Эксплуатация мельницы

Оглавление:

1. Введение……………………………………………………….…………..2
2. Основные сведения………………………………………….…………….3
3. Эксплуатация мельницы………………………………………………….5
4. Применение мельницы………………………………………….………..11
5. Особенности шаровой мельницы………………………………………..12
6. Патент на шаровую мельницу………………………………….……….13
7. Список литературы……………………………………………………….21

Введение:

Шаровая мельница предназначена для сухого и мокрого помола различных рудных и полезных нерудных ископаемых, строительных материалов средней твердости. Мельница относится к типу шаровых, барабанных трубчатых мельниц непрерывного действия с центральной выгрузкой продукта помола. Мельница используется в горнорудной, горно-химической и других отраслях промышленности.  
Производительность мельницы зависит от свойств измельчаемых материалов (прочность, способность размола), крупности материалов на входе (до 40мм), влажности материалов (до 0,5%), тонкости помола, равномерности питания, заполнения мелющими телами и материалом [1]. 

Основные сведения

Шаровая мельница (англ. ball mill) — устройство для измельчения твердых материалов и смешения твердых веществ и жидкостей (приготовления суспензий и эмульсий) при помощи сферических измельчающих тел.

Термин «шаровая мельница» объединяет большую группу устройств различной конструкции и принципа действия, в которых процессы измельчения и смешения производятся с использованием шаров различного размера и плотности, материал которых может варьироваться от высокопрочных сплавов и плотной керамики до пластмасс.

Наиболее широко применяемая в промышленности барабанно-шаровая мельница представляет собой контейнер цилиндрической формы (барабан), ось вращения которого располагается горизонтально. В шаровую мельницу помещаются стальные размольные (мелющие) тела и размалываемый материал (пульпа). Размольные тела имеют, как правило, округлую форму (шары), но могут использоваться и другие формы, например, цилиндры, призмы (цильбепсы).

Отношение объема размольных тел к объему барабана определяет коэффициент заполнения шаровой мельницы. При этом в зависимости от скорости вращения барабана шаровой мельницы реализуются различные режимы помола. При малых скоростях помол осуществляется за счет перетирания размалываемого материала размольными телами, скользящими и перекатывающимися по поверхности барабана.

При средних скоростях размольные тела, поднимаясь на некоторую высоту и падая, дополнительно оказывают ударное воздействие. При высоких скоростях вращения помол производится за счет центробежных сил. Производительность мельницы зависит от коэффициента заполнения и скорости вращения, и при их определенных значениях достигает максимума. Различают шаровые мельницы для сухого и мокрого помола. При мокром помоле в барабан дополнительно вводится жидкость; он применяется для предотвращения агломерации частиц вещества, уменьшения дефектообразования, а также при измельчении взрывоопасных и сильнопылящих веществ. Для предотвращения взрыва при размоле взрывоопасных веществ могут использоваться инертные газы [2].

Эксплуатация мельницы

Пятый аспект, принимаемый во внимание при эксплуатации мельницы — ассортимент мелющей загрузки, который зависит от размера размалываемого материала. Для дробления больших частиц необходимы мелющие шары большего диаметра и массы. Для измельчения маленьких частиц требуются шары меньшего диаметра и меньшей массы.

Цементная мельница разделена на две камеры стальной межкамерной перегородкой с щелями, позволяющими домолотому до определенной тонины материалу попадать из первой во вторую камеру.

В первой камере функцией мелющих тел является дробление клинкера. В этой камере используются шары диаметром 60-90 мм. Если, в редких случаях размер клинкера более 15 мм, тогда в первую камеру загружаются 40% по весу шары диаметром 90 мм. Если размер клинкера значительно меньше 15 мм, тогда пропорция 90 мм шаров по весу может быть сокращена до 15%. При средних размерах клинкера в первую камеру загружается около 25% по весу 90 мм мелющих шаров. Оставшееся пространство шаровой загрузки первой камеры должно быть распределено между равным количеством шаров диаметром 60, 70 и 80 мм. При расчете равного количества шаров следует принимать во внимание, что фактический вес шара снижается со снижением его размера. К пример, 60 мм шар весит меньше 70 и 80 мм шаров. Однако, на практике не все цементники четко придерживаются такого распределения шаровой загрузки.

Типичное распределение шаров по диаметру в первой камере в зависимости от размера клинкера представлено ниже:

Размер клинкера, мм:

Для того, чтобы пересчитать фактический вес шаров каждого диаметра, необходимо знать длину первой камеры мельницы, обычно она составляет 27-35% длины мельницы. Длина первой камеры разрабатывается таким образом, чтобы 10 кВт*час/т передавалось на мелющие шары первой камеры.

Для ускорения прохождения материала через мельницу коэффициент загрузки первой камеры больше коэффициента загрузки второй камеры. Коэффициенты загрузки первой и второй камер составляют30-33% и 27-30% соответственно.

Если межкамерная перегородка работает эффективно, то следующие результаты должны быть достигнуты при отборе c нее образцов:

➡ 99% частиц размером 2,4 мм должно пройти во вторую камеру;

➡ 95% частиц размером 1,2 мм должно пройти во вторую камеру;

➡ 80% частиц размером 0,3 мм должно пройти во вторую камеру.

Во второй камере функцией мелющих тел является конечное истирание материала в цемент. Поэтому во второй камере должны быть загружены более мелкие шары. При этом, размер шара должен уменьшаться по мере движения вдоль второй камеры в сторону выходной решетки: шары более крупного диаметра должны концентрироваться в начале камеры, а более мелкие — в конце. Этот эффект достигается при помощи установки классифицирующих броней во второй камере.

Если работа первой камеры и межкамерной перегородки обеспечивает прохождение во вторую камеру 99% частиц размером 2,4 мм и 95% частиц размером 1,2 мм, тогда нет необходимости в загрузке больших мелющих тел во вторую камеру цементной мельницы. Для помола частиц размером 1 мм требуются мелющие шары с максимальным размером, равным 25 мм, а для помола 0,5 мм частиц — мелющие шары, максимального размера, равного 18 мм.

Помимо упомянутых выше аспектов не следует забывать, что правильно разработанная оснастка в значительной степени влияет на эффективность функционирования мельницы и определяет основные причины по которым одни мельницу функционирует эффективней других.

Внутреннее устройство цементной мельницы представлено ниже.

Рис 1. Внутреннее устройство шаровой мельницы.

В первой камере мельницы дробление осуществляется за счет фонтанного удара мелющих тел. Мелющие тела должны быть подняты на определенную высоту в зависимости от скорости вращения мельницы, откуда затем они падают на слой материала и разламывают его на грубые куски. Обеспечение движения загрузки мелющих тел на 100% имеет предельно важное значение. Любое неподвижное состояние внутри мелющей загрузки должно быть устранено, так как оно не вносит вклад в процесс разрушения, а поглощает определенный процент энергии.

На рисунке ниже изображены бронеплиты/лифтеры первой камеры цементной мельницы.

Рис. 2. Бронеплиты первой камеры

Для обеспечения подъема мелющих шаров, бронеплиты первой камеры сконструированы определенной конической формы. Высота лифтера определяет траекторию падения шара. Диаметр и скорость вращения должны быть учтены при разработке высоты лифтера. Много бронеплит, доступных на рынке имеют простую коническую форму. Во время работы мельница приводит в движение мелющие тела, изнашивая поверхность бронеплит. В случае, если бронеплита имеет обычную коническую форму, то ее гребень будет в основном подвержен износу и его высота сократится довольно быстро. В результате, высота подъема мелющих шаров сократится и приведет к сокращению эффективности помола. Когда высота гребня лифтера сократится на 40%, бронеплита должна быть заменена и значительная часть отлитого материала будет потеряно. В случае же применения бронеплит с прогрессивным подъемным активатором, обеспечивающим рисунок износа, схожий с первоначальным профилем бронеплиты за счет того, что движение шаров по плите четко следует ее профилю, подъемная высота шаров остается стабильной более длительный период времени, сохраняя утилизацию энергии на высоком уровне.

В большинстве случаев во второй камере цементной мельницы устанавливаются классифицирующие бронеплиты. Отличная классификация шаровой загрузки очень важна. Шары, которые крупнее, должны измельчать посредством трения, незначительно ударяя грубые куски, приходящие из первой камеры, в то время, как шары меньшего диаметра, расположенные в конце камеры осуществляют тонкий помол. При неэффективной или ровно противоположной классификации ухудшается производительность и энергоэффективность мельницы. На рисунке ниже приведен пример классифицирующих бронеплит второй камеры.

Рис. 3. Бронеплиты второй камеры

Основными функциями межкамерной дифрагмы являются физическое разделение шаровой загрузки первой и второй камер и сепарирование домолотого материала от недомолотого.

Эффективная диафрагма жестко разделяет поток материала и воздуха во вторую камеру через центральное отверстие. В некоторых диафрагмах материал, подаваемый во вторую камеру, рассеивается через центральное отверстие c продуваемым мельницу высокоскоростным воздухом. Продуваемый воздух несет мелко размолотые куски материала далеко в заднюю часть второй камеры и значительная часть длины пути процесса измельчения теряется.

Контроль подачи материала необходим для наиболее эффективного использования энергии в первой камере. Поэтому, следующие два аспекта должны быть учтены: уровень материала и прогресс измельчения. Контроль подачи материала должен быть приспособлен таким образом, чтобы в случае аварийной остановки мельницы, внутри нее наблюдался равномерный слой материала по всей ее длине и только 1/3 сфер мелющих тел должна быть видна. Поток должен быть приспособлен таким образом, чтобы определенная тонкость помола продукта достигалась перед его подачей во вторую камеру [3].

Шаровая мельница применение:

Шаровая мельница широко используется для измельчания материалов на 1/4 дюйма или более тонких размеров от 20 до 75 микрон. Чтобы достичь умеренного эффекта, шаровая мельница должна работать в закрытой системе, и негабаритные материалы продолжительно обрабатываются в мельнице. Различные классификаторы, как экраны, спиральные классификаторы, циклоны и воздушные классификаторы, используются для классифицирования изделий из шаровой мельницы. Шаровая мельница является эффективным оборудованием для измельчания многих материалов в тонкоизмельчённый порошок . Шаровая мельница может измельчать различные руды и другие материалы, или отборке руды. Она широко используется в строительном материале, химической промышленности и т.д. Существует два измельчающих способа: сухой процесс и мокрый   процесс. Может делить ся на пластинчатый тип и тип по различным формам  выгрузки материалов [4]

Шаровая мельница – особенности:

 
1). Шаровая мельница является  эффективным оборудованием для  измельчания многих материалов  в тонкоизмельчённый порошок . 
2). Шаровая мельница может измельчать различные руды и другие материалы, или отобрать руды. 
3). Шаровая мельница  широко используется в строительном материале, химической промышленности и т.д. 
4). Существует два измельчающих способа: сухой процесс и мокрый  процесс.  
5).  Она может делиться на пластинчатый тип и текучий тип по различным формам  выгрузки материалов.  
6). При работе шаровой мельницы измельчающий материал нагружается в неопреновую бочку , которая содержит дробящую среду. 
7). При вращении бочки, материал дробится между отдельными кусками дробящей среды, которая смешивает и дробит продукты в тонкоизмельчённый порошок в течение нескольких часов.  
8) Шаровая мельница работает дольше, порошок становится более тонкоизмельчённым. 
9) Конечный размер частиц зависит от жесткости измельчающего материала, и времени  работы шаровой мельницы. 
10) Наша шаровая мельница используется в измельчании стекла, порошкообразной продукции, создании специального лака , изготовлении керамической глазури, измельчании различных химических продуктов в порошок [4].

Патент на шаровую мельницу

Шаровая мельница имеет горизонтальную ось вращения и содержит барабан, поддерживаемый двумя цапфами, имеющими ту же самую ось вращения и расположенными на соответствующих концах барабана. Цилиндр соосно размещен внутри каждой цапфы таким образом, что он открыт в барабан, причем пространство, лежащее между каждой цапфой и ее цилиндром, соединено с выпускным через сепаратор. Направляющий элемент расположен под рабочим трубопроводом. Цилиндр имеет на своей внутренней поверхности жесткий Архимедов винт, при этом на рабочем трубопроводе предусмотрено устройство подачи основного воздуха, расположенное выше по потоку от сепаратора, а весь воздух направляется внутрь цилиндра. Изобретение позволяет повысить эффективность работы шаровой мельницы. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для измельчения, а именно к шаровым мельницам.

Наиболее близким изобретением по технической сущности является шаровая мельница, имеющая по существу горизонтальную ось вращения и содержащая барабан, поддерживаемый двумя цапфами, имеющими ту же самую ось вращения и расположенными на соответствующих концах барабана, при этом необработанный уголь транспортируется, по существу, вертикальным рабочим трубопроводом в область цилиндра, имеющего ту же самую ось вращения и размещенного внутри каждой цапфы таким образом, что он выходит в барабан, пространство, расположенное между каждой цапфой и ее цилиндром, соединено с выпускным трубопроводом измельченного угля через сепаратор .

Этот тип мельниц имеет следующие недостатки.

Как оказалось, небольшие количества вспомогательного воздуха не могут обеспечить эффективную предварительную сушку угля, при этом расход воздуха низкий, когда мельница работает с полной нагрузкой.

Падение необработанного угля на лопасти упругого шнека вызывает резкое повышение износа лопастей. Этот износ ускоряется измельченным углем, смешивающимся с воздухом, проходящим через зазор между цапфой и шнеком.

Следовательно, зазор служит как для подачи угля в барабан, так и для извлечения или экстрагирования измельченного угля для подачи в сепаратор. Эти два потока вещества в противоположных направлениях создают турбулентность и его течение нарушается, вследствие чего увеличиваются потери напора и происходит слабое распределение воздуха и измельченного угля внутри сепаратора.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы шаровой мельницы.

Указанная задача достигается тем, что в шаровой мельнице, имеющей по существу горизонтальную ось вращения и содержащей барабан, поддерживаемый двумя цапфами, имеющими ту же самую ось вращения и расположенными на соответствующих концах барабана, при этом необработанный уголь транспортируется, по существу, вертикальным рабочим трубопроводом, в область цилиндра, имеющего ту же самую ось вращения и размещенного внутри каждой цапфы таким образом, что он входит в барабан, пространство, расположенное между каждой цапфой и ее цилиндром, соединено с выпускным трубопроводом измельченного угля через сепаратор, направляющий элемент для необработанного угля размещен под рабочим трубопроводом для обеспечения транспортировки угля самотеком в полость цилиндра, на внутренней стороне которого размещен жесткий Архимедов винт, на рабочем трубопроводе предусмотрено устройство или патрубок подачи основного воздуха, размещенное выше по потоку от сепаратора, причем весь основной воздух направляется внутрь цилиндра.

Подача основного воздуха через цилиндр обеспечивает возможность центральной подачи воздуха в барабан вдоль его оси вращения и гарантирует оптимальный эффект вследствие этого.

Также можно легко регулировать подачу основного воздуха, при этом расход воздуха служит для определения количества измельченного угля, выпускаемого из мельницы.

Жесткий Архимедов винт, размещенный в цилиндре, менее ломкий по конструкции, чем известный упругий винт или шнек, и не подвержен износу из-за падающего угля.

Поток основного воздуха обеспечивает эффективную предварительную сушку необработанного угля при любой нагрузке мельницы.

Подача необработанного угля и извлечение измельченного угля осуществляются двумя различными путями. Это гарантирует, что измельченный уголь хорошо течет вдоль цапфы.

Для подачи дополнительного воздуха сепаратор может иметь патрубок подачи дополнительного воздуха и/или выпускной трубопровод может иметь патрубок подачи дополнительного воздуха.

Поэтому можно распределять дополнительный воздух между сепаратором и выпускным трубопроводом измельченного угля таким образом, чтобы обеспечить эффективное регулирование в течение всего времени.

Подача дополнительного воздуха, предпочтительно, является регулируемой.

Это дает возможность осуществить динамическое регулирование скорости подачи угля и обеспечить хорошее регулирование мощности бойлера, который загружается из выпускного трубопровода измельченного угля.

Преимущественно, направляющий элемент выполнен в виде размещенного под углом кожуха, соединенного на его нижнем конце с одним концом цилиндра, нижний конец трубопровода для подачи необработанного угля расположен над кожухом.

Предпочтительно, сепаратор имеет два коаксиальных трубчатых участка у вертикальной оси, наружный, первый трубчатый участок, соединенный с цапфой посредством наклонного кожуха, и внутренний второй трубчатый участок, внутри которого размещен нижний конец рабочего трубопровода и который соединен его нижним концом с верхним концом направляющего элемента, первый участок продлен и соединен с выпускным трубопроводом, и при этом из пространства между двумя трубчатыми участками предусмотрено, по крайней мере, одно отверстие, направленное внутрь второго участка.

Рис. 4 продольное сечение шаровой мельницы.

Рис. 5 - продольное сечение шаровой мельницы.

Как видно из рис. 4, шаровая мельница содержит, по крайней мере, одно питающее устройство 10 для загрузки шаровой мельницы, обозначенной общей позицией 20, углем.

Питающее устройство 10 содержит накопительный бункер 1, из которого уголь 2 забирается и подается посредством цепного конвейера 3, размещенного в ящике 4 и приводимого в движение мотором 5, в первый конец, по существу, вертикального рабочего трубопровода 6.

Мельница 20 содержит барабан, имеющий, по существу, горизонтальную ось вращения и включающий цилиндрический центральный участок 11, оканчивающийся двумя коническими участками 12 и 13, имеющими соответствующие цапфы 14 и 15, размещенные вокруг той же самой оси вращения и закрепленные к коническим участкам для поддержания барабана. Цапфы размещены на двух соответствующих опорах 16 и 17. Мельница вращается посредством зубчатого кольца или обода 18, которое взаимодействует с шестерней (не показана), приводимой в движение мотором и зубчатой передачей (не показана). В мельнице предусмотрены шары 27, например стальные шары.

Установка является симметричной, и оборудование и приспособления установлены также симметрично на каждом конце барабана, при этом каждое приспособление содержит, по существу, вертикальный рабочий трубопровод 6, 61 для подачи необработанного угля. Поэтому, описание далее относится только к оборудованию на одном конце.

Необработанный сырой уголь подается через рабочий трубопровод 6. Этот рабочий трубопровод 6 имеет патрубок для подачи основного воздуха 30. У нижнего конца рабочего трубопровода 6 необработанный уголь падает на направляющий элемент 31, который может быть выполнен в виде наклонной пластины, закрепленной внутри неподвижной трубы 41, устье которой открыто в цилиндр 32, имеющий ту же ось вращения, что и барабан, и обращенный в сторону нижнего конца рабочего трубопровода 6, при этом выполненное в трубе 41 радиальное отверстие обеспечивает возможность необработанному углю из рабочего трубопровода 6 падать через него на пластину 31. Пластина 31 направляет необработанный уголь самотеком в цилиндр 32, расположенный внутри цапфы 15, при этом на внутренней поверхности цилиндра расположен жесткий Архимедов винт, ведущий в полость барабана. Цилиндр 32 закреплен к барабану, например, посредством кронштейнов и вращается вместе с ним, имея ту же ось вращения, что и барабан. Рабочий трубопровод 6 проходит через сепаратор, и вследствие этого весь основной воздух вместе с необработанным углем направляется в цилиндр 32 посредством имеющей подходящую форму наклонной пластины 31, при этом конический элемент 34 на нижнем конце рабочего трубопровода 6 предотвращает подъем воздуха у этой точки. Конический элемент выполняет еще и другую функцию, которая будет описана ниже.

После размалывания необработанного угля в барабане полученный измельченный уголь удаляется через зазор или пространство 35, существующее между цапфой 15 и цилиндром 32 и соединенное через сепаратор 33 с выпускным трубопроводом 36.

С этой целью сепаратор 33 имеет два коаксиальных конических трубчатых участка вокруг вертикальной оси, наружный первый участок 33A, соединенный c цапфой 15, и внутренний второй участок 33B, внутри которого расположен рабочий трубопровод 6 и который сам соединен с выпускным трубопроводом 36.

Измельченный уголь поэтому поднимается в пространство между вторым участком 33B и трубопроводом 6 через отверстия 33C перед тем, как его извлекают или удаляют через выпускной трубопровод 36.

Проходя через отверстия 33A, измельченный уголь следует по зигзагообразной траектории, и большая часть его частиц падает на дно второго участка 33B, нижний конец которого выходит в радиальное отверстие, выполненное в стенке трубы 41, вследствие чего большее количество частиц рециркулируется вместе c необработанным углем, при этом конический элемент 34 обеспечивает возможность пропускания их в направлении наклонной пластины 31.

Могут быть предусмотрены два устройства или патрубка для подачи дополнительного воздуха: первое устройство подачи 37 в сепараторе 33, расположенное у входа в последний и регулируемое устройством 37A, и второе устройство подачи 38, расположенное ниже по потоку на выпускном трубопроводе 38 и регулируемое устройством 38A.

Могут быть предусмотрены оба эти устройства подачи или может оказаться необходимым предусмотреть только одно из них.

На фиг. 2 изображен второй вариант изобретения. В этом варианте направляющий элемент 31 состоит из наклонного кожуха, верхний конец которого соединен с нижним выпускным отверстием второго трубчатого участка 33B сепаратора и нижний конец которого соединен с впуском цилиндра 32 посредством вращающегося соединения. Нижний конец рабочего трубопровода для подачи необработанного угля 6 расположен над кожухом 31.

Вход второго трубчатого участка 33A сепаратора 33 соединен непосредственно с цапфой 15 посредством наружного наклонного кожуха 40 и вращающегося соединения.

Над вторым участком 33B образовано кольцевое отверстие 33С, и первый участок 33A удлиняется трубой, коаксиальной рабочему трубопроводу 6 и открытой в выпускной трубопровод 36.

В результате необработанный уголь падает в кожух 31 и скользит в цилиндр 32, в котором посредством внутреннего шнека он транспортируется в барабан. Основной воздух подается в барабан вдоль того же пути. Измельченный уголь удаляется через пространство 35 между цапфой 15 и цилиндром 32 вдоль пространства между двумя кожухами 31 и 40, между двумя трубчатыми участками сепаратора 33 и затем по зигзагообразной траектории, образованной отверстием 33C и продолжением первого участка 33A сепаратора 33.

Этот вариант имеет преимущество в обеспечении полной герметизации и уплотнения между пространством загрузки необработанного угля и пространством, через которое измельченный уголь удаляется [5].

Достоинства шаровых мельниц:

1) возможность получения  высокой и постоянной тонкости  помола и регулирования её;

2) возможность подсушки  материала в самой мельнице;

3) простота конструкции;

4) надежность в эксплуатации;

5) возможность измельчения  пород различной твердости.

Недостатки:

1) значительный расход  энергии;

2) большой вес и размеры;

3) большой пусковой момент;

4) сильный шум во время  работы.

Список литературы:

1. Обогатительное оборудование. [Электронный ресурс]/ Шаровая мельница. http://www.hjcrusher.ru/1-ball-mill-1.html (25.05.2014).
2. Дробильно-размольное оборудование. [Электронный ресурс]/  Шаровые мельницы. http://www.strommash.ru/category/sharovye-melnitsy/ (25.05.2014).
3. Утеуш Э. В., Утеуш З. В. Основы автоматизации и измельчения материалов в шаровых мельницах. — М.: Изд-во Химия, 1968.
4. Шаровая мельница // большая советская энциклопедия. 3-е изд., 1969–1978.
5. Пат. 2152825 Российская Федерация, МПК B02C17/04 - с неперфорированным барабаном [текст]/ Фонтанский Д.А. (fr);  гец альстом стэн эндюстри (fr); опубл. (21.07.09), бюл. №10- 5 с.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 
высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Кафедра машиностроения

Реферат

По дисциплине: Механическое оборудование обогатительного производства

(наименование учебной  дисциплины согласно учебному  плану)

Тема:   «Шаровая мельница»

Выполнил: студент  гр. ММ-11       ______________       /Сташко И.С./

                                                                                                      (подпись)                                         (Ф.И.О.)  

Проверил:      доцент                                 ______________             /Голиков Н.С./                                             

                                                                                                      (подпись)                                           (Ф.И.О.)