Un frantoio a percussione ad albero verticale (VSI) è la macchina per la produzione di sabbia e la sagomatura finale in un impianto di inerti: il materiale in alimentazione cade al centro di un rotore verticale ad alta velocità e viene proiettato verso l'esterno ad alta velocità per frantumarsi per impatto. Constmach costruisce quattro modelli VSI, dall'unità a rotore chiuso da 700 mm a 60-100 t/h fino alla macchina a rotore aperto da 975 mm a 250-300 t/h, trasformando i fini del frantoio in sabbia artificiale e inerti cubici.
Che cos'è un frantoio a percussione ad albero verticale?
Un frantoio a percussione ad albero verticale è una macchina di frantumazione fine, terziaria, il cui rotore gira su un asse verticale anziché orizzontale. Questa singola differenza ne definisce il funzionamento. Anziché comprimere la roccia tra due superfici, accelera il materiale e lascia che sia la velocità a operare la frantumazione. Il risultato non sono solo particelle più piccole, ma particelle meglio sagomate.
In un impianto Constmach il VSI si colloca al termine della linea di frantumazione. Quando il materiale vi arriva, i frantoi a mascelle e a percussione o a cono hanno già ridotto la roccia a una pezzatura piccola e gestibile. Il VSI prende questi fini e li trasforma in sabbia artificiale e inerti fini cubici. È la macchina che consente a una cava di produrre sabbia vendibile in loco anziché acquistare sabbia naturale di fiume.
L'asse verticale è importante per una ragione pratica. Un frantoio a percussione ad albero orizzontale proietta il materiale contro barre d'urto fisse e tende a produrre una forma più grossolana e meno costante. Un rotore verticale fa ruotare il materiale in modo simmetrico e lo scarica secondo uno schema a 360 gradi, così ogni granello segue un percorso simile e incontra la superficie d'impatto con un angolo simile. È questa simmetria a produrre una granulometria precisa e ripetibile, esattamente ciò che richiede una specifica per la sabbia.
Come funziona un frantoio VSI
Il materiale entra dall'alto e cade al centro di un rotore che gira ad alta velocità. La forza centrifuga proietta ogni particella verso l'esterno e la accelera ad alta velocità prima che lasci le punte del rotore. Ciò che accade in seguito dipende dalla configurazione del rotore.
In una macchina a rotore chiuso (CR) le particelle accelerate colpiscono un anello di incudini metalliche fisse attorno al rotore. È la classica configurazione roccia su incudine. Il forte impatto contro l'acciaio produce una sagomatura aggressiva e un'alta percentuale di fini, adatta a materiali meno abrasivi dove l'usura dell'incudine resta contenuta.
In una macchina a rotore aperto (OR) le particelle colpiscono invece un letto dello stesso materiale trattenuto in una camera roccia su roccia. La roccia si frantuma contro la roccia anziché contro un pezzo d'usura. Poiché la superficie d'impatto è il materiale stesso, il consumo di pezzi d'usura si riduce drasticamente, motivo per cui il rotore aperto viene scelto per i materiali più abrasivi. Il compromesso è una granulometria del prodotto leggermente diversa, ma per rocce dure e ricche di silice il risparmio sui costi di esercizio è decisivo.
Due valori governano il risultato: la velocità periferica del rotore e la portata di alimentazione. La velocità periferica determina la forza con cui ogni particella colpisce e quindi quanta energia viene destinata alla sagomatura; aumentandola si produce più sabbia e un prodotto più fine, ma cresce anche il consumo dei pezzi d'usura. La portata di alimentazione determina quanto materiale è in volo contemporaneamente. Facendone passare troppo, le particelle iniziano a scontrarsi prima di raggiungere la superficie d'impatto, il che attenua la frantumazione e spreca energia. Un VSI ben regolato mantiene entrambi in equilibrio per la granulometria che l'impianto vende.
C'è anche un dettaglio di flusso che vale la pena conoscere. La maggior parte dei rotori VSI fa scendere una quota controllata dell'alimentazione attraverso un'apertura centrale come flusso di bypass, così non tutti i granelli vengono accelerati alla piena velocità. Questo bypass tempera la granulometria e impedisce al rotore di sovraprodurre le frazioni più fini. La regolazione del rotore e la ripartizione dell'alimentazione fanno parte della messa a punto della macchina su una particolare curva della sabbia.
Perché usare un frantoio a percussione ad albero verticale?
Forma delle particelle e sabbia. I frantoi a mascelle, a cono e a percussione primari svolgono tutti bene il loro compito, ma il prodotto può contenere particelle lamellari o allungate, e la sabbia naturale non è sempre disponibile o conveniente. Un VSI risolve entrambi i problemi. L'impatto ad alta velocità smussa gli spigoli dei granelli lamellari e riconduce la granulometria verso un prodotto cubico e ben assortito.
La forma non è un fatto estetico. Gli inerti cubici si compattano meglio e richiedono meno acqua e legante per raggiungere una data lavorabilità, così un produttore di calcestruzzo o asfalto che acquista sabbia ben sagomata spende meno in cemento o bitume per lo stesso impasto. I granelli lamellari e allungati fanno l'opposto: si incastrano male, aumentano la richiesta d'acqua e indeboliscono l'impasto. Un VSI che migliora la forma della frazione fine ha un effetto diretto su ciò che il cliente a valle può produrre.
L'altra ragione è l'approvvigionamento. Molti siti dispongono di abbondante pietra ma sono carenti di sabbia fine. Un VSI produce sabbia dalla roccia frantumata, così la cava può soddisfare una specifica per la sabbia senza trasportare sabbia di fiume su camion. È un vantaggio tanto commerciale quanto tecnico e, nelle regioni in cui l'estrazione fluviale è limitata, è spesso l'unica via per ottenere una sabbia vendibile.
La gamma VSI Constmach
Constmach offre quattro frantoi a percussione ad albero verticale che coprono dai piccoli compiti di sagomatura fino alla produzione di sabbia ad alto tonnellaggio. Il più leggero, il VSI-700-CR, pesa circa 6,500 kg e funziona con un singolo motore, il che ne facilita l'aggiunta a un impianto esistente. I tre modelli più grandi utilizzano motori doppi per una portata maggiore. I modelli a rotore chiuso sono adatti a materiali standard e a minore abrasività; il VSI-1000-OR a rotore aperto è costruito per materiali abrasivi dove la frantumazione roccia su roccia tutela i costi di esercizio.
| Modello | Diametro rotore | Configurazione | Capacità (t/h) | Azionamento |
|---|
| VSI-700-CR | 700 mm | Rotore chiuso / incudine | 60-100 | 110 kW (motore singolo) |
| VSI-800-CR | 800 mm | Rotore chiuso / incudine | 150-200 | 2 x 160 kW |
| VSI-900-CR | 900 mm | Rotore chiuso / incudine | 200-250 | 2 x 185 kW |
| VSI-1000-OR | 975 mm | Rotore aperto / roccia su roccia | 250-300 | 2 x 200 kW |
La denominazione indica ciò che si ottiene. Il numero è il diametro del rotore in millimetri; CR indica un rotore chiuso con anello di incudini; OR indica un rotore aperto che frantuma roccia su roccia. La capacità aumenta con le dimensioni del rotore e la potenza installata, quindi la scelta del modello deriva dal tonnellaggio obiettivo e dall'abrasività del materiale. Il VSI-1000-OR monta un rotore da 975 mm anziché letteralmente da 1000 mm; il numero del modello arrotonda la classe, mentre la cifra del rotore è la dimensione reale.
Rotore chiuso o rotore aperto?
Questa è la prima decisione ed è dettata dalla roccia. Scegliere una macchina a rotore chiuso (CR) quando il materiale è moderatamente abrasivo e si desidera la massima sagomatura e generazione di fini; l'anello di incudini fornisce un impatto forte e controllato. Scegliere la macchina a rotore aperto (OR) quando il materiale è duro e abrasivo, come le ghiaie ad alto contenuto di silice e le rocce quarzitiche, perché la frantumazione roccia su roccia mantiene basso il costo dei pezzi d'usura per tutta la vita dell'impianto.
Quando vince il rotore chiuso
Per il calcare e altre pietre meno abrasive, l'usura dell'incudine è accettabile e il rotore chiuso offre la produzione di sabbia più aggressiva. L'incudine presenta una faccia dura e inflessibile, così una quota maggiore dell'energia d'impatto va nella frantumazione del granello anziché in un letto di roccia cedevole. È per questo che tre dei quattro modelli Constmach sono a rotore chiuso: la maggior parte dei materiali per inerti rientra nella fascia di abrasività moderata in cui l'incudine si ripaga.
Quando vince il rotore aperto
Con materiali abrasivi, i consumabili di una macchina a incudine si usurerebbero rapidamente facendo salire il costo per tonnellata. Il VSI-1000-OR aggira il problema lasciando che il materiale formi la propria superficie di frantumazione. Il letto di roccia che si accumula nella camera viene continuamente rinnovato dal materiale in ingresso, così la superficie d'usura è di fatto gratuita. Si rinuncia a un po' dell'intensità di sagomatura del rotore chiuso, ma su quarzite o ghiaia di fiume il minor costo dei consumabili compensa ampiamente.
Qualità costruttiva e percorso d'usura
All'interno di un VSI, tutto ciò che tocca la roccia accelerata è un pezzo d'usura: le punte del rotore, le piastre d'usura che rivestono il rotore e, a seconda dei casi, l'anello di incudini (CR) o i componenti della camera roccia su roccia (OR). Constmach utilizza su queste superfici componenti d'usura temprati e sostituibili, così che la struttura e i cuscinetti siano protetti e solo i consumabili richiedano una sostituzione periodica.
Il gruppo rotore e cuscinetti sopporta il carico di una massa pesante che gira a velocità, quindi l'equilibratura e la rigidità della sede dei cuscinetti sono importanti. Un rotore sbilanciato trasmette una forza ciclica ai cuscinetti a ogni giro e, alle velocità di un VSI, quella forza si trasforma rapidamente in vibrazioni e calore. Constmach produce internamente le principali parti strutturali, il che mantiene il controllo qualità e la fornitura dei ricambi sotto un unico tetto e fa sì che il rotore lasci lo stabilimento equilibrato come gruppo.
Lubrificazione automatica di serie
La durata dei cuscinetti in un rotore ad alta velocità dipende da una lubrificazione pulita e costante. Ogni VSI Constmach è fornito di serie con un sistema di lubrificazione automatica, così i cuscinetti ricevono la giusta quantità di grasso o olio secondo programma senza affidarsi alla memoria di un operatore. Ciò riduce la causa più comune di guasto prematuro dei cuscinetti e rende la manutenzione prevedibile. Elimina inoltre un compito manuale quotidiano dall'operatore, cosa che conta in un impianto in cui la squadra ha un intero circuito da sorvegliare anziché una singola macchina.
Dove si colloca il VSI nella linea di frantumazione
Il VSI è l'ultimo frantoio della catena. Un flusso tipico è: frantoio a mascelle primario, poi un frantoio secondario (a percussione o a cono), quindi il VSI per la sagomatura e la produzione di sabbia, con vagli vibranti e nastri trasportatori che movimentano e classificano il materiale tra le fasi. I vagli chiudono il circuito così che il sovvallo ritorni al VSI e solo la sabbia e gli inerti della pezzatura di prodotto escano.
L'alimentatore a monte del VSI merita attenzione. La macchina predilige un'alimentazione costante e a gola piena anziché a ondate, perché un'ondata di materiale seguita da un vuoto altera il carico del rotore e con esso la granulometria. Un alimentatore a nastro o un alimentatore vibrante che preleva da una tramoggia di compenso uniforma il flusso, e la tramoggia stessa isola il VSI dal ritmo intermittente dei frantoi e dei vagli a monte.
A valle, il vaglio di chiusura svolge due compiti. Estrae la sabbia finita e gli inerti fini come prodotto e restituisce al VSI il sovvallo che non è ancora stato sagomato a sufficienza. Il dimensionamento di questo ricircolo è una parte concreta del progetto, perché tutto ciò che circola consuma una capacità che non esce come prodotto. I nastri trasportatori collegano l'anello, e la loro velocità e larghezza devono essere adatte sia all'alimentazione fresca sia al carico di ricircolo, non solo alla produzione netta.
Poiché il VSI sagoma i fini anziché ridurre la roccia grande, non dovrebbe mai ricevere materiale sovradimensionato. La sua pezzatura massima di alimentazione è bassa per progettazione. Alimentarlo con materiale della pezzatura corretta è ciò che protegge il rotore e garantisce un prodotto costante.
Capacità e dimensionamento
La capacità nominale va da 60-100 t/h sul VSI-700-CR fino a 250-300 t/h sul VSI-1000-OR. Queste cifre dipendono dalla granulometria dell'alimentazione, dalla frazione che si cerca di convertire in sabbia, dalla velocità del rotore e da quanto strettamente si chiude il circuito. Una macchina che ricircola una grande frazione di sovvallo mostrerà un prodotto netto inferiore a quanto suggerisce la sua capacità di transito.
Dimensionare il VSI sulla sabbia che deve produrre, non solo sul tonnellaggio che lo attraversa. Se l'impianto necessita, ad esempio, di 80 t/h di sabbia artificiale da una data alimentazione, il modello giusto è quello che fornisce quel prodotto netto una volta considerati i ritorni dal vaglio. I tecnici applicativi Constmach dimensionano la macchina sulla vostra granulometria anziché su un numero di facciata.
Un esempio di dimensionamento svolto
Supponiamo che l'obiettivo sia 120 t/h di sabbia artificiale passante a un dato setaccio e che l'alimentazione e le regolazioni del rotore convertano circa il 60 per cento di ciò che entra nel rotore in quel prodotto in un singolo passaggio. Il restante 40 per cento esce dal vaglio di chiusura come sovvallo e ricircola. Per fornire 120 t/h netti, la macchina deve gestire circa 200 t/h attraverso il rotore una volta incluso il carico di ricircolo. Ciò colloca il compito nella fascia del VSI-800-CR o VSI-900-CR anziché su una macchina la cui targa riporta semplicemente 120. Leggete una cifra di capacità come capacità di transito e risalite sempre al prodotto netto attraverso il rapporto di conversione e il carico di ricircolo; il divario tra i due è dove gli impianti sottodimensionati deludono. Il rapporto di conversione dipende dalla roccia, dalla granulometria dell'alimentazione e da quanto intensamente si fa lavorare il rotore, quindi una selezione reale usa i vostri numeri, non questi a titolo illustrativo.
Materiali e applicazioni
Il VSI tratta la frazione fine pre-frantumata della maggior parte delle rocce di cava: calcare, basalto, granito, ghiaia di fiume e inerti simili. Il prodotto è sabbia artificiale da impiegare come inerte in calcestruzzo e asfalto, oltre a inerti fini cubici dove la forma è specificata.
- Sabbia artificiale per sostituire o integrare la sabbia naturale e di fiume.
- Inerti fini cubici per impasti di calcestruzzo e asfalto.
- Sagomatura del prodotto di frantumazione per ridurre le particelle lamellari e allungate.
- Valorizzazione dei fini di un impianto esistente carente di sabbia.
Quest'ultimo punto merita di essere sottolineato. Un VSI non deve necessariamente essere previsto fin dall'inizio. Può essere aggiunto a un impianto esistente per colmare una carenza di sabbia, prendendo il prodotto fine già in produzione e convertendolo in una sabbia vendibile.
Economia dell'usura: rotore chiuso contro rotore aperto nel tempo
La scelta tra una macchina a incudine e una macchina roccia su roccia è, in fin dei conti, un problema aritmetico che si dispiega su migliaia di ore di esercizio. Sul calcare moderatamente abrasivo, un anello di incudini dura un intervallo ragionevole e la maggiore sagomatura del rotore chiuso ripaga, così il costo per tonnellata di prodotto resta basso e la macchina CR è l'acquisto giusto. Portate lo stesso rotore chiuso sulla quarzite o su una ghiaia ricca di silice e l'incudine si usura in una frazione del tempo; si spende di più in consumabili, si spende di più in manodopera e fermi macchina per montarli, e il costo per tonnellata sale.
Il rotore aperto cambia il conto. Frantumando roccia su roccia, trasforma il materiale abrasivo nella propria superficie d'usura, così le parti che si usurano sono le punte e le piastre del rotore anziché una grande incudine in acciaio. La spesa in consumabili per tonnellata cala e gli intervalli di sostituzione si allungano, e su rocce abrasive è qui che il rotore aperto ripaga la sua sagomatura leggermente più delicata. Il modo onesto per confrontare le due soluzioni non è il prezzo d'acquisto ma il totale di pezzi d'usura, manodopera e produzione persa in un anno al vostro tonnellaggio e alla vostra abrasività. Abbinate la configurazione alla roccia e quel totale resta sotto controllo; sbagliate l'abbinamento e i consumabili diventano silenziosamente la voce maggiore del costo di esercizio.
Manutenzione e pezzi d'usura
La manutenzione di un VSI si concentra sul percorso d'usura. Le punte del rotore, le piastre d'usura e l'anello di incudini o i componenti roccia su roccia sono gli elementi che si sostituiscono con una cadenza che dipende da quanto è abrasivo il materiale e da quante tonnellate si lavorano. Ispezionarli secondo un programma prestabilito e sostituirli prima che si consumino del tutto protegge il corpo del rotore.
Il progetto a rotore aperto esiste proprio per allungare questi intervalli su rocce abrasive. Con il sistema di lubrificazione automatica che gestisce i cuscinetti, il lavoro ordinario consiste in gran parte nell'ispezione e sostituzione dei pezzi d'usura, oltre al mantenimento della pezzatura corretta dell'alimentazione affinché il rotore non sia sovraccaricato o alimentato con materiale sovradimensionato. Sostituire i pezzi d'usura come set equilibrato anziché in modo frammentario mantiene il rotore perfettamente in asse, e annotare le tonnellate lavorate tra un cambio e l'altro trasforma la manutenzione da sorpresa in una previsione che si può mettere a budget.
Consigli operativi per un prodotto sabbia costante
Poche abitudini distinguono un VSI che mantiene la sua granulometria da uno che va alla deriva. Mantenere l'alimentazione costante e a gola piena anziché lasciarla ondeggiare, così che il rotore veda un carico costante. Sorvegliare la corrente di azionamento come indicatore di quanto la macchina sta lavorando; un aumento improvviso di solito significa una camera intasata o un blocco di sovvallo, mentre un calo improvviso significa che l'alimentazione si è ridotta. Tenere il sovvallo fuori dall'ingresso, poiché il VSI è un sagomatore, non un frantoio primario, e una roccia grande di troppo maltratta le punte del rotore. Campionare regolarmente il prodotto all'uscita dal vaglio e regolare la portata di alimentazione e la velocità del rotore a piccoli passi anziché grandi, perché la risposta è sensibile e correggere eccessivamente non fa che spostare il problema dall'altra parte. Registrare le ore dei pezzi d'usura così che un cambio di punta o piastra sia pianificato in un turno anziché imposto da un guasto.
Errori comuni da evitare
- Alimentare materiale sovradimensionato. Il VSI sagoma i fini. Immettervi roccia grande sollecita il rotore e spreca pezzi d'usura. Rimanere entro la pezzatura massima di alimentazione nominale.
- Scegliere un rotore chiuso per materiali abrasivi. L'incudine si usurerà rapidamente e il costo per tonnellata salirà. Abbinare la configurazione alla roccia.
- Dimensionare solo sulla capacità di transito. Ciò che conta è il prodotto sabbia netto dopo i ritorni dal vaglio; ignorarlo e l'impianto rende meno del previsto.
- Trascurare l'equilibratura del rotore e la sostituzione dei pezzi d'usura. Pezzi d'usura consumati o irregolari causano vibrazioni e accorciano la vita dei cuscinetti.
- Operare a circuito aperto. Senza un vaglio di chiusura, la granulometria va alla deriva e il sovvallo sfugge nel prodotto.
Come scegliere il vostro VSI
Partire dalla roccia, poi dal tonnellaggio, poi dal contesto d'impianto. Prima decidere rotore chiuso o aperto in base all'abrasività: un materiale meno abrasivo indica un modello CR, un materiale duro e abrasivo indica la macchina OR. Poi fissare la produzione netta di sabbia obiettivo e scegliere le dimensioni del rotore e l'azionamento che la soddisfano. Infine, considerare come la macchina si integra: un VSI-700-CR a motore singolo di circa 6,500 kg è l'unità più semplice da installare in retrofit, mentre i modelli a doppio motore si adattano a circuiti ad alto tonnellaggio realizzati su misura.
Un VSI è uno strumento specializzato. Svolge un solo compito, la produzione di sabbia e la sagomatura, e lo svolge bene quando è correttamente abbinato all'alimentazione e alimentato con materiale della pezzatura corretta. Azzeccate la configurazione e il dimensionamento sulla vostra granulometria e la macchina si ripaga attraverso la produzione di sabbia in loco e un inerte cubico più vendibile.
