Анализ конструкций и основных характеристик вибрационных мельниц

© К.А. Шишканов, А.Ю. Дмитрак, 2011

УДК 622.7

К.А. Шишканов, А.Ю. Дмитрак

АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ И ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВИБРАЦИОННЫХ МЕЛЬНИЦ

Проведён анализ работ, посвящённых конструктивным особенностям и рабочим характеристикам вибрационных мельниц. Дана классификация вибромельниц по числу помольных камер, углу их наклона, режимам работы. Проанализированы виды мелющих тел, химический состав материала, из которого они изготовлены, и коэффициент заполнения помольной камеры. Произведён сравнительный анализ технических характеристик вибромельниц различных производителей.

Ключевые слова: помольная камера, вибрационная мельница, мелющие тела, коэффициент заполнения.

Гонкое измельчение минерального сырья является одним из самых энергоёмких процессов горного производства. В то же время специфика работы измельчительного оборудования обуславливает повышенные требования к прочности и надёжности конструкции мель-ниц. В настоящее время исследо-ватели в нашей стране и за рубе-жом заняты разработкой новых ти-пов измельчительного оборудова-ния, обеспечивающих высокую эф-фективность и производительность. К таким типам машин относятся вибрационные мельницы.

Чаще всего вибрационные мельницы имеют помольные камеры круглого поперечного сечения, но выпускаются мельницы и с корытообразным сечением камер, например, мельницы фирмы «Зальцгиттер». Ряд авторов считает, что форма камер должна быть подобна траектории колебаний. Расположение помольных камер в вибрационных мельницах принимается либо в вертикальной, либо в горизонтальной плоскости или пространственное. Расположение камер в верти-

кальной плоскости удобно для последовательного соединения камер.

Последовательное соединение помольных камер позволяет увеличить путь измельчаемого материала, что дает большую толщину помола, а параллельно увеличить производительность.

Вибрационные мельницы обычно работают с мелющими телами сферической формы. При использовании стержней скорость измельчения выше примерно на 10 %, чем при использовании шаров, а при использовании коротких цилиндров (цильбепса) скорость измельчения падает в четыре раза по сравнению со скоростью измельчения шарами. Недостатком стержней является их значительный износ, поэтому было предложено применять стержни с противоизносными кольцами [2].

Обычно мелющие тела изготавливают из стали, но для специальных целей с тем, чтобы избежать попадания продуктов износа стальных мелющих тел в готовый продукт, применяют шары из тех материалов, что и измельчаемый материал: фарфоровые, резиновые, из глинозема, каменные и т.д. (табл. 1).

Число мелющих тел в вибромельницах обычно велико (коэффициент заполнения помольной камеры мелющими телами находится в пределах

Таблица 1

Химический состав стали для изготовления мелющих тел для мельниц, %

C а- £ Мп 81 N1 р

0,7 - 1,0 0,2 - 1,6 0, 0, 1 2 0, 0, 2, 1 *4 0, 0,17 - 0,4 СП, 0, 1 *4 0, 0,02-0,04

75-85 %), однако предлагались мельницы с одним или несколькими мелющими телами.

Значительный износ внутренней поверхности помольных камер вынуждает применять в мельницах футеровку. Иногда футеровка выпускается с отверстиями для удаления измельченного материала. Футеровку обычно изготавливают из износостойкой марганцевой стали, иногда из резины. Некоторые фирмы выпускают вибромельницы с быстросъемными сменными камерами, так как в ряде случаев выгоднее сменить обечайку, чем ставить футеровку. Для уменьшения износа применяют иногда ребра, приваренные к внутренней поверхности камер, что уменьшает скорость движения материала у стенки камер. Иногда в вибромельницах происходит деформация камеры, что затрудняет замену футеровки.

Нашли применение вибрационные мельницы с устройствами для промежуточного отделения измельченных фракций.

По способу подачи исходного материала в мельницу их подразделяют на мельницы непрерывного и периодического действия. Непрерывный режим

применяется для измельчения больших потоков материала.

Масса шаровой загрузки и количество шаров при разных диаметрах шара приведены в табл. 2.

Обычно вибрационные мельницы работают в зарезонансном режиме, Таблица 2

Масса шаровой загрузки и количество шаров при разных диаметрах шара

Диа- метр шара, мм Масса шара, кг Масса 1 м3 шаров, т Количество шаров в 1 т, шт.

25 0,064 4,8 15000

30 0,111 4,8 9000

40 0,263 4,7 3800

хотя существуют промышленные мельницы, работающие в резонансном режиме, но ввиду сложности конструкции они не получили широкого распространения. Такие весьма чувствительны к изменениям в подаче материала.

Дорезонансный режим малоэффективен и велико давление на подшипники и фундамент.

Разрушение материала в вибрационной мельнице происходит вследствие воздейст-

Таблица 3

Технические характеристики вибрационных мельниц

Характеристики Пределы измерения

Производительность, т до 60

Мощность, кВт до 500

Масса мелющих тел, т до 35

Масса пустой мельницы, т до 12

Диаметр камеры, м 0,4 - 1,0

Длина камеры, м 0,4 - 3,5

Амплитуда, мм 2 - 12

Частота, с-1 100 - 300

Объем камер, м3 До 2

Занимаемая производственная площадь, м2 до 25

вия нескольких факторов: удара и истирания. Сила и давление удара рассматривались рядом авторов, в частности Либольдом, которым предложены соответствующие зависимости. Частица при ударе разрушается при многократных воздействиях на частицу в случае, если возникающие при этом напряжения меньше разрушающих, и при однократном ударе, если напряжения, возникающие

326

Таблица 4

Технические характеристики вибрационных мельниц различных производителей

Фирма Модель Производительность, т/ч Установ- ленная мощ-ность, кВт Масса полная, т Диаметр камеры, мм Длина камеры, м Масса мелющих тел, т и & а ё«? 1 пел мо < % Частота, с-1 1 * 1 3 По Площадь, м2

Аллис - Чалмерс (США) 15180 - 15 0,9 380 0,4 0,1 - - 43 2,1

3034D - 95 6,2 750 0,8 1,3 - - 330 6,1

36400 - 145 7,5 920 1,0 2,0 - - 570 10,0

42480 - 240 11,7 1060 1,2 3,6 - - 920 12,0

35и - 8 1,2 350 - 1,1 3 і 2 100-300 - 2,4

©у р м Г с\ ^ о 50и - 30 4,4 500 - 3,5 3 і 2 150-300 - 5,3

65и - 110 - 650 - - - - - 12,0

35Р - 15 - 350 — 2,6 - - - 3,1

50Р - 50 - 500 — 7,2 - - - 6,6

65Р - 120 - 650 - 12 - - - 11

80Р - 250 - 800 - 20 - - - 16

100Р - 50 - 1000 - 35 - - - 25

Апекс (США) 163J - 9 - - - - 3 150 280 -

Апекс (США) 163К - 15 - - - - 3 150 770 -

Аубема Аубема 3,2 80 - 600 - - - 100 - 12

Гэммерлер (ФРГ) GSM1501 4 - 5 15 - 30 - 530 - - - 150 - 3,6

GSM2501 5 - 8 5 5 1 5 2 - 530 - - - 150 - 5,9

GSM 0 5 1 5 3 110 10,9 560 200 6, 1 , - 100-150 - 8,4

Н СҐ П> с

-г-* >гн

О4

ц

І

о

ю

0

1

<1

о

0

1

ю

<1

І

ю

О к1 Щ 3і

” Пз

О к1 Щ 3і

” Пз

Фирма

Модель

Производительность, т/ч

Установ-

ленная

мощ-ность,

кВт

Масса полная, т

Диаметр камеры, мм

Длина камеры, м

Масса мелющих тел, т

Ампли-туда

коле-баний,

мм

Частота,

Полный объем, л

Площадь,

Продолжение табл. 4

при этом, будут превосходить разрушающие. Для вибрационных мельниц характерен первый случай, так как для того, чтобы разрушить частицу при напряжениях больше разрушающих, необходимо, например, при амплитуде 10 мм иметь частоту вращения дебалансного вала 3000 мин--1, что обычно в вибромельницах не достигается [3].

Одним из важных параметров процесса измельчения является время пребывания материала в мельнице. При периодическом режиме работы время пребывания материала в мельнице равно времени работы мельницы, а при непрерывном режиме определение этого параметра весьма сложно. Время пребывания материала в мельнице определяли многие авторы [1-4].

Технические характеристики вибрационных мельниц приведены в табл. 3.

Что касается тенденций в развитии вибрационного измельчения, то можно отметить, что одной из основных тенденций является повышение единичной мощности измельчителей - до 500 кВт, увеличение амплитуд до 17 мм, снижение частоты - до 100 с-1 и увеличение крупности исходного материала - до 40 мм [4]. В табл. 4 приведены характери-

стики вибрационных мельниц как отечественного, так и зарубежного производства.

Исследования, проведенные с целью установления целесообразности применения наклонных вибрационных мельниц для измельчения отходов производства карбонатного щебня, в том числе влажных, показали перспективность этого вида оборудования для указанной цели. Теоретические и экспериментальные исследования, поведенные с наклонными вибрационными мельницами С.А. Теймуразяном, В.А. Балаяном и В.В. Бедимом, позволили решить ряд вопросов проектирования наклонных мельниц.

Но ряд вопросов, в частности выбор диаметра, длины и угла наклона помольных камер вибрационных мельницы для измельчения влажного материала, в вышеуказанных работах не рассмотрен. Остались в существенной мере открытыми вопросы определения оптимального диаметра мелющих тел при измельчении влажного материала и влияния гранулометрического состава исходного материала. Требовали также уточнения вопросы выбора амплитуды и частоты при различных условиях измельчения из условия минимальных затрат на измельчение.

1. Дмитрак Ю.В. Вержанский А.П. К вопросу об экспериментальном подтверждении теории измельчения горных пород в мельницах различных типов. Международная научнопрактическая конференция «Неделя Горняка-99», - т. 2, - с. 56, М.: МГГУ, 1995.

2. Еврейский А.В., Исаков В.С. Об эволюционном развитии средств измельчения. - Новочерк. техн. ун-т. - Новочеркасск, 1997. - 6 с. - Деп. в ВИНИТИ 27.01.97. - № 232-13-97.

3. ЕльцовМ.Ю., ВоробьевН.Д., Штифа-

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

нов А.И., Подставкина Т.В. Компьютерное моделирование движения мелющих тел в многотрубной мельнице. - В сб. Машины и комплексы для новых экологически чистых производств строительных материалов. Белгород, 1994.

4. Бедим В.В. Обоснование и выбор параметров наклонных вибрационных мельниц для измельчения влажных отходов карбонатных, карьеров: Дисс. ... канд. техн, наук. - М.: МГГУ, 1985.- 180 с.. ВШЭ

Коротко об авторах

Шишканов К.А. - аспирант кафедры Теоретической и прикладной механики, Дмитрак А.Ю. - аспирант кафедры Теоретической и прикладной механики, Московский государственный горный университет,

Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru