Министерство образования науки молодежи и спорта Харьковский Национальный Государственный Технический Университет Строительства и Архитектуры Общие сведения Шаровые мельницы широко применяют для грубого и тонкого помола материалов. Принцип действия шаровых мельниц состоит, в измельчении материла ударом и частично истиранием свободно падающих мелющих тел во вращающемся барабане. В зависимости от скорости вращения барабана мельницы различают два основных режима работы мелющих тел: при малой скорости - каскадный, при большой - водопадный. При каскадном режиме мелющие тела перекатываются и материал измельчается под действием раздавливающих и истирающих усилий. При водопадном режиме работы шары в результате трения о внутреннюю поверхность корпуса поднимаются вместе с корпусом до точки А , называемой точкой “отрыва”, а затем падают вниз к точке “падения” В. В этой точке происходит измельчение материала под действием ударных усилий. Во время вращения мельницы наблюдаются оба режима работы дробящей загрузки, так как часть шаров работает в каскадном, а часть в водопадном режиме. Шаровые мельницы могут быть классифицированы по следующим основным признакам: по конструкции барабана и наличию перегородок: 1) цилиндрические однокамерные и многокамерные 2) конические по принципу работы: 1) периодического действия 2) непрерывного действия — с периферической разгрузкой и с разгрузкой через полую цапфу по роду футеровки и характеру мелющих тел: 1) с неметаллической футеровкой и металлическими, мелющими телами; 2) с металлической футеровкой и металлическими мелющими телами – шарами, короткими цилиндрами или стержнями; по конструкции привода: Изм. Лист № докум. Подпись Дата ДП 022.00.00.002 РПЗ Лист 2 1) с периферийным (шестеренчатым) приводом 2) с центральным приводом Мельницы могут работать в открытом или замкнутом цикле при условии непрерывного действия. В них можно размалывать материал, как сухим, так и мокрым способом. 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. Изм. Лист № докум. Подпись Дата ДП 022.00.00.002 РПЗ Лист 3 ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ШАРОВОЙ МЕЛЬНИЦЫ Назначение, конструкция и принцип действия мельницы. Мельница является главным технологическим агрегатом участка помола вяжущего. Схема барабанной мельницы беспрерывного действия с центральным приводом приведена на рис.1. 12 16 7 15 10 1 – горизонтально установленный барабан, футерованый металлическими или резиновыми плитами; 2, 8 – крышки барабана; 3 – бандаж; 4 – роликовая опора; 5 – загрузочная лейка; 6 – трубошнек,который примыкает к загрузочной лейке; 7 - межкамерная решотка;10 - окна разгрузки продукта помола с трубошнека; 11 - разгрузочный патрубок; 12 - окно для присоединения системы аспирации; 13 - муфта соединения с приводом; 14 – редуктор; 15 – двигатель; 16 – люк для загрузки и разгрузки мелющих тел, а также монтажа плит футеровки Рис.1 - Схема барабанной мельницы При вращении барабана мелющие тела и материал поднимаются на определенную высоту, из которой падают по параболической траектории (водопадный режим), или скатываются вниз (каскадный режим). Измельчение относительно крупных частиц в первом режиме происходит преимущественно за счет ударов и характерное для первой камеры, заполненной снопами. Каскадный режим характерный для второй камеры, заполненной стержнями Изм. Лист № докум. Подпись Дата ДП 022.00.00.002 РПЗ Лист 4 небольшой длины - так называемым цильпебсом, или снопами диаметром 25÷40 мм, причем уменьшение диаметру уменьшает удельные затраты энергии . В этой камере проходит процесс помола стиранием и раздавливанием материала при перекачивании стержней или сноп по порядку, причем усилие прижимания определяется весом всей массы мелющих тел, которая расположенная выше. Передвижение материала вдоль барабана происходит за счет разности в уровнях загрузки и разгрузки. Несмотря на низкий коэффициент полезного действия, которое составляет, по разным оценкам, только 5÷20%, барабанные мельницы широко используются для помола в разных областях производства, так как есть наиболее надежным и простым агрегатом среди многочисленного класса мельниц. Теория барабанных мельниц уже на протяжении века предрасполагала к себе внимание исследователей и продолжает совершенствоваться. На многих отечественных заводах используются две-три трубной мельницы 1456А по ТУ22-5820-84, предназначенные для помола материалов маленькой и средней твердости сухим способом. - Характеристика мельницы 1456А: мельница беспрерывного действия, которое работает в открытом цикле с разгрузкой через полую цапфу, центральным поводом, опиранием на ролики; производительность максимальная – 8 т/ч; внутренний диаметр барабана – 1510 мм; длина барабана – 5600 мм; объем барабана – 8 м3; наибольший размер загрузочного куска Дмах – 50 мм; частота обращения барабана – 31 об/мин; мощность двигателя – 132 квт; масса ( с стальной футерівкою) – 36,5 т; максимальная масса мелющих тел – 11 т; габаритные размеры, г - 12,02,62,3. Тонкость помола проверяют по остатку на ситах 02 (2÷4%) и 008 (не большее10%), или по удельной поверхности компонентов: песка (150÷200 м2/кг); извести (450÷500 м2/кг). Затраты футерівки и мелющих тел составляют 1÷3 кг/т. Основным показателем качества вяжущего есть активность и ее постоянство. Изм. Лист № докум. Подпись Дата ДП 022.00.00.002 РПЗ Лист 5 Крышка загрузочная в сборе представляет собой пустотелую стальную отливку, выполненную заодно с пустотелой цапфой, которой мельница опирается на подшипник. По наружному диаметру крышки имеются отверстия , через которые , с помощью болтов, крышка крепится к фланцу барабана. На конусной поверхности имеются отверстия, через которые болтами к внутренней поверхности крышки крепится ребристая торцевая футеровка. Внутри полой цапфы крышки загрузочной болтами закреплен трубошнек с винтовыми лопастями, который, при вращении мельницы, перемещает материал, поступающий из течки в первую камеру. В трубошнеке имеется дополнительная полость с радиальными лопастями, которые возвращают материал, прошедший в зазор, между трубошнеком и горловиной течки, обратно в горловину. Между футеровкой торцевой и внутренней поверхностью крышки установлена прокладка. 1-крышка барабана;2-футеровка торцевая;3-втулка загрузочная;4- кольцо; 5-бандаж;6-шпилька. Рис.3- Загрузочный патрубок. Изм. Лист № докум. Подпись Дата ДП 022.00.00.002 РПЗ Лист 6 Часть средняя представляет собой стальной сварной цилиндрический барабан, изготовленный из низколегированного стального проката. В барабане имеются отверстия, служащие для крепления специальными болтами бронефутеровки и деталей двойной междукамерной перегородки. Междукамерная перегородка делит барабан на две камеры, заполненные шарами (1-я камера) и цильпебсом (2-я камера) и служит для передачи размалываемого материала из 1-й камеры во 2-ю. В барабане имеются люковые отверстия, через которые осуществляется загрузка и выгрузка мелющих тел, осмотр и замена бронефутеровок. Люковые отверстия закрываются съемными крышками. В ребрах крышек имеются отверстия для облегчения демонтажа. На внутренней поверхности барабана установлена бронефутеровка: первая камера зафутерована литыми конусно-волнистыми двухволновыми бронефутеровочными плитами, изготовленными из стали 110Г13Л. Установка конусно-волнистых бронефутеровочных плит выполнена с целью принудительной сортировки мелющих тел и равномерного распределения материала по длине камеры, в результате чего повышается эффективность помола.Вторая камера мельницы зафутерована литыми гребенчатыми бронефутеровочными плитами из стали 110Г13Л. Рис.4- Барабан футерованный. Крышка разгрузочная в сборе состоит из литой разгрузочной крышки, Изм. Лист № докум. Подпись Дата ДП 022.00.00.002 РПЗ Лист 7 диафрагмы с секторами выходной решетки, футеровки разгрузочной крышки. Секторы выходной решетки имеют щели, расположенные радиально, для прохода размолотого материала. Крышка разгрузочная с барабаном и разгрузочным патрубком крепится призонными болтами. Крышка разгрузочная представляет собой пустотелую стальную отливку, выполненную заодно с цапфой, которой мельница опирается на подшипник. К разгрузочной крышке крепится диафрагма и секторы выходной решетки. Диафрагма имеет радиальные ребра и конус, при помощи которых материал, прошедший через щели секторов, подается на футеровку разгрузочной крышки и далее в разгрузочный патрубок. 1. крышка барабана; 2. лопасть разгрузки; 3. решетка; 4. шпилька; 5. бандаж; 6. шнек разгрузочный; 7. конус разгрузочный; 8. барабан разгрузки. Рис.5- Крышка разгрузочная. Патрубок разгрузочный представляет собой сварнолитую конструкцию. С помощью призонных болтов присоединяется к крышке разгрузочной и Изм. Лист № докум. Подпись Дата ДП 022.00.00.002 РПЗ Лист 8 промсоединению. Патрубок имеет несколько окон, служащих для выгрузки размолотого материала. К патрубку крепится сито. Сито состоит из секций, обтянутых износостойкой стальной сеткой и соединенных между собой болтами. Сито служит для выделения из продукта, вышедшего из мельницы, осколков мелющих тел и недомолотого материала размером больше 5 мм. Сито крепится на часть пригонных болтов, предназначенных для стыковки разгрузочного патрубка с разгрузочной крышкой. Второй конец сита закрепляется на патрубке при помощи стоек, которые приваривают на монтаже по месту. Камера приемная представляет собой металлоконструкцию, выполненную из листовой стали. Камера приемная имеет люки для осмотра и ремонта сита. Камера имеет выходные отверстия, предназначенные для выхода размолотого материала и для выгрузки остатков мелющих тел. Верхнюю часть камеры приемной мельницы рекомендуется закрыть съемной крышкой, изготовленной по месту. Принцип работы мельницы сводится к следующему: материал, подлежащий измельчению, при посредстве дозаторов подается в приемную воронку и через питатель в трубошнек, установленный в полой цапфе загрузочного днища, и далее в первую камеру мельницы. По мере измельчения материал продвигается к межкамерной перегородке и через щели в ней, а затем через отверстия в поступает в сборный кожух. Собирается в нижней его части, откуда при посредстве элеватора подается в сепараторы. Выделенные в сепараторах тонкие фракции по аэрожелобам подаются в пневматические камерные насосы, которыми подаются в силосы. Недоизмельченный материал (крупка) при посредстве аэрожелобов подается во вторую камеру мельницы, через приемный патрубок и затем при посредстве лопасти поднимается, ссыпаясь потом на конус, который направляет материал во вторую камеру. При перегрузке материалом второй камеры часть крупки может быть направлена снова в первую камеру. В процессе работы мельницы при ударе шаров о материал происходит интенсивное выделение тепла и вследствие этого нагревание клинкера и Изм. Лист № докум. Подпись Дата ДП 022.00.00.002 РПЗ Лист 9 выделение паров воды, что вызывает замедление процесса помола. С целью предупреждения указанного нежелательного явления мельницу непрерывно аспируют путем отсоса из нее нагретого запыленного воздуха, который затем очищается в циклонах и фильтрах. С указанной целью отверстия закрываются крышками и материал направляется через отверстия в перегородке во вторую половину кожуха, откуда посредством лопастей и конуса направляются во вторую камеру. По мере измельчения материал выходит из мельницы через отверстия в решетке и с помощью радиальных лопастей и конуса направляется в полую цапфу разгрузочного устройства. Далее готовый материал поступает в разгрузочный патрубок и затем через окна падает на сито. Раздробленные мелющие тела задерживаются на сите и отводятся затем по патрубку, а готовый цемент через патрубок направляется к месту складирования. Пустотелый цилиндрический барабан мельницы изготавливается из стальных листов, соединенных между собой сваркой. Внутренняя поверхность барабана облицована футеровочными бронеплитами, отлитыми из марганцовистой стали или из отбеленного чугуна. С торцов корпус закрыт литыми стальными днищами, центральные части которых выполнены в виде цапф; последними барабан опирается на подшипники. Мельница на 28-32% объема барабана загружается мелющими телами: шарами в первых камерах и цилиндриками (цильпебсом) в последней камере. Цапфы выходного днища через разгрузочный патрубок соединены с валом, а последний – с двухступенчатым редуктором. Во вращение барабан мельницы приводится от тихоходного синхронного двигателя мощностью в 160 квт при числе оборотов 44. В приводном узле мельницы, Для облицовки внутренней поверхности барабана мельницы в первой камере предусматривается установка фасонных плит, а во второй плоских. Плиты укладываются на резиновые звукоизолирующие прокладки. В мельнице для футеровки первой камеры применяются каблучковые плиты. Фасонные плиты позволяют несколько снизить число оборотов барабана за Изм. Лист № докум. Подпись Дата ДП 022.00.00.002 РПЗ Лист 10 счет обеспечиваемого ими увеличения высоты подъема загрузки. Материал из бункера весовым ленточным дозатором подается в приемную воронку и через загрузочное днище в барабан. По выходе из первой камеры, материал поступает по аэрожелобам в элеватор и затем подается в сепараторы. Готовый продукт из сепараторов при посредстве аэрожелоба направляется в пневмоническим камерным насосам, а крупка поступает на последующий домол во вторую камеру мельницы через воронку сборника или в случае необходимости частично в приемную воронку. Запыленный аспирационный воздух, отсасываемый из мельницы, направляется по трубопроводом в циклоны, а затем в рукавные фильтры. Очищенный от пыли воздух удаляется в атмосферу. Анализ недостатков шаровой мельницы Основными недостатками шаровых мельниц являются: относительно большой намол металла на тонну полученного продукта. По причине абразивного износа мелющих тел через каждые 150-200 ч работы мельницы производится их догрузка. Полную замену мелющих тел обычно осуществляют уже через 1800 — 2000 ч работы мельницы. Также существенным недостатком шаровых барабанных мельниц является малая интенсивность воздействия мелющих тел на обрабатываемый материал, что вынуждает значительно увеличивать время помола для получения материала заданных гранулометрических характеристик. Для компенсации относительно слабого ударного и истирающего воздействия мелющих тел на обрабатываемый материал и соответственно повышения практической производительности шаровых барабанных мельниц приходится увеличивать объем барабана, что приводит к значительному увеличению материалоемкости и энергонагруженности оборудования. К тому же необходимо учитывать, что даже при значительном увеличении объема барабана и соответственно габаритных размеров мельницы, коэффициент заполнения мелющими телами обычно не превышает 0.35-0.4. Снижение Изм. Лист № докум. энергоемкости Подпись Дата рабочих процессов с одновременным ДП 022.00.00.002 РПЗ Лист 11 повышением долговечности рабочих органов, сокращение материалоемкости оборудования, повышения эффективности воздействия на обрабатываемый материал трудно достижимо в шаровых барабанных мельницах традиционной конструкции в силу относительно малой интенсивности воздействия на обрабатываемый материал. Механическая активация твердых веществ методом истирания и удара приводит к увеличению удельной поверхности, участвующей в разнообразных реакциях, позволяет значительно ускорять процессы диффузии веществ, оказывает влияние на структуру поверхности частиц. Несмотря на добавление в мельницу песка при помоле извести, налипание материала на мелющие тела и междукамерную решетку все же происходит. Изм. Лист № докум. Подпись Дата ДП 022.00.00.002 РПЗ Лист 12 РАСЧЕТЫ ПРОДУКТИВНОСТИ, МОЩНОСТИ ПРИВОДА Расчет трубной мельницы Исходные данные: известь среднеразмалываемая; R=0.68м – радиус барабана ''в свету''; LБ=5.6 м – длина барабана; 1=0,30 – коэффициент заполнения первой камеры, шаровой; 2=0,27 – коэффициент заполнения второй камеры, цильпебсной. Масса шаровой в первой камере определяется по формуле: М1=1×Ш××R2×L1×, т. М1=0,3×0,575×3,14×0.682×2×7,8=4 т. Где длина первой камеры: L1 L0 lg 100 100 5.4 lg 1.6 м R0 50 Эти данные получены при расчетном остатке измельчаемого материала на сите 008 в конце первой камеры R0=50%, и рабочей длине всего барабана (т.е. за вычетом ширины межкамерной перегородки и выходной решетки) L0=5.60,2=5.4 м. Учитывая возможные в результате нестабильного процесса обжига во вращающейся печи колебания значений крупности и размалываемости частиц клинкера (ведущие к необходимости увеличения времени действия ударных нагрузок от шаровой загрузки, т.е. удлинения первой камеры) принимаем: L1=2 м. Значения коэффициента Ш,, характеризует величину пустот между шарами, зависит от диаметра шаров. Так как первая камера загружается шарами разных диаметров, то величину коэффициента принимаем равной среднеарифметической или применительно к средневзвешенному диаметру шаровой загрузки. Изм. Лист № докум. Подпись Дата ДП 022.00.00.002 РПЗ Лист 13 Масса цильпебса во второй камере: М2=2×Ц××R2×L2×, т. М2=0,27×0,55×3,14×0.682×3.2×7,8=5.4 т. Здесь длина цильпебсной камеры L2=L0-L1=5.4-2=3.2м. Общая масса мелющих тел М=М1+М2=4+5.4=9.4 т. Принимаем 11т. Критическая частота вращения равна: nК 42,4 D 42.4 1,5 36.4 об/мин. Соответственно расчетная рабочая частота вращения для угла отрыва =54040' без учета скольжения составляет: n nК cos 36.4 cos 54 0 40 ' 36.4 0,785 28,6 об/мин. Производительность мельницы: QM 6,45 V M D V 0 ,8 q К УД , т/ч. где V=×R2×L0=3,14×0.682×5.4=7.8 м3 – полезный объем мельницы (незначительной разностью R в 1-ой и 2-ой камеры пренебрегаем); q=0,91 для тонкости помола, соответствующей 10% остатка на сите 008; КУД=0,040 т/кВт.ч. – удельная производительность при помоле извести. QM 11 6,45 7.8 1,5 7.8 0 ,8 0,91 0,040 3.9 т/ч. Мощность привода мельницы равна: N N 0,462 М R n , кВт. 0,462 11 0.68 44. 144 кВт. 0,9 Расчетную величину мощности увеличивают на 5-20%. Это связано с тем, что при работе возможно увеличение коэффициента заполнения мельницы мелющими телами и соответствующее увеличение количества измельчаемого материала. Кроме того, при обкате в холостую, т.е. без измельчаемого материала, расходуется большая мощность из-за удаления центра тяжести загрузки (с измельчаемым материалом загрузка как бы ''всплывает''). Изм. Лист № докум. Подпись Дата ДП 022.00.00.002 РПЗ Лист 14 Учитывая это, принимают фактическую мощность привода 160 кВт в зависимости от промышленностью. типа электродвигателей, Принимаем выпускаемой электродвигатель типа нашей 4АМН355S8 мощностью 160 кВт, частота вращения двигателя nД= 725 об/мин. Передаточное число редуктора 16; тип 2Ц2-125Н. При передаточном числе редуктора I=16, рабочая частота вращения корпуса мельницы равна: nД n i 725 44 об/мин. 16.5 При оптимальном угле отрыва шаров от футеровки =54040' время движения шаров по круговой траектории вместе с футеровкой до точки отрыва равно: T1 T1 90 60 , с. 90 n 90 54 40 60 0.54 с. 0 ' 90 44 Время падения шаров по параболе: T2 T2 0,319 60 sin 2 , с. n 0,319 60 sin 2 54 0 40 ' 0.4 с. 44 Общее время движения шаров внешнего ряда равно: T=T1+T2=0.54+0.4=0.94 с. Изм. Лист № докум. Подпись Дата ДП 022.00.00.002 РПЗ Лист 15
