Tipi di frantoi a martelli

Sin dalla sua introduzione nel 1924, il martello frantumatore vanta una storia di poco più di 80 anni, ma si è sviluppata molto rapidamente. Grazie ai suoi vantaggi, quali un elevato rapporto di frantumazione (10–40), granulometria uniforme del prodotto, ridotto sovrafrantumazione, basso consumo energetico, costi contenuti delle attrezzature e facilità di manutenzione, è ampiamente utilizzato in settori quali quello del cemento, dei materiali da costruzione, del carbone, chimico e metallurgico-minerario.

Precauzioni per l'installazione, il funzionamento e la manutenzione del frantoio a martelli

I frantoi a martelli possono essere suddivisi in due tipologie in base al numero di rotori: a rotore singolo e a doppio rotore. La tipologia a rotore singolo può essere ulteriormente suddivisa in modelli reversibili e non reversibili. La classificazione è illustrata in dettaglio nella Tabella 5-1.

In Cina, i frantoi a martelli hanno conosciuto uno sviluppo lento prima degli anni ’70. Solo negli ultimi dieci anni circa si sono registrati progressi significativi, che hanno portato alla creazione di serie per la frantumazione media e fine per uso generico, nonché di serie specifiche per il carbone per la frantumazione media e fine, con oltre dieci modelli. Martello non reversibile frantoi sono generalmente utilizzati per la frantumazione media, mentre i frantoi a martelli reversibili sono generalmente impiegati per la frantumazione fine. Inoltre, esistono frantoi a martelli monostadio in grado di ridurre materiali come il calcare, con una dimensione di alimentazione di 1900 mm, a meno di 25 mm in un’unica fase, semplificando la tradizionale frantumazione a due o tre stadi in un unico stadio e consentendo un notevole risparmio sui costi di investimento e di esercizio. Negli ultimi anni sono stati sviluppati anche i frantoi a martelli ad anello, utilizzati principalmente per la frantumazione del carbone. Si tratta di un nuovo tipo di frantoio con una struttura relativamente avanzata, disponibile in più di dieci specifiche. Tuttavia, ad oggi, la Cina non ha ancora prodotto frantoi a martelli a doppio rotore; vengono fabbricati solo modelli a rotore singolo.

Il metodo di indicazione del modello e delle specifiche dei frantoi a martelli non è ancora standardizzato e varia leggermente da un produttore all’altro. La rappresentazione generale utilizza le lettere pinyin insieme al diametro del rotore D e lunghezza L, dove D è il diametro del cerchio descritto dalle punte dei martelli, e L è la lunghezza effettiva di lavoro dei martelli disposti lungo la direzione assiale. Di seguito è riportato un esempio di interpretazione delle specifiche del modello:

I frantoi a martelli per uso generico (tipi PC e PCK) possono essere impiegati nei settori della metallurgia, del carbone, dei materiali da costruzione, dell’industria chimica, dell’energia elettrica e in altri settori industriali. Sono adatti alla frantumazione di vari materiali fragili quali calcare, feldspato, carbone, sale, mattoni, gesso e pietrisco. La resistenza alla compressione del materiale da frantumare non deve superare i 150 MPa e il contenuto di umidità superficiale deve essere inferiore al 2% (per il tipo PCK, l’umidità superficiale può arrivare fino a un valore inferiore al 9%). I frantoi a martelli per carbone (tipi PC-M e PCK-M) sono utilizzati principalmente per la frantumazione di materiali fragili quali carbone e gesso con resistenza alla compressione inferiore a 12 MPa e umidità superficiale inferiore a 9%. Inoltre, il frantoio a martelli del tipo PCB è adatto alla frantumazione di vari materiali fragili con resistenza alla compressione inferiore a 100 MPa e contenuto di umidità non superiore a 15%. Alcuni produttori nazionali realizzano anche il frantoio a martelli ad albero verticale del tipo PCL, che si contraddistingue per una buona tenuta, un funzionamento stabile, un basso consumo energetico, un’elevata capacità produttiva e una facile manutenzione. Può essere utilizzato per frantumare calcare, carbone e altri materiali fragili.

Costruzione di un martello non reversibile Frantumatore

La struttura di un frantoio a martelli non reversibile è relativamente semplice. La Figura 5-1 mostra il frantoio a martelli non reversibile a rotore singolo PC1600×1600, ampiamente utilizzato in Cina. Esso è costituito da diverse parti: l’unità di trasmissione, il rotore, i cuscinetti principali, le barre della griglia e l’alloggiamento. Il motore elettrico (1) aziona direttamente il rotore tramite un giunto elastico (2). Per impedire alla polvere di penetrare nei cuscinetti a rotolamento, i cuscinetti principali alle due estremità dell’albero del rotore sono posizionati all’esterno dell’alloggiamento. Sono supportati in modo indipendente da due alloggiamenti per cuscinetti a rotolamento (3) e sono ben sigillati.

Figura 5-1 Frantoio a martelli φ1600 mm × 1600 mm
1 – Motore elettrico 2 – Giunto 3 – Alloggiamento del cuscinetto 4 – Albero principale 5 – Disco 6 – Albero con perno 7 – Manicotto del perno 8 – Testa del martello 9 – Volano 10 – Bocchetta di alimentazione 11 – Alloggiamento 12 – Piastra di impatto 13 – Griglia di vagliatura

Il rotore è costituito dall’albero principale (4), da una serie di dischi (5) montati sull’albero e da teste di martello (8). Undici dischi sono disposti uno accanto all’altro sull’albero principale. Tra ogni coppia di dischi, quattro perni (6) attraversano quattro teste di martello (8). L’intero rotore presenta un totale di 40 teste di martello. Per impedire il movimento assiale delle teste di martello, un manicotto per perno (7) (montato sull’albero a perno) viene serrato tra il foro del perno della testa di martello e quello del disco, mentre il dado all’estremità dell’albero a perno viene serrato per impedire la rotazione del manicotto stesso. Un volano (9) è montato sull’estremità sinistra dell’albero principale per ridurre la non uniformità della rotazione del rotore e aumentare l’energia d’impatto delle teste dei martelli.

Come si può vedere dalla Figura 5-1, sui dischi del rotore sono presenti due file di fori per perni, con distanze dal centro del foro all’asse di rotazione pari rispettivamente a 440 mm e 465 mm. Ciò consente di regolare il gioco tra le teste dei martelli e le barre della griglia.

Il vaglio a barre (13) è installato sotto il rotore. È costituito da barre fuse in acciaio ad alto tenore di manganese, con l’estremità sinistra fissata saldamente da una piastra di rivestimento. Una piastra di impatto (12), dotata di otto piastre di rivestimento, è montata sul lato destro del rotore. Dopo essere stato colpito dalle teste dei martelli, il materiale frantumato cade sulle piastre di rivestimento e subisce una frantumazione secondaria per impatto.

Quando un oggetto indistruttibile cade nel frantumatore, viene trasportato dalle teste dei martelli fino all'estremità della griglia a barre e scaricato attraverso un'apertura appositamente prevista, evitando così l'usura prematura della parete interna dell'alloggiamento e il danneggiamento di alcune parti.

L’alloggiamento del frantoio (11) è una struttura a forma di scatola saldata con lamiere d’acciaio. Nella parte superiore dell’alloggiamento è presente una bocca di alimentazione (10). Le piastre di rivestimento sono installate nei punti della parete interna soggetti ad attrito o urti causati dal materiale frantumato, al fine di proteggere l’alloggiamento dall’usura. Per facilitare l’ispezione e la riparazione, sono presenti due piccoli sportelli sulle pareti anteriore e posteriore dell’alloggiamento.

Le prestazioni tecniche dei frantoi a martelli di tipo PC prodotti in Cina sono riportate nella Tabella 5-2.

Tabella 5-2 Prestazioni tecniche dei frantoi a martelli di tipo PC

Note a piè di pagina:
① Per i frantoi a martelli destinati al carbone, la capacità si riferisce alla produttività nella frantumazione di materiale con una resistenza alla compressione massima di 12 MPa, umidità superficiale inferiore a 9% e densità apparente compresa tra 0,8 e 1 t/m³. Per i frantoi a martelli destinati al calcare, la capacità si riferisce alla produttività nella frantumazione di materiale con una resistenza alla compressione massima di 120 MPa, umidità superficiale inferiore a 2% e densità apparente di 1,6 t/m³.
② Per diametro del rotore si intende il percorso tracciato dalla punta della testa del martello in condizioni di funzionamento.

Costruzione di un frantoio a martelli reversibile

Il frantoio a martelli non reversibile presenta un grave svantaggio: le teste dei martelli si consumano facilmente solo su un lato. Per capovolgere le teste dei martelli e riutilizzarle, è necessario arrestare il frantoio, rimuovere le teste dei martelli e poi reinstallarle al contrario. Ciò richiede molto tempo, comporta uno spreco di manodopera e riduce il tasso di funzionamento. In pratica, per risparmiare manodopera, le teste dei martelli vengono spesso sostituite con altre nuove non appena un lato risulta usurato, causando un notevole spreco.

Per ovviare a questo inconveniente, è stato sviluppato il frantoio a martelli reversibile. Il rotore di questo tipo di frantoio può ruotare sia in avanti che all’indietro. Quando un lato delle teste dei martelli si usura, è possibile invertire il senso di rotazione del motore elettrico, consentendo al frantoio di continuare a funzionare normalmente per un certo periodo di tempo. Ciò aumenta la durata delle teste dei martelli, migliora il rendimento del frantoio e aumenta la capacità produttiva.

La figura 5-2 mostra la struttura di un frantoio a martelli reversibile da φ1430 mm × 1300 mm. Il campo di applicazione di questo tipo di frantoio è lo stesso di quello del frantoio a martelli non reversibile. Tuttavia, poiché il suo rotore (10) può ruotare in entrambe le direzioni, i suoi componenti principali sono disposti simmetricamente e la bocca di alimentazione (18) deve essere collocata nella parte superiore centrale della macchina.

Figura 5-2: frantoio a martelli reversibile φ1430 mm × 1300 mm
1 – Maniglia 2 – Gabbia (cestello) 3 – Piastra laterale 4 – Barra della griglia 5 – Ruota eccentrica 6 – Asta di trazione 7 – Molla di tensione 8 – Albero (perno) 9 – Piastra deflettrice (piastra reversibile) 10 – Rotore 11 – Motore elettrico 12 – Giunto 13 – Alloggiamento del cuscinetto 14 – Albero principale 15 – Disco 16 – Testa del martello
17 – Albero del perno 18 – Ingresso di alimentazione

Come si può vedere dalla Figura 5-2, l’albero principale (14) del frantoio è dotato di 28 dischi (15). Tra ogni coppia di dischi sono sospese cinque teste di martello (16) tramite perni (17). L’intero rotore è dotato complessivamente di 70 teste di martello. L’albero principale (14) è supportato ad entrambe le estremità da alloggiamenti per cuscinetti a rotolamento (13). Il motore elettrico (11) aziona direttamente il rotore tramite un giunto elastico (12).

Le barre della griglia di scarico (4) sono montate su piastre laterali curve (3) disposte simmetricamente su entrambi i lati del rotore. L’estremità superiore di ciascuna piastra laterale curva è sospesa su un perno (8) fissato alle pareti laterali dell’alloggiamento, mentre l’estremità inferiore poggia su una ruota eccentrica (5). Ruotando le maniglie (1) su entrambi i lati della macchina, le ruote eccentriche (5) vengono ruotate di un determinato angolo, regolando così il gioco tra le teste dei martelli e le barre della griglia per garantire la dimensione richiesta del prodotto. Questa regolazione può essere effettuata senza arrestare il frantoio. Per garantire che le piastre laterali rimangano costantemente a contatto con le ruote eccentriche durante il funzionamento, all’estremità inferiore di ciascuna piastra laterale è fissata una molla di tensione (7). La tensione della molla impedisce alle piastre laterali di rimbalzare sulle ruote eccentriche a causa dell’impatto del materiale sulle barre della griglia.

Per impedire che materiale non frantumato o corpi estranei vengano trasportati dalle teste dei martelli verso l’altro lato del rotore, causando incidenti, le estremità inferiori delle piastre laterali sinistra e destra sono distanziate tra loro, senza barre di griglia in questa zona. All’estremità inferiore è installata una gabbia oscillante regolabile (2) (chiamata anche “cestello per carbone duro”). Il materiale non frantumato cade all’interno di questo cestello. Tirando periodicamente l’asta di trazione (6) che sporge dall’alloggiamento, l’operatore può scaricare dal cestello il materiale non frantumato accumulato.

① Per capacità produttiva si intende la produzione ottenuta dalla frantumazione del carbone, con il materiale frantumato che presenta una resistenza alla compressione di 12 MPa, un’umidità superficiale inferiore a 9% e una densità compresa tra 0,8 e 1 t/m³.

② Per diametro del rotore si intende il percorso tracciato dalla punta della testa del martello in condizioni di funzionamento.

③ Le prestazioni tecniche dei modelli PCK1310, PCK1312 e PCK1316 si riferiscono alle prestazioni nella lavorazione del minerale di ferro.

Costruzione di un frantoio a martelli monostadio

La struttura di un frantoio a martelli monostadio è illustrata nella Figura 5-3. È costituito principalmente da un telaio (1), rulli di alimentazione (2), rotore (3), sportello di sicurezza (4), barre della griglia (5), dispositivo di apertura idraulico, basamento e altri componenti. Una delle sue caratteristiche è l’impiego di due rulli di alimentazione che ruotano a velocità diverse: il rullo posteriore ruota più velocemente di quello anteriore per impedire che sabbia o pietre si incastrino tra di essi, consentendo al contempo alle particelle fini presenti nel materiale in alimentazione di cadere direttamente attraverso lo spazio tra i due rulli. È in grado di ridurre materiali di media durezza (con una dimensione massima di alimentazione compresa tra 600 e 1900 mm e una resistenza alla compressione inferiore a 200 MPa) a una dimensione del prodotto finito di 40–25 mm o inferiore in un unico stadio. Questo frantoio può essere utilizzato per materiali di media durezza e fragili con basso contenuto di umidità e argilla, come il calcare e la dolomite, in settori quali l’industria del cemento, chimica e dei materiali da costruzione. Questa serie di frantoi a martelli è caratterizzata da una struttura semplice, un elevato rapporto di frantumazione, un’elevata capacità produttiva, un basso consumo energetico e un ingombro ridotto. Combina la frantumazione a due o tre stadi in un’unica operazione, semplificando il processo di frantumazione e riducendo l’investimento in attrezzature.

Figura 5-3 Schema di un frantoio a martelli monostadio
1 – Telaio 2 – Rullo di alimentazione 3 – Rotore 4 – Sportello di sicurezza 5 – Barra della griglia 6 – Centralina idraulica (stazione idraulica)

Tabella 5-4 Prestazioni tecniche dei frantumatori a martelli monostadio

Costruzione di un frantoio a martelli ad anello

Il frantoio a martelli ad anello è un nuovo tipo di frantoio ad alta efficienza e a basso consumo energetico, sviluppato e prodotto in Cina dal 1982. Presenta una struttura compatta, dimensioni ridotte ed è robusto e resistente. È adatto alla frantumazione di materiali quali carbone, ganga di carbone, coke e scisto con un contenuto di umidità superficiale non superiore al 15%. Questo frantoio offre vantaggi quali risparmio energetico, elevata efficienza produttiva, controllo affidabile delle dimensioni del prodotto, bassa rumorosità e minore produzione di polvere. È stato designato dallo Stato come sostituto dei prodotti importati.

La figura 5-4 illustra la struttura del frantoio a martelli ad anello. La macchina è costituita principalmente dal corpo (1), dal coperchio superiore (2), dal rotore (3) dotato di martelli ad anello, dalla piastra vagliatrice (4), dal meccanismo di regolazione della piastra vagliatrice (5) e da altre parti principali. Il motore aziona direttamente il rotore tramite un giunto elastico. Il rotore è composto dall’albero principale, dalle piastre terminali, dalle piastre distanziatrici, dai perni dei martelli e dai martelli ad anello. I martelli ad anello sono sospesi ai perni dei martelli, a loro volta montati sulle piastre terminali e sulle piastre distanziatrici. Le piastre terminali e le piastre distanziatrici sono fissate all’albero principale mediante chiavette parallele e dadi.

Il corpo è costituito dagli alloggiamenti superiore e inferiore, dalla piastra di frantumazione, dalla piastra di vagliatura, dalla piastra di supporto, dalla piastra di impatto, dalle piastre di rivestimento e da altre parti principali. La piastra di frantumazione e la piastra di vagliatura sono montate sulla piastra di supporto. Un'estremità della piastra di supporto è sospesa su sedi dell'albero situate su entrambi i lati dell'alloggiamento superiore, mentre l'altra estremità è collegata al meccanismo di regolazione tramite una piastra di collegamento. Le piastre di rivestimento sono installate sulle pareti interne dell'alloggiamento per proteggerlo dall'usura. La piastra di frantumazione, la piastra di vagliatura e la piastra d'impatto, insieme al rotore, formano la camera di frantumazione.

Il meccanismo di regolazione è costituito principalmente da una vite senza fine, una ruota a vite senza fine, un indicatore, una piastra indicatrice di gioco e altri componenti principali. Serve a regolare e indicare il gioco tra il rotore e la piastra vagliatrice. Il principio di funzionamento del frantoio a martelli ad anello è sostanzialmente lo stesso di quello di un normale frantoio a martelli.

Figura 5-4 Frantoio a martelli ad anello
1 – Corpo 2 – Coperchio superiore 3 – Rotore con martelli ad anello 4 – Piastra vagliatrice 5 – Meccanismo di regolazione della piastra vagliatrice

I principali parametri tecnici del frantoio a martelli ad anello sono riportati nella Tabella 5-5.

Tabella 5-5 Parametri tecnici principali del frantoio a martelli ad anello

Realizzazione di un frantoio a martelli per materiali fini che non si intasa

Il frantoio a martelli fini anti-intasamento, noto anche come frantoio a martelli reversibile senza griglia, è un nuovo tipo di frantoio sviluppato negli ultimi anni sulla base di modelli nazionali e internazionali. La sua struttura è sostanzialmente simile a quella del frantoio a martelli reversibile, come illustrato nella Figura 5-5. Al centro del frantoio è disposto un rotore, attorno al quale i martelli oscillanti ruotano ad alta velocità con un movimento circolare. Su entrambi i lati del rotore sono disposte simmetricamente delle piastre di frantumazione regolabili, che possono essere aperte verso l’esterno insieme allo sportello. Le piastre di frantumazione e la traiettoria dei martelli oscillanti formano una camera di frantumazione altamente efficiente. Il materiale cade dal centro della bocca di alimentazione e viene dapprima colpito dai martelli oscillanti che ruotano ad alta velocità contro le piastre di frantumazione, per poi rimbalzare immediatamente dalle piastre di frantumazione verso i martelli oscillanti o altre superfici di frantumazione. Il materiale rimbalza avanti e indietro nella camera di frantumazione, scontrandosi tra le particelle durante il processo di rimbalzo, e viene progressivamente frantumato. Il materiale che raggiunge la dimensione richiesta viene scaricato dall’apertura di scarico nella parte inferiore del frantoio. La dimensione del prodotto può essere regolata a piacere tramite il meccanismo di regolazione.

Figura 5-5 Struttura del frantoio a martelli reversibile senza griglia di tipo PCKW

Le sue caratteristiche sono: assenza di barre di griglia, che risolve il problema dell’intasamento del materiale dovuto all’elevata umidità; rotore reversibile, che aumenta il tasso di utilizzo delle teste dei martelli, riduce la frequenza di sostituzione degli stessi, migliora l’efficienza operativa e aumenta la resa dell’impianto; utilizzo di teste dei martelli pesanti, che aumentano la forza d’impatto e raddoppiano la capacità produttiva rispetto ai frantoi a martelli con le stesse specifiche; apertura di scarico regolabile, che garantisce una granulometria uniforme del prodotto, con oltre il 95% del materiale di dimensioni inferiori a 8 mm; le piastre della camera di frantumazione possono essere aperte, facilitando la sostituzione delle piastre di rivestimento (per le macchine di grandi dimensioni si utilizzano cilindri idraulici); funzionamento affidabile, facilità d’uso e manutenzione semplice; sfrutta appieno le caratteristiche dei frantoi a urto, ovvero l’elevata forza d’impatto e l’alta efficienza di frantumazione. Può essere ampiamente utilizzato per la frantumazione fine di materiali fragili di media durezza con una resistenza alla compressione non superiore a 150 MPa. I parametri tecnici dei frantoi a martelli di fine frantumazione anti-intasamento prodotti in Cina sono riportati nella Tabella 5-6.

Tabella 5-6 Parametri tecnici dei frantoi a martelli fini anti-intasamento

Costruzione di un frantoio a martelli a pozzo verticale

Il frantoio a martelli ad albero verticale è un nuovo tipo di frantoio a martelli sviluppato negli ultimi anni. Si caratterizza per una buona tenuta, un funzionamento stabile, un basso consumo energetico, un'elevata capacità produttiva e una facile manutenzione. È adatto alla frantumazione di materiali fragili di media durezza. La struttura del frantoio a martelli ad albero verticale è illustrata nella Figura 5-6. La macchina è composta dalla sezione di alimentazione (1), dal cilindro di frantumazione (2), dalla sezione di scarico (3), dal motore elettrico (4) e da altre parti. Il motore aziona il rotore ad albero verticale tramite cinghie trapezoidali e una puleggia. Il suo principio di funzionamento e la sua struttura sono sostanzialmente simili a quelli di un normale frantoio a martelli, con la differenza che l’intero corpo macchina è stato modificato da orizzontale a verticale, alterando così la configurazione di base del frantoio a martelli. I frantoi a martelli ad albero verticale attualmente prodotti in Cina sono tutti modelli di piccole dimensioni con poche specifiche. Le loro prestazioni tecniche sono riportate nella Tabella 5-7.

Figura 5-6 Schema di un frantoio a martelli ad albero verticale di tipo PCL
1 – Sezione alimentazione
2 – Cilindro del frantoio
3 – Sezione di scarico
4 – Motore elettrico

Tabella 5-7 Prestazioni tecniche dei frantoi a martelli ad albero verticale di tipo PCL