Мельница с перемешиванием мелющей среды

Полезная модель относится к технике измельчения горнорудного сырья и других материалов, а именно - к измельчающим органам мельниц, где измельчение сырья осуществляется совокупностью мелющих тел. В мельнице с перемешиванием мелющей среды, состоящей из восьмигранного корпуса с конструктивными элементами подачи пульпы, измельчающего материала и вывода конечного продукта, который поддерживает вертикальный агитатор, установленный с возможностью перемешивания мелющей среды в зоне измельчения, выполненный в виде вала с разноуровневыми штифтами, и соединенный в верхней части с электрическим двигателем, штифты агитатора в зоне наиболее эффективного помола выполнены с увеличенным диаметром от свободного конца штифта до 1/3 его длины, при этом двигатель выполнен в виде частотно-регулируемого привода, что обеспечивает увеличение производительности мельницы, как по питанию, так и по готовому классу, за счет увеличения интенсивности перемешивания мелющей среды, с обеспечением возможности применения мелющей среды (керамических шаров) с малым удельным весом. 1 н.п.ф. 2 илл.

Полезная модель относится к технике измельчения горнорудного сырья и других материалов, а именно - к измельчающим органам мельниц, где измельчение сырья осуществляется совокупностью мелющих тел.

В настоящее время все больше и больше ведется добыча руд с тонкодисперсными включениями, либо с другими металлическими минералами или породой. Переработка этих руд влечет за собой появление новых технологий извлечения минерального сырья, с использованием тонкого и ультратонкого измельчения, с целью получения приемлемых содержаний и показателей извлечения. Развитие флотационных технологий позволяет выполнять эффективную флотацию материала с размером частиц менее 10 мкм, что позволяет выполнять разделение тонко вкрапленной руды и пустой породы. Измельчение руды является весьма энергозатратным процессом. Соотношение между необходимой энергией и конечной крупностью частиц не является пропорциональным. Теоретически для получения размера частицы 1/100 от ее исходного размера требуется затратить в 4000 раз больше энергии в пересчете на единицу массы.

Для получения продуктов еще меньшего размера, становится очевидной необходимость оптимизации процесса измельчения, с целью определения оптимального рабочего режима мельницы, путем подбора ее рабочих характеристик.

В настоящее время появились многочисленные конструкции мельниц, позволяющие получать тонкие и ультратонкие продукты, в том числе шаровые мельницы и мельницы с перемешиванием измельчающей средой, которые являются основным промышленным оборудованием для тонкого и ультратонкого измельчения.

Мельницы с перемешиванием мелющей среды имеют преимущества перед шаровыми мельницами по типовому соотношению удельной энергии и помола. Как показали испытания, для идентичного размера мелющей среды и загрузочного материала для обоих вариантов мельниц, при более крупном помоле для мельницы с перемешиванием мелющей среды требуется приблизительно на 30% меньше энергии, чем для шаровой мельницы. Для ультратонкого помола это преимущество возрастает до 50%.

В качестве ближайшего аналога заявитель рассматривает мельницу с перемешиванием мелющей среды фирмы Metso (SMD-355). В данной мельнице используется вертикальный агитатор с перемешиванием мелющей среды при помощи вала со штифтами (билами). Среда, как правило, представлена высококачественным аллювиальным кварцевым песком или керамическими шарами размером от 1 мм до 6 мм в диаметре. Скорость агитатора достаточна для разжижения мелющей среды. Крупность загружаемого материала, как правило, варьируется от 100 до 15 микрон, крупность дробления продукта составляет 98% класса 2 микрона. На стандартных фабриках обогащения металлосодержащей руды крупность дробления продукта составляет 80% класса 6 микрон.

Однако, технологические возможности мельницы Metso ограничены по применению шаров с малым удельным весом, а удельная производительность мельницы (кВт час/т) ограничена установленным двигателем 355 кВт.

В процессе измельчения производительность мельницы, прежде всего, зависит от возможностей оборудования обеспечить достаточную силу контакта керамических шаров, как друг с другом, так и с измельчаемым материалом, чтобы вызвать интенсивное разрушение материала. Таким образом, концентрация частиц и время их удерживания в измельчающей зоне являются основными технологическим параметрами для операции измельчения.

Во время измельчения в мельнице, мелящая среда передает часть своей энергии путем снижения скорости (изменение скорости столкновения/замедление). При постоянном подвешенном состоянии продукта и скорости агитатора, высвобожденная энергия зависит только от массы мелящей среды. Если высвобожденной энергии не достаточно для размельчения отдельных частиц, то необходимо использовать мелящую среду с более высокой удельной массой.

Это подтверждается формулой удельной производительности мельниц.

Q=N-N_o/E _m (кВт час/т), где

E_m - удельная энергия

N - мощность двигателя мельницы при полной нагрузке с пульпой.

N_o - мощность двигателя мельницы на холостом ходу с загруженной мелящей средой.

при этом E_m=p³²

p - удельный вес шара; - скорость вращения агитатора (об/мин)

Из этого можно сделать вывод, что диаметр шара, удельный вес материала, из которого изготовлен шар, и скорость агитатора напрямую влияет на производительность мельницы. При этом при использовании мелящей среды с большим диаметром шаров и той же массой, происходит снижение эффективности помола.

В зависимости от удельного веса шаров меняется линейная скорость V (м/сек) конца била. Линейная скорость конца била по наибольшей окружности от оси агитатора определяется по формуле: V_б=n_акт /60L_б

где L_б - наружный диаметр била агитатора

В зависимости от удельного веса шаров линейная скорость V (м/сек) конца била по наибольшей окружности от оси агитатора должна составлять:

- удельный вес шаров - 2,5 г/см³, скорость V_б =7-8 м/сек

- удельный вес шаров - 4 г/см³ , скорость V_б=9÷11 м/сек

- удельный вес шаров - 6 г/см³ скорость V_б=13÷14 м/сек

Учитывая число оборотов агитатора, определяемого по формуле:

n_акт=n_дв/j _p=1500/11,4352=131 мин^-1

- передаточное число редуктора j_p=11,4352

- число оборотов двигателя мельницы n_дв=1500 мин^-1

- L_б - наружный диаметр била агитатора = 2048 мм

Линейная скорость била активатора мельницы SMD-355 фирмы Metso составляет

V_б=131/60*3,14*2,048=14 м/сек

Из этого можно сделать вывод, что скорость 14 м/сек рассчитана на шары с наибольшим удельным весом. При использовании шаров с удельным весом 2,5 г/см³ и 4 г/см³ шары будут подвергаться интенсивному износу.

Таким образом, объем загрузки шаров ограничен мощностью двигателя, при этом интенсивность передаваемой энергии от агитатора к мелющей среде, зависит как от размеров и массы используемых шаров, так и от соотношения размеров элементов агитатора.

Техническим результатом, на достижение которого направлена заявленная полезная модель является увеличение производительности мельницы, как по питанию, так и по готовому классу, за счет увеличения интенсивности перемешивания мелющей среды, с обеспечением возможности применения мелющей среды (керамических шаров) с малым удельным весом и невысокой стоимости.

Заявленный технический результат достигается при увеличении мощности двигателя и изменении диаметра била в зоне эффективного помола, что реализуется в мельнице с перемешиванием мелющей среды, состоящей из восьмигранного корпуса с конструктивными элементами подачи пульпы, измельчающего материала и вывода конечного продукта, который поддерживает вертикальный агитатор, установленный с возможностью перемешивания мелющей среды в зоне измельчения, выполненный в виде вала с разноуровневыми штифтами, и соединенный в верхней части с электрическим двигателем через редуктор с винтовой зубчатой передачей, где штифты агитатора выполнены с увеличенным диаметром от свободного конца штифта до 1/3 его длины, а двигатель выполнен в виде частотно-регулируемого привода, который состоит из собственно электродвигателя и частотного преобразователя.

Сущность заявленного усовершенствования мельницы представлено на фиг. 1 и фиг. 2

На фиг. 1 представлен общий вид мельницы,

Где, 1 корпус мельницы, с зоной измельчения - 2, 3 - агитатор, соединенный с приводом 4 через редуктор 5, патрубки подачи пульпы 6, измельчающего материала 7 и вывода конечного продукта 8.

На фиг. 2 представлен разрез на уровне зоны измельчения 2, где A зона наиболее эффективного помола, а 9 и 10 штифты, установленные на валу агитатора на двух уровнях, с увеличенными диаметрами d₂ в зоне эффективного помола.

Для повышения производительности мельницы на электродвигатель мельницы установлен преобразователь частоты, что позволит бесступенчато производить регулировку скорости активатора мельницы, тем самым создавая возможность использования в качестве мелящей среды шаров с меньшим удельным весом, которые не будут подвергаться интенсивному износу.

Было сказано выше линейная скорость точки на конце била, расположенной на наибольшей окружности от оси активатора равна:

V_б=n_акт /60*L_б, где n_акт=V_б*60/L_б

Учитывая, что V_б =7-8 м/сек, а L_б=2048 мм

n_акт =7*60/3,14*2,048=65,3 об/мин

Имея передаточное число редуктора j_p=11,4352, скорость двигателя будет равна

_дв=j*n_акт=65*11,4352=746,7 мин ^-1

Следовательно, для обеспечения линейной скорости активатора V_б=7 м/сек двигатель должен вращаться со скоростью _дв=753 об/мин^-1. Номинальная скорость двигателя составляет _дв=1500 об/мин, что приведет к снижению мощности двигателя приблизительно на 30÷38%. Поэтому мощность двигатель должна составлять N_дв=450 кВт

Поскольку измельчающая способность зависит от массы мелящей среды, учитывая, что отяжеленная мелящая среда способствует более высокой измельчающей способности, увеличение мощности двигателя позволит использовать шары с увеличенным удельным весом и возможностью засыпать в мельницу больший объем мельчающей среды, что приведет к увеличению удельной производительности мельницы.

А является зоной наиболее эффективного помола в зоне измельчения 2 мельницы. Она расположена на периферийном удалении от оси агитатора (см. фиг. 2) и находится в районе 1/3 длины штифта (била) от свободного конца штифта. Малая крупность мелющей среды при достаточно высокой скорости агитатора, способствует эффективному разжижению мелющей среды, которая принимает характер потока вязкой жидкости. В процессе измельчения производительность мельницы, прежде всего, зависит от возможностей оборудования, заставить керамические шары контактировать друг с другом и с измельчаемым материалом с достаточной силой, чтобы вызвать интенсивное разрушение материала. Увеличение диаметра штифта (била) в зоне наиболее эффективного помола приводит к увеличению интенсивности перемешивания мелющей среды (помольных шаров) Данное конструктивное изменение может быть реализовано при увеличении мощности двигателя с N_дв=355 кВт до N_дв=450 кВт. Вследствие изменений диаметра штифта (била) с d₁ до d₂ при одинаковой угловой скорости агитатора произойдет увеличение интенсивности передаваемой энергии от агитатора к мелющей среде, как следствие возрастет удельная производительность мельницы, производительность по питанию исходным продуктом и по готовому классу.

Мельница с перемешиванием мелющей среды, состоящая из восьмигранного корпуса с конструктивными элементами подачи пульпы, измельчающего материала и вывода конечного продукта, который поддерживает вертикальный агитатор, установленный с возможностью перемешивания мелющей среды в зоне измельчения, выполненный в виде вала с разноуровневыми штифтами и соединенный в верхней части с электрическим двигателем через редуктор с винтовой зубчатой передачей, отличающаяся тем, что штифты агитатора выполнены с увеличенным диаметром от свободного конца штифта до 1/3 его длины, а двигатель выполнен в виде частотно-регулируемого привода.

РИСУНКИ