Стержневая мельница

ВВЕДЕНИЕ

Компания «Казахмыс ПЛС», основной деятельностью которой является производство меди, а самый ранний из активов которой был введен в эксплуатацию в 1930, является одной из ведущих международных компаний по добыче и переработке природных ресурсов. Осуществляя деятельность в Казахстане, Компания Казахмыс зарегистрирована на Лондонской и Гонконгской фондовых биржах.

Казахмыс является одной из немногих в мире полностью интегрированных производителей меди, начиная с добычи руды и заканчивая производством конечной продукции. Основная деятельность Компании включают в себя добычу и обогащение руды, выплавку и рафинирование меди, выработку тепло- и электроэнергии для собственных нужд, вспомогательные службы и коммерческую выработку электроэнергии.

«Казахмыс» владеет 17 рудниками и 10 обогатительными фабриками на территории Казахстана. Располагая достаточной природной сырьевой базой, высоким производительным потенциалом, высококвалифицированными кадрами рабочих и специалистов, корпорация имеет все возможности для дальнейшего повышения эффективности производства, внедрения новой техники и совершенствования технологических процессов, обеспечения высокого качества всех видов работ и конечного продукта.

Рациональное использование  минерально-сырьевых ресурсов, максимальное извлечение всех ценных компонентов из руд – главная задача обогатительной науки и практики.

Современные обогатительные фабрики - высокомеханизированные предприятия. Они оснащены большим числом сложных установок, машин и механизмов, составляющих в совокупности непрерывные технологические линии. Все оборудование этих линий связано между собой определенными технологическими зависимостями и предназначено для переработки или транспортировки руды и продуктов обогащения в едином технологическом процессе.

Эксплуатация оборудования в таких линиях предусматривает: контроль и регулировку производительности машин, контроль состояния смазочных систем, температуры трущихся частей механизмов и обмоток электродвигателей, предотвращение аварийных ситуаций, устранение возникающих неисправностей, пуск и останов оборудования.

Для облагораживания  или увеличения поверхности фазового контакта минерала, применяемого в том или ином процессе, его подвергают измельчению. На разных производствах измельчают твердое минеральное сырье, полуфабрикаты, а также готовую продукцию. Измельчаемые материалы по своей структуре могут быть твердыми, мягкими, хрупким, вязкими, а также обладать различными химическими свойствами. От свойств материала и заданной степени измельчения зависят продолжительность процесса и тип измельчающего оборудования. Отличают следующие виды измельчения: дробление крупное

 

(размер кусков  после измельчения 250 мм); дробление  среднее (20мм); дробление мелкое (1мм); помол грубый (0,1— 0,004мм); помол  средний (0,005—0,015 мм); помол тонкий (0,001— 0,005мм); помол коллоидный (менее 0,001 мм).

Технологическое назначение операций дробления и измельчения заключается в том, чтобы раскрыть минералы при максимально возможной крупности, при минимальном переизмельчении, т.е. осуществить принцип «не дробить ничего лишнего».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Общая часть

1. Схема цепи аппаратов.

 

Рассмотрим схему цепи аппаратов  на примере ОФ «КМЦ» Корпорации «Казахмыс». Руда в вагонах прибывает на обогатительную фабрику. Вагон заезжает в вагоноопрокид, содержимое попадает в рабочее пространство ККД 1500/180. Исходный размер сырья до 1500мм, размер же на выходе составляет 180мм. Далее руда проходит дробление в КСД и КМД. Между процессами дробления проводится грохочение. Подрешеточный продукт идет на следующую стадию, а надрешеточный возвращается на повторное дробление.

После дробления материал по конвейерам и питателям загружают в стержневые мельницы для измельчения.  После  руда проходит измельчение в шаровых  мельницах.

 

 

2. Расчет стержневой мельницы
1. Технологический расчет стержневой мельницы

 

Исходные данные для  расчета:

 

Мельница эксплуатируется  в схеме обогатительной фабрики.

Производительность фабрики  в 100% К₂О 1,2 млн.т/год.

Производительность стержневой мельницы определяется по следующей формуле:

Q = q* Vб, т/ч,

 

где q – удельная производительность мельницы, т/(ч*м³). Удельная производительность стержневой мельницы при измельчении от 10 – 15 мм до 0,8 – 1 мм составляет 5 – 7 т/(ч*м³)

Vб – рабочий объем барабана, м³.

Определяем часовую производительность фабрики по руде, по следующей формуле:

 

Q_час = А^руда_год * К/а * в,

 

где Q_час – производительность отделения измельчения фабрики за один час; а – количество рабочих дней в году, принимают а = 340дней; в – количество рабочих часов в сутки, принимают в = 22,5 часов; К – коэффициент, К = 1,15; А^руда_год –производительность фабрики по руде за год.

 

А^руда_год = А_К2О*1,583*100³/(а * е (100 - w_р)) = 1,2 *10⁶ * 1,583 * 100³/ (25% * 81,5% (100 – 0,5%)) = 9,3 * 10³ т/год

где а – содержание КС1 в исходной руде, %, по СОФ 2 среднее содержание КС1 в руде 25%; е – товарное извлечение КС1 в готовый продукт, % ; w_р – влажность руды , w_р = 0,5 %.

 

е ^КС1_сух.к-т =83%; е = е ^КС1_сух.к-т – 1,5 = 83 - 1,5 = 81,5 %

Q_час = А^руда_год * К/а * в = 9,3 * 10³ *1,15 / 340 * 22,5 = 1404,3 т/ч

 

Определим производительность одной мельницы за один час:

 

Q = Q_час/ 8 = 1404,3/8 = 176 т/ч

 

Для обеспечения заданной производительности требуется объем  барабана:

 

Vб = Q /q = 176 / 7 =25 м³

 

Используя технические  характеристики, стержневых мельниц с центральной разгрузкой, принимаем к установке стержневую мельницу МСЦ 3200х4500 с объемом барабана 32 м³. Ближайшая по размеру мельница МСЦ 2700х3600 имеет недостаточный объем барабана 17,5 м³.

Максимальная производительность выбранной мельницы составляет:

 

Q = 7 * 32 = 224 т/ч

 

Коэффициент использования  мельницы:

 

Кисп = ( 176 / 224) *100% = 78,6 %

 

В зависимости от частоты  вращения барабана различают каскадный, водопадный и смешанный режимы работ  мельниц. При каскадном режиме частота вращения барабана мала и стержни, поднимаясь на некоторую высоту вместе с барабаном, затем скатываются или сползают вниз параллельными слоями, измельчая материал главным образом истиранием. При увеличении частоты вращения барабана стержни под действием центробежной силы поднимаются выше и, достигнув определенной для каждой частоты вращения высоты, нанося удары по руде. Такой режим работы мельницы называют водопадным. Руда в этом случае измельчается главным образом за счет удара стержней и частично истирания. Смешанный режим осуществляется при переходе от каскадного режима к водопадному.

Частота вращения барабана может быть такой, когда центробежная сила достигает настолько большой  величины, что стержни не могут  оторваться от барабана и вращаются  вместе с ним. Руда при этом случае не измельчается.

Частота вращения, при  которой стержни прижимаются  центробежной силой к внутренней поверхности барабана и начинают вращаться вместе с ним, называется критической.

Критическая частота  вращения барабана мельницы определяется по диаметру барабана и равна:

 

n_кр = 42,4/√D = 42,4/√3.2 = 23.7 об/мин

 

Рабочая частота вращения составляет 75 – 85 % критической частоты  вращения, значит должна быть в пределах:

 

n_р = (0,75 – 0,85) n_кр = 17,8 – 20,1 об/мин (не более)

 

При такой частоте вращения барабана производительность и эффективность работы мельницы будут максимальными.

Установлено, что оптимальная  частота вращения барабана зависит  от степени его заполнения измельчающими  телами, которая характеризуется  коэффициентом заполнения ц. Для стержневых мельниц коэффициент заполнения ц обычно равен 0,3 – 0,4.

Коэффициент заполнения мельницы стержнями можно определить по следующей формуле:

 

ц = (4 Gст) / (гст р D² L)

 

где Gст – масса стержневой загрузки, т;

гст – насыпная масса  стержней, т/м³;

L – длина барабана, м.

Определяем массу стержней:

 

Gст = (гст р D² L)/4 = (0,3 * 6,3 * 3,14 * 3,2² *4,5) / 4 = 68 т = 68000 кг

 

Исходя из практики измельчения  сильвинитовой руды, склонной к шламообразованию принимаем стержневую нагрузку 35 т, что обеспечивает измельчение до крупности 1,25 мм.

Мельница оборудована  электродвигателем ДСП 260/39-36 мощностью 900 кВт, число оборотов 167 об/мин и  весом 15900 кг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Техническая характеристика мельницы МСЦ 3200х4500             табл 1.2.1.1.

Размер мельницы, мм:
Длина	12440
Ширина	7205
Высота	5228
Диаметр барабана внутренний, мм	3200
Длина барабана, мм	4500
Объем барабана номинальный, м3	32
Частота вращения барабана, об/мин	14,46
Мощность электродвигателя, кВт	900
Масса мельницы (без электрооборудования, смазочной станции, мелющих  тел), кг	133119
Масса вращающихся частей (без мелющих тел и измельчаемого  материала), кг	108000
Масса мелющих  тел, кг	До 70000

 

 

1.2.2. Механический расчет открытой зубчатой передачи стержневой мельницы

Исходные данные для расчета:

 

Число зубьев вал-шестерни – Z₁= 22;

Число зубьев зубвенца –  Z₂ =254;

Передаточное отношение  – U =11,245;

Модуль зацепления –  mn =20мм;

Угол зацепления –  б =20^о;

Межосевое расстояние –  а_w =2760мм.

Расчет передачи сводится к проверке прочности зубьев по контактным напряжениям у_н ≤ [у]_н , т.е. рабочее контактное напряжение должно быть меньше или равно допускаемому, в этом случае прочность зубьев в зацеплении обеспечена.

Геометрические параметры  передачи следующие:

а) делительные диаметры:

d₁ = m_n * Z₁ = 20*22 =440 мм;

d₂ = m_n * Z₂= 20*254 = 5080 мм;

 

б) диаметры вершин зубьев:

 

d_а1 =d₁ + 2m_n = 440 +2*20 = 480 мм;

d_а2 =d₂ + 2m_{n =}5080 + 2+20 = 5120 мм;

 

в) диаметры впадин зубьев:

 

d_f1 =d₁– 2.4m_n = 440 – 2.4*20= 392 мм;

d_f2 =d₂ – 2.4m_n = 5080 – 2.4*20 = 5032 мм;

 

г) ширина зубчатого венца:

колеса – В₂ = 800 мм;

шестерни – В₁ = 800 мм;

д) межосевое расстояние:

 

а_{w =} (d₁ + d₂)/2 = (440+ 5080)/2 = 2760 мм.

у_н = k* √F_t(U+1)/(B₂*d₂)*Кнб *Кнв*Кнх ≤ [у]_н.

 

где к – вспомогательный  коэффициент. Для прямозубой передачи к = 436;

F_t – окружная сила в зацеплении.

 

F_t = 2 * Т₂ * 10³ / d₂ .

 

где Т₂ = 20 т*м =20*10³ кг*м = 20*10⁴ Н*м;

 

F_t = 2 * 20 * 10⁴ * 103 / 5080 = 78,7 * 10³ Н.

U = 11.545; B₂ = 800 мм.

 

Кнб – коэффициент, учитывающий  распределение нагрузки между зубьями передачи. Для прямозубого колеса Кнб = 1,0;

Кн в– коэффициент  неравномерности нагрузки по длине  зуба. Он зависит от коэффициента ширины колеса по диаметру, т. е. от ш_Вd

 

ш_Вd = В/ d₁ = 800 /440 = 1,8

 

по табличным данным Кнв= 1,0

Кнх – коэффициент динамической нагрузки, зависящий от окружной скорости колес и степени точности передачи.

 

х = щ₂ * d₂/(2 * 10³) = р n d₂/ (30 * 2 * 10³) = 3.14 * 14.46 * 5080 / 60 * 10³ = =3.84 м/с.

 

при данной степени точности изготовления колес и х = 3,84 м/с, Кнх= 1,2.

Шестерню и колесо изготавливают из стали 45, термообработка – У + ТВЧ, т.е. улучшение с закалкой токами высокой частоты, твердость  по Роквелу 45…..53 HRC.

[у]_Н = К_HL*[у]_{HO1 ,}

 

где К_HL – коэффициент долговечности.

При длительной работе передачи К_{HL = 1.}

 

[у]_HO1 = 14HRC + 170 14 * 50 +170 = 870 Н/мм².

[у]_Н = 1 * 870 = 870 Н/мм².

у_Н = 436 * √78,7 * 10³ * (11,545 + 1)/(800 * 5080) * 1 * 1 * 1,2 = 235 Н/мм².

у_Н = 235 Н/мм² < [у]_Н = 870 Н/мм².

 

В итоге недогруз:

 

([у]_Н - у_Н)/ [у]_Н * 100% = ( 870 – 325) / 870 * 100% = 73% > 15%.

 

Следовательно можно  оставить марку стали 45, но термообработку взять – улучшенную с твердостью НВ 180.

 

[у]_НО = 1,8 НВ +67 = 1,8 * 180 + 67 = 391 Н/мм²

[у]_Н = 391 Н/мм².

 

 

Характеристика привода  мельницы:             Табл 1.2.2.1

Число зубьев вал-шестерни	22
Число зубьев зубчатого  венца	254
Передаточное отношение	11,545
Модуль в нормальном сечении, мм	20
Угол зацепления, град.	20
Межцентровое расстояние, мм	2771,64
Наибольший допускаемый  момент, тм	20

 

2. Специальная часть

2.1  Назначение

 

Мельница стержневая с центральной разгрузкой (МСЦ 3200Ч4500) предназначена для мокрого измельчения  руды в замкнутом цикле (в схеме  СОФ-2).

Измельчением является заключительной операцией в цикле  подготовки руды перед обогащением, связанной с уменьшением крупности ее кусков, и производится в аппаратах, называемых мельницами. Как правило, на измельчение поступает материал после дробления и имеет крупность менее 10 –25 мм.

В результате измельчения  должен быть получен продукт, пригодный  по крупности для последующего обогащения и содержащий полезные минералы в виде частиц, максимально освобожденных от пустой породы. Крупность частиц измельченного продукта обычно не превышает 1 мм.

 

2.2  Устройство  стержневой мельницы

 

Условное обозначение  МСЦ – 3200х4500-УХЗЛ4-ТУ 24.00.5241-92,расшифровывается следующим образом:

М – мельница;

С – стержневая;

Ц – с центральной  разгрузкой;

3200 – диаметр барабана  внутренний, мм;

4500 – длина барабана  внутренняя, мм;

УХЛ – климатическое  исполнение;

4 – категория размещения.

Мельница представляет собой цилиндричес4ий барабан, закрытый торцевыми стенками. Центральная часть барабана мельницы представляет собой сварной корпус с футеровкой.

Торцевая стенка со стороны  загрузки материала, вместе с футеровкой и установленным в стенку загрузочным патрубком, называется загрузочной частью барабана.

Торцевая стенка со стороны  выхода измельченного материала  вместе с установленными на ней торцевой футеровкой, разгрузочной воронкой и  горловиной воронки называется разгрузочной частью барабана мельницы.

Стенки имеют полые  цапфы с проточенными на них опорными шейками, которыми барабан опирается  на коренные подшипники.

Изнутри корпус барабана и торцевые стенки с целью предохранения  их от износа защищены футеровочными  бронеплитами, изготовленными из износостойких материалов, так как пульпа (измельчаемый материал в смеси с водой) абразивна и поверхности деталей, соприкасающиеся с пульпой при работе мельницы, интенсивно изнашиваются. Укладка футеровки внутри барабана производится с учетом направления его вращения (острым концом основания плиты по направлению вращения) и на резиновых прокладках.

Барабан ме5льницы опирается  на коренные подшипники. Один из подшипников (возле привода) выполняется фиксированным , второй – свободным с гарантированным зазором между буртом опорной шейки цапфы и торцом корпуса подшипника. Это обеспечивает возможность компенсации удлинения барабана работающей мельницы при нагреве его за счет энергии, выделяемой в процессе измельчения материала.

Подшипники коренные состоят из фундаментных и опорных плит, корпусов с баббитовой заливкой, крышек и уплотнений.

Для обеспечения возможности  перемещения плит опорных по плитам фундаментным при установке барабана и регулировке зубчатого зацепления привода мельницы на фундаментных плитах предусмотрены регулировочные винты.

Защита коренных подшипников  от перегрева осуществляется аппаратурой  температурной встроенной защиты и  сигнализации.

Вращение барабана мельницы осуществляется с помощью привода.

Привод мельницы состоит  из тихоходного синхронного электродвигателя, упругой муфты с промежуточным валом и открытой зубчатой передачи. Зубчатая передача состоит из вал-шестерни входящей в сборку вала приводного, и зубчатого венца, установленного на барабане мельницы.

Вращение барабана мельницы имеет такое направление, чтобы усилие в зубчатом зацеплении прижимало вал приводной к фундаменту и анкерные шпильки привода не работали на отрыв.

 

2.3  Принцип  работы стержневой мельницы

 

Подлежащий измельчению  материал и мелющие тела (стержни) загружаются в барабан мельницы. Подача измельчаемого материала и воды производится при работе мельницы непрерывно. Загрузка и догрузка стержней производится при остановке мельницы. подлежащий измельчению материал загружается в барабан через течку и подается на шнеки загрузочного патрубка и затем поступает в барабан.

Измельчение материала  происходит за счет ударов мелющих  тел (стержней), а также раздавливания  и истирания его между измельчающими  телами и футеровкой при вращении барабана. Измельченный материал в  смеси с водой и (пульпа) свободным сливом через воронку разгрузочную, горловину воронки и бутару удаляются из барабана мельницы. Разгрузка осуществляется за счет различного уровня разгрузочной воронки и шнеков загрузочного патрубка, а также за счет подпора постоянно поступающего нового материала.

Инородные тела, случайно попавшие в мельницу (щепа, ветошь, пласкуша), отделяются от пульпы с помощью бутары, установленной на фланце цапфы разгрузочной торцевой стенки.

 

2.3  Техническая  характеристика

 

Техническая характеристика стержневой

 мельницы МСЦ 3200х4500                                                                         Табл 2.3.1

1	Диаметр барабана внутренний (без футеровки), мм	3200
2	Длина измельчительной камеры (без футеровки), мм	4520
3	Рабочий объем помольной камеры, м3	32
4	Степень заполнения барабана мелющими телами, % не более	35
5	Расчетная потребляемая мощность, кВт, не более	610
6	Крупность загружаемого материала (не более), мм	25
7	Номинальная частота вращения барабана, об/мин	14,46
8	Относительная частота вращения барабана	0,6
9	Открытая зубчатая пара главного привода Модуль Угол наклона зуба, град число зубьев	ВЕНЕЦ	ШЕСТЕРНЯ
		20
		5,25
		254	22
10	Электродвигатель главного привода Мощность, кВт Частота вращения, об/мин Напряжение, В	ДСП 260/39-36 УХЛ 900 167 6000

 

3  Организационная  часть

3.1  Требования, предъявляемые к техническому обслуживанию и ремонту стержневой мельницы

 

В течении первых десяти дней работы мельницы после ремонта следует  останавливать не реже одного раза в смену и проверять состояние зацепления (контакт зубьев, отсутствие задиров) , уплотнений, крепление венца, брони. Устранять выявленные недостатки.

Не допускать перегруза мельницы мелющими телами и работы мельницы при недостаточном питании измельчаемым материалом.

Планово-предупредительный осмотр привода производить не реже одного раза в шесть месяцев. Во время  плановых осмотров проверяется параллельность вал-шестерни с валом электродвигателя.

В соответствии с графиком плановых осмотров необходимо:

• следить за износом футеровки и не допускать случаев эксплуатации мельницы при неполном износе даже отдельных футеровочных плит;
• не допускать смещения футеровочных плит в барабане от их нормального положения;
• не допускать течи масла через в уплотнениях коренных подшипников, своевременно производить обтяжку и замену уплотнений;
• следить за состоянием и степенью износа баббита коренных подшипников, при зазоре между цапфой и корпусом подшипника на зоне установки уплотнений менее 0,5 мм корпус подшипника заменить.

При работе мельниц необходимо следить  за состоянием привода, не допуская его  пульсации и ударов. Шум, создаваемый  открытой зубчатой передачей, должен быть ровным, без периодического усилия и ослабления.

Не допускается перегрев коренных подшипников мельницы выше 60 єС, так  как повышение температуры выше нормы может привести к расплавлению баббитовых вкладышей.

Необходимо систематически слеза поступлением масла в подшипники через специальные смотровые окна.

Техническое состояние оборудования мельницы считается удовлетворительным при условиях:

- отсутствие механических повреждений  основных узлов мельницы;

- работа без толчков и заеданий;

- отсутствие повышенного шума  в приводе;

- отсутствие вибраций фундамента;

- отсутствие перегрева подшипников;

- наличие подачи масла в коренные  подшипники и смазки в узлах  (отсутствие течи) ;

- нормальное зацепление вал-шестерни  с венцовым колесом. При этом рабочая длина зацепления зубьев по пятну контакта - не менее 65% длины зуба подвенцовой шестерни и 45% по высоте зуба, радиальный зазор в зацеплении - 6мм без учета радиального биения венца.

4  Охрана труда и техника безопасности

4.1  Общие требования техники безопасности на ОФ

 

На каждой фабрике  установлен систематический  контроль за безопасным состоянием и  правильной эксплуатацией механизмов, оборудования, коммуникаций, зданий и  сооружений. Все работы повышенной опасности должны выполняться по наряд допускам.

Для каждого участка (объекта, отделения) фабрики должна быть установлена  категория пожаро-взрывоопасности  и предусмотрены соответствующие  меры безопасности.

Руководителем фабрики (его заместителем) определяется порядок осуществления  контроля и утверждается «Перечень работ повышенной опасности».

Руководством фабрики утверждается Положение о правилах, обязанностях и ответственности руководителей  и специалистов всех участков (цехов, отделений) за состояние охраны труда  и техники безопасности.

Все вводимые в эксплуатацию объекты должны быть укомплектованы инструкциями по безопасному обслуживанию оборудования и механизмов, технологическими картами (инструкциями) по безопасному ведению технологического процесса, а также обслуживающим персоналом, имеющим составляющую квалификацию и обученным безопасным приемам работы.

Все  рабочие, служащие  и ИТР, поступившие на фабрику или переводимые  с одной работы на другую, должны проходить медицинское освидетельствование  в установленном порядке. Отдельные  категории работников подвергаются периодическому медицинскому освидетельствованию в порядке, определяемом органами здравоохранения.

Все  рабочие и служащие  при  поступлении на фабрику должны пройти предварительное обучение технике  безопасности по специальной программе в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004-90.

Предварительное обучение технике  безопасности организуется соответствующим  отделом  (инженером) по технике безопасности с отрывом от производства и с  обязательной сдачей экзаменов.

Все рабочие, кроме ранее работавших и имеющих соответствующую профессию, после предварительного обучения технике безопасности должны пройти обучение по профессии в учебных подразделениях фабрик или в индивидуальном порядке путем закрепления за опытными рабочими в сроки и в объемах, предусмотренных соответствующими программами обучения.

В период обучения они могут выполнять  отдельные операции под наблюдением  опытного рабочего. К самостоятельной  работе по профессии рабочие могут  быть допущены только после окончания  обучения и сдачи экзаменов в квалификационной комиссии.

Все вновь принятые, а также переведенные на другую работу рабочие перед допуском к работе должны получить инструктаж по технике безопасности по программе, утвержденной руководителем фабрики  для конкретно обслуживаемого рабочего места. Результаты  инструктажа заносятся в личную книжку рабочего.

Инструктаж рабочих и проверка знаний по технике безопасности должны производиться не реже  одного раза в полугодие в объеме первичного инструктажа на рабочем месте, программа которого утверждается руководителем  «КЦМ»

Периодическая проверка знаний по безопасным методам работы должна производиться комиссиями, назначенными распоряжением по фабрике. Результаты проверки оформляются протоколом и заносятся в удостоверение по ОТ рабочего.

При внедрении технологических  процессов и методов труда, а  также при изменении требований или введении новых инструкций по технике безопасности все рабочие должны пройти внеочередной инструктаж в объеме и в сроки, установленные администрацией фабрики.

Все рабочие и ИТР должны быть обучены оказанию первой помощи пострадавшим при несчастных случаях, профессиональных отравлениях и поражениях электрическим током.