Будь умным!


У вас вопросы?
У нас ответы:) SamZan.ru

Процессы помола

Работа добавлена на сайт samzan.ru: 2015-07-10


Лекции №6-7

Процессы помола. Виды мельниц и их характеристики.

Процессы и принципы помола в различных измельчителях.

В производстве строительных материалов (цемента, извести, гипса, керамических изделий, красок и т.п.) помолу подвергаются десятки миллионов тонн различных материалов. Как правило, тонкость помола (средневзвешенный размер частиц) существенным образом влияет на качество производимого продукта. Например, чем тоньше помол шликера, тем качественнее керамическое изделие, а прочность цементного камня прямо пропорциональна содержанию в цементе частиц размером 5-30 мкм; если количество частиц 50 % - это соответствует марке цемента 500, прочности цементного камня 500 МПа.

В разных технологических процессах используются различные помольные устройства и схемы измельчения.

Наиболее широкое распространение в ПСМ (производстве строительных материалах) получили: шаровые барабанные мельницы, тарельчато- валковые, роликово-маятниковые, центробежные, вибрационные, аэродинамические.

Степень измельчения в мельницах превышает 1000.

3.4.1. Процесс помола в шаровых барабанных мельницах

Шаровая барабанная мельница (ШБМ) представляет собой вращающийся цилиндрический барабан, на 25-35% заполненный цилиндрическими телами. Измельчение в нем осуществляется за счет ударных, раздавливающих и истирающих нагрузок.

В качестве мелющих тел используются металлические, либо керамические, циркониевые шары, подаются куски материала размером до 0,5 м. Размер готового продукта достигает 1мкм.

Шаровые барабанные мельницы получили широкое распространение при крупнотоннажном  производстве,  их  производительность по готовому продукту достигает 200 т/час (при помоле цемента).

В ШБМ материал измельчается как по сухому, так и по мокрому способу. ШБМ бывают периодического и непрерывного действия. В зависимости от схемы работы ШБМ подразделяются на одностадийные открытого цикла измельчения, двухстадийные и с замкнутым циклом измельчения.

Процесс измельчения материала в ШБМ характеризуется двумя основными параметрами:

- ψ- относительной частотой вращения барабана, равной отношению фактической частоты вращения п к критической пкр, при которой мелющие тела перемещаются в режиме центрифугирования

ψ = п / пкр                                                                      (3.85)

- коэффициентом заполнения ср барабана мельницы мелющими телами, который равен отношению объема мелющих тел Vм к внутреннему объему барабана мельницы V

где Ммт - масса мелющих тел, т; умт - насыпная плотность мелющих тел, т/м3; D, L - диаметр и длина барабана мельницы, м.

Критическая частота вращения определяется по формуле:

где D - диаметр барабана мельницы в свету, м; пкр – мин-1.

На мелющее тело во вращающемся барабане мельницы действуют центробежная сила F4 (рис. 3.23) и сила веса G.

Радиальная Gp и тангенциальная GT составляющие силы веса равны

где m - масса мелющего тела; α - угол между радиусом R, на котором находится мелющее тело и вертикальной осью барабана мельницы - этот угол называют углом отрыва мелющего тела, а точка А, в которой тело переходит на траекторию свободного падения, точкой отрыва.

На всех участках круговой траектории движения мелющего тела (в рассматриваемом примере - шар) при постоянной частоте вращения барабана, исходя из уравнения (3.88), величина центробежной силы Fц остается неизменной. Величина и направление радиальной составляющей Gp силы веса G шара изменяются в зависимости от его положения на круговой траектории.

Центробежная сила Fц удерживает шар на круговой траектории, а радиальная составляющая Gp силы веса противодействует ей. Максимальной величины Gp достигает при cos α = 1, т. е. при α = 0°.

Рис. 3.23. Расчетная схема движения мелющего тела в барабане мельницы.

Шар перейдет на круговую траекторию движения (критический режим центрифугирования), когда в точке В центробежная сила Fц будет больше силы веса G шара.

 

При такой частоте вращения барабана мельницы шары центрифугируются и режим измельчения не осуществляется.

Переход шара на параболическую траекторию движения в точке А осуществляется при условии:

Gp  > Fц                                                                            (3.93)

Наряду с другими факторами движение мелющих тел существенным образом влияет на эффективность процесса измельчения, в свою очередь режим движения мелющих тел (при гладкой футеровке барабана) зависит от относительной частоты ψ вращения барабана мельницы и величины коэффициента φ его заполнения.

Различают следующие режимы движения мелющих тел (при φ = 0,3).

Каскадный  -  при  этом  режиме движения частота вращения барабана минимальная (рис. 3.24, а), мелющие тела перемещаются от точки С до точки А по круговой траектории СВА, а затем от точки А до точки С по наклонной АЕС. Угол S наклона траектории АЕС примерно равен углу β смещения центра тяжести загрузки. Измельчение материала при таком режиме движения мелющих тел осуществляется раздавливанием и истиранием. В центральной части загрузки образуется застойная зона 2, мелющие тела 1 в которой не перемещаются, ее объем достигает 45 % всего объема загрузки. Мелющие тела, находящиеся в застойной зоне, не участвуют в процессе измельчения.

Водопадный режим движения мелющих тел (рис. 3.24, в) осуществляется при частоте вращения барабана, обеспечивающей переход внутренних и внешних слоев загрузки с круговой на параболическую траекторию движения. На параболической траектории находится до 35 % мелющих тел, а объем застойной зоны уменьшается до 10 %. Измельчение материала осуществляется ударом, раздавливанием и частично истиранием. Такой режим характерен для камер грубого помола ШБМ, потребляемая мощность привода при этом режиме максимальная.

Смешанный режим характеризуется тем, что при увеличении частоты вращения барабана около 10 % мелющих тел переходят на траектории свободного падения (рис. 3.24, б). Объем застойной зоны уменьшается до 30 %, материал измельчается раздавливанием, истиранием и частично ударом.

Субкритический режим (рис. 3.24, г) является частным случаем водопадного режима. Он осуществляется при частотах вращения барабана мельницы, близких к критическим. Основная масса мелющих тел движется по круговой траектории и только около 15 % - по параболическим. На практике режим работы мелющих тел не применяется.

Критический режим (рис. 3.24, д) движения мелющих тел осуществляется при частоте вращения барабана, когда на круговую траекторию движения переходят все мелющие тела. При этом потребляемая мощность становится минимальной, а процесс измельчения неосуществимым.

Внутренний радиус Rв загрузки при критическом режиме движения равен:

Рис. 3.24 Режимы движения мелющих тел в барабанной мельнице

а) каскадный; б) смешанный; в) водопадный; г) субкритический; д) критический;

1 – мелющие тела; 2 – застойная зона

В ШБМ мощность привода N расходуется на преодоление трения в механической передаче (редуктор, подшипники) - Nn и на приведение в движение мелющих тел - NM

На рис. 3.25 представлена расчетная 1 и экспериментальная 2 зависимости полезной потребляемой мощности NM от величины коэффициента загрузки барабана мельницы, т.е. массы мелющих тел, находящихся в барабане мельницы.

Рис. 3.25. Зависимость полезной потребляемой мощности от коэффициента заполнения:

1 - расчетная зависимость; 2 - экспериментальная

Из графиков 1 и 2 следует, что максимальное значение мощности, расходуемой на движение мелющих тел, соответствует коэффициенту загрузки φ в пределах φ = 0,4 - 0,5 . При таком φ мелющие тела в барабане мельницы перемещаются с наибольшей интенсивностью и измельчают большее количество материала.

На основании этого следует вывод о том, что наибольшая производительность мельницы соответствует максимальной величине потребляемой мощности, Q = f(N).

Наиболее полной характеристикой материала объекта измельчения является кинетика измельчения, под которой понимают закономерность изменения размера частицы во времени.

Товаровым В.В. предложено уравнение, с помощью которого рассчитывается зависимость содержания крупной фракции от продолжительности измельчения:

где Ro, Rt — содержание крупной фракции, соответственно, в исходном и конечном (к моменту времени f) продукте; т, t0 — параметры измельчаемого материала; t - продолжительность измельчения, мин.

Зависимость R=f(t) дает возможность определить важнейшие характеристики и показатели, используемые для проектирования и нормирования процесса помола в ШБМ: удельные производительность и энергозатраты, коэффициент тонкости помола, область перехода стадий грубого и тонкого помола.

Измельчаемостъ представляет собой реакцию материала на механические воздействия.

В соответствии с теорией Риттингера коэффициент измельчаемости Ки определяется как соотношение между энергией, затрачиваемой на измельчение (Эu), и вновь образованной поверхностью (5):

Методы определения измельчаемости основаны на моделировании процесса измельчения в лабораторных мельницах, работающих по способу, реализуемому в промышленных условиях. Сущность методики заключается в определении энергозатрат на измельчение материала до определенной дисперсности.

В табл. 3.1. представлены удельные энергозатраты, удельная производительность и параметры кинетики измельчения, характеризующие процесс измельчения в ШБМ для различных материалов: клинкера, шлака, песка, известняка, гипса, золы.

В ШБМ загружают шары диаметром от 40 до 120 мм. При правильно организованном процессе измельчения шары большего диаметра находятся у загрузочной части барабана мельницы, а мелкие — у разгрузочной. Также шары большего диаметра должны находиться на внешних траекториях поперечного движения загрузки. При таком режиме движения мелющих тел обеспечивается селективное (избирательное) измельчение материала, т.е. крупные частицы материала измельчаются более крупными шарами, а мелкие - мелкими. Однако на практике при гладкой внутренней поверхности барабана происходит перемешивание мелющих тел, эффективность процесса измельчения резко снижается, уменьшается производительность, возрастает удельный расход энергии. С целью предотвращения сегрегации мелющих тел внутреннюю поверхность барабана футеруют плитами с конической поверхностью, что повышает эффективность процесса в целом.

Таблица 3.1.

Влияние удельной производительности и энергозатрат на кинетику измельчения

С целью контроля процесса помола в ШБМ снимают диаграмму помола, которая характеризует кинетику процесса измельчения по длине барабана мельницы (рис. 3.31).

С поверхности загрузки, через 0,5 м отбираются пробы измельчаемого материала. Дополнительно пробы отбираются перед и за перегородкой 1 (рис. 3.31, л, м), перед выходной решеткой 2 (рис. 3.31, ц). Пробы рассеивают на наборе сит и строят кривые кинетики измельчения по длине барабана мельницы (рис. 3.31, II).

При открытом цикле измельчения клинкера уже в первой камере 3 грубого помола находится до 50 % готового продукта размером менее 80 мкм (рис. 3.31, 7). Только 25 % частиц размером 0,1 мм поступает во вторую камеру 4 тонкого помола. Частицы размером более 1 мм должны измельчаться в камере грубого помола в водопадном и смешанном режиме измельчения. Если частицы размером 1 мм и более попадают в камеру тонкого помола - они там не измельчаются и выходят из барана мельницы. Качество готового продукта резко снижается, либо приводит к браку продукта измельчения. Во второй камере мельницы материал измельчается истиранием. Как в первой, так и во второй камерах мельницы наиболее эффективно материал измельчается на первых участках камер, это подтверждается более резким снижением кривой 7 (рис. 3.31). В дальнейшем, на последующих участках барабана мельницы, эффективность процесса помола снижается. Это объясняется тем, что по мере снижения измельчаемого материала к выходу, содержание мелкой фракции в продукте измельчения возрастает, например, на участке 11 (рис. 3.31) до 85 %, что создает условия демпфирования, т.е. амортизирует воздействие мелющих тел на частицы измельчения материала.

Рис. 3.31. Диаграмма помола ШБМ:

/ - схема мельницы; //- диаграмма помола; 1,2- межкамерная перегородка и выходная решетка; 3, 4 - камеры грубого и тонкого помола; ) тары; 6 - цильпебс; 7-11 — куммулятивные остатки на ситах с размером ячеек, соответственно , (мм)-0,08; 0,10; 1,0; 10,0; 15,0.

Это является одним из основных недостатков процесса измельчения в ШБМ. С целью повышения эффективности процесса необходимо организовать байпасирование готового продукта из зоны измельчения, либо недоизмельчение материала в ШБМ и направление его на сепарацию, где отбирается готовый продукт, а крупка возвращается на доизмельчение.

Такой способ измельчения осуществляется в ШБМ по замкнутому циклу измельчения. Материал  из  мельницы  выходит  с  тонкостью  помола,  характеризуемой        R008 = 20-25 %, S = 490-200 м2/кг и направляется в сепаратор. В результате этого энергозатраты снижаются на 3-6 кВт·ч/т.

Другим существенным недостатком процесса измельчения в ШБМ является то, что до 45 % мелющих тел, перемещаемых в поперечном сечении барабана мельницы, составляют застойные зоны и не участвуют активно в процессе измельчения.

Впервые в мировой практике в 1978 году проф. B.C. Богдановым предложены ШБМ с поперечно-продольным движением (ППД) мелющих тел, а в последующем и ШБМ с внутренним рециклом, принципиальная схема которых представлена на рис. 3.32, 3.33.

Отличительной особенностью процесса измельчения в ШБМ с ППД мелющих тел является то, что мелющие тела в каждой из камер мельниц совершают не только движение в поперечном сечении мельницы, как у обычных, но и в продольном - возвратно-поступательное (рис. 3.32). В результате такого движения мелющих тел разрушаются застойные зоны в центральной части загрузки, т. е. все мелющие тела движутся, вследствие чего существенно повышается эффективность процесса измельчения. Удельный расход энергии при помоле цемента до размера частиц R008 = 10 %, удельной поверхностью S = 320 м2/кг снижается с 42 до 33 кВт ч/т. Такой режим движения мелющих тел обеспечивается тем, что межкамерная перегородка 3 устанавливается под углом α к оси вращения барабана мельницы. При вращении барабана мельницы нижняя рабочая часть каждой из камер изменяется на величину Δl = D/tgα.

Рис. 3.32. Схема и диаграмма помола ШБМ с ППД мелющих тел:

а) исходное положение барабана мельницы; б) положение барабана через половину оборота; в) диаграмма помола для положений барабана а) и б); 1, 2 — камера грубого и тонкого помола; 3 - наклонная межкамерная перегородка; 4 - выходная решетка; 5, 6 — мелющие тела; 7 -зона работы наклонной межкамерной перегородки; 8, 9 - кривые кинетики измельчения R008 = f(L).

В исходном положении а (рис. 3.32) длина камеры 1 грубого помола минимальная, равная lmin , камеры 2 тонкого помола максимальная - lmax. Уровень мелющих тел 5 в камере / максимальный – h1 а в камере 2 уровень мелющих тел 6 минимальный - h2. Через половину оборота барабан мельницы займет положение 8 (рис. 3.32). Длина камеры 1 увеличится на Δl = D/tgα., при этом мелющие тела 5 устремятся на свободное пространство под наклонную перегородку, совершая продольное движение, разрушая элементарную зону в загрузке и увлекая вместе с собой байпасом наиболее мелкие частицы измельчаемого материала под перегородку, дополнительно измельчая их истиранием. Длина камеры 2, наоборот, уменьшится на ту же величину Δl и станет равной lmin. Мелющие тела 6 переместятся в сторону разгрузочной решетки 4, разрушая застойные зоны и перемещая байпасом готовый продукт в сторону разгрузочной решетки 4. Уровень мелющих тел 6 станет максимальным h2. Затем цикл повторяется. Таким образом, ППД мелющих тел в ШБМ за счет разрушения застойных зон в разгрузке и байпасирования готового продукта позволяет повысить эффективность процесса измельчения до 30%.

Диаграмма помола (рис. 3.32, в) для ШБМ с ППД мелющих тел существенно отличается от диаграммы помола обычных мельниц (рис. 3.31, II).

Наиболее эффективно процесс измельчения осуществляется в зоне работы наклонной межкамерной перегородки (рис. 3.32, в). Содержание класса частиц размером менее 80 мкм снижается с 60 до 25 %, т.е. на 35 %. Характер кривой R=f(L) в камере 1 грубого помола подтверждает байпасирование готового продукта в направлении разгрузки, содержание класса минус 80 мкм по всей длине камеры в положении а (рис. 3.32) составляет примерно 65 %, а в положении б оно снижается до 35 %, т. е. 30 % частиц готового продукта отбирается и направляется в последующие камеры. Резкое снижение R008 уже на первых участках барабана мельницы до 60 % (у обычных 90 %) подтверждает то, что мелющие тела, в результате разрушения застойной зоны, совершают большую работу измельчения. Применение режима ППД мелющих тел на мельнице 4×13,5 м при угле α наклона межкамерной перегородки 50° позволило снизить массу мелющих тел с 240 до 140 т. В результате этого потребляемая мощность привода с 3170 кВт снизилась до 2400 кВт, т. е. на 32 %, а удельный расход энергии при производительности 95 т/ч (R008=10 %) снизился с 33,36 кВт·ч/т (по главному приводу) до 25,26 кВт·ч/т, т.е. на 24 %.

Опыт промышленной эксплуатации ШБМ показал, что режим ППД мелющих тел дает максимальную эффективность процесса измельчения в мельницах с диаметром барабана более 3 м и соотношением L/D>5, т. е. трубных мельницах. Для организации байпаса и режима рецикла для ШБМ с L/D<5 предложена конструкция, схема которой представлена на рис. 3.33.

Рис. 3.33. Схема ШБМ с трубой рецикла:

а) схема ШБМ; б) диаграмма помола; 1,3- камеры грубого и тонкого помола; 2 - межкамерная перегородка; 4 - труба рецикла; 5 - трубошнек; 6 - лифтеры; 7 - выходная решетка; 8 - кривая кинетики измельчения R008=f(L) в мельнице; 9 - кривая зернового состава измельчаемого материала в трубошнеке, R=f(LТР); 10 — зона установки трубы рецикла; 11, 12, 13,14 — направления движения измельчаемого материала.

Процесс измельчения осуществляется следующим образом. В процессе вращения барабана мельницы измельчаемый материал из камеры 1 грубого помола перемещается через щели в межкамерной перегородке 2 по направлению стрелок 11 в камеру 3 тонкого помола (рис. 3.33, а). В камере / грубого помола находится около 50% готового продукта (рис. 3.33, б), который целесообразно направить байпасом на выход из мельницы. С этой целью по центру камеры 3 тонкого помола на крестовинах и лифтерах 6 установлена труба рецикла 4, внутри размещен трубошнек 5. Измельчаемый материал через загрузочные окна поступает в лифтеры 6, а затем в трубу рецикла 4. В трубе рецикла 4 материал захватывается перьями трубошнека 5 и провеивается аспирационным воздухом. Частицы материала размером менее 50 мкм в направлении 13 байпасом через отверстия в разгрузочной решетке выходят из мельницы с готовым продуктом. Крупные частицы трубошнеком 5 транспортируются в обратном направлении 14 к межкамерной перегородке, тем самым возвращаются на доизмельчение.

Тонкость помола материала в целом в ШБМ с трубой рецикла регулируется количеством лифтеров, высотой и углом наклона перьев трубошнека.

Применение трубы рецикла на мельнице 3,2×15 м позволило повысить тонкость помола цемента до S=400 м2/кг, при одновременном повышении производительности на 5÷8 т/час. Удельный расход энергии снижается до 7 кВт·ч/т.

Важную роль в процессе помола материала по сухому способу играет технологическая аспирация ШБМ. Аспирация, например, при помоле клинкера предназначена для удаления влаги из барабана мельницы, т.к. в составе шихты находится 5 % гипса, отвода тепла и удаления до 5 % мелких частиц готового продукта. Скорость аспирационного воздуха в свободном сечении барабана мельницы при открытом цикле измельчения составляет 0,7÷0,8 м/с, а при замкнутом до 1,2 м/с. Температура аспирационного воздуха возрастает с атмосферной до 120-140 °С.

Отсутствие аспирации, либо снижение объемов просасываемого воздуха приводит к увеличению температуры мелющих тел, барабана мельницы, измельчаемого материала, вызывает агломерацию и налипание мелких частиц на мелющие тела и футеровку, в результате чего производительность мельницы снижается на 50-70 %, а в отдельных случаях приводит к необходимости остановки и разгрузки барабана мельницы с целью очистки мелющих тел.

3.4.2. Процесс помола в шаровых кольцевых мельницах

Рис. 2. Центробежно-шаровая мельница:

1-питатель; 2-вращающийся воздушный сепаратор; 3-верхнее неподвижное кольцо;

4-пружина; 5-нажимное кольцо; 6-опорная тарелка; 7-шары; 8-нижнее вращающееся кольцо; 9-окно для воздуха.

Размалывающий механизм центробежно-шаровой мельницы (рис. 2) состоит из шаров 7, зажатых между двумя кольцами: нижним вращающимся кольцом 8 и верхним неподвижным 3.

Шары приводятся в движение от нижнего кольца 8 и под давлением трех или четырех пружин 4, которое передается через верхнее кольцо 3 и скрепленное с ним нажимное кольцо 5. Давление пружин можно регулировать нажимной гайкой. Давление равномерно распределяется между пружинами, вследствие чего износ шаров мельницы происходит равномерно.

Нижнее кольцо 8 закреплено на опорной тарелке 6, к которой прикреплен сверху вращающийся вместе с тарелкой сепаратор 2 в виде усеченного конуса с лопастями.

Измельченный материал из питателя 1 ссыпается по лотку в камеру мельницы между тарелкой и шарами и отбрасывается центробежной силой к периферии, где растирается между шарами и кольцами. Измельченный материал вытесняется в наружную полость мельницы, откуда выносится потоком воздуха в сепаратор 2. Воздух нагнетается вентилятором через окна 9.

Мельница имеет привод от электродвигателя через клиноременную передачу. Максимальный размер кусков измельчаемого материала не должен превышать 25-38 мм.

В некоторых конструкциях центробежно-шаровых мельниц размол происходит при помощи шаров, свободно катящихся в неподвижном кольцевом желобе. По принципу действия эти мельницы не отличаются от описанной выше.

С увеличением тонкости помола энергоемкость процесса измельчения резко возрастает. При уменьшении размеров частиц увеличивается их относительная прочность, так как снижается число участков с предразрушенной структурой. Появившиеся на первых циклах микротрещины могут смыкаться под действием молекулярных сил. Такой эффект может быть нейтрализован с помощью поверхностно-активных веществ (пленок жидкости), адсорбирующихся на частицах и проникающих в трещины. Эти пленки экранируют молекулярные силы, стремящиеся сомкнуть трещины. Эффект «самозалечивания» частиц может быть снижен за счет увеличения скорости приложения нагрузок и частоты воздействия импульсов сил, в результате увеличивается интенсивность разрушения из-за усталостных явлений.

Рассмотренный процесс разрушения материалов послужил теоретической основой для совершенствования помольного оборудования и, в частности, для создания машин, работающих с повышенными скоростями рабочих органов. К таким машинам относятся среднеходные мельницы.

Мельницы, работающие по принципу раздавливания, имеют частоту вращения 2 - 5 с-1 и относятся к классу среднеходных. Они предназначены для сверхтонкого измельчения, применяются в промышленности строительных материалов для помола извести, гипса, сухой глины, мела, графита. К ним относятся валковые и роликово-маятниковые мельницы. В этих мельницах материал зажимается между металлическими телами и раздавливается до нужных размеров.

Шаровые среднеходные мельницы напоминают гигантский опорный шарикоподшипник. При однорядном расположении шаров одно кольцо неподвижно (обычно верхнее), другое (нижнее) приводится во вращение от электродвигателя. При двухрядном расположении шаров крутящий момент передается на среднее кольцо, верхнее и нижнее опорные кольца неподвижны. Среднее кольцо приводится во вращение от вертикального вала через коническую передачу. В качестве размалывающих тел применяются шары диаметром от 190 мм (для малых размеров мельниц) до 275 мм (для мельниц больших размеров). Шары на беговой дорожке укладываются почти вплотную друг к другу с зазором между ними около 15...20 мм.

В зависимости от сорта размалываемого материала давление пружин на шар меняется от 600 до 1800 Н. По мере износа шаров давление на шар ослабевает и восстанавливается путем подтягивания пружин на 4...6 мм, которое производится периодически после срабатывания шаров.

Материал подается тарельчатым питателем на шары с внутренней стороны вращающегося кольца, куда выпадает также возврат из сепаратора. Под влиянием разности уровней материал проходит через слой мелющих шаров и, отжимаемый центробежными силами, в измельченном состоянии выбрасывается за кольцо. Между вращающимся нижним кольцом и кожухом мельницы имеется небольшая щель (обычно разбитая на ряд отдельных отверстий - сопел), через которую поступает воздух, подхватывающий размолотый материал и переносящий его в область сепаратора.

На рис. 3.34 представлена схема шаровой кольцевой мельницы.

Рис. 3.34. Шаровая кольцевая мельница с центробежным сепаратором проходного типа:

1 - патрубок для выхода аэросмеси; 2 - лопатки для регулирования тонкости помола, 3 - сепаратор; 4 - дисковый питатель; 5 - неподвижное верхнее кольцо; 6 - шар; 7 - вращающееся нижнее кольцо; 8 - редуктор.

Начальный размер шаров должен быть увязан с размерами кусков, причем связь между диаметром шара и диаметром куска определяется углом захвата ψ, зависящим от угла трения α (рис. 3.35) размалываемого материала по металлу.

Для условий качения цилиндра (шара) по плоскости необходимо, чтобы α = 2ψ и

,

где dk - размер кусочка материала, м; dш - диаметр шара, м.

Рис. 3.35 Выбор размера шара

Так как куски материала не являются шарообразными, то подача в мельницу более крупных кусков, лишь снижает ее производительность и устойчивость. Размол крупных кусков неправильной формы идет ступенями путем постепенного откалывания наиболее острых углов. Для надежной работы мельницы при шарах диаметром 267 мм наибольший размер крупных кусков в материале не должен превышать 30 мм.

Рис. 3.36. Выбор схемы конструкции размольного кольца.

Если материал заполняет нижнее сечение лотка, как показано на рис.3.36, высота образующего сегмента hсеч не должна превышать найденного значения dk:

Обычно верхнее кольцо имеет угол обхвата в пределах 70° (от, α1 = α2 = 35°). Нижнее кольцо проектируется с несимметричными углами. На стороне входа угол α3, равен 30...35°, на стороне выхода α4 = 60...65°(рис.3.36).

Радиус закругления верхнего размольного кольца принимается равным радиусу шара. Радиус закругления нижнего размольного кольца выполняется с учетом толщины слоя материала, составляющей 3...5 мм, так что радиус закругления нижнего кольца

rкол = rш +(3...5),где rш - радиус шара.

Учитывая подобную конфигурацию размалывающих колец, легко подсчитать высоту щели между бортами колец, образуемой на внешней кромке шаров:

где α1 и α4 - углы обхвата шара (рис. 3.36).

Предельное значение Н при износе шаров и колец не менее 12...15 мм.

Для предохранения выброса шаров из-под колец вследствие центробежной силы необходимо определить высоту сжатия пружин hn - hmin, которую нельзя допускать меньшей, чем высоту подъема верхнего кольца, необходимую для выброса шара из-под кольца.

Прочный материал требует большего усилия сжатия пружин, чем мягкий материал.

Для обеспечения соответствующего давления необходимо подобрать пружины, отвечающие определенным требованиям. Такой характеристикой пружины является зависимость ее высоты от силы тяжести давящего на нее груза.

Обычно по окружности верхнего опорного кольца устанавливают в малых мельницах три, в больших - четыре пружины.

Приведенные формулы позволяют подсчитать необходимую затяжку пружин hn, если известны их характеристики и число шаров, меняющиеся в зависимости от износа.

Как было указано, затяжку пружин, обусловливающую давление на каждый шар, необходимо производить в соответствии с размольными особенностями материала. Излишнее давление ведет к быстрому износу шаров и колец. Из практики применения шарикоподшипников известно, что при повышении давления на подшипник в два раза время его работы сокращается в десять раз. Иначе говоря, износ шаров пропорционален давлению в степени 3,3.

Вместе с тем, недостаточная затяжка пружин приводит к проскальзыванию шаров по размольному кольцу, образованию плоских мест («лысок»), что ведет к разогреву колец и шаров и быстрому выходу их из строя. Следовательно, к выбору давления на шары необходимо относиться очень внимательно.

При выборе пружин необходимо учитывать давление от пружин с составляющими центробежных сил, стремящихся выбросить шары из кольца. Вертикальные составляющие от центробежных сил поднимают верхнее кольцо, и радиус вращения шаров несколько увеличивается, причем значительному износу подвергаются внешние борта колец. По мере их износа диаметр беговой дорожки возрастает.

Значение вертикальной составляющей центробежной силы зависит от точки В приложения этих сил на верхнем кольце (рис. 3.36). Считают, что точка В лежит на середине дуги угла α1. Величина центробежной силы, действующей на оба кольца в радиальном направлении:

В рабочих условиях слой материала под шаром находится под давлением шара, силой тяжести верхнего кольца, давлением пружин, обусловленным первичной затяжкой, и дополнительной реакцией от центральной силы и слоя материала, проходящего под шарами и поднимающего на высоту h кольцо и пружины.

В результате действительное давление на слой материала в момент его раздавливания значительно больше, чем сила от первичного нажатия пружин.

При расчете в качестве величины, определяющей затрату энергии на размол, следует принимать силу давления на слой материала, [Н]:

где коэффициент 5 учитывает влияние центробежной силы, силы тяжести верхнего кольца и силы тяжести самого шара.

Окружную скорость кольца выбирают с таким расчетом, чтобы под влиянием центробежных сил не происходило холостого выброса материала во внешнюю полость мельницы, т.е. не создавалось паразитивной циркуляции за счет проскальзывания материала мимо шаров. В наиболее благоприятном режиме радиальная скорость поступления материала на кольцо должна создавать такие условия, при которых крайние кусочки, поступающие в наибольшем отдалении от шара, в пределе попали бы под шар.

Определим радиальную скорость движения материала. Движущей силой в этом случае является разность между центробежной силой и силами сопротивления, образующимися под влиянием силы тяжести и формы поверхности, по которой идет движение (рис. 3.37).

Рис. 3.37. Определение производительности мельницы.

В идеальном случае количество материала, проходящее под шарами, с толщиной слоя h, должно равняться количеству материала, поступающему на кольцо в радиальном направлении, с толщиной слоя hRo/

Определяется окружная скорость кольца, (м/с):

При определении величины fs, учтем, что во время прохода материала через размольное кольцо характер измельчаемого материала усложняется. Центробежные силы должны преодолевать повышенную сцепляемость материала с металлом, появляющуюся после раздавливания материала шаром, и сопротивления, связанные с подъемом материала на наружной части лотка.

Рис. 3.38. Равновесие слоя материала на наклонной части лотка.

Различают три вида производительности среднеходной шаровой мельницы:

а) производительность мельницы по выносу пыли из-под шаров;

б) размольная производительность мельницы;

в) сушильная производительность мельницы.

Производительность мельницы по выносу пыли из-под шаров определяется количеством материала, проходящего под шарами, поэтому может быть выражена следующим образом, (кг/ч):

где kц - кратность циркуляции при размоле; jм - насыпная масса материала, кг/м3; S – дуга  охвата  шара, м,  обычно  величина S соответствует углу 90... 100°, при угле 115° S = dш: h - высота слоя материала, проходящего под шаром, м, определяется давлением пружин и сортом материала. Установить величину h точно затруднительно, можно предполагать, что она колеблется в зависимости от нагрузки мельницы - от нулевых значений до 6 мм; произведение Sh νш дает объем материала, проходящего через один шар; νш - скорость набегания материала под шар, (м/с).

Размольная производительность мельницы обусловлена следующими факторами. При увеличении производительности мельницы мощность, затрачиваемая на размол, растет линейно с некоторой величины Nxx до предельного значения N . Мощность на размол включает энергию, затрачиваемую на измельчение материала и потери энергии из-за вращения шаров по чистому кольцу.

где NххМ – холостой ход, относящийся к мельнице, Вт; Np – мощность, затрачиваемая на размол материала, Вт; Nххв – мощность холостого хода, связанная с работой вентилятора, Вт; Nвен – мощность, затрачиваемая на работу вентилятора, Вт.

Для определения размольной производительности необходимо выявлять мощность, потребляемую на измельчение материала.

Мощность, затрачиваемая на размол Nр, принимается равной дополнительной мощности, которую по сравнению с холостым ходом надо расходовать при размоле материала в мельнице. Эта дополнительная мощность будет меняться от нуля до некоторой максимальной величины (в зависимости от размалываемого материала). Обычно расчеты ведутся на максимальную (предельную) мощность мельницы.

Усилие Q следует подсчитывать с учетом разных условий качения шара по верхнему (металл по металлу) и нижнему (металл по материалу) кольцу. Силы, возникающие при этом, показаны на рис. 3.39. Р - давление на шар в рабочих условиях, учитывающее давление пружин и силу тяжести верхнего кольца в статическом состоянии, а также дополнительные силы, появляющиеся в результате действия центробежных сил при работе мельницы.

Рис. 3.39. Схема сил, действующих на шар при его движении по слою материала.

При вращении кольца точка приложения силы Р сдвигается против вертикальной оси шара на величину k2, м (k2 - коэффициент трения качения шара по металлу), точно так же для силы Ррш + Gш на нижнем кольце имеет место сдвиг k1, м.

Под влиянием силы Q шар начинает поворачиваться вокруг верхней опоры (точки А). Поэтому скорость движения его центра в два раза меньше νk, т. е. vw = vk /2. Эта скорость и равняется скорости набегания шара на слой.

Исходя из физико-механических свойств материала и качеств получаемого продукта, мощность, требуемая для размола материала, может быть найдена из выражения:

где Эа - некоторая постоянная, характеризующая расход энергии на размол эталонного материала (kло = 1) при доведении материала с Rs = 20 % до R88= 36,8 %. Учитывая особенность измельчения в шаровых кольцевых мельницах, а также то, что расчет ведется для процесса без потерь, принимаем Эа = 6 кВт·ч/т; Пвлдртп - поправки, соответственно, на влажность, дробление и тонкость помола.

Предельную производительность мельницы (кг/с) можно определить по следующей формуле:

Повышение производительности мельницы осуществляется за счет увеличения высоты слоя материала на размольном кольце. Но увеличение количества материала требует одновременно (во избежание завалов мельницы) повышения расхода воздуха, что в свою очередь приводит к загрублению помола. Поэтому повышение производительности мельницы связано, с одной стороны, с повышением мощности, затрачиваемой на размол (из-за увеличения высоты материала на размольной дорожке), а с другой - со снижением удельного расхода энергии за счет загрубления помола.

Наиболее устойчивая работа мельницы по условиям пневмотранспорта и необходимая увязка размольной и сушильной производительности обеспечивается при соблюдении постоянной концентрации материала. При этом необходимо изменение тонкости помола.

При неизменном положении створок сепаратора изменение тонкости помола (R008), можно считать зависящим линейно от расхода воздуха Q через сепаратор.

С учетом отмеченной особенности размола материала в ПСМ получаем окончательную формулу для подсчета полного удельного расхода энергии на размол при переменном значении Q, Вт·ч/кг:

Характерная особенность вентиляторов, обслуживающих современные среднеходные мельницы - постоянство их КПД и развиваемого ими напора в определенном диапазоне производительности Q При этих значениях Q мощность, затрачиваемая на вентилятор, с достаточной точностью определяется как

При малых или очень больших значениях Q начинает сказываться ухудшение КПД вентилятора и мощность, затрачиваемая на вентилятор, не соответствует заявленной ранее. Благодаря автоматическому регулированию концентрация материала в мельнице поддерживается достаточно постоянной.

где Q – производительность, тыс·м3/ч; 4,2 – коэффициент, учитывающий соответствующий напор вентилятора и все потери в самой мельнице, вентиляторе, передаче и электродвигателе; Nxxмч – потери холостого хода при размоле, кВт.

При подсчете Nвен по выражению (3.205) затраты энергии в мельнице должны вестись без учета КПД передачи и электродвигателя.

Сушильная производительность мельницы.

Среднеходные мельницы обычно работают под аэродинамическим давлением, поэтому трудно ожидать по условиям работы вентилятора возможность использования воздуха выше 250°С. Это в значительной степени ограничивает сушильную производительность среднеходных мельниц.

Количество воздуха, проходящего через агрегат, ограничивается в современных конструкциях скоростью 2...3 м/с, которая относится к условному сечению корпуса. Необходимость иметь высокие скорости воздуха в кольцевом сечении обусловливает применение высоконапорных вентиляторов ((5...6) 103 Н/м2), что приводит к значительным потерям энергии на вентиляцию (мощность, затрачиваемая на вентиляцию в среднеходной мельнице, примерно равна мощности, идущей на размол). Последняя особенность указывает на невыгодность повышения расхода воздуха или его температуры, так как и то и другое значительно снижает экономичность размола в мельницах обычных конструкций.

Сушильная производительность мельницы

где Vмв - производительность мельничного вентилятора (обычно задается), м3/ч; Δv - количество газо-воздушной смеси, приходящейся на 1 кг сырого материала (м3/кг), по состоянию этой смеси мельничного вентилятора:

3.4.3 Процесс помола в тарельчато-валковых мельницах

  

В Европе интерес к валковым мельницам возрос за последние 25 лет после широкого распространения печей с циклонными теплообменниками. Применение печей позволило снизить температуру отходящих газов с 550 до 350 °С. Современные валковые мельницы хорошо приспособлены к использованию этих газов для сушки сырья при помоле. За мельницей температура газов снижается до 90...100 °С. Другими преимуществами валковых мельниц по сравнению с шаровыми являются снижение расхода электроэнергии примерно вдвое и более высокий КПД.

Валковая мельница с горизонтальной тарелкой (рис. 3.40) работает по принципу раздавливания и частично по принципу истирания. Мельница состоит из вращающейся тарелки 5, по которой катятся сидящие на неподвижных осях валки 2. Материал затягивается под валки вращающейся тарелкой. Давление, необходимое для раздавливания материала валками, создается частично массой валка, а в основном с помощью нажимных пружин 1, гидро- , либо пневмоцилиндров. При холостом ходе (без материала) между тарелкой и роликом имеется небольшой зазор (1,25 мм). Количество размалывающих валков в современных конструкциях равно двум (или четырём), наклон их осей примерно 15°.

Рис. 3.40. Схема тарельчато-валковой мельницы:

1 - пружины; 2 - валки; 3 - подпорные кольца у тарелки; 4 - кольцевой проход для воздуха; 5 - вращающаяся тарелка; 6 - воздушная коробка; 7 - карман для отхода; 8 - редуктор.

В настоящее время мельницы строятся с плоской тарелкой, вращающейся с окружной скоростью около 3 м/с. Для защиты материала от соскальзывания с тарелки ставится подпорное кольцо 3, высота которого может в зависимости от материала или типоразмера мельниц меняться. Подпорное кольцо поддерживает на тарелке определенный слой материала и повышает таким образом эффективность размола. Давление пружин в зависимости от типоразмера мельницы колеблется от 0,2 до 50 т на ролик. Тарелка мельницы вращается с постоянной скоростью. Диаметр валка в среднем составляет около 70 % от диаметра размалывающей тарелки, а его полезная ширина - в среднем 20 % от диаметра тарелки.

Воздух температурой до 600 °С подается в мельницу через кольцевой канал вокруг тарелки. Количество воздуха, вентилирующее мельницу, колеблется от 1 до 3 нм3/кг материала.

Воздух, проходя с достаточно большими скоростями (до 80 м/с) вокруг тарелки, подхватывает образующуюся пыль и выносит ее к сепаратору, который выполнен в виде вращающейся корзины с лопатками. Вихрь, образующийся в верхней части мельницы, а также непосредственное механическое воздействие лопаток на крупные частицы содействуют отбиванию крупных фракций и возврату их в полость мельницы. Готовый продукт проходит внутрь сепаратора и выдается из мельницы через центральную трубу. Вращение сепаратора осуществляется от электродвигателя с регулируемой скоростью. Увеличение частоты вращения электродвигателя позволяет получить более тонкий продукт.

Выпадающие из мельницы крупные куски попадают в особые карманы, из которых удаляются вручную. Помимо воздуха, подаваемого под тарелку, может быть осуществлена частичная подача, газов поверх размалывающей тарелки.

Существуют установки, работающие с двумя вентиляторами: один вентилятор ставится за мельницей, другой - перед. Давление, развиваемое вентилятором перед мельницей, может быть заменено давлением дутьевых вентиляторов воздушного подогревателя.

Окружные скорости тарелки и валка различны, так как ось валка не пересекается с его образующей в одной точке на вертикальной оси мельницы. Из-за разницы в окружных скоростях получается дополнительный размол за счет истирания. Это позволяет применять мельницу для более или менее вязких материалов. Однако износ при этом значительно возрастает. Тарелки и валки вращаются на роликовых подшипниках. Все смазываемые детали вынесены из области размола.

Материал (допустимый размер кусков до 50 мм) подается в мельницу лопастным питателем. Производительность мельницы тем больше, чем больше размер валка. Несколько малых валков того же объема дают меньшую производительность, чем один большой, поэтому в последних конструкциях число валков сокращено до двух.

Тонкость помола регулируется частотой вращения вала сепаратора и объемом газов, пропускаемых через мельницу. Во избежание забивания мельницы необходимо обеспечивать минимальную скорость воздуха между тарелкой и кожухом в пределах 20...30 м/с при температуре порядка 200 ° С.

По мере износа работающих деталей производительность мельницы уменьшается. Особенно влияет на работу мельницы износ тарелки. Так, к моменту смены износившихся деталей производительность мельницы может снизиться до 25 %.

Экономичность размола в валковых мельницах значительно выше, чем в шаровых барабанных мельницах (примерно в 2,2...2,3 раза).

Ведущая деталь валковой мельницы - тарелка, окружная скорость которой обычно лишь незначительно отличается от окружной скорости валка (за счет скольжения). Отсюда частота вращения валка (с-1) может быть определена из следующего соотношения:

где nт и Dт - соответственно частота вращения и диаметр тарелки; Dв - диаметр валка.

При вращении валка по горизонтальной тарелке необходимо, чтобы центробежная сила, действующая по радиусу тарелки, уравновешивалась силой трения на внутреннем диаметре D", близком к внутренней линии валка (рис. 3.41). Это условие необходимо выполнять, чтобы обеспечивать наилучший подвод материала под валок.

Рис. 3.41. Условие равновесия частицы на плоской вращающейся поверхности.

Высота захватываемого слоя (или максимальный диаметр частицы измельчаемого материала) зависит от свойств материала (угла трения ψ ) и формы поверхности, на которой происходит измельчение. Высоту захватываемого слоя вычисляют по углу захвата α (рис. 3.42), отсчитываемому от точки касания D валка и поверхности катания до точки касания А валка с материалом в момент начала затягивания шара под валок.

Рис. 3.42. Определение высоты слоя материала под валком

Форма поверхности, на которой ведётся раздавливание, определяется углом γ, дающим сдвиг точки В касания шара материала на мелющей поверхности, отсчитываемой от той же точки Т.

При подходе слоя под валок в точке соприкосновения шара с валком (точка А ) создаётся некоторая сила Р, направленная по радиусу валка. Если перенести силу Р в центр частицы материала и разложить её по направлению О к В (к радиусу Rk поверхности качения) и линии ЕЕ , перпендикулярной к хорде АВ , то сила, действующая по линии ЕЕ , будет равна 2Psin(β/2), а составляющая по радиусу Rk окажется равной Р. Сила 2Psin(β/2), направленная против движения, выталкивает частицу из защемления.

Силы Р в точках А и В создают силы трения fP и являются силами, затягивающими частицу под валок.

Так как диаметры валков крупных агрегатов колеблются в пределах 600...800 мм, то размер максимального куска в материале для плоских тарелок допустим до величины 55...75 мм. Однако наличие крупнозернистого материала создает неблагоприятные условия для работы валков, поэтому применяют более мелкий до 15...20 мм.

Диаметр затягиваемого куска при плоской тарелке, при ψ=0,3:

Высота слоя материала не может быть равной dk, так как при этом получалась бы излишняя кратность циркуляции, что ведет к неустойчивой работе мельницы. Фактически вполне достаточна высота слоя материала под валком

Эта величина включает также зазор между валком и тарелкой при холостом ходе мельницы. Последний обычно принимают равным 0,05Dв, поэтому необходимо предусматривать возможность подъема валка на высоту

Рис. 3.43. Схема сил, действующих при размоле материала валком

Удельный расход энергии на размол материала в зависимости от качества измельчаемого материала составляет:

где kч - кратность циркуляции, необходимая для доведения раздавливаемого объема материала до нужной тонкости помола.

Производительность мельницы [кг/с]

 

где Nм - мощность, потребляемая мельницей из сети, Вт; Эр -удельный расход энергии на размол, Дж/кг.

Расход энергии на пневмотранспорт определяют после выявления производительности и напора мельничного вентилятора.

Производительность мельницы по выносу пыли из-под валков пропорциональна высоте слоя материала (до известного предела), пропускаемого под валком. Если скорость затягивания материала под валок – vв, то при ширине валка Lв и высоте слоя h количество материала, проходящее размольный объем, кг/с, составит:

где z – количество валков; γну – объёмная масса материала, кг/м3.

Определение мощности валковой мельницы

Валок вращается на неподвижной оси, прижимаемый к слою материала силой Gв (сила пружин плюс сила тяжести валка). При набегании слоя материала валок приводится во вращение. Точка приложения равнодействующих сил и общая затрата мощности на его вращение зависят от высоты набегающего слоя. В общем случае может наблюдаться частичное проскальзывание материала под валками. Поэтому мощность, затрачиваемая на вращение тарелки, будет складываться из работы, идущей на преодоление сил трения, и из работы, идущей на преодоление сопротивления деформируемого слоя.

Полная мощность определяется:

3.4.4 Процесс помола в роликово-маятниковых мельницах

Ролико-маятниковые мельницы (РММ) применяют для измельчения известняка, гипса, мела, пигментов, каолина с пределом прочности на сжатие до 100 МПа. Помол осуществляется с одновременной сушкой, в мельницу подается воздух, подогретый до температуры 450°С.

Измельчение материала в РММ осуществляется раздавливанием и истиранием между роликами 5 и размольным кольцом 6.

Процесс измельчения в РММ осуществляется следующим образом. При вращении вала 2 вращается крестовина 3, на которой шарнирно подвешены на маятниках 4 четыре ролика 5, которые под действием центробежной силы прижимаются к размольному кольцу 6. Подаваемый кусковый материал по патрубку 10 подается в камеру помола и попадает под воздействие роликов 5, измельчается раздавливанием и истиранием. Частицы измельчаемого материала подхватываются воздушным потоком, выходящим из щелей 8, и выносятся через патрубок 9 в сепаратор. Крупные частицы, масса которых больше силы давления, 9 воздушного потока, возвращаются на доизмельчение, а мелкие отделяются в сепараторе и направляются на осаждение в циклон или фильтр.

Рис. 3.44. Схема роликово-маятниковой мельницы:

1 - корпус; 2 - вертикальный вал; 3 - крестовина; 4 - маятник; 5 - ролик; 6 — размольное кольцо; 7 - коллектор подачи аспирационного воздуха; 8 - щели; 9 - патрубок отвода измельчаемого материала; 10-патрубок подачи исходного материала; 11- ведущий вал.

Тонкость помола материала зависит от силы давления ролика на слой материала, находящийся на размольном кольце. Сила давления регулируется изменением частоты вращения вала и массой размольного ролика. Кроме этого, тонкость помола регулируется изменением скорости и объема аспирационного воздуха, выходящего из щелей 8 коллектора.

При влажности измельчаемого материала более 14 % ввиду налипания частиц материала на рабочие органы РММ помол осуществляют с одновременной сушкой.

Сила Р давления ролика на измельчаемый материал равна его центробежной силе Рц

где m - масса валка, кг; ω - угловая скорость вращения валка, рад/с: R - расстояние от оси вращения до оси ролика, м.

Производительность роликово-маятниковой мельницы определяется по формуле:

где ϑр - окружная скорость ролика, м/с, h - толщина слоя материала под роликом, принимается равной 0,03Dp, м; Dp - диаметр ролика, м; γ - объемная масса материала, γ= 1600 кг/м3; z -количество роликов; kц - кратность циркуляции материала в мельнице, kц =10-15.

Мощность, потребляемая приводом роликово-маятниковой мельницы, расходуется на: N1 - мощность, затрачиваемая на обкатывание роликов по материалу; N2 - мощность, расходуемая на преодоление сил трения ролика по материалу; N3 - мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения в подшипниках ролика.

где µ - коэффициент сопротивления качению ролика, µ = 0,05 ÷ 0,1; f1 - коэффициент трения между металлом ролика и материалом, f1 = 0,3; ϑСК - скорость скольжения ролика, ϑск = 0,096ϑр, м/с; f2 - коэффициент трения скольжения в подшипниках, f2 = 0,l; d - диаметр вала ролика, м.

Мощность привода мельницы равна

где η - КПД привода, η = 0,96-0,98.

3.4.5. Процесс помола в молотковых мельницах

Молотковые мельницы (ММ) в промышленности строительных материалов применяются для грубого помола и одновременной сушки материалов с пределом прочности на сжатие менее 150 МПа и влажностью не более 24 % - мел, гипс, глина, асбест, уголь и т. п.

Помол в ММ осуществляется за счет ударов по кускам измельчаемого материала бил или молотков, шарнирно подвешенных на быстровращающемся (80-50 м/с) роторе, за счет удара кусков о футеровку, соударения друг о друга.


Рис. 2. Молотковая мельница (дробилка) с пневматическим удалением измельченного материала:

1-питатель; 2-мельница; 3-вентилятор.

В зависимости от направления подачи материала и сушильного агента ММ подразделяются на тангенциальные и радиальные (рис. 3.45). В тангенциальных мельницах измельчаемый материал и сушильный агент подаются вдоль оси по касательной к окружности ротора - тангенциально (рис. 3.45, а).

В радиальных ММ материал и сушильный агент подаются вдоль ротора (рис. 3.45, б) - радиально.

Процесс измельчения в ММ осуществляется следующим образом. При включении привода шарнирно подвешенные молотки 4 (рис. 3.45) под действием центробежной силы занимают положение, изображенное на рис. 3.45, по течке 7 куски измельчаемого материала размером 20-40 мм подаются вместе с сушильным агентом в рабочую камеру мельницы, где попадают под воздействие молотков 4. Куски распадаются на разлетающиеся части, которые ударяются о футеровку и друг о друга, отлетают и вновь ударяются о молотки. Далее измельчаемый материал поступает в зазор между колосниковой решеткой 6 и торцами молотков 4, где происходит измельчение материала интенсивным истиранием. Затем измельченный материал выбрасывается молотками в проход 8 и мелкие частицы направляются в сепаратор (проходной или инерционный), крупные частицы материала падают на вращающийся ротор и далее вместе с исходным материалом цикл повторяется. При этом одновременно с помолом осуществляется сушка измельчаемого материала воздухом, нагретым до температуры 300-450 °С.

Тонкость помола материала регулируется количеством молотков, частотой вращения ротора, зазором между колосниковой решеткой и торцами молотков, а также зазором между молотками и отбойным брусом.

Рис. 3.45. Схемы молотковых мельниц:

а) тангенциальная; б) радиальная; 1 - корпус; 2 - вал ротора; 3 - шарнирные пальцы; 4 - молотки; 5 - диски; б - колосниковая решетка; 7 -течка; 8 - газоход.

Эффективность работы ММ характеризуется тремя основными показателями - производительностью Q, потребляемой мощностью N, тонкостью помола R.

Удельный расход энергии 3=N/Q на помол отражает экономичность процесса измельчения и его эффективность. Зависимость N~f(Q) при R=const называется рабочей характеристикой мельницы, по которой определяют рабочий интервал ММ при измельчении различных материалов до заданной крупности (рис. 3.46).

Рис. 3.46. Энергетические характеристики работы ММ:

а) зависимость N=f(Q); б) зависимость Э=f(Q); 1 - R008=20%; 2 - R008=30%; 3 - R008=40%.

Из графиков, представленных на рис. 3.46, следует, что с увеличением тонкости помола производительность мельницы снижается, а потребляемая мощность привода возрастает; с увеличением производительности при любой тонкости помола удельный расход энергии снижается; с увеличением тонкости помола при постоянной производительности удельный расход энергии возрастает.

На эффективность процесса измельчения в ММ существенное влияние оказывают параметры ротора: его диаметр и длина. С увеличением диаметра ротора при постоянной частоте вращения изменяется окружная скорость бил (молотков), вследствие чего возрастает центробежная сила и, как правило, эффективность процесса измельчения. В настоящее время считают, что производительность ММ прямо пропорциональна длине ротора, а вот его диаметр в меньшей мере влияет на изменение производительности. Диаметр ротора зависит от прочности измельчаемого материала - чем выше прочность, тем больше диаметр.

В связи с тем, что размол материала в ММ происходит преимущественно за счет удара бил (молотков) по кускам измельчаемого материала, то окружная скорость ротора является решающим фактором, определяющим интенсивность процесса измельчения. Чем больше окружная скорость, тем больше степень измельчения материала за единичный цикл удара; при постоянной степени измельчения, чем выше окружная скорость, тем больше производительность и меньше удельный расход энергии.

Количество бил (молотков) на роторе также влияет на показатели работы ММ. Установлено, что производительность ММ зависит от количества бил в ряду по окружности ротора в степени 0,25. Для оценки влияния количества бил установлен параметр mм = z/х, где z - общее количество бил на роторе, шт.; х - количество рядов бил по длине ротора, шт.

В ходе эксплуатации различных типоразмеров ММ установлено рациональное количество бил в одном ряду, оно составляет: минимум 6, максимум 12.

Удельный расход энергии на размол одного и того же материала у тангенциальных мельниц на 12-15 % ниже, чем у радиальных. Это объясняется лучшими условиями вентиляции рабочей камеры. Поэтому при выборе типа мельницы необходимо отдавать предпочтение тангенциальным ММ.

Наиболее эффективно процесс измельчения осуществляется, если била имеют острые кромки. Причем этот эффект проявляется в большей мере при больших зазорах, более 20 мм.

В серийно выпускаемых мельницах установлен зазор 25-30 мм. Это объясняется необходимостью предотвращения аварии при попадании в рабочую камеру недробимого материала (металла).

Рациональным считают такой процесс помола в ММ, при котором исходный материал и тепловой агент подаются тангенциально, а крупка из сепаратора возвращается на домол радиально на вращающийся ротор.

Вентиляция, т.е. количество воздуха, просасываемого через рабочую камеру мельницы, его скорость оказывает большое влияние на тонкость помола материала, удельный расход энергии и производительность ММ. В качестве вентиляционной характеристики ММ принята скорость аэросмеси, отнесенная к поперечному сечению ротора мельницы

где ϑа - скорость аэросмеси, м/с; Qв - расход сушильного агента, м3/с.

Наибольшее влияние на вентиляционные характеристики ММ оказывают количество бил в ряду ротора и радиальный зазор. Так, при увеличении количества бил в ряду с 2 до 12 при прочих равных условиях объем вентиляционного воздуха возрастает в 2,3 раза. Изменение радиального зазора в меньшей мере оказывает влияние на величину объема вентиляционного воздуха. Так, например, увеличение радиального зазора в 2 раза с 4 до 8 мм увеличивает объем вентиляционного воздуха на 25%.

Кроме этого, на развиваемый мельницей напор воздуха значительное влияние оказывают схема расположения бил на роторе, угол наклона бил и зазор между ними. При прочих равных условиях расположение бил в шахматном порядке снижает напор до 25 %. Уменьшение зазора между билами в рядах и торцевыми стенками рабочей камеры повышает вентиляционные характеристики ММ. Так, например, при суммарном уменьшении зазоров в ряду между билами с 35 до 15 мм напор воздуха, развиваемый ротором, увеличивается на 25%.

Изменение наклона бил с +20° (наклонены по ходу вращения ротора) до -20° (наклонены назад) снижает развиваемый напор на 22 %.

Увеличение окружной скорости ротора до 15 % приводит к некоторому увеличению потребляемой мощности привода, однако измельчение в ММ при этом происходит значительно эффективнее, а готовый продукт имеет более равномерный зерновой состав.

Крупность исходного материала оказывает существенное влияние не только на технологические и энергетические параметры работы ММ, но и на эксплуатационную надежность рабочих органов мельницы.

3.4.6. Процесс помола в дезинтеграторах

  

Одной из разновидностей мельниц ударного действия являются дезинтеграторы.

В промышленности строительных материалов дезинтеграторы применяются для помола мела, мрамора, трепела, глины и других мягких малоабразивных материалов. Степень измельчения в современных конструкциях дезинтеграторов достигает 1000.

Известны конструкции дезинтеграторов с горизонтальной и вертикальной осью вращения валов (рис. 3.51). Первые нашли наибольшее распространение.

Рис. 3.51. Схемы дезинтеграторов:

а) с горизонтальной осью вращения; б) с вертикальной осью вращения; 1 - корпус; 2, 3 - валы; 4, 5 - диски; 6,7 - пальцы; 8 - загрузочная течка; 9 - выход измельчаемого продукта; 10 - аспирационный патрубок; 11 - полый вал.

Дезинтегратор состоит из корпуса 1 (рис. 3.52, а) в котором на горизонтальных валах 2 и 3 закреплены диски 4 и 5. К дискам прикреплены пальцы б и 7, торцы которых соединены кольцами 12, 13 и образуют корзины. Материал в дезинтегратор подается по течке 8, готовый продукт разгружается в нижней части через выходной патрубок 9. При вращении дисков в рабочей камере образуется избыточный воздух, для его удаления корпус соединен через патрубок 70 с системой аспирации. Каждый из валов 2 и 3 соединен с электродвигателем.

Процесс измельчения в дезинтеграторе осуществляется следующим образом. Сначала включается система аспирации, в корпусе 1 дезинтегратора создается разрежение. Затем включаются привода валов 2 и 3, в результате чего диски 4 и 5 с кольцами 6 и 7 вращаются во встречных направлениях. После этого по течке 8 в рабочую камеру дезинтегратора, которая образована вращающимися навстречу друг другу концентрическими рядами пальцев, подается измельчаемый материал. Размер кусков исходного материала не должен превышать 20 мм. Куски материала попадают под ударное воздействие первого ряда пальцев 6, измельчаются и под воздействием центробежной силы выбрасываются на второй ряд пальцев 7, которые вращаются во встречном направлении. При этом по кускам материала наносится удар с большей силой, поскольку пальцы 7 имеют больший радиус вращения, большую окружную скорость. Измельчение материала между первым и вторым, вторым и третьим рядами пальцев происходит под воздействием ударных, истирающих и частично разрывающих нагрузок, которые зависят от зазора между соседними рядами пальцев. Размер частиц уменьшается по мере их прохождения от внутренних рядов пальцев к наружным. Причем в каждом последующем ряду количество пальцев и сила их удара возрастают, что соответствует селективности процесса измельчения: чем меньше размер частицы, тем меньше в ней дефектов структуры (трещин, раковин, пустот, включений и других материалов и т.п.), тем большие усилия необходимы для ее измельчения.

После выхода из последнего ряда пальцев частицы ударяются в корпус дезинтегратора, оседают в нижней части и через патрубок 9 направляются в силос готового продукта.

В процессе измельчения в связи с вращением дисков с пальцами внутри корпуса образуется мощный поток запыленного воздуха, который через патрубок 10 отводится в систему аспирации.

Принцип действия и осуществление процесса измельчения в дезинтеграторе с вертикальной осью вращения (рис. 3.51, б) аналогичны.

Дезинтегратор, у которого один из дисков не вращается, называют дисмембратором. Для получения одинаковой с дезинтегратором производительности и степени измельчения диск дисмембратора должен вращаться с существенно большей скоростью.

Основной рабочей характеристикой дезинтегратора является тонкость помола материала, характеризуемая остатком на конгрольном сите R008, производительностью Q и удельным расходом энергии - Э.

Чаще всего дезинтеграторы работают в замкнутом цикле измельчения. Измельченный продукт направляется на классификацию в динамический, либо циркуляционный сепаратор, откуда крупка возвращается на доизмельчение, а готовый продукт в силосы.

Эффективность процесса измельчения в дезинтеграторах зависит от: частоты вращения роторов; количества рядов пальцев и количества пальцев в ряду; зазора между пальцами в соседних рядах; формы пальцев.

Во многом процесс измельчения в дезинтеграторах аналогичен процессу измельчения в молотковых аэробильных мельницах. Существенным отличием является то, что пальцы (била) в смежных рядах вращаются во встречных направлениях, создавая разрывные нагрузки, хотя для частиц размером 20 мкм и менее это несущественно. Например, при частоте вращения дисков, равной 30 с-1 при зазоре, равном 5 мм - Q = 300 кг/ч, а при зазоре 15 мм она снижается до 95 кг/ч. Это объясняется тем, что размер исходных частиц равен 3 мм, а зазор между пальцами в 5 раз больше даже в первом ряду, в последнем размер частиц составляет около 0,08 мм, т. е. в 187 раз меньше. В связи с этим между рядами пальцев создается слой материала и процесс измельчения осуществляется преимущественно в результате соударений и трения частиц друг о друга, т.е. идет процесс самоизмельчения, эффективность такого процесса существенно ниже.

При минимальном зазоре между пальцами, толщина слоя материала меньше и напряжения измельчения в нем больше, эффективность измельчения выше.

Максимальная окружная скорость определяется по формуле:

где п - частота вращения корзины, об/с; D - диаметр корзины, м.

Производительность дезинтегратора является основным параметром, определяющим эффективность процесса измельчения и работы измельчителя. При этом на производительность дезинтегратора в большей степени влияют следующие параметры: n1 и n2 - частоты вращения корзин; d - диаметр внутреннего ряда; l - расстояние между пальцами внутреннего ряда; k - количество пальцев внутреннего ряда; Dcp и dcp - средневзвешенный размер частиц материала до и после измельчения, соответственно; h — высота пальца; [σ] — предел прочности измельчаемого материала.

Производительность как функция всех этих параметров будет иметь следующий вид

В основу расчета производительности примем гипотезу Бонда: элементарная работа пропорциональна приращению параметра, являющегося среднегеометрическим между измельчаемым объемом и площадью поверхности готового продукта

Рис. 3.53. Расчётная схема к определению пропускной способности дезинтегратора

Данная формула характеризует производительность дезинтеграторных установок с тонкостью готового продукта R008 - 10% в зависимости от размеров исходного материала и учитывает как его свойства, так и конструктивные особенности дезинтеграторов. На рис. 3.54 и 3.55 представлены графические зависимости производительности дезинтегратора соответственно от начального размера куска и размера частицы готового продукта. Из графиков видно, что производительность увеличивается при повышении D0 и dк.

Рис. 3.54 График зависимости производительности от начального размера куска исходного продукта

Рис. 3.55 График зависимости производительности от конечного размера готового продукта

3.4.7. Процесс измельчения в вибрационных мельницах

Общий вид выбрационной мельницы

Вибрационные мельницы (ВМ) относятся к агрегатам для сверхтонкого помола. ВМ целесообразно применять в тех случаях, когда требуется получать готовый продукт с размером менее 10 мкм, в этом случае эффективность ВМ в 25-30 раз выше, чем шаровых барабанных.

ВМ применяют как для сухого, так и для мокрого измельчения. Они могут работать в периодическом режиме, открытом и замкнутом циклах измельчения; одно-, двух-, трех- и четырехстадийном измельчении.

Измельчение в ВМ осуществляется методом раздавливания и истирания в цилиндрическом барабане, заполненном на 80 % мелющими телами, совершающими круговое движение под действием вибрационных нагрузок.

В зависимости от конструкции привода и траектории движения барабана ВМ подразделяют на две основные группы: инерционные и гирационные.

На рис. 3.56 представлены схемы инерционной (рис. 3.56, а) и гирационной (рис. 3.56, б) вибрационных мельниц.

Инерционная ВМ состоит из корпуса 1, заполненного мелющими телами 2. Корпус установлен на пружинах 4. По оси корпуса в подшипниках установлен дебалансный вал 3. При вращении дебалансного вала 3 каждая точка, принадлежащая корпусу 1 ВМ, совершает качательное движение по эллиптической траектории. При этом мелющие тела 2 оказывают интенсивное воздействие на частицы материала и измельчают его. Измельчающие нагрузки осуществляются небольшими по величине импульсами при большой частоте, достигающей 50 Гц. В процессе работы ВМ шары и материал вращаются в сторону, противоположную направлению вращения дебалансного вала. Интенсивность движения мелющих тел зависит от величины коэффициента трения между шарами и футеровкой. Поэтому футеровку внутренней поверхности барабана ВМ зачастую выполняют резиновой.

Рис. 3.56. Схемы вибрационных мельниц:

а) - инерционная; б) - гирационная; 1 - корпус; 2 - мелющие тела; 3 - дебалансный вал; 4 - пружины; 5 - эксцентриковый вал; 6 -противовесы.

В отличие от инерционной траектория движения корпуса гирационной мельницы круговая с радиусом, равным эксцентриситету е (рис. 3.56, б). Ввиду значительных нагрузок на фундамент на эксцентриковом валу 5 гирационной мельницы устанавливают противовесы 6. Однако, в процессе работы, ввиду износа мелющих тел 2 условия равновесия не выполняются, в связи с чем опоры мельницы воспринимают значительные динамические нагрузки, что приводит к авариям. По этой причине гирационные мельницы не нашли широкого распространения.

В последнее время ВМ нашли широкое применение при домоле цемента с целью повышения его активности. Например, цемент с удельной поверхностью 300 м2/кг марки 400 домалывают в ВМ до удельной поверхности 500-600 м2/кг и тем самым повышают его марочность до 500 и 600.

ВМ открытого цикла измельчения непрерывного действия, которая используется для домола цемента:

Мельница состоит из цилиндрического корпуса 1, устанавливаемого на пружинах и снабженного загрузочным 2 и разгрузочным 8 патрубками. Барабан мельницы разделен перфорированными перегородками 4 и б на три камеры, соответственно, камеру 3 грубого помола, в которой размещены мелющие тела наибольшего диаметра, камеру 5 среднего помола, мелющие тела в которой имеют диаметр меньше, чем в камере 3 и камеру 7 тонкого помола, в которой помещены мелющие тела диаметром 3-5 мм.

Рис. 3.57. Схема трехкамерной вибромельницы:

1 - корпус; 2,8- загрузочный и разгрузочный патрубки; 3,5, 7 - камеры; 4, 6 - перфорированные перегородки; 9 - дебалансный вал.

Процесс измельчения осуществляется следующим образом. После включения привода дебалансный вал 9 вращается, вызывая колебательные движения корпуса 4 и мелющих тел. В загрузочный патрубок 2 подается материал с размером частиц 0,1 мм и меньше. Частицы материала попадают под воздействие мелющих тел в камере 3 грубого помола, в результате чего их размер уменьшается до 0,07-0,08 мм. Далее частицы попадают в камеру 5 среднего помола, где на них воздействует большее количество мелющих тел, т. к. их диаметр меньше, происходит измельчение частиц до размера 0,04-0,05 мм, в камере 7 тонкого помола частицы измельчаются до размера менее 0,03 мм и выходят из мельницы через патрубок 8.

В процессе измельчения температура мелющих тел повышается до 100-150 °С, материала до 90-110 °С, корпуса (с металлической футеровкой) до 100-120 °С.

С целью охлаждения мелющих тел, материала и корпуса мельницу вентилируют.

На эффективность процесса измельчения наибольшее влияние оказывают частота и амплитуда колебаний, масса и размер мелющих тел, крупность исходного материала, режим вентиляции мельницы.

Характер движения мелющих тел и интенсивность процесса измельчения зависят от режима работы ВМ. Различают следующие режимы: дорезонансный, резонансный и зарезонансный.

В резонансном режиме можно выделить пять зон, различающихся характером движения мелющих тел. В зоне 1 (рис. 3.58, а), прилегающей к внутренней стенке помольной камеры, шары совершают циркуляционное движение с угловой скоростью а>ц и вращаются

вокруг своего центра тяжести в разные стороны со скоростью а>ш. В этой зоне происходит наиболее интенсивное измельчение материала при взаимодействии «мелющее тело-материал-внутренняя стенка помольной камеры». Скорость циркуляции б)ц загрузки зависит от частоты и амплитуды колебаний помольной камеры, при этом направление угловой скорости дебалансов сод противоположно направлению циркуляции загрузки ф .

В зоне 2 мелющие тела вращаются хаотично относительно своих центров тяжести и циркулируют со скоростью, близкой к со . Истирание материала в этой зоне меньше, чем в зоне /.

Рис. 3.58. Характер движения мелющих тел в поперечном сечении ВМ при различных режимах ее работы:

а) — зарезонансный; 6) — резонансный; в) — дорезонансный; 7-5 зоны движения мелющих тел.

В зоне 3 происходит ударно-истирающее измельчение материала, а в зоне 4 - ударное.

Верхняя поверхность загрузки располагается под углом а . Наклон поверхности загрузки направлен навстречу направлению вращения дебалансов. Величина угла а зависит от амплитуды и частоты колебаний помольной камеры.

Чем больше а , тем с большей скоростью и ударным импульсом шары сталкиваются между собой в зонах 3 и 4, тем выше эффективность процесса измельчения.

В центральной части загрузки наблюдается характерная застойная зона 5, в которой эффективность процесса измельчения минимальная, материал в этой зоне практически не измельчается.

При зарезонансном режиме работы ВМ измельчение материала происходит за счет: истирания между мелющими телами и внутренней поверхностью помольной камеры; истирания между мелющими телами, вращающимися вокруг своего центра тяжести; высокочастотного ударного воздействия с малыми амплитудами на материал, находящийся между мелющими телами.

При резонансном режиме (рис. 3.58, б) работы ВМ движение шаров по всему сечению камеры помола однообразно. Вращательное движение шаров вокруг центров тяжести отсутствует. Ударные импульсы передаются от стенки помольной камеры через слой шаров, контактирующий с ней на последующие слои шаров. Режим движения характеризуется большими амплитудами колебаний шаров, значительно превышающими амплитуды колебаний при зарезонансном режиме. Резонансный режим целесообразно использовать при грубом помоле материала. Процесс измельчения материала при резонансном режиме осуществляется в основном за счет ударных воздействий шаров.

В дорезонансном режиме (рис. 3.58, в) работы шаровая загрузка вращается в ту же сторону, что и дебаланс. Движение шаров по всему сечению помольной камеры однообразно. Циркуляция загрузки происходит с меньшими скоростями, чем при резонансном режиме работы.

Рис. 3.59. Экспериментальные зависимости линейной скорости Зш движения шаров от частоты вращения сод дебаланса (в зарезо-нансном режиме):

1, 2,3,4 - масса дебаланса, соответственно, 0,36 кг; 0,54 кг; 0,9 кг; 1,26 кг; 5,6- коэффициент загрузки, соответственно, 0,7; 0,9.

Вследствие этого дорезонансный режим работы ВМ может быть рекомендован для грубого помола, либо для помола мягких материалов.

Из графиков (рис. 3,59) следует, что на скорость Зш циркуляции шаров наряду с частотой вращения дебаланса влияет коэффициент загрузки помольной камеры шарами. С увеличением массы дебаланса и массы загрузки скорость циркуляции мелющих тел в зарезонансном режиме работы возрастает.

Установлено, что на скорость циркуляции шаров влияет амплитуда колебаний помольной камеры (рис. 3.60, а) и частота вращения дебаланса. Например, с увеличением а с 2 до 3,5 мм, Зш возрастает с 2 до 7 м/с при частоте вращения дебаланса, равной 30 с"1, а при увеличении частоты вращения дебаланса с 22 с"1 до 35 с"1 и амплитуде, равной 2 мм, скорость циркуляции возрастает с 0,1 до 3,2 м/с (рис. 3.60, а).

На величину угла а наклона поверхности загрузки оказывают влияние как частота п вращения дебаланса, так и его масса (рис. 3.57, б). Например, с увеличением частоты вращения деба-

ланса с 26 с"1 до 35 с"1 угол а наклона поверхности загрузки возрастает с 7 до 24° (рис. 3.57, б, 1). V .м/с

17 20 23 26^29 32 35п   с-'

д '

Рис. 3.60. Экспериментальные зависимости влияния амплитуды колебаний на скорость Зш циркуляции шаров и частоты вращения п дебаланса на угол а наклона поверхности загрузки:

а) - Зш = f(a); б) - а - f(n); а) - 1, 2, 3, 4 - частота вращения дебаланса, соответственно, 22 с"1; 26 с"1; 30 с"1; 35 с"1; б) - 1, 2, 3 - масса дебаланса, соответственно, 0,54 кг; 0,9 кг; 1,26 кг.

Наибольшая эффективность процесса измельчения достигается при зарезонансном режиме работы ВМ. Это объясняется тем, что при зарезонансном режиме мелющие тела перемещаются с максимальной интенсивностью, при этом часть мелющих тел работает в ударном режиме измельчения, часть в истирающем и раздавливающем, а объем застойной зоны минимальный.

Расчет вибромелънщ. На рис. 3.61 представлена расчетная схема вибромельницы.

Рис. 3.61. Расчетная схема вибромельницы

3.4.8. Процесс помола в струйных мельницах

Установлено, что технологические свойства строительных материалов и качество изделий во многом определяются размером частиц. Например, прочность цементного камня пропорциональна содержанию в цементе частиц размером 5-25 мкм, а ранние сроки схватывания определяются содержанием в цементе частиц размером менее 3 мкм. Чем меньше размер частиц мела, пигмента, тем качественнее окраска ими пластмассовых изделий. От размера частиц шликера зависит качество керамической плитки и т. п.

Для получения материалов с размером частиц менее 5 мкм рекомендуются и используются струйные мельницы.

Измельчение материалов в струйных мельницах осуществляется ударом, истиранием при столкновении частиц друг с другом или об отражательные плиты при движении в потоке воздушной струи со скоростью, в дальнейших случаях превышающей скорость звука.

Струйные мельницы применяются при помоле мела, мрамора, кварца, сухой глины, пигментов и домоле цемента.

В зависимости от вида используемого энергоносителя они бывают: воздухоструйные, которые работают на сжатом воздухе; пароструйные, работают на перегретом паре; газоструйные, работают на инертном газе.

В промышленности строительных материалов применяют воздухоструйные мельницы.

В зависимости от конструкции помольной камеры струйные мельницы подразделяются на мельницы: с вертикальной трубчатой помольной камерой (рис. 3.63) - рекомендуются для получения материалов с размером частиц менее 1 мкм; с плоской помольной камерой (рис. 3.64) - рекомендуются для получения материалов с размером частиц менее 10 мкм; с противоточной помольной камерой (рис. 3.65) - рекомендуются для получения материалов с размером частиц менее 60 мкм.

Рис. 3.63. Струйная мельница с вертикальной трубчатой помольной камерой:

1 - загрузочный бункер; 2 - трубопровод подачи материала; 3, 5 - трубопровод подачи сжатого воздуха; 4 - диффузор; б - размольная плита с соплами; 7 — труба; 8, 9 — внутренняя и наружная стенки трубной камеры; 10 - жалюзи; 11 — трубопровод отвода измельчённого материала; 12 — коллектор.

Процесс измельчения материала в струйной мельнице с вертикальной трубчатой камерой осуществляется следующим образом.

Сжатый воздух давлением 0,6-0,9 МПа по трубопроводу 5 одновременно подаётся в коллектор 11 под размольную плиту 6 и по трубопроводу 3 в диффузор 4. Измельчаемый материал с размером частиц 3-5 мм из бункера 1 поступает в приёмный трубопровод 2. При истечении струи воздуха перед диффузором и создаётся разрежение, вследствие чего измельчаемый материал затягивается в диффузор, и подхватывается струей сжатого воздуха и со скоростью до 200 м/с направляется на размольную плиту 6. Размольная плита 6 снабжена двумя рядами сопел, оси которых перекрещиваются над плитой. Скорость воздуха, выходящего из этих сопел, также достигает 200 м/с.

Разрушение частиц материала происходит в зоне пересечения струи воздуха на размольной плите б за счёт их соударения, далее измельчаемые частицы подхватываются потоком воздуха и поступают в вертикальную трубу 7. Под действием центробежной силы крупные частицы придавливаются к наружной части 9 трубы 7, менее крупные - к внутренней 8. В зонах А и Б при повороте скорость резко снижается и частицы из них возвращаются назад, попадая под струи сжатого воздуха над размольной плитой б, а другая часть, преодолев зону Б, падает вниз, с исходным материалом и также попадает в зону измельчения над плитой 6.

Мелкие частицы измельчаемого материала, движущиеся вдоль внутренней части 8 помольной камеры 7, засасываются через жалюзийные решётки 10 и через трубопровод 11 поступают в сепаратор и систему очистки - циклон, фильтр.

Производительность мельницы и тонкость помола материала зависят от крупности частиц исходного материала, расхода и давления сжатого воздуха. Регулирование тонкости помола, кроме изменением давления сжатого воздуха, осуществляется изменением ширины щелей в жалюзийной решётке 10. Такую конструкцию мельницы используют для помола мягких неабразивных материалов, т. к. помольная камера, особенно в зонах А и Б, подвергается интенсивному износу.

На рис. 3.64 представлена схема струйной мельницы с плоской кольцевой помольной камерой.

Процесс измельчения в этой мельнице осуществляется следующим образом. Сжатый воздух давлением 0,6-0,9 МПа по трубопроводу 1 подаётся в кольцевой коллектор 2. По всему периметру коллектора 2 в его внутренней части установлены сопла 3 с диаметром отверстий 2-3 мм.

Струи выходящего из сопла 3 воздуха перекрещиваются. Через патрубок 9 в помольную камеру 4 подаётся измельчаемый материал с размером частиц до 5 мм. Частицы захватываются струями воздуха, соударяются между собой и измельчаются. При этом поток воздуха и частиц закручивается вокруг вертикальной оси мельницы. Патрубок 8 соединён с сепаратором, а он, в свою очередь, с циклоном, фильтром и вентилятором. В трубе 5 мельницы создаётся разрежение. Вследствие этого частицы измельчаемого материала по винтовой траектории перемещаются вниз. Крупные частицы под действием центробежной силы отбрасываются к внутренней поверхности трубы 5. Вследствие трения скорость их гасится, и они выпадают в бункер б, мелкие через трубу 7 вместе с воздушным потоком через трубу 8 поступают в сепаратор и далее осаждаются в циклоне и фильтре, а крупные падают вниз в бункер б.

Регулирование производительности и тонкости помола осуществляется изменением режима работы сепаратора и давлением рабочего агента, в данном случае - сжатого воздуха.

Наибольшее распространение в промышленности строительных материалов при помоле мела, пигментов, мрамора, талька, глины получила струйная противоточная мельница. Она состоит (рис. 3.65) из цилиндрической помольной камеры 1, на оси которой, друг напротив друга, установлены разгонные трубки 4 и сопла 3 для подачи сжатого воздуха. Помольная камера 1 патрубком 6 соединена с сепаратором, циклоном, фильтром.

Рис. 3.64. Струйная мельница с плоской помольной камерой:

/ - трубопровод подвода сжатого воздуха; 2 - коллектор; 3 - сопла; 4 - помольная кольцевая камера; 5 - осадительная камера; 6 — бункер крупки; 7 -труба отвода мелкой фракции; 8 - присоединительная труба к сепаратору; 9 — подача измельчаемого материала.

Рис. 3.65. Противоточная струйная мельница:

1 - помольная камера; 2 — загрузочная камера; 3 - сопло сжатого воздуха; 4 - разгонная трубка; 5 - бункер исходного материала; б - трубопровод для отвода измельчённого материала.

Мельница работает следующим образом. При включенном вентиляторе в помольной камере 1 создаётся разряжение.

Сжатый воздух через сопло 3 подаётся в диффузор 8 разгонной трубки 4 (одновременно с обеих сторон), при этом в загрузочной камере 2 создаётся разрежение, измельчаемый материал с размером частиц до 15 мм из бункера 5 засыпается в разгонную трубку 4, где увлекается воздушным потоком и со скоростью, близкой к сверхзвуковой, вылетает навстречу потоку, выходящему из противоположной разгонной трубки.

Потоки частиц сталкиваются между собой. В результате происходит измельчение частиц за счёт их соударения и истирания. Измельчённый материал по трубе 6 поступает в сепаратор, откуда крупка возвращается в бункер 5 на доизмельчение, а готовый продукт улавливается в циклонах и фильтре.

Регулирование производительности и тонкости помола материала осуществляется изменением давления и расходом сжатого воздуха, изменением расстояния / между торцами разгонных трубок 4, изменением режима работы сепаратора.

Производительность струйной противоточной мельницы достигает 300 т/ч. Тонкость помола частиц менее 80 мкм. Однако экономически целесообразно использовать мельницу производительностью 0,5-2,0 т/ч, тонкость помола частиц менее 50 мкм.

Эффективность процесса измельчения в струйных противо-точных мельницах зависит от точности центровки встречных потоков измельчаемого материала. Если оси потоков не совпадают, то часть потока ударяется по разгонной трубке, разрушая её в течение нескольких часов работы. При этом тонкость помола материала закрупчивается, производительность по данной крупности готового продукта резко снижается.

Основным узлом любой струйной мельницы является эжектор, в котором происходит смешивание и обмен энергией двух потоков: энергоносителя и измельчаемого материала, формируется единый двухфазный поток, движение полидисперсных частиц в котором представляет особый интерес. Мелкие частицы измельчаемого материала движутся по линиям тока рабочего агента, крупные под влиянием сил инерции смещаются по отношению к этим линиям. В процессе столкновения частицы обмениваются между собой импульсом энергии и изменяют направление своего движения.

Разрушение при ударе определяется скоростью движения в момент столкновения и происходит вследствие распространения в теле продольных и поперечных ударных волн, их отражения от свободных поверхностей и интерференции. Разрушение частиц происходит в основном за счет возникновения поперечных растягивающих напряжений, создающих предельные нагрузки в месте концентрации напряжений. В результате этого образуются трещины, размер которых с каждым столкновением частиц увеличивается и приводит в итоге к их разрушению.

Эффективность удара пропорциональна скорости частицы, наносящей удар.

Из дифференциального уравнения движения:

(3.312)

о •

mdv ldt = 8S = pSvc{

На показатели процесса измельчения существенное влияние оказывает эффективность работы эжекционного узла струйной мельницы.

При заданной величине коэффициентов инжекции в интервале 0,1-0,2 (рис. 3.67, 1,2) мельница работает в неустойчивом режиме, определяемом нагрузкой твердой измельчаемой фазы, и как следствие, сталкивающиеся потоки будут слабонасыщенными, а процесс измельчения неэффективным. В этом случае увеличение давления Ри инжектируемого потока не оказывает существенного влияния на величину коэффициента инжекции и на эффективность процесса измельчения в целом. При увеличении U3 от 0,3 до 0,4 происходит существенное изменение величины Un в зависимости от давления Ри инжектируемого потока. В интервале Ри = 0,19-^0,21 МПа коэффициент инжекции достигает

своего максимума Uu = 0,55. Это говорит о том, что двухфазный поток насыщается твердой фазой; за счет придания частицам дополнительной кинетической энергии они легче проникают в пограничный слой струи рабочего агента и, вследствие этого, ускоряется процесс перемешивания потоков в разгонной трубке. Un .доли ед.

0 0,1         0,2        0,3   Ри.МПа

Рис. 3.67. Зависимость достижимого коэффициента инжекции С/„ от давления Ри инжектируемого потока:

/, 2, 3, 4, 5 — заданные коэффициенты инжекции U3, соответственно, 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5.

Увеличение Ри до больших значений, судя по характеру кривых 3, 4, 5 (рис. 3.67) является нецелесообразным, т. к. приводит к снижению достигаемого коэффициента инжекции.

При Ри = 0,2 МПа и t/j = 0,5 происходит оптимальное насыщение струи рабочего агента частицами измельчаемого материала, процесс смешения потоков в разгонной трубке протекает устойчиво и скорость смешанного потока на выходе из трубки достигает значений, близких к максимуму.

После выхода струи из сопла плотность энергоносителя снижается, вследствие чего происходит увеличение его скорости ив и, соответственно, его динамического давления Рдин (рис. 3.68). При статическом давлении, подаваемом в два сопла, равном ОД МПа (рис. 3.68), наблюдается повышение скорости частиц измельчаемого материала при движении по разгонной трубке до 65 м/с, а скорость энергоносителя возрастает до 183 м/с. При давлении Ри = 0,2 МПа скорость энергоносителя возрастает до 215 м/с, а скорость частиц до 110 м/с. При давлении энергоносителя Ри = 0,4 МПа и статическом давлении 0,26 МПа динамическое давление в потоке достигает Рдт = 0,119 МПа, скорость энергоносителя ив = 240 м/с, а частиц материала 130 м/с.

МПа МПа м/с  м/с

0,02   0,05   0,1       0,15     1,м Рис. 3.68, Изменение аэродинамических характеристик потока по длине разгонной трубки (при Р„ = 4 МПа).

Незначительное увеличение скорости энергоносителя по длине разгонной трубки (рис. 3.68) по сравнению с приростом скорости частиц говорит о том, что частице измельчаемого материала передается большее количество кинетической энергии от энергоносителя при таком режиме работы эжекционного узла.

На рис.3.69, 3.70 представлены экспериментальные зависимости влияния давления Ри энергоносителя и площади Sk кольцевого зазора в разгонной трубке на производительность Q, удельную поверхность S готового продукта и удельный расход Ээнергоносителя.

Экспериментальные зависимости (Q, S) = f(P,J носят экстремальный характер с точкой экстремума в области Ри = 0,3 МПа, а удельный расход Э энергии возрастает линейно с увеличением давления Ри энергоносителя (рис. 3.69).

Экспериментальные зависимости (Q, S, Э) =-f(S0 имеют точки экстремума в области значений Sk, равной 290мм2.

Функция Э = (Ри, S/J позволяет оценить экономические затраты на измельчение материала в струйной мельнице. Основные расходы складываются из количества энергоносителя, затрачиваемого на помол материала до заданной удельной' поверхности.

PAGE   \* MERGEFORMAT 1




1. тема состоит из нескольких тел то Т Тк
2. реального времени
3. Врубель Михаил Александрови
4. Лабораторная работа
5. N Definujte co je to v~robn~ mrketingov~ koncepce co up~ednost~uje ve vzthu k z~kzn~kovi V~robn~ mrketingov~ koncepce 1900 ~ 1920 V~robce vych~z~ z p~edpokldu
6. Лабораторна робота 9 лабораторія основ електродинаміки методичні вказівки
7. I Put the verb in brckets in the correct tense
8. ПРЕМЬЕР ЯНВАРЬ 2014 Среди зрителей киноцентра разыгрываются приглашения в театры музеи Галерею на в
9. задание- через одну минуту построиться в линию по цвету глаз.html
10. Дипломная работа- Мотивація робітників промислового підприємства
11. . Поняття та ознаки держави Держава ~ це особлива політична організація публічної влади яка виражає інте
12. Статья 1. Предмет регулирования настоящего Федерального закона 1.html
13. тематическое изучение тонкой структуры спектральных линий и выполнено первое прямое сравнение эталонного м
14. Тема для самостійного опрацювання
15. АДРАДЖЭННЕ БАТЛЕЙКІ Сцэнарый выступлення ldquo;Калядкіrdquo; 24
16. Психология человека в Исламе
17. 964334 Из истории вышивки
18. Анализ выставочной деятельности известнейших торговых центров Москвы.html
19. Заповедники Беларуси
20. Реферат- Ларинготрахеобронхит