МЕЛЬНИЦА С ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ МЕЛЮЩЕЙ СРЕДЫ

Полезная модель относится к технике измельчения горнорудного сырья и других материалов, а именно - к измельчающим органам мельниц, где измельчение сырья осуществляется совокупностью мелющих тел.
В настоящее время все больше и больше ведется добыча руд с тонкодисперсными включениями, либо с другими металлическими минералами или породой. Переработка этих руд влечет за собой появление новых технологий извлечения минерального сырья, с использованием тонкого и ультратонкого измельчения, с целью получения приемлемых содержаний и показателей извлечения. Развитие флотационных технологий позволяет выполнять эффективную флотацию материала с размером частиц менее 10 мкм, что позволяет выполнять разделение тонко вкрапленной руды и пустой породы. Измельчение руды является весьма энергозатратным процессом. Соотношение между необходимой энергией и конечной крупностью частиц не является пропорциональным. Теоретически для получения размера частицы 1/100 от ее исходного размера требуется затратить в 4000 раз больше энергии в пересчете на единицу массы.
Для получения продуктов еще меньшего размера, становится очевидной необходимость оптимизации процесса измельчения, с целью определения оптимального рабочего режима мельницы, путем подбора ее рабочих характеристик.
В настоящее время появились многочисленные конструкции мельниц, позволяющие получать тонкие и ультратонкие продукты, в том числе шаровые мельницы и мельницы с перемешиванием измельчающей средой, которые являются основным промышленным оборудованием для тонкого и ультратонкого измельчения.
Мельницы с перемешиванием мелющей среды имеют преимущества перед шаровыми мельницами по типовому соотношению удельной энергии и помола. Как показали испытания, для идентичного размера мелющей среды и загрузочного материала для обоих вариантов мельниц, при более крупном помоле для мельницы с перемешиванием мелющей среды требуется приблизительно на 30% меньше энергии, чем для шаровой мельницы. Для ультратонкого помола это преимущество возрастает до 50%.
В качестве ближайшего аналога заявитель рассматривает мельницу с перемешиванием мелющей среды фирмы Metso (SMD-355). В данной мельнице используется вертикальный агитатор с перемешиванием мелющей среды при помощи вала со штифтами (билами). Среда, как правило, представлена высококачественным аллювиальным кварцевым песком или керамическими шарами размером от 1 мм до 6 мм в диаметре. Скорость агитатора достаточна для разжижения мелющей среды. Крупность загружаемого материала, как правило, варьируется от 100 до 15 микрон, крупность дробления продукта составляет 98% класса 2 микрона. На стандартных фабриках обогащения металлосодержащей руды крупность дробления продукта составляет 80% класса 6 микрон.
Однако, технологические возможности мельницы Metso ограничены по применению шаров с малым удельным весом, а удельная производительность мельницы (кВт час/т) ограничена установленным двигателем 355 кВт.
В процессе измельчения производительность мельницы, прежде всего, зависит от возможностей оборудования обеспечить достаточную силу контакта керамических шаров, как друг с другом, так и с измельчаемым материалом, чтобы вызвать интенсивное разрушение материала. Таким образом, концентрация частиц и время их удерживания в измельчающей зоне являются основными технологическим параметрами для операции измельчения.
Во время измельчения в мельнице, мелящая среда передает часть своей энергии путем снижения скорости (изменение скорости столкновения/замедление). При постоянном подвешенном состоянии продукта и скорости агитатора, высвобожденная энергия зависит только от массы мелящей среды. Если высвобожденной энергии не достаточно для размельчения отдельных частиц, то необходимо использовать мелящую среду с более высокой удельной массой.
Это подтверждается формулой удельной производительности мельниц.
o
m
Q=N-N/E (кВт час/т), где
m
E - удельная энергия
N - мощность двигателя мельницы при полной нагрузке с пульпой.
o
N - мощность двигателя мельницы на холостом ходу с загруженной мелящей средой.
m
3
2
при этом E=pω
p - удельный вес шара; ω - скорость вращения агитатора (об/мин)
Из этого можно сделать вывод, что диаметр шара, удельный вес материала, из которого изготовлен шар, и скорость агитатора напрямую влияет на производительность мельницы. При этом при использовании мелящей среды с большим диаметром шаров и той же массой, происходит снижение эффективности помола.
б
акт
б
В зависимости от удельного веса шаров меняется линейная скорость V (м/сек) конца била. Линейная скорость конца била по наибольшей окружности от оси агитатора определяется по формуле: V=n/60πL
б
где L - наружный диаметр била агитатора
В зависимости от удельного веса шаров линейная скорость V (м/сек) конца била по наибольшей окружности от оси агитатора должна составлять:
3
б
- удельный вес шаров - 2,5 г/см, скорость V=7-8 м/сек
3
б
- удельный вес шаров - 4 г/см, скорость V=9÷11 м/сек
3
б
- удельный вес шаров - 6 г/см скорость V=13÷14 м/сек
Учитывая число оборотов агитатора, определяемого по формуле:
акт
дв
p
-1
n=n/j=1500/11,4352=131 мин
p
- передаточное число редуктора j=11,4352
дв
-1
- число оборотов двигателя мельницы n=1500 мин
б
- L - наружный диаметр била агитатора = 2048 мм
Линейная скорость била активатора мельницы SMD-355 фирмы Metso составляет
б
V=131/60*3,14*2,048=14 м/сек
3
3
Из этого можно сделать вывод, что скорость 14 м/сек рассчитана на шары с наибольшим удельным весом. При использовании шаров с удельным весом 2,5 г/см и 4 г/см шары будут подвергаться интенсивному износу.
Таким образом, объем загрузки шаров ограничен мощностью двигателя, при этом интенсивность передаваемой энергии от агитатора к мелющей среде, зависит как от размеров и массы используемых шаров, так и от соотношения размеров элементов агитатора.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявленная полезная модель является увеличение производительности мельницы, как по питанию, так и по готовому классу, за счет увеличения интенсивности перемешивания мелющей среды, с обеспечением возможности применения мелющей среды (керамических шаров) с малым удельным весом и невысокой стоимости.
Заявленный технический результат достигается при увеличении мощности двигателя и изменении диаметра била в зоне эффективного помола, что реализуется в мельнице с перемешиванием мелющей среды, состоящей из восьмигранного корпуса с конструктивными элементами подачи пульпы, измельчающего материала и вывода конечного продукта, который поддерживает вертикальный агитатор, установленный с возможностью перемешивания мелющей среды в зоне измельчения, выполненный в виде вала с разноуровневыми штифтами, и соединенный в верхней части с электрическим двигателем через редуктор с винтовой зубчатой передачей, где штифты агитатора выполнены с увеличенным диаметром от свободного конца штифта до 1/3 его длины, а двигатель выполнен в виде частотно-регулируемого привода, который состоит из собственно электродвигателя и частотного преобразователя.
Сущность заявленного усовершенствования мельницы представлено на фиг. 1 и фиг. 2
На фиг. 1 представлен общий вид мельницы,
Где, 1 корпус мельницы, с зоной измельчения - 2, 3 - агитатор, соединенный с приводом 4 через редуктор 5, патрубки подачи пульпы 6, измельчающего материала 7 и вывода конечного продукта 8.
2
На фиг. 2 представлен разрез на уровне зоны измельчения 2, где A зона наиболее эффективного помола, а 9 и 10 штифты, установленные на валу агитатора на двух уровнях, с увеличенными диаметрами d в зоне эффективного помола.
Для повышения производительности мельницы на электродвигатель мельницы установлен преобразователь частоты, что позволит бесступенчато производить регулировку скорости активатора мельницы, тем самым создавая возможность использования в качестве мелящей среды шаров с меньшим удельным весом, которые не будут подвергаться интенсивному износу.
Было сказано выше линейная скорость точки на конце била, расположенной на наибольшей окружности от оси активатора равна:
б
акт
б
акт
б
б
V=n/60*πL, где n=V*60/πL
б
б
Учитывая, что V=7-8 м/сек, а L=2048 мм
акт
n=7*60/3,14*2,048=65,3 об/мин
p
Имея передаточное число редуктора j=11,4352, скорость двигателя будет равна
дв
акт
-1
ω=j*n=65*11,4352=746,7 мин
б
дв
дв
дв
-1
Следовательно, для обеспечения линейной скорости активатора V=7 м/сек двигатель должен вращаться со скоростью ω=753 об/мин. Номинальная скорость двигателя составляет ω=1500 об/мин, что приведет к снижению мощности двигателя приблизительно на 30÷38%. Поэтому мощность двигатель должна составлять N=450 кВт
Поскольку измельчающая способность зависит от массы мелящей среды, учитывая, что отяжеленная мелящая среда способствует более высокой измельчающей способности, увеличение мощности двигателя позволит использовать шары с увеличенным удельным весом и возможностью засыпать в мельницу больший объем мельчающей среды, что приведет к увеличению удельной производительности мельницы.
дв
дв
1
2
А является зоной наиболее эффективного помола в зоне измельчения 2 мельницы. Она расположена на периферийном удалении от оси агитатора (см. фиг. 2) и находится в районе 1/3 длины штифта (била) от свободного конца штифта. Малая крупность мелющей среды при достаточно высокой скорости агитатора, способствует эффективному разжижению мелющей среды, которая принимает характер потока вязкой жидкости. В процессе измельчения производительность мельницы, прежде всего, зависит от возможностей оборудования, заставить керамические шары контактировать друг с другом и с измельчаемым материалом с достаточной силой, чтобы вызвать интенсивное разрушение материала. Увеличение диаметра штифта (била) в зоне наиболее эффективного помола приводит к увеличению интенсивности перемешивания мелющей среды (помольных шаров) Данное конструктивное изменение может быть реализовано при увеличении мощности двигателя с N=355 кВт до N=450 кВт. Вследствие изменений диаметра штифта (била) с d до d при одинаковой угловой скорости агитатора произойдет увеличение интенсивности передаваемой энергии от агитатора к мелющей среде, как следствие возрастет удельная производительность мельницы, производительность по питанию исходным продуктом и по готовому классу.