ФУТЕРОВКА КАБЛУЧКОВАЯ БАРАБАННЫХ МЕЛЬНИЦ

Полезная модель относится к барабанным мельницам, а более конкретно, к футеровкам мельниц самоизмельчения, применяемым в горнорудной, химической, цементной промышленности и других областях, где требуется измельчение исходного карьерного материала.
В футеровках барабанных мельниц самоизмельчения для подъема обрабатываемого материала на определенную высоту применяются подъемные элементы различного типа, называемые лифтерами.
Наиболее широко применяемыми являются футеровки с лифтерами, представляющими собой балку высотой, как правило, 300-400 мм и шириной 200-300 мм, расположенными по обечайке мельницы параллельно образующей и отстоящими друг от друга на расстояние 500-900 мм.
При вращении барабана эти лифтеры подобно лопастям поднимают на определенную высоту куски руды разной крупности, часть из которых затем скатывается, а часть вылетает по траектории на противоположную стенку, где она дробится и дробит лежащую внизу часть.
Несмотря на простоту конструкции подобных лифтеров постоянно предпринимаются усилия по их модернизации с целью повышения производительности или повышения сохранности полезного компонента, в случае дезинтеграции алмазосодержащих руд.
Более совершенной является футеровка барабанных мельниц самоизмельчения, содержащая стержневые лифтеры, расположенные рядами вдоль оси барабана и направленные к ней по радиусу, в которой расстояние между лифтерами в ряду равно максимальному размеру дробленого куска, высота лифтеров в рядах равна 0,6-0,7, а расстояние между рядами 1,8-2,2 размера максимального куска исходного материала.
При вращении барабана стержневые лифтеры, находящиеся в нижнем положении, захватывают куски материала и поднимают их на некоторую высоту селективно - максимальные куски поднимаются, а мелкие перемещаются в зону разгрузки под действием подпора поступающего в мельницу исходного материала.
Вследствие большей высоты лифтеров в данной футеровке обеспечивается некоторое повышение эффективности самоизмельчения материала. Однако в данной футеровке пространство между лифтерами довольно быстро забивается измельчаемым материалом, и разделение его кусков по крупности не осуществляется полноценно. Это снижает эффективность процесса измельчения и увеличивает затраты энергии на тонну руды.
Более совершенной конструкцией футеровки, содержащей стержневые лифтеры, является следующая, принятая нами за прототип. В основу изобретения было положено решение, которое бы обеспечивало разделение измельчаемого в мельнице материала по крупности при одновременном захвате и надежном удержании определенными лифтерами кусков определенной крупности, благодаря чему должны были снизиться энергозатраты и повыситься эффективность измельчения. Это решается тем, что футеровка, содержащая стержневые лифтеры, расположенные рядами вдоль оси барабана мельницы и направленные к центру его поперечного сечения, в которой стержневые лифтеры в соседних рядах имеют различную высоту, при этом максимальная высота лифтеров и расстояние между ними в ряду составляет 0,7-0,9 размера максимального куска исходного материала. Минимальная высота лифтеров и расстояние между ними в ряду составляет 0,2-0,7 максимальной высоты, а расстояние между рядами лифтеров с максимальной высотой составляет не менее 2,5 размеров максимального куска исходного материала.
По мнению авторов, выполнение стержневых лифтеров в соседних рядах разными по высоте и размещение их в этих рядах на различном расстоянии друг от друга обеспечивают захват, удержание и подъем лифтерами каждого ряда кусков измельчаемого материала строго определенной крупности. Лифтеры большей величины, установленные с большим интервалом, чем лифтеры соседнего ряда, захватывают большие по размерам куски и пропускают между собой куски меньшей крупности, которые в свою очередь захватываются лифтерами меньшей высоты. Куски готовой крупности проходят между лифтерами и движутся в сторону разгрузки.
Предложенная конструкция футеровки со стержневыми лифтерами имеет следующие недостатки: - заявленная максимальная высота лифтеров и расстояние между лифтерами в ряду 0,7-0,9 от условного диаметра исходного максимального куска при современной тенденции увеличения максимального куска до 1200 мм (паспортные данные работы мельницы самоизмельчения на алмазодобывающей фабрике) реально будет составлять 840-1080 мм, что в принципе не может эксплуатироваться. При ударе куска диаметром 1,2 м при скорости 7 м/сек и массе 2,8 т стержень не способен выдержать такую нагрузку и разрушится. Тот же недостаток касается и мелких стержней, которые при соблюдении заявленных характеристик должны иметь высоту 240-840 мм. Вероятно, предложенные авторами параметры будут справедливы для небольших мельниц, обрабатывающих мелкую руду.
В основу полезной модели была положена реальная внутренняя механика руды мельниц самоизмельчения, которая определяется трением между кусками руды. Установлено, что существует сплоченная часть рудной загрузки, состоящая в основном из кусков мелкой фракции, движущаяся совместно с барабаном мельницы по круговой траектории до точки, где за счет силы тяжести отделяется от сплоченной части разрыхленная часть, состоящая главным образом из средних и крупных кусков, причем граница трения между разрыхленной и сплоченной частями описывается уравнением логарифмической спирали (А.Б. Лейтес «Исследование некоторых закономерностей процесса самоизмельчения руд на примере алмазоносных кимберлитов Якутии», диссертация, Москва, 1971.) Эта граница существует объективно, являясь границей равного трения, и не зависит от толщины сплоченной части руды.
Однако потребляемая мощность, производительность, следовательно эффективность измельчения напрямую зависят от соотношения толщины сплоченной и разрыхленной частей руды. Чем толще сплоченный слой тем меньше потребляемая мощность, следовательно меньше производительность, поскольку меньше руды переходит в разрыхленную, кинетически активную часть, которая, как упоминалось выше, представлена в основном средним и крупным классом. С другой стороны снижение толщины сплоченной части до минимума не обеспечит формирование границы разделения сплоченной и разрыхленной частей, соответственно значительная часть кинетически активных кусков не сможет быть поднятой на определенную высоту для того, чтобы далее совершить работу дробления-измельчения, и следовательно снизится производительность.
Таким образом, главной задачей является повышение производительности и снижение затрат электроэнергии на тонну руды, на решение которой направлено техническое решение. Данное решение достигается за счет того, что футеровка барабанных мельниц самоизмельчения включает набор каблуков разной высоты, упорядоченно расположенных по обечайке в виде чередующихся рядов крупных и средних каблуков, а мелкие каблуки заполняют все пространство, не занятое крупными и средними каблуками, причем ряды с крупными, средними и мелкими каблуками расположены рядом и образуют свой ряд, повторяющийся по периметру обечайки многократно, причем высоты мелких, средних и крупных каблуков в сечении подчиняются уравнению логарифмической спирали, а частота повторения этих рядов, высота крупных и средних каблуков, расстояние между ними в ряду зависит от гранулометрической характеристики исходного сырья. Крупные и средние каблуки выполнены в виде усеченного конуса, причем диаметры нижних оснований отличаются в 2,5-3 раза, а высоты - в 1,5-2 раза. Крупные каблуки выполнены полыми, причем отверстие в них составляет более диаметра головки крепежного болта. Количество сдвоенных рядов, расположенных по периметру и состоящих из крупных и средних каблуков, составляет не менее двух. Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение производительности и снижение затрат энергии на измельчение тонны руды. Опытно-промышленные испытания, проведенные в институте Якутнипроалмаз (г. Мирный, Якутская-Саха республика), подтверждают эффективность совокупных признаков технического решения.
В дальнейшем полезная модель поясняется подробным описанием лучшего варианта ее осуществления со ссылками на прилагаемый чертеж, на котором показан фрагмент футеровки каблучковой мельницы самоизмельчения.
На чертеже показана футеровка каблучковая барабанной мельницы. На внутренней поверхности обечайки 1 барабана мельницы самоизмельчения установлены повторяющиеся съемные секции 2, 3, 4 с различными каблуками - мелкими, средними и крупными, которые крепятся к обечайке 1. Каждая секция выполнена за одно целое с каблуками разных габаритов. Для секции 4 крупные каблуки выполнены в виде усеченного конуса с внутренними отверстиями, через которые происходит крепление секции. Средние каблуки секции 3 также выполнены в виде усеченного конуса, но с габаритами меньше чем каблуки секции 4 по нижнему основанию в 2,5-3 раза и по высоте в 1,5-2,0 раза. Мелкие каблуки секции 2 выполнены в виде небольших усеченных конусов с размерами в 1,5-2,0 раза меньше чем средние каблуки секции 3. Задача мелких, средних и крупных каблуков, расположенных на секциях 2, 3, 4, состоит в том, чтобы обеспечить определенную поверхность трения, описываемую уравнением логарифмической спирали, а также снижение износа секций 2, 3, 4, а при измельчении алмазосодержащих руд обеспечить защиту алмаза от падающих сверху кусков руды за счет возможности алмаза попасть в межкаблучковое пространство, где вероятность попадания кусков конкретно на алмаз весьма мала. Секции 4 с крупными каблуками и секции 3 со средними каблуками расположены рядом и образуют свой сдвоенный ряд, который повторяется по периметру обечайки 1 барабана много раз. Расстояние между каблуками секций 3 и 4 в соответствующих рядах, частота сдвоенных рядов секций 3 и 4 по периметру, высота каблуков секций 3 и 4 определяется гранулометрической характеристикой руды.
Футеровка работает следующим образом.
При вращении барабана с обечайкой 1 руда, поступающая из карьера, распределяется по футеровке и в нижней части концентрируется у каблуков секций 3 и 4 в виде поверхности, описываемой уравнением логарифмической спирали с центром на оси барабана. Далее эта поверхность за счет трения руды о руду увлекает за собой слой материала до точки, где сила тяжести превышает центробежную силу вращения барабана, благодаря чему выделяется разрыхленная часть, состоящая в основном из средних и крупных кусков руды, которая падает вниз на расположенный материал между рядами и на сформированный двумя рядами каблуков секций 3, 4 материал. Этот сформированный материал представляет собой упорядоченный слой материала, состоящий из подложки среднего и мелкого материала с более крупными кусками сверху. Падающие крупные куски руды на такой слой материала дробят и измельчают его и дробятся и измельчаются сами. Далее процесс повторяется непрерывно - подложка, где бы она не сформировалась, измельчается и уходит из мельницы, на ее место приходит другой материал. Например, максимальный размер исходного куска, как упоминалось ранее, составляет 1200 мм, а гранулометрическая характеристика остальной части руды отвечает распределению Гаусса или логнормальному распределению. Такое распределение позволяет, зная количество и крупность максимальной фракции, рассчитать все остальные фракции, вплоть до 5 мм. Опять же такое знание позволяет построить пространственную модель футеровки, учитывая, что для подъема на определенную высоту максимального куска размером 1200 мм достаточны каблуки высотой 450-500 мм, что вполне приемлемо с точки зрения прочности каблука. Если рассматривать динамику дальше, то за максимальным куском выстраиваются все остальные, образуя поверхность равного трения, описываемой уравнением логарифмической спирали. Коэффициенты уравнения логарифмической спирали будут резко отличаться в зависимости от руды, ее физических свойств, в первую очередь, от коэффициента внутреннего трения, поэтому они здесь не приводятся.
Предлагаемая футеровка может найти самое широкое применение в любой области, где требуется измельчение карьерного материала. При этом в зависимости от гранулометрической характеристики сырья, соответственно изготавливается футеровка с ее необходимыми параметрами, обеспечивающая оптимальный режим процесса измельчения. Конструкция футеровки проста для изготовителей и универсальна для потребителей. Ее применение позволяет повысить производительность на 30-80% и снизить удельные энергозатраты на 30-50%.