CZ.php

Obr. 83 Cyklony pro plavení kaolínu převzato z: Hanykýř, V., Kutzendörfer, J. Technologie keramiky. Hradec Králové: Vega, 2002. 287 s. ISBN 80-900860-6-3. 84 14

Dělení

Obr. 84 Schéma technologie plavení kaolínu převzato z: Hanykýř, V., Kutzendörfer, J. Technologie keramiky. Hradec Králové: Vega, 2002. 287 s. ISBN 80-900860-6-3. 6.1.3 Vzdušné (větrné) třídění 1. Tíhové (gravitační) a) b) c) d) e)

S horizontálním prouděním (Obr. 85) Vzestupným prouděním (tzv. fluidní) Cik-cak třídiče (Obr. 86) Protiproudové vratné třídiče Vibrátorové a pulsátorové třídiče (Obr. 87)

2. Odstředivé a) S metacím talířem (tzv. oběhové) - s vnitřním oběhem (Obr. 88) - s vnějším oběhem b) Průtokové třídiče 1485

Dělení

-

s rotorem lopatkovým nebo tyčovým třídící cyklony

c) S obíhajícím třídícím prostorem Větrné třídění je hlavně vhodné pro oddělování jemných frakcí. Nejlépe se třídí částicová soustava s 10 % až 30 % jemných podílů. Povrchová vlhkost nemá být větší než asi 6 %. Sedimentační rychlost ve vzduchu je mnohem větší než ve vodě (asi 65 krát). Ostrost třídění závisí značně na době, po kterou probíhá třídění, tj. na délce dráhy částic. Ta má být co největší, též proto se zavádějí v třídírnách spirální dráhy vzduchu. Princip práce třídičů s horizontálním prouděním, s prouděním vzestupným spolu s fluidačním třídičem a protiproudovým vratným třídičem je na obrázku 85.

Obr. 85 Tíhové třídiče s horizontálním, vzestupným a protiproudovým prouděním Meze třídění jsou u nich stovky m až 3 mm. K třídění u tzv. Cik-cak třídiče (Obr. 86) dochází hlavně ve zlomech kanálu – počet zlomů odpovídá stupňům třídění, v nichž dochází k opakovanému přetřiďování. Mez třídění bývá od 0,1 do 10 mm.

8614

Dělení

Obr. 86 Ci-cak třídič Princip vibrátorového a pulzátorového třídiče je na obrázku 87.

Obr. 87 Vibrátorový a pulzátorový třídič V prvním případě se jedná o šikmé vibrované síto s vysokou frekvencí profukované proudem vzduchu, ve druhém případě o nehybné síto profukované vzduchovými pulzy, vyvolanými rotujícími klapkami. Tento třídič je vhodný k odprašování suchých hrubě zrnitých materiálů. K nejběžnějším odstředivým třídičům patří oběhové třídiče s vnitřním oběhem vzduchu a s rotujícím metacím talířem, na nějž přichází materiál. Například dvouproudý větrný třídič (viz. Obr. 88), v němž vnitřní oběh působí horní ventilátor, dolní ventilátor pod talířem vyvolává proud vzduchu zbavující hrubé částice vzduchu a zvyšují tak ostrost třídění. Hrubý podíl vypadává z vnitřního prostoru, jemný z válcového meziprostoru.

1487

Dělení

Obr. 88 Dvouproudový větrný třídič V úzkém vztahu k vzdušnému třídění je i odlučování prachu ze vzdušného proudu, přičemž prachem se rozumí většinou částečky 0,1 m až 1 mm. Spočívá v sedimentaci částic v gravitačním poli (prašné komory), v poli odstředivém (cyklony) případně v poli elektrostatickém (tzv. elektrofiltry). Dobré oddělení se dosahuje i ve filtrech (suchých nebo mokrých).

6.2 ROZDRUŽOVÁNÍ Úkolem rozdružování, separace případně obohacování částicových soustav podle mineralogického složení, což se provádí na základě různých látkových vlastností, předně podle různých fyzikálních vlastností jako je hustota, magnetické a elektrické vlastnosti, sočivost, modul pružnosti, barva ale i podle chemického chování, např. kyanidové loužení, amalgamace (spojování kovů se rtutí). Nejstarším způsobem je mokré rozdružování podle hustoty. K základnímu zařízení na tento způsob mechanického rozdružování patří sazečky. Dělení zde probíhá v podmínkách rušeného usazování na základě rozvrstvování načechrávaného systému. Zrna s větší hustotou vytvářejí dolní vrstvu – snižuje se těžiště soustavy, potenciální energie klesá, takže k rozdružení dochází i u soupádových zrn. Sazečku obvykle tvoří 2 spojité nádoby, v jedné je síto s materiálem, v druhé píst (s rychlým pohybem dolů a pomalým nahoru), který načechrává soustavu zrn ve vodě. Na sítu dochází k rozvrstvování, dole se hromadí těžké podíly (s větší hustotou), nahoře lehké – pod sítem je v zásadě voda a těžké podíly se odvádějí např. štěrbinou v určité hloubce pod hladinou, lehké přetékají. Rozdružování na základě magnetických vlastností, které se provádí výhradně elektromagnety, se často spojuje s obohacováním surovin na základě elektrických vlastností pod společný název elektrické rozdružování. Tyto separátory jsou většinou bubnového tvaru, 88 14

Dělení

materiál přichází na otáčející se bubny a magnetické složky jsou strhávány bubnem a odpadají od něho později než nemagnetické (viz. Obr 89).

Obr. 89 Bubnový magnetický separátor převzato z: http://www.magnety.sk/catalog/41-Bubnove/. Rozdružování na základě elektrických vlastností. Nevodivé zrno se v elektrickém poli polarizuje, vznikají v něm náboje opačné, než je přikloněná elektroda. Síla polarizace závisí na síle elektrického pole a na permitivitě materiálu. Jak rychle se těleso vybíjí, závisí na jeho povrchové vodivosti (např. pro oddělení vápence a křemene). Rozdružování na základě povrchových sil – pěnové vyplavování. Suspenze materiálu se po malých přídavcích flotačních činidel, která přilnou k málo smáčivým částicím, víří vzduchem. Na fázových rozhraních probíhá celá řada všech možných fyzikálně-chemických pochodů. Na hladině vzniká pěna s jednou minerální složkou, která se plynule stírá, ostatní složky zůstávají v suspenzi. Shrnutí pojmů: Po prostudování kapitoly by vám měly být jasné následující pojmy:  základní skupiny třídění;  sítové třídění;  vodní třídění;  vzdušné třídění;  magnetická separace. Otázky: 1. K čemu slouží třídění? 2. Vysvětli pojmy nadsítné a podsítné? 3. Vysvětli princip usazovacích nádrží a mechanických třídičů. 4. Vysvětli princip hydrocyklonu a k čemu slouží. 14 89

Dělení

5. Technologický postup plavení kaolinu. 6. Princip tíhových třídičů. 7. Princip magnetické separace.

1490

Mísení a homogenizace

7 MÍSENÍ A HOMOGENIZACE


účel mísení a homogenizace;



předhomogenizace;



dělení hald;



mísiče – tíhové, mechanické, pneumatické a statické.


25 minut


budete znát typy předhomogenizace;



budete znát druhy mísičů.

Výklad Mísení nebo směšování a homogenizace je pochod, při kterém se mění místní rozdělení složek za snižování koncentračních gradientů uvnitř soustavy. Je velmi častým průvodním procesem probíhajícím spolu s hlavním pochodem, jako je tomu např. u mletí. Je skryto v každé výrobě vycházející alespoň ze 2 složek. Mísení částicových látek se děje přemisťováním jednotlivých částic nebo jejich skupin až oblastí. Dle toho rozeznáváme: 1.

Konvenční mísení – děje se přenosem skupin sousedních částic z jednoho místa soustavy na druhé. Probíhá působením smykových sil v určité oblasti materiálu, např. zasahované míchadlem, makromícháním.

2.

Difuzní mísení

– uskutečňuje se přemisťováním jednotlivých částic, obyčejně malými individuálními pohyby působenými náhodnými silami, které vznikají sekundárně působením smykového, tahového nebo tlakového namáhání. Děje se mikromícháním. 1691


7.1 PŘEDHOMOGENIZACE Předhomogenizace se používá především v cementárnách a při výrobě hrubé keramiky. V cementárnách se takto upravuje jen hlavní surovina tj. vápenec. Rozumné je takto i upravovat i vysokopecní strusku. Postup vyžaduje surovinu o maximální velikosti zrna asi 25 mm. Jakost míseného lože závisí na druhu a způsobu násypu. Ukládání se provádí obvykle v podobě podélných hald s příčným odebíráním. Není-li dostatek místa, dělá se prstencový násyp, což je dražší.

Dělení hald: 1. Podélné haldy a) Střechové haldy tj. metoda Ševron je nejrozšířenější způsob, při němž se materiál sype v jednotlivých vrstvách po celé délce haldy na její hřeben (viz. Obr. 90).

16

5 4 3 1

2

Obr. 90 Střechová halda

b) Řádkové haldy podle metody Winrow, při níž se materiál vrství v podélných pruzích vedle sebe a mezi sebe na sebe. Zabraňuje nevýhodně předcházejícího způsobu tj. odměšování hrubých podílů u obvodu násypu, tj. u dna haldy (viz. Obr. 91).

14 92


10 8

5

1

9

6

2

7

3

4

10 8 5 1

9 6

2

7 3

4

Obr. 91 Řádková halda

2. Prstencové haldy se budují v kruhové hale, v jejímž středu je otočný ukládací transportér a odebírací škrabák. Odběr hald se provádí nejčastěji těžebními rýpadly (skrejpry). Haldy se odebírají z čelní strany v plátkových vrstvách (viz. Obr. 92). Každá odebraná dávka odpovídá průměrnému složení. Výška haldy při dané šířce závisí na sypném úhlu materiálu. Poměr délky k šířce má být co největší, nejméně však 5:1. Při plynulé produkci se kuželové konce skládek obyčejně neodebírají, je tak možno se vyhnout kolísání požadovaného složení suroviny.

7.2 MÍSIČE Průběh mísení v mísiči nezáleží jen na jeho konstrukci, ale velmi podstatně na vlastnostech mísených složek. Mísič nemá mít žádné mrtvé prostory, ve kterých by materiál zůstával bez pohybu a průběh mísení je z hlediska mísiče ovlivněn především rychlostí mísiče, stupněm plnění a jeho rozměry a tvarem.

Dělení mísičů: 1. Tíhové – mají otáčející se nádobu, bubnového nebo různého tvaru. 2. Mechanické – mají otáčející se mísicí nástroje a) Šnekové mísiče mají jako mísící nástroj šnek, sloužící současně k dopravě b) Lopatkové a ramenové mísiče mají na hřídeli lopatky, pádlovitého nebo šnekového tvaru (viz. Obr. 93).

93 14


Obr. 93 Lopatové míchadlo c) Talířové mísiče – u těchto mísičů se děje mísení v ploché nádobě (talíři, míse) zpravidla se otáčející kolem svislé osy. Používají se k přípravě pracovních směsí pro suchý nebo polosuchý způsob vytváření, např. k přípravě obkladačkových nebo elektroporcelánových směsí, ve výrobě žáruvzdorných materiálů k mísení šamotu at. d) Kolový mísič – je obdobou kolových mlýnů (viz Obr. 94) a lze jej použít i pro mletí. 3. Pneumatické – mísení se dosahuje pomocným médiem (vzduchem) 4. Statické – mísení se dosahuje pevnými vestavbami, které vhodně řídí tok materiálu. Obecně slouží k mísení plynů a kapalin.

Obr. 94 Kolový mísič 94 14


Shrnutí pojmů: Po prostudování kapitoly by vám měly být jasné následující pojmy:  konvenční a difuzní mísení;  předhomogenizace;  halda;  tíhové, mechanické mísiče, pneumatické a statické mísiče. Otázky: 1. Vysvětli pojmy konvenční a difúzní mísení. 2. Vysvětli pojem předhomogenizace. 3. Jakou hlavní výhodu má tzv. řádková halda? 4. Vysvětli princip kolového mísiče.

1495

Tvarování

8 TVAROVÁNÍ


jednotlivé druhy tvarování podle obsahu vody;



lisování;



suché a polosuché lisování;



granulace;



izostatické lisování.


225 minut


budete znát všechny druhy tvarování;



princip granulace;



pojem rozprašovací sušárna;



princip jednostranného a oboustranného lisování;



navážku směsí pro lisování;



lisování na stálou výšku a na stálý tlak;



izostatické lisování.

Výklad Tvarování je výrobní operace dávající pracovnímu materiálu, pracovní směsi, soustavě žádanou geometrii – tvar i rozměry a i určitou hutnost. Hmoty pro tvarování dělíme na:  Suspenze – tvarování litím (malá viskozita a nízká mez toku (tixotropie)  Těsta – vytváření; plastické tvarování 1696

Tvarování

 Směsi – nemají žádné pojivo Podle obsahu vody lze tvarování rozdělit na: 

Lisování – obsah vody 0 až 25 %



Plastické tvarování – obsah vody 15 až 25 %



Lití – obsah vody 26 až 40 %

Metody lisování, plastické tvarování a lití jsou metody, při kterých se působí na materiál dlouhodobě. Mezi metody tvarování krátkodobě působícími silami se řadí: 

Dusání a lisodusání



Vibrování a vibrolisování



Tvarování tlakovou vlnou Metody působení krátkodobě působícími silami můžeme zařadit do lisovacích technik.

8.1 LISOVÁNÍ Lisováním se rozumí v keramice tvarování a zhutňování částicových soustav, práškovitých a zrnitých soustav, drolenek a granulátů až plastických těst působením vnějších sil (tlaku). Vlhkosti se pohybují od 0 do 25 % a lisovací tlaky jsou od 3 do 200 MPa, výjimečně až 500 MPa. Dělení: 1.

2.

3.

Suché a polosuché   

jednostranné oboustranné izostatické

 

přetokové pístové

Vlhké

Lisování krátkodobě působícími silami   

dusání vibrační zhutňování vibrolisování

14 97

Tvarování

Hlavní výhody lisování: Rozměrová přesnost výlisků vlivem malého smrštění. Ušetření energie za sušení Velmi dobré zhutnění Malé množství odpadu během výroby Možnost automatizace Vhodný obsah vody pro daný lisovací tlak je takový, při němž má výlisek nejmenší smrštění, tj. obsah vody ve výlisku je jen takový, aby zaplnil mezery mezi zrny. Celkový objem těchto mezer a pórů určuje kritickou vlhkost; závisí na zrnitosti (rozdělení velikosti částic a tvaru částic a na jejich uspořádání, smrštění, které je závislé na způsobu lisování. Kritická vlhkost klesá se stoupajícím lisovacím tlakem. Vyšší obsah vlhkosti než kritický zvyšuje objem výlisku, což se projevuje vyšší pórovitostí. Obsah vody určuje lisovací tlak a rozměrovou toleranci výlisků. Při vlhkosti do 4 % se obvykle lisuje tlaky 20 až 200 MPa (rozměrová tolerance  1 %). Při 10 až 15 % vody se volí lisovací tlak 20 MPa (rozměrová tolerance  2 %) a celkové smrštění bývá 12 až 15 %. 8.1.1 Suché a polosuché lisování Používá se pro zhutnění práškových nebo zrnitých soustav o vlhkostech do 8 %, tlaky 20 až 200 MPa, někdy i 500 MPa. 8.1.1.1 Granulace

Přímé lisování jemných kyprých prášků je nevhodné, protože se zalisovává i vzduch, což vede k praskání výlisků. Připravuje se proto nejprve granulát o velikosti zrna 0,2 až 1 mm, který má dobrou lisovatelnou. Granulace se provádí těmito různými způsoby: 

Předlisováním tj. vylisováním předlisků (briketováním, tabletováním), které se drtí, drť se prosévá, pro lisovací směs se mísí vhodné frakce, aby se docílila velká sypná hmotnost. Granulát je ostrohranný, někdy špatně zatékající.



Peletizací na talířovém (kuželovém nebo bubnovém) granulátoru (viz Obr 95), kde se skrápí podávaný prášek, nabaluje se na kapičky vody nebo suspenze – probíhá nabalovací granulace. Granulát má kulaté zrno, přibližně stejné velikosti.

1498

Tvarování voda

prášek

Obr. 95 Talířový granulátor 

Mísící granulace v granulačním mísiči s hrablovými mísícími orgány. Do vertikální válcové komory se svislým hřídelem (1000 až 3000 ot/min), s přestavitelnými noži se shora podávají k aglomeraci určené prášky a vstřikuje se aglomerační kapalina. Ve vysoce turbulentním proudění se částice ovlhčují a sbalují na rostoucí aglomeráty, které spirálovitě klesají a vystupují dnem válce (viz Obr. 96). Granulát je kulatý.

Obr. 96 Mísící granulátor 

Rozprašovacím sušením suspenze v proudu horkého sušícího media (vzduch, spaliny). K sušení dochází v několika sekundách, je levné, tepelně účinné, s malou potřebou pracovních sil. Velikost a zrnitost a granulátu je nastavitelná. Rozprášení se provádí v tlakové trysce nebo rozprašovacím kotoučem. Teplota horkého vzduchu na vstupu cca 240 °C, na výstupu cca 90 °C, podle provozu. o Sušárny s tlakovou tryskou (viz Obr. 97) mají vysokou sušící věž s poměrně malým průměrem. Horký vzduch se přivádí horem, směs shora (protiproud), dosušení souproud. Produkt se shromažďuje v dolní části, kde se též přes cyklon odvádí vlhký vzduch.

1499

Tvarování

Obr. 97 Trysková rozprašovací sušárna o Sušárny s rozprašovacím kotoučem (viz Obr. 98) pracují na principu odstředivého rozprašování. Mají sušící věž s větším průměrem a poměrně malou výškou. Sušení je souproudé.

Obr. 98 Kotoučová rozprašovací sušárna převzato z: http://www.fsid.cvut.cz/cz/u218/pedagog/predmety/4rocnik/tpo/i_tpo.htm

100 14

Tvarování

o Sušárna s fluidní vrstvou (viz Obr. 99).

Obr. 99 Rozprašovací sušárna s fluidní vrstvou Pracuje protiproudně s tlakovými tryskami směřujícími svisle dolů. Horký vzduch se přivádí spodem pod fluidní lože a odvádí horem. V prvém stupni (I.) se tvoří zárodky granulátu, ve druhém (II.) se granulát dotváří. Granulace je řiditelná od masivních volných kuliček do průměru až 2,5 mm, přes aglomeráty ze 2 i více granulí. Hodí se pro „porfýrové“ dlaždicové směsi. Faktory ovlivňující kvalitu granulátu: 

velikost výstupního otvoru trysky,



výstupní rychlost proudu suspenze z trysky,



fyzikální vlastnosti rozprašovací suspenze (především viskozita, dále objemová hmotnost a povrchové napětí),



rotace trysky,



velikost komory sušárny. 8.1.1.2 Jednostranné lisovaní

Lisování probíhá pomocí razníku pouze z jedné strany (shora). Je vhodné jen pro výlisky nízkých tvarů – hutnost výlisku klesá se vzdálenosti od razníku lisu. Po vylisování nastává problém vytlačení výlisku z formy. Na obrázku 100 a) je ukázka lisování pomocí kroužku, který nahradí dno formy, a do kterého výlisek propadne; druhou možností je varianta „protipístu“, tzv. dolního razníku (v), který nahrazuje podložku, a kterým se nýsledně výlisek vytlačí směrem vzhůru (viz Obr. 100 b)).

14 101

Tvarování

a)

b)

r – horní razník, m – matrice, d – dno (podložka), k – kroužek, v – dolní razník Obr. 100 Jednostranné lisování Lisuje se buď stálým tlakem, kdy docílíme konstantní hutnost výlisku, ovšem výška může klesat (vhodné pro výrobky, které se před výpalem ještě obrábějí), nebo na stálou výšku (lisovník vstupuje do formy stejně hluboko) – hutnost výlisku kolísá podle zásypu, ale výška je stálá (nutno dodržovat množství zásypu i jeho vlastnosti (vlhkost, ´). Z výše uvedeného následně vyplývá dávkování a plnění lisovacích nástrojů, které ostatně platí pro všechny druhy lisování:  Objemové – dávkování předpokládá homogenní dobře sypkou lisovací směs s konstantní vlhkostí; používá se při lisování dlaždic a obkladaček, je rychlé a vhodné pro automatizaci.  Hmotnostní –

je přesnější; používá se při lisování žáruvzdorných staviv, jelikož lze dodržet přesné rozměry i u velkých výrobků. 8.1.1.3 Dvoustranné lisovaní

Pro stejnoměrnější prolisování je nutno provádět lisování ze dvou stran. Máme tyto druhy dvoustranného lisování: 

Simultánní



Nesimultánní



S odpruženou matricí 102 14

Tvarování

Lisování simultánní je pravé dvoustranné lisování, tj. působící stejnou silou ve stejné době, stejnou rychlostí z obou stran. Je možné jen na speciálních hydraulických lisech. Nesimultánní lisování (viz Obr. 101) – lisuje se nejprve z jedné strany a pak z druhé za použití suvného pláště a nastavitelných dorazových šroubů (š), které jsou po stranách horního lisovníku.

Obr. 101 Dvoustranné lisování nesimultánní Nejprve dochází k lisování shora, horní razník r1 sestupuje, až dosedne dorazovými šrouby (š) na matrici (m). Dále dochází k spoluunášení matrice proti pevnému dolnímu razníku (r2), přičemž probíhá jednostranné lisování zdola. Tahem za příčník (p) se stahuje matrice (m), přičemž dolní razník vytlačuje výlisek z matrice. Lisování s odpruženou matricí (viz Obr. 102) – odpružení bývá předpjatými pružinami nebo hydraulikou přes přetlakový ventil.

Obr. 102 Lisování s odpruženou matricí

14 103

Tvarování

Zásyp se nejprve slisovává horním lisovníkem. Po dosažení určitého tlaku (zhutnění) se začne pohybovat spolu s horním lisovníkem i matrice proti dolnímu lisovníku, takže se na něj nasouvá a probíhá lisování zdola a to tak dlouho, až tření materiálu v horní části matrice, kdy nastává opět lisování shora. Proces střídání lisovacích směrů se opakuje. Prolisování je méně dokonalé než při simultánním lisování z obou směrů, ale podstatně lepší než při prostém jednostranném lisování. Při lisování složitých tvarů s různou lisovací výškou musí být lisovník vícedílný (viz Obr. 103). Formy se konstruují z nástrojových ocelí nebo slinutých karbidů.

Obr. 103 Vícedílný lisovník 8.1.1.4 Izostatické lisovaní

Je způsob tvarování, při němž se k přenosu tlaku používá kapalina (méně často plyn). Pro lisování se používají granuláty o vlhkosti 5 až 10 %. Tlak působí na výlisek uzavřený v elastomerové (gumové) matrici rovnoměrně ve všech směrech. Izostatické lisování lze rozdělit na: 

Lisování v „mokré formě“ tj. ve volné matrici, která se plní vně tlakové nádoby (autoklávu) a pak se teprve vkládá do lisovací nádoby (pro složité tvary). 14 104

Tvarování



Lisování v „suché formě“, při kterém je matrice nastálo upevněná a i plněná v tlakové nádobě (pro menší výrobky - talíře, mlecí koule, tenkostěnné trubky).

Výhody izostatického lisování:  Možnost získat rovnoměrně hutné výlisky poměrně velkých rozměrů bez ohledu na poměr výška/průměr a to bez velkého množství plastifikátorů  K dosažení stejné objemové hmotnosti stačí tlak 2 – 3x menší  Vetší pevnost vlivem homogenního prolisování  Možnost lisovat kelímky, trubky a jiné složité tvary Shrnutí pojmů: Po prostudování kapitoly by vám měly být jasné následující pojmy:  směs, těsto, suspenze;  lisování, plastické tvarování, lití;  kritická vlhkost;  granulace;  rozprašovací sušárna;  simultánní a nesimultánní lisování;  izostatické lisování. Otázky: 1. Vysvětli hlavní rozdíly mezi lisováním, plastickým tvarováním a litím. 2. Co je granulace? 3. Princip rozprašovací sušárny a k čemu slouží. 4. Hlavní výhody lisování. 5. Vysvětli princip jednostranného lisování. 6. Vysvětli princip dvoustranného lisování. 7. Vysvětli rozdíl mezi lisováním na stálý tlak a na stálou výšku. 8. Dávkování směsí. 9. Princip izostatického lisování 10. Výhody izostatického lisování.

105 14

Tvarování

8.1.2 Vlhké lisování


lisování s vysokým množstvím vody - vlhké lisování;



lisování krátkodobě působícími silami.


17 minut


budete znát druhy vlhkého lisování a jejich princip;



budete znát princip dusání, vibračního zhutňování a vibrolisování.

Výklad Za vlhké lisování se pokládá lisování ze směsí obsahujících 15 až 25 % vody nebo vlhčiv tj. vody a tekutých přísad např. lisovacího oleje, plastifikátorů a separátorů tlakem 1 – 20 MPa. Provádí se jak v jemné keramice, v elektrokeramice, při přípravě členitých tvarů, v hrubé stavbní keramice (cihlářská krytina) a při přelisování předformovaných tvarů žáruvzdorných staviv. Provádí se jednostranným tlakem. Dělení: 

Přetokové



Pístové

Při přetokovém způsobu lisování se dávkuje více materiálu než je třeba na výlisek. Lisuje se v otevřené matrici, přičemž výška výlisku odpovídá hloubce matrice. Lisovník nevstupuje do matrice, ale dosedá na v přebytku nakupený materiál, zatlačuje jej do všech záhybů matrice a přebytek roztlačuje nad matricí do všech stran přetokovou spárou, nebo jej odstřikuje speciálními otvory (viz Obr. 104).

106 14

Tvarování

Obr. 104 Přetokové lisování Lisovník nejenže nevstupuje do matrice, ale dokonce může tvarovat i část výlisku nad matricí. Při členitých výliscích je nutno používat vyšší obsah oleje. Olej zabraňuje předčasnému slepení granulí, uzavření vzduchu a usnadňuje tak jeho vytlačení při lisování. Pístové lisování se provádí v uzavřené formě. Materiál se dávkuje odvažováním nebo odměřováním. Lisovník vstupuje do matrice, tlak bývá až 20 MPa (lisování např. šamotových pouzder pro výpal porcelánu). 8.1.2 Lisování krátkodobě působícími silami Dusání se používá zvláště při zhutňování a tvarování žárovzdorných směsí. Zpracovávají se tak zrnité dusací směsi s vlhkostí menší než 10 %. Dusání se provádí tzv. mechanickými pěchy. Jsou to dusadla na tlakový vzduch (vzduch pohání píst, který tluče na údernou plochu nástroje; tlak 0,4 – 0,8 MPa) nebo elektropěchy. Vysoký stupeň zhutnění se docílí jen při širokém zrnitostním spektru. Dusání se provádí do stabilních forem, které bývají u suchých sérií dřevěné vyplechované, u velkých sérií z ocelových desek vyztužených železy. Formy se vymazávají olejem. Vibrační zhutňování se používá ve stavebnictví. Pracovní směsi se vibračně otřásají ve formách na vibračních stolech. Dociluje se rovnoměrnější struktura při menších tlacích. Vibrolisování je nízkotlaké vibrační lisování na vibračních lisech. Je to vlastně lisování se superponovanou vibrací. Při tom je lisovací tlak mnohokrát nižší než je běžně používaný.

14 107

Tvarování

Shrnutí pojmů: Po prostudování kapitoly by vám měly být jasné následující pojmy:  přetokové lisování, dusání, vibrační zhutňování a vibrolisování. Otázky: 1. Vysvětli princip přetokového lisování. 2. Vysvětli princip pístového lisování. 3. Dusání, vibrační zhutňování, vibrolisování.

8.2 PLASTICKÉ TVAROVÁNÍ


tvarování z těsta – tažení, točení;



přítomnost vzduchu v těstě;



odřezávání těsta.


45 minut


budete znát princip tažení – horizontálního, vertikálního, s vakuem a bez vakua;



budete znát princip točení – ruční a strojní pomocí šablon.

Výklad

14 108

Tvarování

Plastické vytváření je nejstarší metoda tvarování. Zpracovává se heterogenní vícefázová směs těstovité konzistence o vlhkosti zpravidla 15 až 25 %. Používá se jak v technologii stavební keramiky (cihly, kamenina) a žárovzdorných materiálů (šamot), tak v technologii jemné keramiky (porcelán). Dělení: 1.

2.

Tažení   

šnekové pístové válcové

 

volné strojní

Točení

8.2.1 Tažení Tažení, správněji vytlačování, extruze, je tvarování protlačováním těstovité směsi profilujícím ústím. Jednotlivé výtvorky se z něho odřezávají (cihly, tyče, trubky) a případně dále tvarují. Materiál se na nich homogenizuje a lisuje. Tažení se provádí na tzv. pásmových lisech. Z nich vychází nepřetržitý proud materiálu. Pracovní tlaky bývají u běžných lisů asi do 3MPa. Pásmo se odřezává na: a) Manipulační kusy označované jako předvalky, huble, pecny, balíky. V této formě se materiál nechává odležet pro další zpracování (talíře, šálky), případně se pálí (ostřivo). b) Polovýrobky pro předlisování (ocelářské licí trubky, kanálky) nebo po zatuhnutí na obrábění. c) Hotové výrobky – cihly, trámce, bloky, tašky, trubky.

8.2.1.1 Tažení šnekovými lisy

Hlavní částí šnekové lisu je šnek, který směs homogenizuje, dopravuje a současně lisuje. Otáčí se ve válcové komoře a vytlačuje těsto ústím. Dělení dle polohy: 

Horizontální



Vertikální

Oba zmíněné typy mohou dále být: 

Obyčejné (bez vakua)



S vakuem

109 14

Tvarování

Obyčejný šnekový horizontální lis (viz Obr. 105) bez vakua sestává z podávacího zařízení (pv), šnekové komory (ŠK), lisovacího šneku (Š), z tlakové hlavy (TH) a vlastního ústí (Ú).

Obr. 105 Šnekový lis bez vakua Jednoduchý šnek je vlastně šroub s úzkým obdélníkovým závitem. K zabránění otáčení materiálu se šnekem se vkládají do šnekové komory jeden nebo dva páry tyčí, nejčastěji čtverhranného průřezu tzv. protinožců (pn), zasahujících z boků komory až k hřídeli šneku. Vytvářecí ústí (Ú) dává taženému pásu konečný profil a je vyměnitelné. Obyčejné šnekové lisy se používají v cihlářství při výrobě cihel plných i dutých, při výrobě trubek, šamotu, k přípravě směsí pro obkladačky, porcelán apod. V pásmových lisech s vakuem se materiál nejen homogenizuje, stačuje a tvaruje, ale odstraňuje se z něj vzduch, který zhoršuje vlastnosti keramického těsta. Přítomnost vzduchu v těstě působí zhoršení jeho tvarovatelnosti, projevuje se jako ostřivo: 1)

Snižuje plastičnost.

2)

Zmenšuje soudržnost, vaznost, pevnost výtvorků

3)

Zmenšuje objemovou hmotnost (´)

4)

Působí expanzi těsta vycházejícího z lisu, které jeví pružnost a dopružování

110 14

Tvarování

Odvzdušnění způsobí zlepšení vytvářecích vlastností těsta, zvětšení plastičnosti, zvýšení spojitosti a tím i pohyblivosti kapalné fáze, rušením hydrofobnosti a usnadněním hydratace částic. Ovšem zvyšuje celkovou energetickou spotřebu. Snížení otáček šneku může zvýšit odvzdušnění! Podtlak bývá 70 až 90 % čli 30 až 5 kPa. Vakuování se provádí nejčastěji vodní vývěvou, tj. vakuovým rotačním čerpadlem. Pokud délka a hmotnost pásma nedovoluje bez nebezpečí deformace tažení vodorovné, používají se vertikální lisy (viz Obr. 106).

Obr. 106 Vertikální šnekový lis Těsto vystupující z lisu ve tvaru pásma je nutno řezat na jednotlivé kusy, což se provádí odřezávačem. Odřezávacím nástrojem je drát napnutý ve vhodném rámu (Obr. 107).

111 14

Tvarování

Obr. 107 Automatické odřezávání 8.2.1.2 Tlačení pístovými lisy

K tažení tenkostěnných trubic s tyčí malých průměrů se používá v elektrokeramice pístových lisů s hydraulickým posunem pístu. Lis pracuje periodicky (viz. Obr. 108).

Obr. 108 Pístový lis

112 14

Tvarování

Do hydraulického válce (H) se čerpá čerpadlem (Č) přes výtlačný ventil (vv) a rozvaděč (R) tlakový olej. Pracovní válec (P) se plní lisovanou směsí, která se nejprve vakuuje připojením na vývěvu (v), pak se protlačuje ústím (U). 8.2.1.3 Válcové lisy

Válcový běhoun (1) opatřený kruhovými drážkami se otáčí rychlostí 2 až 12 otáček za minutu (viz Obr. 109).

Obr. 109 Válcový lis Plnění drážek obstarává podávací válec (2). V důsledku asi 3x většího povrchu drážkovaného válce, než je obklopující válcový kryt, je keramická směs unášena, zhutňována. Hřebenovitý, tangenciálně umístěný stěrač (3) zasahuje do drážek a vede těsto výstupním otvorem (4) do lisovací hlavy. Zařízení zabírá málo místa. 8.2.2 Točení Točení je klasický způsob keramického tvarování, při němž je plastické těsto v otáčivém pohybu a je mu dáván rukou nebo nástrojem rotační tvar. Volné vytáčení (z volné ruky) se děje bez použití sádrové formy na hrnčířském kruhu (umělecké hrnčířství). Strojní vytáčení se provádí za použití nejčastěji sádrových forem a ploché dnes nejčastěji rotační odvalovací šablony. Při vytváření plochých výrobků (talíře, podšálky apod.) tvaruje forma vnitřní povrch a šablona povrch vnější – tzv. vytáčení nebo obtáčení (viz. Obr. 110 a)). Při vytváření dutých výrobků (šálků apod.) dává forma vnější tvar, šablona vytváří dutinu – tzv. zatáčení nebo vtáčení (viz. Obr. 110 b)). Systém strojní výroby probíhá na Automatizovaných linkách. Na obrázku 111 je zobrazen automat na výrobu šálků s otočnou hlavou a na obrázku 112 šálkový automat s tlačnou hlavou.

113 14

Tvarování

a) vytáčení

b) zatáčení

Obr. 110 Točení šablonou převzato z:

http://www.bt-ceramic.com/factory1.htm

Obr. 111 Šálkový automat s otočnou hlavou 14 114

Tvarování

Obr. 112 Šálkový automat s tlačnou hlavou převzato z:

http://www.bt-ceramic.com/factory1.htm 14 115

Tvarování

Shrnutí pojmů: Po prostudování kapitoly by vám měly být jasné následující pojmy:  tažení;  točení;  šnekový lis;  pístový lis;  zatáčení a vytáčení. Otázky: 1. Kolik vody obsahuje těsto pro plastické tvarováni? 2. Princip šnekového lisu. 3. Co způsobuje přítomnost vzduchu v těstě a jak lze snížit přítomnost vzduchu v těstě? 4. Jak lze táhnout příliš dlouhé výrobky? 5. Čím odřezáváme těsto? 6. Vysvětli pojmy zatáčení a vytáčení.

8.3 LITÍ


princip lití;



lití na střep;



lití na jádro.


35 minut


princip lití; 116 14

Tvarování



požadavky na licí suspenzi;



co jsou ztekutiva;



tvorba sádrových forem a jejich životnost.

Výklad Lití je keramický způsob tvarování za současného odvodňování z tekuté suspenze, při kterém se tvoří střep na porézní savé formě, nejčastěji sádrové. Dělení: 1.

Lití na střep

2.

Lití na jádro

Při lití na střep (viz Obr. 113 a) a Obr. 114) se plní forma suspenzí obyčejně z rozvodného potrubí, kde je uváděna do cirkulace pumpou. Je účelné během plnění formou otáčet a trysku postupně vysouvat ode dna vzhůru. Nalitá suspenze se nechá předem vyzkoušenou dobu ve formě stát, takže se vytvoří žádaná síla střepu. Mnohdy je třeba suspenzi dolévat, aby byla forma stále plná. Pak se obrácením forma vyprázdní, vylije; přebytečná suspenze odteče zpět do nádrže, na stěnách formy zůstane odlitý střep. Ten po určité době stání, zatuhování, zpevňování dalším odsáváním vody osychá, probíhá jeho smrštění a oddělí se od formy.

a) lití na střep

b) lití na jádro

Obr. 113 Lití

117 14

Tvarování

Obr. 114 Lití na střep převzato z:

http://eystudio.com/2009/slip-casting-ceramic-molds/

Při lití na jádro (viz Obr. 113 b)) se do formy vkládá sádrové jádro (J). Suspenze se nalévá do mezery mezi jádrem a formou určující sílu střepu, který se tvoří jak na formě, tak na jádru. Suspenze se musí dolévat tak dlouho, až se oba střepy spojí. Takto se lijí masivní výrobky, např. některá sanitární keramika, velké izolátory, sklářské pánve apod. Složité tvary, které by nešly z formy vyklopit, mají formu dvoudílnou (viz Obr. 115).

Obr. 115 Dvoudílná forma převzato z:

http://blogski.phcapgh.org/category/classes/

14 118

Tvarování

Požadavky na licí suspenzi:: 1.

Pokud možno nízký obsah vody; zkrátí se prostoje při tvorbě střepu a při sušení.

2.

Velká rychlost tvorby střepu a zatuhování; úspora času a místa.

3.

Nízká a konstantní viskozita, minimální mez toku. Tixotropie znesnadňuje vylévání přebytečné suspenze, výlitek se při odformování snadno deformuje.

4.

Nízký obsah ztekutiv a jejich korozivní účinky.

5.

Snadné oddělování od formy a dostatečná pevnost odlitků

Voda v suspenzi se částečně nahrazuje tzv. ztekutivy (vodní sklo, Na2CO3, Na3PO4), které zvyšují elektrokinetický potenciál dispergované částice a způsobí zdánlivé snížení viskozity suspenze. Dojde k rychlejší tvorbě střepu. K hromadnému lití oválných mís, víček, oušek se používá sloupcové lití, tzv. bateriové lití. Formy se kladou na sebe, dolní strana formy (např. u mísy) tvoří vnitřní povrch, horní strana vnější povrch. Lije se na plný střep. Stejně se lijí ouška. Forma prou 4 ouška najednou je na obrázku 116. Suspenze přichází do dutiny (B) a rozděluje se spádovými kanálky (k) do jednotlivých tvarovacích dutin (d).

Obr. 116 Bateriové lití oušek Schéma licí linky na porcelánová víčka je na obrázku 117.

14 119

Tvarování

1 – licí stanice se 4 licími ventily, 2 – úsek tvorby střepu, 3 – vylévací zařízení (obracení forem), 4 – sušárna do kožovitého tvaru, 6 sušárna forem Obr. 117 Doprava suspenze Shrnutí pojmů: Po prostudování kapitoly by vám měly být jasné následující pojmy:  lití na střep a lití na jádro;  co jsou tzv. ztekutiva;  výroba sádrových forem;  tvorba složitých výrobků litím. Otázky: 1. Jaký je rozdíl při lití na střep a na lití na jádro? 2. Jaké jsou požadavky na licí suspenzi? 3. Co jsou ztekutiva, a které látky mezi ně patří? 4. Vysvětli pojem elektrokinetický potenciál. 5. Vysvětli pojem viskozita suspenze.

Obrázky 29, 33 – 35, 42, 43, 47 – 49, 51 – 64, 67, 68, 70, 73, 74, 76 – 78, 85 – 88, 94 – 113, 116 - 117 a většina textu jsou převzaty z literatury: KUNEŠ, K., ŠPIČÁK, K. Procesy a zařízení v keramice I; II.

14 120

Tvarování

9 DOPORUČENÁ LITERATURA [1]

KUNEŠ, K., ŠPIČÁK, K. Procesy a zařízení v keramice I; II, Částičové soustavy I, Tvarování II.

[2]

PROKEŠ, J. Stroje zařízení – Průmyslová výroba hrubé keramiky. Brno: VUT.

[3]

PROKEŠ, J. Strojní zařízení: průmyslová výroba maltovin a hrubé keramiky.

121 14

ZAŘÍZENÍ KERAMICKÝCH ZÁVODŮ studijní opora

Recommend Documents