원뿔의 종류 분쇄기

콘 크러셔는 전 세계적으로 “사이먼스형” 크러셔로 알려져 있습니다. 높은 분쇄비, 높은 효율, 낮은 전력 소비, 균일한 제품 크기, 그리고 경질 광석 분쇄에 적합하다는 장점 덕분에 1920년 처음 도입된 이래 많은 국가에서 널리 채택되어 왔습니다. 유압 장치의 도입을 비롯한 지속적인 개선을 통해 콘 크러셔는 더욱 정교해지고 있습니다. 콘 크러셔의 이러한 특징들은 그 구조적 특성을 반영합니다. 콘 크러셔는 자이로토리 크러셔에 비해 회전 속도가 2.5배 빠르고 스윙 각도가 4배 더 큽니다. 이처럼 고속 및 큰 스트로크가 적용되는 분쇄 과정에서, 분쇄실 내의 광석은 자이로토리 크러셔에서와 같이 작은 스트로크로 천천히 움직이는 가동 콘에 의해 압착되는 것이 아니라, 큰 스트로크로 빠른 충격을 받게 됩니다. 이러한 충격 분쇄 방식은 광석의 분쇄를 용이하게 하여 높은 분쇄 효율을 가져옵니다.

원뿔형 크러셔는 어떻게 설치하나요?

콘 크러셔는 어떻게 작동하나요?

콘 크러셔를 유지보수하고 수리하는 방법은 무엇인가요?

콘 크러셔는 속도가 빠르고 스트로크가 크기 때문에, 분쇄실 내의 광석은 95% 동안 콘 표면을 따라 미끄러지는 상태에 있습니다. 즉, 어떤 순간에도 5%의 광석만이 분쇄되고 있습니다. 광석이 95%의 시간 동안 아래로 미끄러져 내려가기 때문에, 이 크러셔는 처리량이 많아 생산성이 높습니다. 분쇄되고 있는 광석이 5%에 불과하므로, 분쇄실 면적 중 실제로 광석을 분쇄하는 부분은 5%에 불과하여 전력 소비가 적습니다. 또한, 국소적인 분쇄 영역에서 광석에 가해지는 단위 면적당 높은 압력 덕분에 경질 광석의 분쇄에 적합합니다. 높은 회전 속도와 분쇄실 하단에 길이가 다양한 평행 구역이 존재하기 때문에, 광석은 평행 구역 내에서 적어도 한 번은 분쇄됩니다. 따라서 콘 크러셔는 균일한 입자 크기의 분쇄물을 생산합니다.

파쇄 작업 요건에 따라 콘 크러셔는 중간 파쇄 및 미세 파쇄에 사용될 수 있습니다. 중간 파쇄용 콘 크러셔와 미세 파쇄용 콘 크러셔의 차이는 파쇄실의 형태와 크기에 있습니다. 이들은 그림 4-1에 표시된 바와 같이 세 가지 유형으로 나뉩니다.

그림 4-1 분쇄실의 단면도
a – 표준형
b – 중간형 (Medium type)
c – 숏헤드형

표준형 – 광석의 중간 분쇄에 사용되며;
중간형 – 광석의 중·미세 분쇄에 사용되며;
숏헤드형 – 광석의 미세 분쇄에 사용됩니다.

그림 4-1과 표 4-1에는 급이구(B), 배출구(e), 및 평행 구역 길이(L) 세 가지 유형의 콘 크러셔에 적용됩니다. 일반적으로 권장되는 최대 급재 크기는 급재 구멍 크기의 0.85배입니다. 최대 산물 크기는 분쇄되는 광석의 경도, 맨틀 및 오목 라이너의 균일성, 크러셔의 성능, 그리고 관련 장비의 합리적인 구성에 따라 달라집니다. 유리한 조건에서는 최대 산출물 크기가 배출구 크기의 1.5배를 초과하지 않을 수 있으며, 산출물의 70%는 배출구 크기보다 작습니다. 불리한 조건에서는 최대 제품 크기가 배출구의 4배까지 도달할 수 있으며, 제품의 80%가 배출구보다 클 수 있습니다.

표 4-1 콘의 급입구 및 배출구 치수 분쇄기 (mm)

배출구 조정 방식과 과부하 보호 방식에 따라 콘 크러셔는 스프링 보호 방식과 유압 보호 방식의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 유압 보호 방식은 다시 단일 실린더 유압 방식과 다중 실린더 유압 방식으로 세분됩니다. 유압 보호 방식은 콘 크러셔의 발전 추세를 대표합니다.

원뿔형 크러셔에 대한 모델 사양 해석의 예는 다음과 같습니다:

스프링 콘 크러셔의 구조

원뿔형 크러셔의 구조는 그림 4-2에 나와 있다. 이 크러셔는 프레임, 동력 전달 시스템, 조정 장치, 유압 시스템, 윤활 시스템 및 기타 구성 요소로 이루어져 있다.

모터는 탄성 커플링(5)을 통해 구동축에 있는 소형 베벨 기어(7)를 직접 구동합니다. 소형 베벨 기어는 대형 베벨 기어를 통해 프레임의 중앙 슬리브 내부에 있는 직선 부싱(13) 안에서 편심 부싱(12)이 회전하도록 구동합니다. 편심 부싱(12) 내부에는 회전축으로부터 약 2° 정도 어긋나게 배치된 테이퍼 구멍이 있습니다. 이 구멍에는 테이퍼 부싱(11)이 끼워져 있습니다. 원뿔형 헤드(15)는 청동제 그릇 모양의 구면 베어링(14)에 의해 지지됩니다. 주축(9)의 하단 테이퍼 부분은 테이퍼 부싱(11)에 삽입됩니다. 따라서 편심 부싱(12)이 회전하면, 주축(9)의 중심선이 공간에서 원뿔형 표면을 그리게 되어, 이동식 원뿔(4)이 고정점 O를 중심으로 회전 스윙 운동을 수행하게 됩니다. 그 결과, 가동 원뿔 라이너(16)의 표면이 고정 원뿔 라이너(17)의 표면에 번갈아 가며 접근하고 멀어집니다.

분쇄될 광석은 급재함(19)에서 이동식 콘의 상단에 위치한 분배판(1) 위로 떨어지며, 이곳에서 이동식 콘 주변의 분쇄실로 고르게 분배됩니다. 이동식 콘이 고정식 콘 라이너에서 멀어지는 순간, 광석이 분쇄실로 유입됩니다. 이동식 콘이 고정식 콘 쪽으로 회전하면 광석은 첫 번째 분쇄를 거칩니다. 이동식 콘이 다시 고정식 콘에서 멀어지면, 광석은 두 번째 분쇄가 이루어질 위치로 떨어집니다. 이러한 방식으로 광석은 하강하는 동안 여러 번 분쇄된 후, 최종적으로 분쇄기에서 배출됩니다.

편심 부싱(12)은 4개의 디스크로 구성된 스러스트 베어링(8) 위에 지지되어 있습니다. 가장 아래쪽의 구리 디스크는 프레임의 하부 커버(10)에 고정되어 있습니다. 가장 위쪽의 강철 디스크는 핀을 통해 편심 부싱에 연결되어 있으며, 둘은 함께 회전합니다. 가운데 두 디스크(강철 디스크 1개와 구리 디스크 1개)의 세 개의 미끄럼면은 각각 편심 부싱의 회전 속도의 약 1/3에 해당하는 속도로 서로 상대적으로 미끄러집니다.

그림 4-2 원뿔의 구조 분쇄기
1 – 분배판 2 – 조정 링 3 – 지지 슬리브 4 – 이동식 콘 5 – 탄성 커플링 6 – 구동축 하우징 7 – 소형 베벨 기어 8 – 스러스트 베어링 9 – 주축 커플링 10 – 프레임 하단 커버
11 – 테이퍼형 부싱 12 – 편심 부싱 13 – 직선형 부싱 14 – 그릇 모양의 구면 베어링 15 – 콘 헤드(또는 맨틀 코어) 16 – 이동식 콘 라이너(맨틀) 17 – 고정형 콘 라이너(오목형)
18 – 19년 봄 – 사료통

프레임 상단부에는 지지 슬리브(3)가 장착되어 있으며, 이 슬리브는 주변을 따라 배치된 여러 세트의 압축 스프링의 압력에 의해 프레임에 단단히 밀착됩니다. 지지 슬리브에는 (지그재그/버트레스) 형태의 내부 나사산이 있으며, 고정 콘 라이너(17)를 지지하는 조정 링(2)이 이 나사산에 나사 결합됩니다. 조정 링을 왼쪽이나 오른쪽으로 돌리면 고정 콘 라이너가 수직 방향으로 상승하거나 하강하여, 이에 따라 배출구가 조정됩니다.

프레임 주위에 있는 스프링(18)은 정상 작동 시 분쇄력을 발생시키는 동시에, 분쇄기가 손상되지 않도록 보호하는 안전 장치의 역할도 합니다. 분쇄할 수 없는 이물질이 분쇄기 내부로 떨어지면 분쇄력이 급격히 증가하여 스프링이 더 많이 압축됩니다. 이로 인해 분쇄기 상부(즉, 지지 슬리브와 조정 링)의 한쪽이 들어 올려지며, 고정 콘 라이너와 가동 콘 라이너 사이의 간격이 넓어져 분쇄 불가능한 이물질이 배출구를 통해 배출됩니다. 그 후, 지지 슬리브와 조정 링은 스프링의 압력에 의해 원래 위치로 돌아갑니다.

콘 크러셔 내 이동 부품의 마찰면은 높은 압력과 비교적 빠른 속도에 노출되므로, 윤활은 콘 크러셔에 있어 매우 중요합니다. 현재 모든 크기의 콘 크러셔는 오일 스테이션을 갖춘 중앙 순환식 저점도 오일 윤활 시스템을 사용합니다. 윤활 스테이션에서 공급되는 저압 오일은 두 가지 경로를 통해 크러셔로 유입됩니다. 한 경로는 프레임의 하부 커버(10)에 있는 오일 유입구를 통과하여 스러스트 베어링(8), 직선 부싱(13), 테이퍼 부싱(11) 및 보울형 구면 베어링(14)에 윤활유를 공급합니다. 대형 및 소형 베벨 기어는 테이퍼 부싱과 그릇형 구면 베어링에서 되돌아오는 오일을 통해 윤활됩니다. 다른 경로는 구동축 하우징(6)의 오일 주입구를 통과하여 구동축 양쪽 끝의 베어링에 윤활유를 공급합니다. 각종 부품에 윤활유를 공급한 후, 오일은 회수 파이프를 통해 윤활 스테이션으로 되돌아갑니다.

오일 스테이션에서 일반적으로 사용되는 윤활유는 다음과 같습니다. 겨울철에는 20호 또는 30호 기계유, 상온에서는 40호 기계유, 여름철에는 50호 기계유를 사용합니다.

광석 분쇄 과정에서 다량의 분진이 발생합니다. 분진이 분쇄기 내부로 유입되는 것을 방지하기 위해, 그림 4-3과 같이 워터씰 방식의 방진 장치가 설치되어 있습니다. 이 워터씰 방진 장치는 물 저장 탱크(1), 배수 탱크(2), 구형 링(4), 배플 플레이트(5), 방진 링(3)으로 구성됩니다. 방진용 물은 유입관을 통해 물 저장 탱크(1)로 공급됩니다. 저수조가 가득 차면 물은 배수조(2)로 자유롭게 넘쳐흐르며, 배출관을 통해 분쇄기 밖으로 배출됩니다. 구형 링(4)이 저수조(1)에 잠겨 있기 때문에, 구형 링에 닿은 먼지는 물에 휩쓸려 넘쳐흐르는 물과 함께 밖으로 흘러나갑니다. 따라서 분진은 구형 링을 통과하여 분쇄기로 들어갈 수 없습니다. 배플 플레이트(5)는 분쇄기 작동 중 구형 링(4)에 의해 튀어 오르는 물이 그릇 모양의 베어링으로 들어가는 것을 방지합니다. 분진 씰 링(3)과 구형 링(4) 사이의 간극은 일반적으로 2~4 mm로 유지됩니다. 이 간극은 다량의 분진이 물 저장 탱크로 유입되는 것을 방지하여, 물 씰 장치의 부하를 줄여줍니다.

그림 4-3 워터씰 방진 장치
1 – 물 저장 탱크 2 – 배수 탱크 3 – 방진 씰 링 4 – 구형 링 5 – 배플 플레이트

표 4-2 PYT형 스프링 콘 크러셔의 기술적 사양

각주:
① 용량은 광석의 겉부피 밀도를 1.6 t/m³로 가정하여 산출됩니다.
② 기계의 중량에는 모터의 무게가 포함되지 않습니다.

단기통 유압 콘의 제작 크러셔

단기통 유압식 콘 크러셔의 파쇄 작용과 파쇄 공정은 스프링식 콘 크러셔의 것과 본질적으로 동일합니다.

그림 4-4는 단일 실린더 유압식 콘 크러셔의 구조를 보여준다. 스프링식 콘 크러셔와 비교할 때, 이 유형의 단일 실린더 유압식 콘 크러셔의 주요 특징은 유압식 조정, 유압식 보호 장치 및 유압식 언로딩(막힌 광석 제거용)을 채택했다는 점이다.

그림 4-4 단일 실린더 유압식 콘 크러셔의 구조
1 – 상부 프레임 2 – 분쇄 콘 3 – 편심 슬리브 4 – 베이스 5 – 구동 장치 6 – 조정 심
7 – 유압 실린더

유압 설계로 인해 불가피하게 발생하는 차이점들(예: 유압 시스템, 주축 하단의 보울형 베어링을 스러스트 베어링으로, 상단의 테이퍼형 슬리브 지지대로 교체한 점, 워터 씰 방진 방식 대신 씰링 실린더와 씰링 링을 사용한 점 등) 외에도 다음과 같은 차이점이 있습니다. 분쇄기 본체는 4개의 고무 지지 패드 위에 놓여 있으며 기초 볼트로 고정할 필요가 없습니다. 작동 중에는 분쇄기 본체 전체가 자유롭게 흔들릴 수 있습니다. 또한 V-벨트 구동 방식이 사용됩니다.

스프링 크러셔의 분쇄실이 이물질 철편으로 인해 막히거나 걸리면, 이를 제거하는 데 보통 1~2교대 근무가 소요됩니다. 그러나 이 유형의 크러셔를 사용하면 유압 시스템을 작동하기만 해도 이 문제를 간단히 해결할 수 있습니다. 크러셔가 4개의 고무 패드 위에 놓여 있기 때문에, 작동 중 이동식 콘과 편심 슬리브의 관성력으로 인한 기계의 흔들림이 고무 패드에 의해 흡수되어 기초에 가해지는 하중이 줄어듭니다. 그 결과, 대형 기초 볼트나 거대한 기초가 필요하지 않으며(풋 패드 트레이를 기초에 고정하는 데는 작은 볼트만 필요함), 설치 비용을 절감할 수 있습니다. 이러한 유압 설계는 콘 크러셔의 사용 편의성을 크게 향상시킵니다. 배출 구멍을 더 작은 크기로 조정하려면, 유압 실린더(2)의 피스톤 아래에 있는 유압 탱크(4)에서 오일을 펌핑하여 이동식 콘(1)을 원하는 위치로 올립니다(그림 4-5a 참조). 배출 구멍을 더 크게 하려면 유압 실린더(2)의 피스톤 아래에 있는 오일을 유압 탱크(4)로 다시 배출하여 이동식 콘(1)이 원하는 위치로 내려가게 합니다(그림 4-5b 참조).

그림 4‑5 배출구의 자동 조정
a – 이동식 콘이 올라가면 배출구가 좁아진다
b – 이동식 콘이 내려가면 배출구가 넓어집니다

1 – 이동식 콘 2 – 유압 실린더 3 – 축압기 4 – 오일 탱크

유압 오일 탱크의 오일 레벨 표시기에는 배출구 크기에 상응하는 배출구 눈금이 표시되어 있습니다. 오일 레벨의 변화로 인해 발생하는 배출구 눈금의 차이는 배출구의 변화량을 나타냅니다. 작동 중에는 필요한 제품 크기에 따라 언제든지 배출구를 조정할 수 있습니다. 따라서 유압 피스톤 아래의 유량을 조절하여 배출구를 조정하고 제어하는 것은 정확할 뿐만 아니라 편리합니다.

자동 보호 기능과 자동 언로딩 기능에 대해서는 아래에서 설명합니다.

(1) 자동 보호. 먼저, 축압기(3)에 질소 가스를 주입하여 그 압력이 정상적인 분쇄에 필요한 유압보다 높게 유지되도록 합니다. 이물질인 철 조각이나 기타 분쇄할 수 없는 물체가 분쇄실로 유입되면, 고압 유압 회로의 유압이 축압기 내부의 질소 압력보다 높아집니다. 그러면 어큐뮬레이터(3)의 피스톤이 질소를 압축하여 유압유가 어큐뮬레이터로 유입되도록 합니다. 그 결과, 유압 실린더(2)의 피스톤이 하강하고, 이에 따라 이동식 콘도 함께 하강합니다. 이 시점에서 배출구가 넓어지면서 이물질이나 기타 분쇄 불가능한 물체가 분쇄기에서 배출되어 보호 기능을 수행합니다(그림 4-6 참조).

(2) 자동 하역. 정상적인 급재 중에 고장이나 정전으로 인해 분쇄기가 예기치 않게 정지하면, 분쇄실에 광석이 막히게 됩니다. 그러나 콘 크러셔는 부하 상태에서 시동을 걸 수 없으므로, 먼저 광석을 배출해야 합니다.

막힌 광석을 제거하기 위해 유압식 배출구 조절 원리를 활용할 수 있습니다. 분쇄실에서 막힘 현상이 발생하면 유압 시스템을 작동시켜 이동식 콘을 반복적으로 올리고 내림으로써, 막힌 광석을 분쇄하고 분쇄기에서 배출할 수 있습니다. 이를 통해 수작업으로 제거해야 하는 번거로움을 크게 줄일 수 있습니다.

이 유형의 분쇄기는 앞서 설명한 뛰어난 성능 특성을 갖추고 있을 뿐만 아니라 구조도 간단합니다. 그 결과, 유지보수 및 조정 업무 부담을 줄여 장비 가동률을 높일 뿐만 아니라, 대형 기초 공사가 필요 없어 제조 작업량도 대폭 줄일 수 있습니다.

그림 4-6 자동 보호 원리
1 – 이동식 콘 2 – 유압 실린더 3 – 축압기 4 – 오일 탱크

생산 현장의 경험을 바탕으로 지속적인 개선을 거치면서, 단기통 유압식 콘 크러셔는 원래 설계에서 다음과 같이 개량되었습니다. 편심 슬리브의 대형 기어가 하부에서 상부로 이동되었으며, 벨트 구동 방식을 직접 구동 방식으로 변경하였으며, 기존 프레임 하단에 있던 4개의 고무 링 지지 패드를 제거하고 프레임을 기초에 직접 고정하도록 변경되었습니다(그림 4-7 참조). 현재 생산되고 있는 단일 실린더 유압식 콘 크러셔는 모두 이 개선된 신형 사양에 따라 제조되고 있습니다.

단기통 유압식 콘 크러셔의 기술적 사양은 표 4-3에 나와 있다.

표 4-3 PYY-T 단기통 유압식 콘 크러셔의 기술적 사양

각주:
① 용량은 광석의 겉부피 밀도를 1.6 t/m³로 가정하여 산출됩니다.
② 기계의 중량에는 모터의 무게가 포함되지 않습니다.

다기통 유압식 콘 크러셔의 제작

다기통 유압 콘 크러셔는 보호, 조정 및 잠금 기능에 유압 장치를 사용합니다. 따라서 단일기통 유압 콘 크러셔와 마찬가지로 배출구 조정이 편리하고, 분쇄 불가능한 이물질이 통과할 때 과부하 계수가 작으며, 분쇄실에 끼인 분쇄 불가능한 이물질을 쉽게 제거할 수 있는 특징을 가지고 있습니다. 생산 현장에서의 실적을 통해 이 유압식 콘 크러셔가 우수한 성능을 발휘하는 것으로 나타났습니다. 그러나 단일 실린더형에 비해 구조가 더 복잡하고 제조에 소요되는 공수가 더 많습니다. 그림 4-8은 다중 실린더 유압식 콘 크러셔의 구조를 보여줍니다.

그림 4-8 다기통 유압식 콘 크러셔의 구조
1 – 유압 실린더 (오일 실린더)
2 – 지지 슬리브
3 – 잠금 실린더
4 – 반지
5 – 분쇄 콘
6 – 추력 실린더 (또는 밀어내는 실린더)
7 – 프레임

다기통 유압식 콘 크러셔는 스프링식 콘 크러셔를 기반으로 개발되었습니다. 이 크러셔의 기본 구조는 스프링식 콘 크러셔와 유사합니다.

다중 실린더 유압 콘 크러셔와 스프링 콘 크러셔의 차이점은, 기존의 10~16세트의 스프링이 10~16개의 유압 보호 실린더로 대체되었다는 점입니다. 보호 실린더의 구조는 그림 4-9에 나와 있습니다. 이 실린더는 실린더 본체(1), 피스톤(2), 브래킷(3), 볼트(4)로 구성되어 있습니다. 실린더는 피스톤에 의해 상부 챔버 A와 하부 챔버 B로 나뉩니다.

그림 4-9 안전 실린더의 구조
1 – 실린더 본체 2 – 피스톤 3 – 브라켓 4 – 볼트 5 – 프레임 6 – 지지 슬리브

분쇄 불가능한 물체가 분쇄기에 떨어지면 분쇄력이 급격히 증가합니다. 그러면 분쇄기의 상부 구조가 O점을 축으로 한쪽이 들어 올려지며, 이 때 이물질이 유입되는 지점이 가장 멀리 위치하게 됩니다. 이때, 안전 실린더의 상부 챔버 A에 있는 고압 오일이 축압기로 밀려 들어갑니다(그림 4-10 참조). 분쇄 불가능한 물체가 배출된 후, 축압기 상부의 가스 작용으로 인해 분쇄기의 상부 부분이 자동으로 원래 위치로 복귀합니다.

그림 4-10 이물 철을 통과시키는 분쇄기의 개략도
1 – 파손되지 않는 물체 (고철) 2 – 축전지 3 – 유압 실린더

이물질 철 조각에 의한 막힘, 과도한 급재, 갑작스러운 정전 또는 기타 고장으로 인해 분쇄기가 정지하면, 분쇄실 내부가 광석이나 분쇄 불가능한 물질로 가득 차게 됩니다. 이 경우, 유압 시스템의 방향 제어 밸브를 작동시켜 안전 실린더의 하부 챔버로 오일을 공급할 수 있습니다. 안전 실린더의 상부 챔버(A)에 있던 유압유는 자동으로 오일 탱크로 회수됩니다. 그러면 분쇄기의 상부 구조물이 수평으로 함께 들어 올려져, 분쇄실에 끼어 있던 광석이나 분쇄 불가능한 물질이 배출됩니다(그림 4-11 참조). 광석이나 분쇄 불가능한 물질이 배출된 후, 방향 밸브를 다시 전환하여 안전 실린더의 상부 챔버로 오일을 공급합니다. 하부 챔버에 있던 오일은 자동으로 오일 탱크로 되돌아가며, 분쇄기는 정상 작동 상태로 복귀합니다.

다기통 유압식 콘 크러셔의 기술적 사양은 표 4-4에 나와 있다.

표 4-4 다기통 유압식 콘 크러셔의 기술적 파라미터