Общепризнано, при сжатии минеральной частицы между двумя рабочими средами это приводит к ее измельчению, а вот сжатие частицы между другими может привести к тому, что будут измельчены все частицы, которые находятся в контакте (чтобы достигнуть нужной крупности потребуется энергии в половину меньше, чем расходуется барабанными мельницами). На основании этого происходит процесс измельчения в валках высокого давления. В противоположных направлениях расположены два вращающихся валка, между ними сжимается материал, который затем измельчается. Для измельчения требуется определенное давление, которое передается через подвижный (плавающий) валок.

Пресс-валки отличаются от валковых дробилок с гладкими валками по конструкции (точнее по поверхностям этих конструкций), они могут производится трех видов: рифленые, с наварным (наплавленным) профилем (Hexadur), оштифтованными (Durapin).

• рифлеными;
• с наварным профилем (наплавленным Hexadur);
• оштифтованными (Durapin).

Присутствие профиля снижает износ валка, при условии, что сводится к минимуму скольжение материала по поверхности валка. Предлагаем вам рассмотреть следующие конструкции валков:

• - из литых прочных сегментов, используют при низких рабочих давлениях измельчения и высокоабразивном исходном материале; толщина изнашиваемого слоя металла до 160 мм; срок эксплуатации (в зависимости от абразивности материала) - от 1500 до 15 тыс. часов; низкая цена;
• - стальные кованые валки (с наварными или наплавленными слоями) с толщиной изнашиваемого слоя - 10-12 мм, повторная наварка производится на валке, который находится в машине; срок службы до 17 тыс. часов;
• - при высоком давлении измельчения - цельнолитые валки, толщина изнашиваемого слоя металла до 160 мм; срок эксплуатации - до 40 тыс. часов.

Основными узлами пресс-валков: валки (два) (рис.1), подшипники валков с корпусами, рама, гидравлическая система прижатия плавающего валка, приводы валков.

В крупных установках диаметр валков составляет 1,0-2,8 м; ширина - 0,8-1,6 м; окружная скорость - 1-2 м/с; удельный расход энергии - 1,5-5,0 кВт-ч/т. Установленная мощность двигателей доходит до 4,5 тыс. кВт, а производительность самых больших установок достигает 1800 т/ч.

Сила, которая передается при помощи гидроцилиндров, действует на слой материала, находящийся в зазоре между валками, и составляет 50 кН на 1 см ширины валка (при диаметре валка 1 м). В наше время не нашли возможность измерить давление в слое материала, который находится между валками, поэтому, чтобы сравнить используют такой способ - удельная нагрузка Fs (Н), отнесенная к ширине валка B (м) и его диаметру D (м) - Fs / (B D), Н/м2. (Эта величина не равна наибольшему давлению Pmax в зазоре). В сумме усилие, которое действует на слой материала, в крупных установках достигает 20 тыс. кН.

Пронаблюдать механизм измельчения в валках высокого давления мы можем на рис. 2. Валки диаметром D вращаются с окружной скоростью V. В зоне А частицы материала, который подается на измельчение, получают ускорение, а затем транспортируются вниз за счет трения, и при этом достигает скорости, которая близка или равна V. Если d - это расстояние между валками в осевой плоскости, то уплотнение (сжатие) материала должно начаться в том месте, где выполняется пропорция:

где p_л – плотность материала в выходящей из валков ленте продукта, ρ_и – плотность исходного материала при вступлении в рабочую зону.

Такое равенство определяет верхнюю границу зоны сжатия Б. Лента уплотненного материала, когда выходит из рабочей зоны, немного расширяется в зоне В. Для гладких валков зона сжатия определена углом, который равен 5-70°.

Количество материала М, который проходит через валки (т/ч), определяется из такого выражения:

где V – м/с; В – ширина валка, м; δ – толщина ленты на выходе из валков (продукта), м; ρ – плотность материала в ленте, кг/м³.

Равенство оказывается верным, когда скорость ленты равна окружной скорости валков. Толщина ленты увеличивается в зависимости от вида поверхности валков (грубая или профилированная). В этом случае увеличивается производительность.

Было исследовано, что радиальное давление ?r в зоне сжатия материала возрастает до уровня, который немного выше осевой линии валков, а затем снижается к нижней границе зоны расширения В ленты продукта. Радиальное давление изменяется по величине, это зависит от условий работы валков и может достигать 300 МПа. Если же попадаются куски, которые превышают размеры рабочего зазора, то местные пики давлений возникают и в более высоких зонах рабочего пространства. Появилась возможность оценить и величину тангенциальных напряжений ?t, которые составили 30-50 % от радиальных.

Возможно предположить, что кроме некоторого краевого эффекта давление вдоль валка относительно большой ширины должно быть постоянным. Но путем исследований доказано, что на полупромышленной модели пресс-валков диаметром 1000 мм и шириной всего 320 мм краевой эффект распространяется до середины валка с двух сторон.