Разработка методики расчета основных параметров вибрационной мельницы

УДК 621.926

А.Ю. Дмитрак, К.А. Шишканов

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВИБРАЦИОННОЙ МЕЛЬНИЦЫ

Дано обоснование этапов, составляющих методику расчёта основных параметров вибрационной мельницы. Каждый из этапов сформирован на основе теоретических и экспериментальных данных, содержащихся в исследованиях авторов. В качестве иллюстрации применения настоящей методики рассмотрен процесс измельчения каменного угля Интин-ского угольного бассейна. Приведены зависимости кинетики измельчения угля при использовании измельчителей различных типов.

Ключевые слова: методика расчёта, измельчение угля, вибрационная мельница, кинетика измельчения угля.

сследованию конструктивных, технологических и рабочих параметров вибрационных мельниц посвящены труды многих российских и зарубежных исследователей. Существуют различные подходы к решению задачи расчёта основных параметров этих машин. Многочисленные исследования содержали ряд существенных допущений и неточностей в постановке задач исследований, что приводило к искажению реальной картины работы вибромельниц. Вместе с тем очевиден тот факт, что на движение мелющих тел в помольной камере вибрационной мельницы тратится до 80 % всей подведённой к мельнице энергии. Поэтому учёт динамических параметров мелющей загрузки и точное описание движения мелющих тел существенно повышают точность полученных результатов. Соответственно эти характеристики должны быть учтены в методике расчёта основных параметров вибромельниц [1]. Проведённые нами теоретические и экспериментальные исследования параметров движения мелющей загрузки и рабочих параметров мельницы, позволяют разработать методику расчёта рациональных

параметров вибрационной мельницы. Разработка методики стала возможной с созданием комплекса виброизмеритель-ного оборудования, главным элементом которого является трёхкомпонентный радиодинамометр. Применение данного комплекса позволило произвести качественный и количественный анализ движения мелющей загрузки по всему объёму помольной камеры и на его основании определить типоразмер мельницы для обеспечения максимальной производительности при минимальных энергозатратах на измельчение. При этом представляется целесообразным выполнение следующей последовательности действий

4. Определение фрикционных свойств мелющей загрузки_____________________________

и и

Пояснения к методике выбора рациональных параметров мельницы

Этап 1. На данном этапе проводится анализ грансостава и физических свойств исходного сырья и готового продукта, оценивается его твёрдость и пористость, наличие вязких составляющих, а также включений, значительно отличающихся по своим физическим свойствам от основной массы материала. Данный пункт является основным в выборе методов ведения процессов измельчения, т.к. от характеристики исходного сырья во многом зависит целесообразность использования вибрационной мельницы для получения готового продукта с заданными свойствами.

Этап 2. На основании опыта использования дробильно-измельчитель-ного оборудования для тонкого измельчения горных пород производится предварительный выбор мельниц и, в частности, даётся оценка возможности использования вибрационной мельницы для получения готового продукта с заданными свойствами [2]. При этом по отношению D / d и d / dp устанавливается кратность процесса измельчения и учитываются результаты исследований настоя-

щей работы с целью недопущения перерасхода энергии при измельчении. Данные соотношения являются ключевыми в определении числа циклов, которые должен пройти материал, чтобы измельчение велось с максимальной производительностью и минимальной энергоёмкостью. Как только отношения диаметров камеры, шара и частиц готового продукта О / й и d / dp начинают выходить за границы значений, установленных в настоящей работе, возникает необходимость в смене типоразмера мельницы и её рабочих параметров.

Этап 3. Производится грохочение или сепарация материала, прошедшего предварительные стадии дробления, с целью отделения фракций готового продукта, содержащихся в исходном материале.

Этап 4. На данном этапе устанавливается влияние демпфирующих свойств материала на процесс измельчения. На основании анализа фрикционных свойств мелющей загрузки (не только материала, но и мелющих тел!) предварительно отсекаются нерабочие области значения кинематических параметров загрузки и мельницы, т. е. те зоны, в которых энергии ударных импульсов не достаточно для измельчения материала до требуемого размера. В частности, используются результаты работы по определению зависимостей между видом измельчаемого материала и его крупностью на формирование динамического портрета мелющей загрузки.

Этап 5. На данном этапе происходит выбор угловой скорости вращения камеры, количества шаров, коэффициента заполнения помольной камеры мелющими телами.

Этап 6. На основании анализа современных вибрационных мельниц, а

также работ в области тонкого измельчения хрупких материалов, представленного в настоящей работе, производится выбор типоразмера вибрационной мельницы или, если надо согласно выводов, сделанных на этапе 2, других видов мельниц или нескольких типоразмеров вибрационных мельниц, а также их рабочих параметров [3].

Этап 7. Данный этап является завершающим в выборе рациональных параметров вибрационной мельницы и её типоразмера. Разработка технологической схемы получения готового продукта с использованием вибрационной мельницы должна лечь в основу руководства для персонала по применению данной методики на предприятиях нерудной промышленности.

Каждый из указанных пунктов выполняется на основе теоретических и экспериментальных данных, содержащихся в настоящей работе.

В качестве иллюстрации применения настоящей методики рассмотрим процесс измельчения каменного угля Ин-тинского угольного бассейна. Средний диаметр частиц исходного материала -50 мм. Требуется получить угольную крошку со средним размером частиц 1 мм. Согласно разработанной методики и номограммы (рис. 1) отношения D / d и d / dp должны быть соответственно

равны 4 и 10. Если ориентироваться на размер частиц готового продукта, то нужно использовать мельницу со следующими параметрами: диаметр шаров 50 мм и диаметр камеры 2 м. Однако, из проведённых в настоящей работе исследований вибрационных мельниц установлено, что измельчение материала со средним диаметром частиц 40 мм неэффективно с использованием вибрационных мельниц - специфика движения

СІ/с]р

Рис. 1. Зависимости отношения диаметров шара и частиц готового продукта от диаметра частиц готового продукта

\ [тш]

Рис. 2. Кинетика измельчения угля

шаровой загрузки не обеспечивает мелющие тела энергией, необходимой для измельчения крупнокускового материала. С другой стороны, если ориентироваться на начальную крупность материала, то размеры шаров и камеры должны быть соответственно равны 160 мм и 6,4 м. На практике вибрационных мельниц данного размера не существует. В то же время данные параметры явля-

ются распространёнными для барабанных мельниц. При таких параметрах барабанная мельница идеально с точки зрения производительности при минимальной энергоёмкости справится с поставленной задачей, но по мере уменьшения среднего размера частиц материал всё больше и больше начинает проявлять свои демпфирующие свойства, а количество соударений на единицу вновь образованной поверхности резко снижается, что приводит к уменьшению производительности. Поэтому в данном случае процесс измельчения целесообразно разделить на два этапа: сначала материал измельчать в барабанной мельнице диаметром 6 м и шарами диаметром 160 мм, а затем в вибрационной мельнице с диаметром камеры 0,5 м и шарами диаметром 15 мм. На рис. 2 представлены зависимости кинетики измельчения угля при использовании одного цикла измельчения в вибрационной (пунктирная линия) или барабанной (штрих-пунктирная линия) мельницах и при последовательном измельчении материала сначала в барабанной, а затем в вибрационной мельнице (сплошная линия). Анализ рисунка свидетельствует о том, что при использовании только ба-

1. Дмитрак Ю.В. Современные методы компьютерного моделирования динамики мелющей загрузки. Уголь № 3, с. 45-47, 1999.

2. Дмитрак Ю.В. К вопросу об обосновании выбора оборудования для тонкого измельчения минерального сырья. - В сб. Оборудова-

рабанной мельницы процесс измельчения

сначала протекает очень интенсивно, а затем постепенно замедляется и в итоге материал вообще не достигает требуемого гранулометрического состава. При измельчении материала в вибромельнице процесс измельчения сначала протекает очень медленно, а затем быстро ускоряется, но за счёт медленной первой фазы время измельчения достаточно велико. Замедление процесса измельчения на начальной фазе связано с недостаточным количеством энергии, которой обладает шар (в силу его малого диаметра относительно частиц материала). Наиболее благоприятные условия для измельчения материала создаются при ведении процесса в 2 этапа. На первом этапе измельчение ведётся в барабанной мельнице с диаметрами помольной камеры и шаров соответственно 6 м и 160 мм, а на втором этапе - в вибрационной мельнице с диаметрами помольной камеры и шаров соответственно 0,5 м и 15 мм. Это позволяет отсечь зоны малоэффективной работы мельницы, что существенно снижает время измельчения, а значит и энергоёмкость процесса.

-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ние для комплексного использования сырья горного производства. М.: МГГУ, 1994 г.

3. Дмитрак Ю.В. Обоснование параметров вибрационной мельницы для измельчения карбонатных пород с учетом динамики мелющих тел. Дисс. ... канд. техн. наук. - М, 1991. - 170 с. ЕШ

Коротко об авторах

Дмитрак А.Ю. - аспирант кафедры Теоретической и прикладной механики Шишканов К.А. - аспирант кафедры Теоретической и прикладной механики Московский государственный горный университет Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru