Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Интенсификация различных процессов существенно зависит от тонкости помола. Уменьшение размера частиц приводит к увеличению их относительной прочности вследствие снижения числа участков с предразрушенной структурой. Появившиеся на первых циклах нагружения микротрещины в мелких частицах могут смыкаться под действием молекулярных сил. Однако увеличение тонкости помола приводит к резкому росту энергоемкости процесса измельчения.

Для тонкого измельчения каменных материалов применяют мельницы.

Мельницы достаточно разнообразны и отличаются между собой по характеру работы, способам помола, форме рабочего пространства, конструкции. мельница измельчение каменный цапфа

Наибольшее распространение получили барабанные мельницы. Помол у таких мельниц осуществляется в результате использования энергии удара и истирания свободно падающими дробящими материалами (шарами, стержнями, цилиндрами), находящимися во вращающем барабане вместе с измельчаемым материалом.

Классификация барабанных мельниц

Ш по конструкции барабана и наличию перегородок - цилиндрические многокамерные и однокамерные, конические

Ш способу помола - сухого и мокрого помола;

Ш характеру работы - мельницы, работающие по открытому и замкнутому циклу;

Ш форме мелющих тел - шаровые, стержневые, самоизмельчения (без мелющих тел) и др (рис 1);

Ш способу разгрузки - с механической и пневматической разгрузкой;

Ш конструкции загрузочного и разгрузочного устройства - с загрузкой и выгрузкой через люк, через полые цапфы и с периферийной разгрузкой;

Ш конструкции привода - с центральным и периферийным приводом.

Рис. 1

Более подробную классификацию барабанных мельниц можно увидеть в таблице 1

Таблица 1

Рис. 2 Классификация барабанных мельниц

Достоинствами барабанных мельниц являются возможность получения высокой и постоянной тонкости помола и возможность регулирования ее; возможность просушки материала в самой мельнице; простота конструкции; надежность в эксплуатации и возможность измельчения пород разной твердости. К их основным недостаткам относятся: невысокие скорости движения мелющих тел и материала; в работе участвует только часть мелющих тел; рабочий объем барабана используется 30-40%; значительный расход энергии; большой вес и размер, и сильный шум во время работы.

Шаровые мельницы характеризуются внутренним диаметром барабана и его рабочей длинной ( D и L). Если L/D < 3 , то мельницы называют барабанными, если L/ D> 3 - трубными. Значение отношения длинны к диаметру зависит от твердости размалываемого материала. Например клинкер значительно тверже известняка и размалывается значительно тоньше последнего, то размалываемый материал в цементной мельнице должен находится дольше для необходимой тонкости помола.

Размеры кусков загружаемого материала составляют 10-30 мм, а получают 0,05 мм и меньше.

В зависимости от механических характеристик дробимого материала применяются стальные, кремневые, фарфоровые мелющие тела. В мельницу обычно загружают шары двух размеров. Общий объем шаровой загрузки составляет обычно 40 от рабочего объема мельницы.

На эффективность работы шаровых мельниц большое влияние оказывают свойства размалываемого материала, размеры загружаемых в мельницу кусков, заданная степень измельчения, способ загрузки мельницы, плотность и размер шаров, диаметр и угловая скорость барабана. Первые 4 фактора определяются производственными условиями, тогда как диаметр и угловая скорость барабана, а так же размеры шаров могут быть точно определены на основе многочисленных исследований и математического анализа работы мелющих тел (шаров) в мельнице.

Рассмотрим некоторые положения, определяющие кинематику и динамику мелющих тел (шаров) в зависимости от размера и числа оборотов барабана мельницы.

При медленном вращении мельницы шары вместе с измельчаемым материалом поднимаются вдоль стенки барабана до величины угла естественного откоса и потом скатываются вниз -каскадный режим (рисунок 3а). Материал, расположенный между мелющими шарами, измельчается путем тонкого истирания. При более быстром вращении барабана шары под влиянием центробежной силы, прижимающей их к стенкам барабана, поднимаются и затем низвергаются в нижнюю часть мельницы - водопадный режим (рисунок 3б). Измельчение в этом случае будет происходить за счет ударного и истирающего воздействия падающих шаров.

Дальнейшее увеличение скорости барабана приводит к возникновению центробежных сил, превышающих силы тяжести шаров. При этом шары прижимаются к внутренней стенки барабана и перемещаются вместе с ней, процесс измельчения материала прекращается (рисунок 3в).

Рис 3.

Во время вращения мельницы наблюдаются оба режима работы дробящей загрузки, так как часть шаров работает в каскадном, а часть в водопадном режиме.

1. Мельницы периодического действия

Мельницы периодического действия (рис. 4), когда надо получить весьма тонкий продукт. Несмотря на невысокую производительность и сравнительно-большой расход энергии, эти машины широко используют в производстве изделий тонкой керамики для мокрого помола отощающих материалов, приготовления глазурей и эмалей.

Мельница периодического действия представляет собой сварной барабан 8, закрытый с обеих сторон чугунными или стальными днищами с цапфами 6, которыми мельница опирается на подшипники 3. Барабан внутри футерован кремневыми камнями, фарфоровыми плитами или плитами из высокоглиноземистых или циркониевых материалов. Мелющие тела изготовляют из тех же материалов или применяют кремневую гальку. Мельница приводится во вращение от фланцевого электродвигателя 1 через планетарный редуктор 2 и зубчатую пару с внутренним зацеплением, заключенную в кожухе 5.

Мельница загружается мелющими телами и материалами через люк 7, закрываемый крышкой. Количество загружаемой массы материала составляет от 400 до 500 кг на 1 м³ емкости барабана, а вес кремневых шаров примерно равен весу материала. Разгружается мельница через тот же люк; чтобы при этом не выпадали мелющие тела, в люк вставляется стакан 4 с отверстиями, размеры которых меньше размеров мелющих тел. Для ускорения разгрузки мельницы с противоположной от люка стороны вывинчивается пробка и в мельницу поступает воздух.

Производительность мельницы периодического действия зависит от её объема и продолжительности помола. При нормальном числе оборотов мельницы на продолжительность помола оказывают влияние физические свойства дробимого материала, размеры материала, поступающего в мельницу, заданная степень измельчения, форма, размеры и качество мелющих тел. Как правило, в мельницу поступает материал, предварительно измельченный до крупности 1 мм. Материал, измельченный в мельнице, должен проходить через сито № 006 с остатком не более 2%.

Рис.4 . Шаровая мельница периодического действия:

1 -- электродвигатель, 2 -- планетарный редуктор, 3 -- подшипники,

4 -- стакан, 5 -- кожух, 6 -- стальные днища с цапфами, 7 -- крышка люка, 8 -- сварной барабан

2. Мельницы непрерывного действия

2.1 Мельницы с периферической разгрузкой через сито

Мельницы (рис.5), широко применяемые в огнеупорной промышленности, предназначены для измельчения материалов средней твердости (сухой глины, шамота, магнезита и т. п.), когда необходимо получить не менее 30--40% частиц величиной меньше 5 мм.

Мельница имеет два торцовых днища 6 и 8 и из листовой стали, которые изнутри облицованы стальными броневыми плитами 9. К внутренней стороне днищ прикреплены стальные броневые плиты , расположенные уступами. К торцовым днищам крепятся с одной стороны ступицы 5 и10, с другой -- горловина 13 , отлитая вместе с лопастями 12 и ступицей . К горловине примыкает питающая воронка 11, установленная на фундаменте. Вал 4, на котором шпонками закреплены ступицы и , опирается на подшипники, установленные на фундаментах.

Так как броневые плиты расположены уступами, барабан может вращаться только в направлении, указанном стрелкой. Броневые плиты с одной стороны несколько утолщены, а в тонкой части имеют отверстия диаметром 5 мм, расширяющиеся в сторону прохода материала. Между плитами оставляются щели, перекрываемые волнистыми щитками , которые задерживают крупные частицы материала от выпадения.

Над плитами смонтировано два ряда сит 1 и 3. В первом из них отверстия больше, чем во втором. Сито задерживает крупные частицы материала и предохраняет сито от излишней нагрузки и преждевременного износа. Сито выполнено из отдельных секций, между которыми оставляются щели. Частицы материала, не прошедшие сквозь отверстия сита , возвращаются в барабан через щели между секциями сита и плитами для повторного измельчения. Измельченный и просеянный материал поступает в кожух 2. Патрубок 15 служит для присоединения мельницы к аспирационной установке.

В мельницу поступает материал крупностью 25--75 мм, который измельчается до частиц величиной 0,5 мм.

Недостатком рассматриваемых мельниц является то, что в них объединены помол и просев. Последний происходит только на небольшой части поверхности сита; это снижает производительность мельницы. Кроме того, в этих мельницах невозможен тонкий помол материал из-за забивания тонких сит. В современных высокопроизводительных установках помол и просев осуществляется в разных машинах, работающих в замкнутом цикле.

Рис. 5

2.2 Мельницы с разгрузкой через полую цапфу или торцовое днище (одно- и многокамерные)

Конусные мельницы с разгрузкой через полую цапфу (рис. 6) применяют для мокрого и сухого помола материалов различной твердости. К цилиндрической части корпуса мельницы 2 приклепаны с обеих сторон усеченные конусы: со стороны загрузки -- крутой конус 1 с углом при вершине 120°, со стороны выгрузки -- пологий конус 3 с углом при вершине 60°. Цилиндрическая часть мельницы изготовляется длиной от 1/4 до 1/3 диаметра. В мельницах с кремневой футеровкой длина цилиндрической части достигает величины диаметра.

Мельница загружается металлическими шарами диаметром 60--125 мм, кремневой галькой или фарфоровыми шарами. Для увеличения производительности мельница устанавливается с небольшим наклоном в сторону выгрузки материала (около 34 мм на 1 м длины барабана).

Рис. 6

В мельнице этого типа происходит автоматическое распределение шаров по крупности без применения перегородок и достигается измельчение материала мелющими телами, соответствующими крупности его кусков или частиц. Благодаря этому конусные мельницы имеют более высокую производительность и расходуют меньше энергии, чем цилиндрические, где мелющие тела поднимаются на одинаковую высоту.

Размер поступающих в мельницу кусков материала должен быть не больше 50 мм; измельчается материал до величины частиц 0,07 мм. Загрузка и разгрузка материала осуществляются через полые цапфы.

2.3 Многокамерные мельницы

Схема многокамерной мельницы с разгрузкой через полую цапфу и с центральным приводом показана на рис. 7. Барабан 6 мельницы сварен из листовой стали толщиной 28 мм и закрыт с двух сторон торцовыми днищами 1 и 10. Днища отлиты заодно с пустотелыми цапфами 4 и 13, которыми мельница опирается на литые чугунные подшипники 2 и 19 с баббитовой заливкой. Подшипники имеют сферические опоры, снабжены водяным охлаждением и централизованной системой смазки. Внутри мельница облицована броней из марганцовистой стали и разделена на две камеры дырчатой перегородкой 5. Конструкция более совершенной мельницы предусматривает возможность установки еще одной или двух перегородок.

В корпусе мельницы над каждой камерой сделаны овальные отверстия -- люки, закрываемые крышками 7 Через эти люки мельница загружается мелющими телами. В первых камерах мелющими телами обычно служат металлические шары, в остальных -- короткие металлические цилиндры (цильпебсы). Стальными телами камеры заполняют примерно на 23--28% их объема.

К цапфе 4 жестко крепится груша 23 (разгрузочное устройство), на внутренней стороне которой имеются лопасти 26. Последние подают материал в пустотелую цапфу. В эту цапфу вставлена втулка 24 с приваренными к ней лопастями. Лопасти груши и цапфы обеспечивают принудительное поступление материала в мельницу, причём параметры загрузочного устройства обеспечивают значительно большую производительность, чем производительность мельницы, что устраняет возможность её недогрузки.

Между загрузочной течкой 3 и грушей сделано двойное фетровое уплотнение с прижимным кольцом. Между кольцом и течкой нагнетается густая смазка.

У разгрузочного днища 10 установлена диафрагма, состоящая из дырчатой перегородки 8, пустотелого конуса 9 и приваренных к нему радиально направленных лопастей 11. К цапфе 13, внутри которой вставлена втулка 12 с лопастями, прикреплены разгрузочный патрубок 16 с окнами 18 по периферии и каркас контрольного сита 15, охваченный кожухом 17.

Мельница приводится в движение от электродвигателя 20 через двухступенчатый редуктор 21 и вал 22 центрального привода, снабженный зубчатыми муфтами. Наличие центрального привода позволяет обойтись без тяжелого и дорогого зубчатого венца, обеспечивает более спокойный ход мельницы и возможность установки двигателя с редуктором в отдельном помещении, защищенным от пыли.

Материал, измельчаемый в мельнице, проходит через межкамерные перегородки, затем через перегородку в диафрагмы поступает на лопасти 11, поднимается ими и сползает по их поверхности и поверхность конуса 9 во втулку 12, где подхватывается лопастями и подается в разгрузочный патрубок 16. Через окна 18 разгрузочного патрубка материал переходит на контрольное сито 15.

Измельченный материал, прошедший через сито, поступает в кожух 17, а из него в транспортирующее устройство. Частицы материала и мелкие остатки обработанных мелющих тел, не прошедшие сквозь сито, через полость 25 кожуха удаляются из мельницы.

Патрубок 14 служит для подсоединения мельницы к аспирационной системе.

Рис. 7

Рис. 8

Расчет барабанной шаровой мельницы

В этой главе мы рассчитаем размеры барабанной шаровой мельницы, рабочую и критическую скорость вращения барабана, размеры и массу мелющих тел, а также мощность электродвигателя, при КПД з=0,86

Исходные данные для расчета:

Производительность Q=12 т/ч;

Коэффициент заполнения ц=0,23 %

Максимальная крупность кусков в исходном материале d_н= 20 мм

Конечный размер частиц d_к=0,2 мм

Отношение длинны барабана к его диаметру

1) Определение диаметра барабана мельницы, для этого воспользуемся формулой расчета производительности мельницы

, т/ч

где К - коэффициент пропорциональности, зависящий от крупности исходного и конечного материала;

V - объем барабана;

1,6 м

Тогда длинна барабана равна L=4,2 м

2) Критическую угловую скорость барабан находим по формуле

рад/с

где R - радиус внутренней поверхности барабана, м

Следовательно, критическая частота вращения барабана равна

об/мин

3) Рабочую частоту вращения барабана принимаем равной

об/мин

4) Размер шаров, загружаемых в барабан, зависит от размера частиц измельчаемого материала и готового продукта, и может быть определена по следующему эмпирическому соотношению (формула В.А. Олевского)

мм

5) Шаровая загрузка барабанных мельниц составляет приблизительно 23% от объема барабана, т.е. коэффициент заполнения барабана мелющими телами равен ц=0,23. Коэффициент заполнения можно рассчитать по формуле

где - масса шаров;

- насыпная плотность шаров, равная =4100 кг/м³

По этой формуле определим массу шаровой загрузки

кг

6) Определение параметров шаровой загрузки мельницы. Масса одного стального шара диаметром мм равна

,кг

где - радиус шара, м

- плотность стали, равная =7800 кг/м³

,кг

Число шаров в загрузке составляет

шт

7) Мощность электродвигателя определяется по формуле

,

где - масса загрузки, состоящая из массы мелющих тел и массы измельчаемого материала, которую принимают равной 14% массы мелющих тел, следовательно

кг

А масса измельчаемого материала, находящегося в мельнице, равна

кг

Тогда

кВт

Установленную мощность двигателя принимаем на 15% больше расчетной с целью преодоления инерционного момента при пуске. Следовательно

кВт

8) В результате выполненного расчета барабанная мельница производительностью 12 т/ч при тонком помоле гипса от начального диаметра материала d_н= 50 мм, до конечного размера частиц d_к=0,2 мм должна иметь следующую характеристику: внутренний диаметр барабана 1600 мм; длинна барабана L=4200 м; частота вращения барабана об/мин; диаметр шаров d_ш=80 мм; масса шаровой загрузки M_ш=7959,2 кг; масса гипса, находящихся в мельнице m_и=1114,3 кг; мощность двигателя N_дв=98 кВт. В соответствии с расчетами мы принимаем мельницу фирмы ГорТех модели Ш1830*4500.

Список литературы

1) В.Я. Борщев «Оборудование, измельчение материалов: дробилки и мельницы» - издательство Тамбовского Государственного Технического Университета, 2004

2) А.Г. Касаткин «Основные процессы и аппараты химической технологии» - Москва 2004

3) Т.И. Шевцова «Механическое оборудование предприятий строительной индустрии» - методические указания Оренбург 2002

4) Дробильное оборудование (http://drobilki.com.ua/Barabannye-melnicy.html)

5) Шаровые мельницы (http://arxipedia.ru/cilikatnyj-kirpich/sharovye-melnicy.html)

Размещено на Allbest.ru