Tipi di cono Frantoi

I frantoi a cono sono conosciuti in tutto il mondo come frantoi “tipo Symons”. Grazie al loro elevato rapporto di frantumazione, all’alta efficienza, al basso consumo energetico, alla granulometria uniforme del prodotto e all’idoneità alla frantumazione di minerali duri, sono stati ampiamente adottati in molti paesi sin dalla loro introduzione nel 1920. Continuano a essere perfezionati, anche grazie all’integrazione di dispositivi idraulici, che li rendono ancora più sofisticati. Le caratteristiche sopra descritte dei frantoi a cono riflettono le loro caratteristiche strutturali. I frantoi a cono hanno una velocità di rotazione 2,5 volte superiore e un angolo di oscillazione quattro volte maggiore rispetto a quelli dei frantoi giratori. Nel processo di frantumazione, caratterizzato da una velocità così elevata e da una corsa così ampia, il minerale presente nella camera di frantumazione non viene schiacciato da un cono mobile che si muove lentamente con una corsa ridotta, come in un frantoio giratorio, ma è sottoposto a rapidi impatti con una corsa ampia. Questo metodo di frantumazione a impatto facilita la triturazione del minerale, garantendo un’elevata efficienza di frantumazione.

Come si installa un frantoio a cono?

Come si utilizza un frantoio a cono?

Come effettuare la manutenzione e la riparazione di un frantoio a cono?

A causa dell’elevata velocità e dell’ampia corsa dei frantoi a cono, il minerale nella camera di frantumazione si trova in uno stato di scorrimento lungo la superficie del cono per 95% del tempo. Ciò significa che, in un dato momento, solo il 5% del minerale viene frantumato. Poiché il minerale scivola verso il basso per il 95% del tempo, il frantoio presenta un'elevata capacità di trattamento e, di conseguenza, un'elevata produttività. Dato che solo il 5% del minerale viene frantumato, solo il 5% dell'area della camera di frantumazione è effettivamente dedicato alla frantumazione del minerale, con un conseguente basso consumo energetico. Inoltre, l’elevata pressione per unità di superficie esercitata sul minerale nell’area di frantumazione localizzata rende questo frantoio adatto alla frantumazione di minerali duri. Grazie alla sua elevata velocità di rotazione e alla presenza di una zona parallela di lunghezza variabile nella parte inferiore della camera di frantumazione, il minerale viene frantumato almeno una volta all’interno di tale zona. Pertanto, i frantoi a cono producono un prodotto di granulometria uniforme.

A seconda delle esigenze dell’operazione di frantumazione, i frantoi a cono possono essere utilizzati sia per la frantumazione media che per quella fine. La differenza tra i frantoi a cono per la frantumazione media e quelli per la frantumazione fine risiede nella forma e nelle dimensioni della camera di frantumazione. Si distinguono in tre tipologie, come illustrato nella Figura 4-1.

Figura 4-1 Viste in sezione trasversale delle camere di frantumazione
a – Tipo standard
b – Tipo intermedio (tipo medio)
c – Tipo a testa corta

Tipo standard – utilizzato per la frantumazione media dei minerali;
Tipo intermedio – utilizzato per la frantumazione media e fine dei minerali;
Tipo a testa corta – utilizzato per la frantumazione fine dei minerali.

La figura 4-1 e la tabella 4-1 riportano le dimensioni dell'apertura di alimentazione (B), apertura di scarico (e) e lunghezza della zona parallela (L) per i tre diversi tipi di frantoi a cono. La dimensione massima di alimentazione generalmente raccomandata è pari a 0,85 volte l’apertura di alimentazione. La dimensione massima del prodotto dipende dalla durezza del minerale da frantumare, dalla regolarità dei rivestimenti del mantello e del concavo, dalle prestazioni del frantoio e dalla configurazione razionale delle attrezzature correlate. In condizioni favorevoli, la dimensione massima del prodotto non deve superare 1,5 volte l’apertura di scarico, con una quantità pari a 70% di prodotto di dimensioni inferiori all’apertura di scarico. In condizioni sfavorevoli, la dimensione massima del prodotto può raggiungere fino a 4 volte l’apertura di scarico, e l’80% del prodotto potrebbe essere più grande dell’apertura di scarico.

Tabella 4-1 Dimensioni dell’apertura di alimentazione e dell’apertura di scarico del cono frantoi (mm)

A seconda del metodo di regolazione dell'apertura di scarico e della protezione da sovraccarico, i frantoi a cono possono essere suddivisi in due tipologie: con protezione a molla e con protezione idraulica. La protezione idraulica si suddivide a sua volta in due tipologie: idraulica monocilindrica e idraulica multicilindrica. La protezione idraulica rappresenta la tendenza evolutiva dei frantoi a cono.

Di seguito è riportato un esempio di interpretazione delle specifiche del modello per i frantoi a cono:

Costruzione di un frantoio a cono a molla

La struttura di un frantoio a cono è illustrata nella Figura 4-2. È costituito da un telaio, un sistema di trasmissione, un dispositivo di regolazione, un sistema idraulico, un sistema di lubrificazione e altri componenti.

Il motore aziona direttamente il pignone conico piccolo (7) sull’albero motore tramite un giunto elastico (5). Il pignone conico piccolo aziona la boccola eccentrica (12) facendola ruotare all’interno della boccola diritta (13) all’interno del manicotto centrale del telaio tramite il pignone conico grande. All’interno della boccola eccentrica (12) è presente un foro conico sfalsato di circa 2° rispetto al proprio asse di rotazione. In questo foro è inserita una boccola conica (11). La testa conica (15) è supportata da un cuscinetto sferico a coppa in bronzo (14). La parte conica inferiore dell’albero principale (9) è inserita nella boccola conica (11). Pertanto, quando la boccola eccentrica (12) ruota, la linea centrale dell’albero principale (9) traccia una superficie conica nello spazio, facendo sì che il cono mobile (4) compia un movimento oscillatorio girevole attorno al punto fisso O. Di conseguenza, la superficie del rivestimento del cono mobile (16) si avvicina e si allontana alternativamente dalla superficie del rivestimento del cono fisso (17).

Il minerale da frantumare cade dalla tramoggia di alimentazione (19) sulla piastra di distribuzione (1) situata all'estremità superiore del cono mobile, da dove viene distribuito uniformemente nella camera di frantumazione attorno al cono mobile. Nel momento in cui il cono mobile si allontana dal rivestimento del cono fisso, il minerale entra nella camera di frantumazione. Quando il cono mobile oscilla verso il cono fisso, il minerale viene frantumato una prima volta. Quando il cono mobile si allontana nuovamente dal cono fisso, il minerale cade nella posizione in cui verrà frantumato una seconda volta. In questo modo, il minerale viene frantumato più volte durante la sua discesa e viene infine scaricato dal frantoio.

La boccola eccentrica (12) è supportata da un cuscinetto di spinta (8) costituito da quattro dischi. Il disco di rame più in basso è fissato al coperchio inferiore (10) del telaio. Il disco d’acciaio più in alto è collegato alla boccola eccentrica tramite un perno, ed entrambi ruotano insieme. Le tre superfici di scorrimento dei due dischi centrali (uno in acciaio e uno in rame) scorrono l’una rispetto all’altra a una velocità pari a circa un terzo della velocità di rotazione della boccola eccentrica.

Figura 4-2 Struttura di un cono frantumatore
1 – Piastra di distribuzione 2 – Anello di regolazione 3 – Manicotto di supporto 4 – Cono mobile 5 – Giunto elastico 6 – Alloggiamento dell’albero motore 7 – Ingranaggio conico piccolo 8 – Cuscinetto reggispinta 9 – Giunto dell’albero principale 10 – Coperchio inferiore del telaio
11 – Boccola conica 12 – Boccola eccentrica 13 – Boccola diritta 14 – Cuscinetto sferico a forma di coppa 15 – Testa del cono (o nucleo del mantello) 16 – Rivestimento mobile del cono (mantello) 17 – Rivestimento conico fisso (concavo)
18 – Primavera 19 – Cassetta di alimentazione

La parte superiore del telaio è dotata di un manicotto di supporto (3), che viene premuto saldamente contro il telaio dalla pressione di diverse serie di molle di compressione disposte lungo la periferia. Il manicotto di supporto presenta una filettatura interna (a zigzag / a contrafforte), nella quale viene avvitato l’anello di regolazione (2) — che sostiene il rivestimento conico fisso (17). Ruotando l’anello di regolazione verso sinistra o verso destra, il rivestimento conico fisso viene sollevato o abbassato in direzione verticale, regolando così l’apertura di scarico.

Le molle (18) disposte attorno al telaio servono sia a generare la forza di frantumazione durante il normale funzionamento, sia a fungere da dispositivo di sicurezza a protezione del frantoio da eventuali danni. Quando un oggetto non frantumabile cade all’interno del frantoio, la forza di frantumazione aumenta bruscamente, provocando una maggiore compressione delle molle. Ciò solleva un lato della parte superiore del frantoio (ovvero il manicotto di supporto e l’anello di regolazione), aumentando così la distanza tra il rivestimento del cono fisso e quello mobile, consentendo all’oggetto non frantumabile di essere espulso attraverso l’apertura di scarico. Successivamente, il manicotto di supporto e l’anello di regolazione tornano alla loro posizione originale grazie alla pressione delle molle.

Le superfici di attrito delle parti mobili di un frantoio a cono sono soggette a pressioni elevate e velocità relativamente elevate; pertanto, la lubrificazione è di fondamentale importanza per i frantoi a cono. Attualmente, i frantoi a cono di tutte le dimensioni utilizzano un sistema di lubrificazione a circolazione centrale con olio fluido e una stazione di lubrificazione. L’olio a bassa pressione fornito dalla stazione di lubrificazione entra nel frantoio attraverso due percorsi. Un percorso passa attraverso il foro di ingresso dell’olio nel coperchio inferiore (10) del telaio per lubrificare il cuscinetto di spinta (8), la boccola diritta (13), la boccola conica (11) e il cuscinetto sferico a forma di coppa (14). Gli ingranaggi conici, sia quello grande che quello piccolo, vengono lubrificati dall’olio di ritorno proveniente dalla boccola conica e dal cuscinetto sferico a forma di coppa. L’altro percorso passa attraverso il foro di ingresso dell’olio nell’alloggiamento dell’albero motore (6) per lubrificare i cuscinetti alle due estremità dell’albero motore. Dopo aver lubrificato le varie parti, l’olio rifluisce alla stazione di lubrificazione attraverso il tubo di ritorno.

Gli oli lubrificanti comunemente utilizzati presso la stazione di rifornimento sono: olio per macchine n. 20 o n. 30 in inverno; olio per macchine n. 40 a temperature normali; e olio per macchine n. 50 in estate.

Durante la frantumazione del minerale si genera una grande quantità di polvere. Per impedire che la polvere penetri all’interno del frantoio, è previsto un dispositivo antipolvere a tenuta d’acqua, come illustrato nella Figura 4-3. Il dispositivo antipolvere a tenuta d'acqua è costituito da un serbatoio di accumulo dell'acqua (1), un serbatoio di scarico (2), un anello sferico (4), una piastra deflettrice (5) e un anello di tenuta antipolvere (3). L’acqua di prevenzione della polvere viene immessa nel serbatoio di accumulo (1) attraverso il tubo di ingresso. Quando il serbatoio è pieno, l’acqua trabocca liberamente nel serbatoio di scarico (2) e viene scaricata dal frantoio attraverso il tubo di uscita. Poiché l’anello sferico (4) è immerso nel serbatoio di accumulo dell’acqua (1), qualsiasi polvere che entri in contatto con l’anello sferico viene trascinata nell’acqua e defluisce insieme all’acqua in eccesso. In questo modo, la polvere non può passare attraverso l’anello sferico ed entrare nel frantoio. La piastra deflettrice (5) impedisce all’acqua spruzzata dall’anello sferico (4) durante il funzionamento del frantoio di penetrare nel cuscinetto a forma di coppa. Il gioco tra l’anello di tenuta antipolvere (3) e l’anello sferico (4) è generalmente mantenuto a 2–4 mm. Questo gioco impedisce che grandi quantità di polvere entrino nel serbatoio di accumulo dell’acqua, riducendo così il carico sul dispositivo di tenuta ad acqua.

Figura 4-3 Dispositivo antipolvere a tenuta d'acqua
1 – Serbatoio di accumulo dell'acqua 2 – Serbatoio di scarico 3 – Anello di tenuta antipolvere 4 – Anello sferico 5 – Piastra deflettrice

Tabella 4-2 Parametri tecnici dei frantoi a cono a molla di tipo PYT

Note a piè di pagina:
① La capacità è calcolata sulla base di una densità apparente del minerale pari a 1,6 t/m³.
② La massa della macchina non include il peso del motore.

Costruzione di un cono idraulico monocilindrico Frantumatore

L'azione di frantumazione e il processo di frantumazione di un frantoio a cono idraulico monocilindrico sono sostanzialmente gli stessi di quelli di un frantoio a cono a molla.

La figura 4-4 mostra la struttura di un frantoio a cono idraulico monocilindrico. Rispetto al frantoio a cono a molla, le caratteristiche principali di questo tipo di frantoio a cono idraulico monocilindrico sono l’adozione della regolazione idraulica, della protezione idraulica e dello scarico idraulico (per la rimozione del minerale incastrato).

Figura 4-4 Struttura di un frantoio a cono idraulico monocilindrico
1 – Telaio superiore 2 – Cono di frantumazione 3 – Manicotto eccentrico 4 – Base 5 – Gruppo di azionamento 6 – Spessore di regolazione
7 – Cilindro idraulico

Oltre alle differenze dettate dal progetto idraulico — quali l’impianto idraulico, la sostituzione del cuscinetto a coppa con un cuscinetto di spinta all’estremità inferiore dell’albero principale e un supporto a manicotto conico all’estremità superiore, nonché l’uso di un cilindro di tenuta e di un anello di tenuta al posto della tenuta ad acqua per la prevenzione della polvere — vi sono altre differenze: il corpo del frantoio poggia su quattro cuscinetti di supporto in gomma e non necessita di essere fissato con bulloni di fondazione; durante il funzionamento, l’intero corpo del frantoio può oscillare liberamente. Inoltre, viene utilizzata una trasmissione a cinghia trapezoidale.

Quando la camera di frantumazione di un frantoio a molla si intasa o si blocca a causa della presenza di frammenti metallici estranei, solitamente occorrono uno o due turni per liberarla. Tuttavia, con questo tipo di frantoio, il problema può essere risolto semplicemente azionando il sistema idraulico. Poiché il frantoio poggia su quattro cuscinetti in gomma, l’oscillazione della macchina causata dalle forze inerziali del cono mobile e del manicotto eccentrico durante il funzionamento viene assorbita dai cuscinetti in gomma, riducendo così il carico sulle fondamenta. Di conseguenza, non sono necessari grandi bulloni di fondazione né una fondazione massiccia (servono solo bulloni di piccole dimensioni per fissare le piastre di appoggio alla fondazione), riducendo così i costi di installazione. Questo design idraulico migliora notevolmente la praticità d’uso del frantoio a cono. Per regolare l’apertura di scarico su una dimensione più piccola, l’olio viene pompato dal serbatoio idraulico (4) sotto il pistone del cilindro idraulico (2), sollevando il cono mobile (1) nella posizione desiderata (vedere la Figura 4-5a). Per aumentare l’apertura di scarico, l’olio sotto il pistone del cilindro idraulico (2) viene drenato nuovamente nel serbatoio idraulico (4), consentendo al cono mobile (1) di abbassarsi nella posizione desiderata (Figura 4-5b).

Figura 4-5 Regolazione automatica dell'apertura di scarico
a – Il cono mobile si solleva, l'apertura di scarico si restringe
b – Il cono mobile si abbassa, l’apertura di scarico si allarga

1 – Cono mobile 2 – Cilindro idraulico 3 – Accumulatore 4 – Serbatoio dell'olio

Sull'indicatore di livello dell'olio del serbatoio dell'olio idraulico è presente una scala graduata corrispondente alle dimensioni dell'apertura di scarico. La differenza nella lettura dell'apertura di scarico causata da una variazione del livello dell'olio indica l'entità della variazione dell'apertura di scarico. Durante il funzionamento, l'apertura di scarico può essere regolata in qualsiasi momento in base alle dimensioni richieste del prodotto. Pertanto, la regolazione e il controllo dell’apertura di scarico modificando la quantità di olio sotto il pistone idraulico risultano sia precisi che pratici.

Di seguito vengono descritti la protezione automatica e lo scarico automatico.

(1) Protezione automatica. In primo luogo, nell’accumulatore (3) viene immesso azoto gassoso in modo che la sua pressione sia superiore alla pressione dell’olio necessaria per la normale frantumazione. Quando un pezzo di ferro estraneo o un altro oggetto non frantumabile entra nella camera di frantumazione, la pressione dell’olio nel circuito dell’olio ad alta pressione diventa superiore alla pressione dell’azoto all’interno dell’accumulatore. Il pistone dell’accumulatore (3) comprime quindi l’azoto, consentendo all’olio idraulico di entrare nell’accumulatore. Di conseguenza, il pistone nel cilindro idraulico (2) si abbassa e il cono mobile si abbassa con esso. A questo punto, l’apertura di scarico si allarga e il pezzo di ferro estraneo o altro oggetto non frantumabile viene espulso dal frantoio, garantendo così la protezione (vedere Figura 4-6).

(2) Scarico automatico. Quando il frantoio si arresta inaspettatamente durante la normale alimentazione a causa di un malfunzionamento o di un’interruzione di corrente, la camera di frantumazione si ostruisce con il minerale. Tuttavia, un frantoio a cono non può essere avviato sotto carico, pertanto è necessario procedere allo scarico.

Per rimuovere il minerale incastrato, è possibile ricorrere al principio della regolazione idraulica dell'apertura di scarico. Quando si verifica un incastro nella camera di frantumazione, è possibile azionare l'impianto idraulico per sollevare e abbassare ripetutamente il cono mobile, frantumando così il minerale incastrato e scaricandolo dal frantoio. Ciò riduce notevolmente la difficoltà della rimozione manuale.

Questo tipo di frantoio non solo presenta le eccellenti caratteristiche prestazionali sopra descritte, ma è anche dotato di una struttura semplice. Di conseguenza, non solo riduce il carico di lavoro legato alla manutenzione e alla regolazione e aumenta il grado di utilizzo dell’apparecchiatura, ma elimina anche la necessità di una fondazione di grandi dimensioni e riduce notevolmente il carico di lavoro di produzione.

Figura 4-6 Principio di protezione automatica
1 – Cono mobile 2 – Cilindro idraulico 3 – Accumulatore 4 – Serbatoio dell’olio

Grazie a continui miglioramenti basati sull’esperienza produttiva, il frantoio a cono idraulico monocilindrico è stato modificato rispetto al progetto originale: l’ingranaggio grande del manicotto eccentrico è stato spostato dalla parte inferiore a quella superiore; la trasmissione a cinghia è stata sostituita con una trasmissione diretta; i quattro cuscinetti di supporto ad anello in gomma situati sotto il telaio originale sono stati rimossi e il telaio è ora fissato direttamente alla fondazione, come illustrato nella Figura 4-7. I frantoi a cono idraulici monocilindrici attualmente prodotti sono tutti realizzati secondo questo nuovo modello migliorato.

I parametri tecnici del frantoio a cono idraulico monocilindrico sono riportati nella tabella 4-3.

Tabella 4-3 Parametri tecnici dei frantoi a cono idraulici monocilindrici PYY-T

Note a piè di pagina:
① La capacità è calcolata sulla base di una densità apparente del minerale pari a 1,6 t/m³.
② La massa della macchina non include il peso del motore.

Costruzione di un frantoio a cono idraulico multicilindrico

Il frantoio a cono idraulico multicilindrico utilizza dispositivi idraulici per la protezione, la regolazione e il bloccaggio. Pertanto, analogamente al frantoio a cono idraulico monocilindrico, presenta le seguenti caratteristiche: comoda regolazione dell’apertura di scarico, basso coefficiente di sovraccarico in caso di passaggio di oggetti non frantumabili e facile rimozione degli oggetti non frantumabili incastrati nella camera di frantumazione. L’esperienza produttiva dimostra che questo frantoio a cono idraulico offre buone prestazioni. Tuttavia, rispetto al tipo monocilindrico, la sua struttura è più complessa e le ore di manodopera necessarie per la sua produzione sono maggiori. La figura 4-8 mostra la struttura di un frantoio a cono idraulico multicilindrico.

Figura 4-8 Struttura di un frantoio a cono idraulico multicilindrico
1 – Cilindro idraulico (cilindro a olio)
2 – Manicotto di supporto
3 – Cilindro di chiusura
4 – Anello
5 – Cono frantumatore
6 – Cilindro di spinta (o cilindro di spinta)
7 – Telaio

Il frantoio a cono idraulico multicilindrico è stato sviluppato sulla base del frantoio a cono a molla. La sua struttura di base è simile a quella del frantoio a cono a molla.

La differenza tra il frantoio a cono idraulico multicilindrico e il frantoio a cono a molle consiste nel fatto che le 10-16 serie di molle originali sono sostituite da 10-16 cilindri di protezione idraulici. La struttura del cilindro di protezione è illustrata nella Figura 4-9. È costituito da un corpo cilindrico (1), un pistone (2), una staffa (3) e un bullone (4). Il cilindro è suddiviso dal pistone in una camera superiore A e una camera inferiore B.

Figura 4-9 Struttura del cilindro di sicurezza
1 – Corpo del cilindro 2 – Pistone 3 – Staffa 4 – Bullone 5 – Telaio 6 – Manicotto di supporto

Quando un oggetto non frantumabile cade nel frantoio, la forza di frantumazione aumenta bruscamente. La parte superiore del frantoio si solleva quindi su un lato, ruotando attorno al punto O, con il punto di ingresso del ferro estraneo che rappresenta la distanza massima. In quel momento, l’olio ad alta pressione presente nella camera superiore A del cilindro di sicurezza viene spinto nell’accumulatore (vedere la Figura 4-10). Una volta espulso l’oggetto non frantumabile, la parte superiore del frantoio ritorna automaticamente nella posizione originale grazie all’azione del gas presente nella parte superiore dell’accumulatore.

Figura 4-10: Schema del frantoio che lascia passare i residui ferrosi
1 – Oggetto indistruttibile (ferro di scarto) 2 – Accumulatore 3 – Cilindro idraulico

Quando il frantoio si arresta a causa di un blocco dovuto alla presenza di frammenti metallici estranei, di un'alimentazione eccessiva, di un'improvvisa interruzione di corrente o di altri malfunzionamenti, la camera di frantumazione si riempie di minerale o di materiale non frantumabile. In questo caso, è possibile azionare la valvola direzionale dell'impianto idraulico per fornire olio alla camera inferiore del cilindro di sicurezza. L’olio presente nella camera superiore (A) del cilindro di sicurezza ritorna automaticamente al serbatoio dell’olio. La parte superiore del frantoio si solleva quindi parallelamente, consentendo lo scarico del minerale o del materiale non frantumabile incastrato nella camera di frantumazione (vedere la Figura 4-11). Una volta scaricato il minerale o il materiale non frantumabile, la valvola direzionale viene azionata nuovamente per fornire olio alla camera superiore del cilindro di sicurezza. L’olio presente nella camera inferiore ritorna automaticamente al serbatoio e il frantoio riprende il normale funzionamento.

I parametri tecnici del frantoio a cono idraulico multicilindrico sono riportati nella Tabella 4-4.

Tabella 4-4 Parametri tecnici dei frantoi a cono idraulici multicilindrici