Эффективность процесса измельчения в трубных мельницах и дисперсные характеристики цемента определяются скоростным (энергетическим) режимом работы мелющих тел (СРМТ), зависящим от относительной скорости вращения барабана, степени заполнения мелющими телами. В зависимости от значения этих параметров различают следующие основные режимы работы мелющей загрузки.
Скоростные режимы работы мелющей загрузки:
а - каскадный;
б - водопадный;
в - смешанный.
Каскадный режим.
Осуществляется при пониженной скорости вращения. Шаровая загрузка повернута на некоторый угол относительно вертикали и остается примерно в одном положении. Шары движутся по замкнутым траекториям, поднимаются по круговым траекториям и скатываются вниз. В центральной части шаровой загрузки образуется малоподвижное ядро. Измельчение происходит преимущественно раздавливанием или истиранием. Режим целесообразен для получения продукта повышенной дисперсности.
Водопадный (катарактный) режим.
Шары поднимаются на некоторую высоту, затем отрываются от барабана, совершая далее полет по параболическим траекториям, после чего снова движутся по круговым. Измельчение осуществляется преимущественно ударом и отчасти истиранием. Режим целесообразен при измельчении крупного материала.
Каскадно-водопадный (смешанный) режим.
Шары движутся частично по параболическим траекториям, частично - по круговым. Режим целесообразен для получения продукта с умеренной дисперсностью.
Основные расчетные параметры.
Частота вращения
2. Загрузка мелющих тел
Размер мелющих тел;
d - размер кусков измельчаемого материала.
Расчет угловой скорости
При вращении шаров вместе с барабаном на каждый шар действует сила тяжести, неизменная по величине и направленная вертикально вниз, и центробежная сила инерции, направленная по радиусу и непрерывно меняющая свое направление при вращении барабана. В точке В шар прижат к барабану центробежной силой и радиальной составляющей силы тяжести.
Тогда из условия равновесия шара, находим оптимальную частоту вращения барабана:
т -- масса шара, кг;
G -- сила тяжести шара, равная тg, Н;
g -- ускорение силы тяжести, м/с2;
R -- радиус окружности, описываемой центром тяжести шара, м;
щ -- угловая скорость шара, рад/с.
Мельницы самоизмельчения.
Аэрофол.
Мельница с самоизмельчением для сухого помола представляет собой короткий цилиндрический барабан 6 большого диаметра, опирающийся цапфами 4 и 9 торцовых днищ 8 на подшипники. Днища барабана футерованы бронеплитами 7, расположенными концентричес-кими кольцами.
Форма плит способствует направлению кусков материала в среднюю часть барабана. Материал подают ленточным конвейером 3 в загрузочную воронку на лоток 2, поддерживаемый стойками 1. Падая с большой высоты, куски материала самоизмельчаются.
Процесс измельчения идет более интенсивно, когда наряду с основным материалом в барабан подают некоторое количество крупных кусков. Достаточно измельченный материал уносится воздушным потоком в трубу 10. Барабан вращается электродвигателем через венцовое зубчатое колесо 5. Материал при самоизмельчении получается весьма неоднородный и мельница должна работать в замкнутом цикле.
Гидрофол.
Мельница для мокрого самоизмельчения состоит из сварного барабана 5, имеющего ребра жесткости 4, полых цапф и привода. Цапфа 3 примыкает к откатной загрузочной воронке 1, опирается на самоустанавливающийся подшипник 2, внутри имеет конус со спиральными лопастями. Удлиненная полая цапфа 8 также опирается на подшипник, имеет внутри конус, облегчающий разгрузку, но завершается дырчатым колпаком 10, имеющим отверстия для выхода жидкой массы с мелкими частицами и спиральные лопасти 11, обеспечивающие разгрузку. К цапфе крепят венцовое зубчатое колесо 9, которое вращает барабан от электродвигателя 12. Барабан футерован бронеплитами 6 и снабжен разгрузочной решеткой 7 с лифтовыми лопастями и направляющим конусом.
Мельница работает в замкнутом цикле с классификатором (устройством, разделяющим выходящий из барабана материал на мелкую и крупную фракции).
Тема 8. Мельницы ударного действия
Аэробильная мельница.
Для помола мягких пород и пород средней прочности таких, как высушенная глина, мел, гипс, каменный уголь, асбест, мягкий известняк, применяют быстроходные молотковые мельницы с жестко закрепленными билами и шарнирно подвешенными молотками. К таким мельницам относят дезинтеграторы, аэробильные и шахтные мельницы, работающие в открытом и замкнутом циклах.
В мельницах ударного действия материал измельчается под действием ударов вращающихся рабочих органов - бил по частицам материала, повторных соударений частиц с отражательными элементами, а также между собой.
Рабочие органы мельниц ударного действия работают при окружных скоростях, достигающих 80 м/с. В виду этого в камерах дробления создается вентиляторный эффект, т. е. подпор воздуха по периферии камеры и разрежение в ее центре. Такое явление удобно использовать для питания мельницы материалом и для транспортирования измельченного продукта.
На схеме показана мельница с жестко закрепленными билами в комплекте с питателем, сепаратором и вентилятором. Иногда саму мельницу, работающую по такой схеме, называют аэробильной.
Тарельчатым питателем 5 материал подается со стороны торцовой стенки в центральную часть мельницы 1. Ротор выбрасывает измельченный материал в трубу 2 над горловиной мельницы.
В результате разрежения, создаваемого вентилятором 7, материал поступает в сепаратор 3. Крупные частицы материала по лотку 4 направляются в мельницу на домол, мелкие отсасываются по трубе 6 вентилятором и направляются в осадительные устройства.
Шахтная мельница.
Мельницы с шарнирно подвешенными молотками в специальной шахте, ввиду чего ее называют шахтной.
Материал 4 подается по трубе 1 в шахту по направлению вращения ротора 3. Частицы, измельченные ударами бил, подхватываются потоком газов, поступающих в корпус мельницы, и выносятся в шахту, в которой отсеиваются под действием сил тяжести. Крупные частицы падают в мельницу на доизмельчение, а мелкие выносятся в осадительные устройства. Тонкость помола в некоторых пределах возможно регулировать изменением положения отбойных плит 5.
При подаче в мельницу газов, нагретых до 300ч400° С, она может быть использована как сушильно-помольный агрегат.
Дезинтеграторы.
Дезинтеграторы работают в открытом цикле и обеспечивают грубый помол с преобладающим размером частиц до 0,5 мм. Их используют также в качестве смесительных машин, например, для получения известково-песчаных масс, а также для распушки сухого асбеста.
Дезинтеграторы бывают одно- и двухроторные, с двусторонним и односторонним расположением привода.
Двухроторный дезинтегратор
Двухроторный дезинтегратор состоит из станины, роторов и привода. Станина представляет собой фундаментную плиту 15 с укрепленными на ней двумя стойками 4 и 14.
На стойках укреплены корпуса роликовых подшипников, служащих опорами для двух валов. На конце вала 13 на шпонке укреплена ступица 12, к которой прикреплен сплошной диск 10, изготовленный из листовой стали. К диску по концентрическим окружностям прикреплены три ряда молотков-пальцев 9, имеющих форму цилиндрических стержней. Для придания жесткости концы каждого ряда пальцев объединены узкими кольцами 7. Диск с рядами пальцев имеет форму корзины, поэтому такие мельницы иногда называют корзиночными. Второй ротор несколько отличается от первого. На конец вала 5 надета конусная ступица 11, к которой по окружности прикреплен первый ряд пальцев. Противоположные концы пальцев первого ряда поддерживает широкое кольцо -- диск, к которому крепят два других ряда пальцев 8. В центральное отверстие кольца проходит течка загрузочного устройства 6, по которой материал, огибая вал 5, поступает в среднюю часть роторов под ступицу 11.
Роторы вращаются с большой скоростью в противоположных направлениях, благодаря чему материал проходит через первый ряд пальцев левой корзины, дробится и отбрасывается на двигающиеся навстречу пальцы правой корзины, затем проходит через второй ряд и т. д., пока в измельченном виде он не высыпается в разгрузочное отверстие станины.
Привод роторов может осуществляться прямой и перекрестной ременной передачей от общего приводного вала, но обычно устанавливают индивидуальные электродвигатели с клиноременными передачами к каждому ротору. Роторы в рабочем состоянии размещают так, что ряды пальцев одной корзины расположены между рядами пальцев второй. Корзины закрыты кожухом. Для облегчения смены корзин один из роторов может отодвигаться вместе со стойкой 4 при вращении штурвалом 2 винта 1 в неподвижно закрепленной гайке 3.
Применяют также однороторные дезинтеграторы, у которых от электродвигателя через клиноременную передачу со шкивом 15 в подшипниках 14 вращается вал 16. На консольную часть вала одета ступица с диском 17, к которому прикреплены била 3, расположенные по трем концентрическим окружностям. Каждое кольцо бил ротора при закрытой крышке 6 корпуса 1 располагается между рядами неподвижных бил 5, по центру которых через загрузочную течку 7 поступает материал на измельчение.
Для равномерной подачи материала в кожухе 8 размещают специальное устройство (питатель) с приводом от вала ротора через клиноременную передачу 12. Поступление материала из бункера 11 регулируют заслонкой, имеющей фиксатор 10. Электромагниты, расположенные под кожухом 9 препятствуют попаданию в мельницу металлических предметов. Подшипники вала ротора защищены от попадания пыли уплотнением 13. Нижняя часть помольной камеры выложена плитами 2 с отверстиями. Для облегчения ремонта крышка с кожухом соединена шарниром 4.
Дезинтеграторы имеют роторы диаметром от 400 до 2500 мм при сравнительно небольшой длине пальцев -- от 100 до 700 мм. Дезинтеграторы обеспечивают высокую степень измельчения и тонкость помола, которые зависят от скорости вращения корзин и количества рядов пальцев, а также от первоначальной крупности дробимого материала. Их производительность зависит от размеров дезинтегратора, крупности загружаемого материала, требуемой степени измельчения и физических свойств материала. Большое влияние на производительность оказывает равномерность питания материалом.
Дезинтеграторы просты по конструкции и имеют малую металлоемкость, но требуют балансировки роторов (уравновешивания относительно оси вращения) и частой замены пальцев, которые быстро изнашиваются. Для облегчения смены изношенных пальцев целесообразно вместо цельных, прикрепленных к диску пальцев применять составные пальцы, представляющие собой болты с надетыми на них трубками. Изношенные трубки легко и быстро заменяют при ремонте корзин.
К недостаткам дезинтеграторов относится также налипание материала на пальцы, особенно при измельчении глины влажностью свыше 12%. Очистку пальцев наиболее просто производить периодическим изменением направления вращения роторов.
Тема 9. Мельницы для сверхтонкого помола
Вибрационные мельницы
Принцип действия вибромельниц заключается в том, что материал и мелющие тела загружают в барабан, которому сообщают колебательные движения с ускорениями, значительно превосходящими ускорение силы тяжести. Колеблющиеся (вибрирующие) мелющие тела соударяются и измельчают материал.
Вибрация характеризуется частотой и амплитудой колебаний.
Частота -- это число полных колебаний в единицу времени, обозначается буквой п и измеряется в сек-1 (для вибромельниц обычно 25 и 50 кол/сек).
Амплитуда-- расстояние крайних положений колеблющегося элемента от его среднего положения; обозначается буквой А и измеряется в мм (для вибромельниц от 2 до 4 мм).
Классификация
1. По принципу и схеме работы
- периодического и непрерывного действия
- сухого и мокрого измельчения
- открытого и замкнутого цикла работы.
2. По конструкции
- однобарабанные,
- двухбарабанные
3. По способу возбуждения колебаний
- эксцентриковый,
- коленчатым валом,
- электромагнитами.
(наиболее широко используют инерционный способ -- путем вращения неуравновешенных масс).
Мельница периодического действия
Мельница периодического действия состоит из закрытого крышкой 4 и опирающегося на пружины 8 барабана 3, по оси которого проходит труба 5 с подшипниками 6 и дебалансным валом 7 (валом, имеющим неуравновешенный груз).
При быстром вращении от электродвигателя 1 через гибкую муфту 2 дебалансный вал приводит в колебательные движения корпус барабана и находящиеся в нем мелющие тела.
Вибрационная мельница М200
Состоит:
Станина 2 -- сварная рамная, опирается на фундамент через резиновые прокладки 1. Цилиндрический барабан 7 имеет приваренные к косынкам площадки 21, которыми опирается на пружины 22. В отверстия торцовых стенок барабана вставлена труба 12, в которой укреплена внутренняя труба 13 с подшипниками 6 и 16 дебалансного вала 10. Трубы закрыты крышками 5 и 17. Барабан и труба футерованы слоем резины 8 или стальными листами.
Барабан имеет загрузочный, разгрузочный (в нижней части) и аспирационный люки герметично закрываемые крышками 9. В процессе работы мельницы энергия соударения мелющих тел в значительной мере превращается в тепловую энергию, которая отводится охлаждающей водой. Для охлаждения подшипников вибратора воду подают через патрубок 3, она проходит между трубами в полости 11 и удаляется через патрубок 15. Для охлаждения барабана имеется кожух и трубопроводы 14.