МЕЛЮЩЕЕ ТЕЛО

Полезная модель относится к конструкциям мелющих тел использующихся в шаровых мельницах для измельчения сырьевых компонентов и может быть использована при обогащении полезных ископаемых, производстве строительных материалов, в химической и металлургической промышленности.
В горнорудной, цементной, энергетической, керамической и других областях промышленности во всем мире ежегодно измельчается несколько миллиардов тонн сырья. Для измельчения твердых материалов широко используются барабанные шаровые мельницы, в которых мелющие тела совершают движение в каскадном или в каскадно-водопадном режиме, создавая при этом ударные и истирающие нагрузки на куски измельчаемого материала. При этом эффективность процессов измельчения повышают, в том числе, за счет подбора геометрической формы и размеров мелющих тел.
Известно мелющее тело, представляющее собой тело вращения, ограниченное параллельными плоскостями, перпендикулярными оси вращения, т.е. тело вращения типа цилиндра [1]. Недостатком данного мелющего тела является то, что оно имеет грани, которые при работе в мельнице измельчаются вместе с измельчаемым материалом и создают условия для разрушения мелющего тела. При отливке цилиндрического мелющего тела из белого чугуна, особенно при отливке в кокиль, вследствие неравномерного охлаждения отливки, а также из-за наличия рыхлот и раковин по углам торцов, возникают внутренние напряжения, вызывающие повышенную хрупкость и откалывание осколков мелющего тела, которые отрицательно влияют на работу мельниц, уменьшая ее производительность. Они засоряют решетки, мешая выходу материалов из мельницы.
Известно также мелющее тело, выполненное в виде усеченного конуса, верхнее и нижнее основание которого выполнены сферическими [2].В заявке указывается, что такие мелющие тела имеют повышенную ударостойкость, износостойкость и повышают эффективность процесса измельчения.
осн.
Одним из видов мелющих тел, которые широко применяются для измельчения различных твердых материалов, являются мелющие тела, так называемой, эллипсоидной формы [3]. Такие мелющие тела представляют собой тела вращения, полученные путем вращения полуэллипса вокруг большей полуоси. Из некоторых других источников информации известны мелющие тела, имеющие параболоидную поверхность и плоское основание. Так, известно мелющее тело, выполненное в виде параболоида вращения с основанием параболоида радиусом R, расположенным в плоскости, перпендикулярной оси вращения [4]. В данной конструкции мелющего тела, в основном, отсутствуют грани и углы, вызывающие отколы, за исключением углов у плоского основания параболоида. Наличие угловых переходов в зоне основания приводит к рассмотренным выше недостаткам, как при отливке мелющего тела, так и при его применении (значительно повышают износ мелющего тела).
Исторически сложилось представление, что наиболее рациональной и эффективной формой мелющего тела для измельчения материалов различной крупности является шар. В тоже время, установлено, что в процессе эксплуатации мелющих тел различной формы они после определенного периода приработки в мельнице по форме приближаются к эллипсоидной [5]. Такая форма обеспечивает наиболее эффективный процесс измельчения материалов из-за большой контактной поверхности соприкосновения между измельчаемым материалом и мелющим телом. При этом известно, при конструировании машиностроительных деталей стремятся приблизить их форму к форме естественного износа, что способствует уменьшению износа и повышению прочности детали. Это же утверждение справедливо и для мелющих тел, которые в процессе эксплуатации подвергаются различным механическим воздействиям (удары, трение и т д.), способствующим активному износу.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является упомянутое выше мелющее тело эллипсоидной формы [3]. При этом, с учетом приведенного выше утверждения в отношении оптимальной формы, соответствующей форме естественного износа детали, кроме упомянутых выше недостатков для такого технического решения мелющего тела можно говорить о «незавершенности» его формы. Его форма не в полной мере соответствует форме эллипсоида (с точки зрения определения геометрической фигуры «эллипсоид»), т.е. форме естественного износа в процессе эксплуатации.
Таким образом, задачей полезной модели является создание конструкции мелющего тела, которая обеспечила бы исключение всех упомянутых выше недостатков. Мелющее тело не должно иметь граней, торцов и углов, вызывающих отколы, и должно иметь форму максимально приближенную к форме естественного износа мелющего тела в процессе эксплуатации. За счет этого должно обеспечиваться повышение прочности, уменьшение износа мелющего тела и увеличение тонкости помола.
1
2
1
2
1
2
1
2
Поставленная задача решается заявляемым мелющим телом для измельчения грубозернистых материалов, выполненным в виде тела вращения типа эллипсоида, за счет того, что эллипсоид получен вращением эллипса, образованного четырьмя дугами окружностей радиусов R и R, где R>R, при условии чередования дуг радиусов R и R вокруг большей оси длиной L, причем R=0,7·L, R=0,2·L, а диаметр D эллипсоида в плоскости симметрии, в которой лежит меньшая ось, выбран из условия D=0,58·L.
Приведенные выше соотношения между размерами эллипсоида являются наиболее оптимальными с точки зрения достижения заявленных технических результатов и обеспечивают возможность получения мелющих тел заявляемой формы и различных типоразмеров.
Достоинства и преимущества заявляемой полезной модели более подробно будут проиллюстрированы на одном из возможных, но не ограничивающих примеров реализации со ссылкой на позиции фигур чертежей, на которых схематично представлены:
Фиг.1 - общий вид заявляемого мелющего тела,
Фиг.2 - продольный разрез мелющего тела по Фиг.1.
1
2
1
2
На Фиг.1 и Фиг.2 схематично представлены общий вид и продольный разрез заявляемого мелющего тела для измельчения грубозернистых материалов, которое выполнено в виде симметричного эллипсоида 1. Эллипсоид 1 вращения образован вращением эллипса 2 вокруг оси вращения 3, совпадающей с большей осью эллипса. Длина большей оси эллипса 2 обозначена L. Диаметр эллипсоида 1 в плоскости симметрии, в которой лежит меньшая ось 4 эллипса 2 обозначен D. Точки сопряжения дуг, образующих эллипс 2, обозначены позициями 5, 6, 7, 8. Эллипс 2 образован последовательно сопрягаемыми дугами 5-6 радиуса R, 6-7 радиуса R, 7-8 радиуса R, 8-5 радиуса R.
Для примера, задаем необходимые размеры диаметра эллипсоида D=25 мм, как наиболее применимые для мелющих тел (цильпебсов). Исходя из приведенных выше соотношений, определяем остальные размеры мелющего тела:
L=D/0,58=25/0.58=43,1 мм,
1
R=0,7·L=0,7·43,1=30,17 мм,
2
R=0,2·L=0,2·43,1=8,62 мм.
Заявленные выше соотношения между основными размерами мелющих тел позволяют аналогичным образом получить эллипсоидные мелющие тела любых типоразмеров, при условии сохранения геометрической формы наиболее близкой к форме естественного износа мелющих тел (цилиндрических).
При использовании заявляемого мелющего тела в мельницах для измельчения различного вида сырья и материалов, прежде всего твердых сырья и материалов, отсутствие угловых переходов между отдельными участками поверхности мелющего тела увеличивает рабочую поверхность мелющего тела и позволяет избежать возникновение сколов (откалывание кусочков мелющего тела), обеспечивая тем самым повышение эффективности работы мелющего тела в частности и мельницы в целом.
Заявляемые мелющие тела технологичны в изготовлении при формовке, как в земляные формы, так и в кокиль. Выбор соответствующего сечения питателя при формовке в землю гарантирует получение отливок без усадочных раковин и рыхлот, а при отсутствии острых углов и граней и отсутствии сколов в процессе эксплуатации обеспечивается повышение прочности и износостойкости мелющего тела.
Учитывая, что эллипсовидные мелющие тела по сравнению, например, с цилиндрическими расходуются в 2,5-3 раза меньше [6], можно сделать вывод, что заявляемое мелющее тело обеспечивает более высокий уровень служебных свойств эксплуатации.
Источники информации.
1. А.С.SU №1546141 А1, опубл. 28.02.1990.
2. Заявка RU № 94032954 А1, опубл. 10.11.1995.
3. Литейные чугунные мелющие тела эллипсоидной формы, обеспечивающие ресурсо- и энергосбережение при измельчении сырья и материалов. В.А.Игнатов, А.А.Пахомов, А.А.Троянский, В.Л.Жук, А.И.Туяхов, А.И.Ярмоленко, А.Н.Соболев. ОАО «Макеевский труболитейный завод»,
ДНТУ. [Электронный ресурс] - 4 марта 2010. - Режим доступа:
http://nich.dgtu.donetsk.ua/konf/konf4/sek_03_metall/s03_17.pdf.
4. А.с.SU №1606185 А1, опубл. 15.11.1990.
5. Несвижский О.А. Производство мелющих тел для шаровых мельниц. - М.:
Машгиз. - 1961.с.149.
6. Несвижский О.А. Долговечность быстроизнашивающихся деталей - цементного оборудования. М.: Машиностроение, 1968, стр.44, 114.