Мелющее тело
Полезная модель относится к конструкциям мелющих тел использующихся в шаровых мельницах для измельчения сырьевых компонентов и может быть использована при обогащении полезных ископаемых, производстве строительных материалов, в химической и металлургической промышленности. Предложено мелющее тело для измельчения грубозернистых материалов, выполненное в виде тела вращения, которое представляет собой симметричный эллипсоид, полученный вращением эллипса, образованного четырьмя дугами окружностей радиусов R1 и R2, где R1>Р 2, при условии чередования дуг различных радиусов, вокруг большей оси. Мелющее тело имеет форму максимально приближенную к форме естественного его износа в процессе эксплуатации, за счет чего обеспечивается повышение прочности, уменьшение износа мелющего тела и увеличение тонкости помола.
Полезная модель относится к конструкциям мелющих тел использующихся в шаровых мельницах для измельчения сырьевых компонентов и может быть использована при обогащении полезных ископаемых, производстве строительных материалов, в химической и металлургической промышленности.
В горнорудной, цементной, энергетической, керамической и других областях промышленности во всем мире ежегодно измельчается несколько миллиардов тонн сырья. Для измельчения твердых материалов широко используются барабанные шаровые мельницы, в которых мелющие тела совершают движение в каскадном или в каскадно-водопадном режиме, создавая при этом ударные и истирающие нагрузки на куски измельчаемого материала. При этом эффективность процессов измельчения повышают, в том числе, за счет подбора геометрической формы и размеров мелющих тел.
Известно мелющее тело, представляющее собой тело вращения, ограниченное параллельными плоскостями, перпендикулярными оси вращения, т.е. тело вращения типа цилиндра [1]. Недостатком данного мелющего тела является то, что оно имеет грани, которые при работе в мельнице измельчаются вместе с измельчаемым материалом и создают условия для разрушения мелющего тела. При отливке цилиндрического мелющего тела из белого чугуна, особенно при отливке в кокиль, вследствие неравномерного охлаждения отливки, а также из-за наличия рыхлот и раковин по углам торцов, возникают внутренние напряжения, вызывающие повышенную хрупкость и откалывание осколков мелющего тела, которые отрицательно влияют на работу мельниц, уменьшая ее производительность. Они засоряют решетки, мешая выходу материалов из мельницы.
Известно также мелющее тело, выполненное в виде усеченного конуса, верхнее и нижнее основание которого выполнены сферическими [2].В заявке указывается, что такие мелющие тела имеют повышенную ударостойкость, износостойкость и повышают эффективность процесса измельчения.
Одним из видов мелющих тел, которые широко применяются для измельчения различных твердых материалов, являются мелющие тела, так называемой, эллипсоидной формы [3]. Такие мелющие тела представляют собой тела вращения, полученные путем вращения полуэллипса вокруг большей полуоси. Из некоторых других источников информации известны мелющие тела, имеющие параболоидную поверхность и плоское основание. Так, известно мелющее тело, выполненное в виде параболоида вращения с основанием параболоида радиусом Rосн., расположенным в плоскости, перпендикулярной оси вращения [4]. В данной конструкции мелющего тела, в основном, отсутствуют грани и углы, вызывающие отколы, за исключением углов у плоского основания параболоида. Наличие угловых переходов в зоне основания приводит к рассмотренным выше недостаткам, как при отливке мелющего тела, так и при его применении (значительно повышают износ мелющего тела).
Исторически сложилось представление, что наиболее рациональной и эффективной формой мелющего тела для измельчения материалов различной крупности является шар. В тоже время, установлено, что в процессе эксплуатации мелющих тел различной формы они после определенного периода приработки в мельнице по форме приближаются к эллипсоидной [5]. Такая форма обеспечивает наиболее эффективный процесс измельчения материалов из-за большой контактной поверхности соприкосновения между измельчаемым материалом и мелющим телом. При этом известно, при конструировании машиностроительных деталей стремятся приблизить их форму к форме естественного износа, что способствует уменьшению износа и повышению прочности детали. Это же утверждение справедливо и для мелющих тел, которые в процессе эксплуатации подвергаются различным механическим воздействиям (удары, трение и т д.), способствующим активному износу.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является упомянутое выше мелющее тело эллипсоидной формы [3]. При этом, с учетом приведенного выше утверждения в отношении оптимальной формы, соответствующей форме естественного износа детали, кроме упомянутых выше недостатков для такого технического решения мелющего тела можно говорить о «незавершенности» его формы. Его форма не в полной мере соответствует форме эллипсоида (с точки зрения определения геометрической фигуры «эллипсоид»), т.е. форме естественного износа в процессе эксплуатации.
Таким образом, задачей полезной модели является создание конструкции мелющего тела, которая обеспечила бы исключение всех упомянутых выше недостатков. Мелющее тело не должно иметь граней, торцов и углов, вызывающих отколы, и должно иметь форму максимально приближенную к форме естественного износа мелющего тела в процессе эксплуатации. За счет этого должно обеспечиваться повышение прочности, уменьшение износа мелющего тела и увеличение тонкости помола.
Поставленная задача решается заявляемым мелющим телом для измельчения грубозернистых материалов, выполненным в виде тела вращения типа эллипсоида, за счет того, что эллипсоид получен вращением эллипса, образованного четырьмя дугами окружностей радиусов R1 и R2, где R1>R2, при условии чередования дуг радиусов R1 и R2 вокруг большей оси длиной L, причем R1=0,7·L, R 2=0,2·L, а диаметр D эллипсоида в плоскости симметрии, в которой лежит меньшая ось, выбран из условия D=0,58·L.
Приведенные выше соотношения между размерами эллипсоида являются наиболее оптимальными с точки зрения достижения заявленных технических результатов и обеспечивают возможность получения мелющих тел заявляемой формы и различных типоразмеров.
Достоинства и преимущества заявляемой полезной модели более подробно будут проиллюстрированы на одном из возможных, но не ограничивающих примеров реализации со ссылкой на позиции фигур чертежей, на которых схематично представлены:
Фиг.1 - общий вид заявляемого мелющего тела,
Фиг.2 - продольный разрез мелющего тела по Фиг.1.
На Фиг.1 и Фиг.2 схематично представлены общий вид и продольный разрез заявляемого мелющего тела для измельчения грубозернистых материалов, которое выполнено в виде симметричного эллипсоида 1. Эллипсоид 1 вращения образован вращением эллипса 2 вокруг оси вращения 3, совпадающей с большей осью эллипса. Длина большей оси эллипса 2 обозначена L. Диаметр эллипсоида 1 в плоскости симметрии, в которой лежит меньшая ось 4 эллипса 2 обозначен D. Точки сопряжения дуг, образующих эллипс 2, обозначены позициями 5, 6, 7, 8. Эллипс 2 образован последовательно сопрягаемыми дугами 5-6 радиуса R1 , 6-7 радиуса R2, 7-8 радиуса R1, 8-5 радиуса R2.
Для примера, задаем необходимые размеры диаметра эллипсоида D=25 мм, как наиболее применимые для мелющих тел (цильпебсов). Исходя из приведенных выше соотношений, определяем остальные размеры мелющего тела:
L=D/0,58=25/0.58=43,1 мм,
R1=0,7·L=0,7·43,1=30,17 мм,
R2=0,2·L=0,2·43,1=8,62 мм.
Заявленные выше соотношения между основными размерами мелющих тел позволяют аналогичным образом получить эллипсоидные мелющие тела любых типоразмеров, при условии сохранения геометрической формы наиболее близкой к форме естественного износа мелющих тел (цилиндрических).
При использовании заявляемого мелющего тела в мельницах для измельчения различного вида сырья и материалов, прежде всего твердых сырья и материалов, отсутствие угловых переходов между отдельными участками поверхности мелющего тела увеличивает рабочую поверхность мелющего тела и позволяет избежать возникновение сколов (откалывание кусочков мелющего тела), обеспечивая тем самым повышение эффективности работы мелющего тела в частности и мельницы в целом.
Заявляемые мелющие тела технологичны в изготовлении при формовке, как в земляные формы, так и в кокиль. Выбор соответствующего сечения питателя при формовке в землю гарантирует получение отливок без усадочных раковин и рыхлот, а при отсутствии острых углов и граней и отсутствии сколов в процессе эксплуатации обеспечивается повышение прочности и износостойкости мелющего тела.
Учитывая, что эллипсовидные мелющие тела по сравнению, например, с цилиндрическими расходуются в 2,5-3 раза меньше [6], можно сделать вывод, что заявляемое мелющее тело обеспечивает более высокий уровень служебных свойств эксплуатации.
Источники информации.
1. А.С.SU 
1546141 А1, опубл. 28.02.1990.
2. Заявка RU 94032954 А1, опубл. 10.11.1995.
3. Литейные чугунные мелющие тела эллипсоидной формы, обеспечивающие ресурсо- и энергосбережение при измельчении сырья и материалов. В.А.Игнатов, А.А.Пахомов, А.А.Троянский, В.Л.Жук, А.И.Туяхов, А.И.Ярмоленко, А.Н.Соболев. ОАО «Макеевский труболитейный завод»,
ДНТУ. [Электронный ресурс] - 4 марта 2010. - Режим доступа:
http://nich.dgtu.donetsk.ua/konf/konf4/sek_03_metall/s03_17.pdf.
4. А.с.SU 1606185 А1, опубл. 15.11.1990.
5. Несвижский О.А. Производство мелющих тел для шаровых мельниц. - М.:
Машгиз. - 1961.с.149.
6. Несвижский О.А. Долговечность быстроизнашивающихся деталей - цементного оборудования. М.: Машиностроение, 1968, стр.44, 114.
Мелющее тело для измельчения грубозернистых материалов, выполненное в виде тела вращения типа эллипсоида, отличающееся тем, что эллипсоид получен вращением эллипса, образованного четырьмя дугами окружностей радиусами R1 и R2, где R1>R 2, при условии чередования дуг радиусами R1 и R2 вокруг большей оси длиной L, причем R1 =0,7·L, R2=0,2·L, а диаметр D эллипсоида в плоскости симметрии, в которой лежит меньшая ось, выбран из условия: D=0,58·L.
