Измельчение боксита на участке мокрого размола

Введение

Для измельчения боксита применяется мокрый размол его в шаровых мельницах, работающих совместно с гидроциклонами. Размол ведут в среде щелочного оборотного процесса. В зависимости от необходимой степени измельчения боксита и его размалываемости применяют одностадийное или двустадийное измельчение. На участке мокрого размола БАЗа применяют двустадийное измельчение.

Схема измельчения:

Боксит из бункера питателем ленточным весоизмерителем подается в мельницу первой стадии измельчения. Сюда же через автоматический регулятор расхода подается часть поступающею с выпарки оборотного раствора. Из мельницы первой стадии измельченный боксит в виде пульпы поступает на классификацию в гидроциклоны. Пульпа-это смесь твердой и жидкой фазы, для нашего случая - это смесь размолотого боксита с оборотным щелочным раствором.

Пески гидроциклона измельчаются в мельницах второй стадии, а слив в месте  с пульпой из мельниц второй стадии собирается в мешалке, из которой насосом перекачивается на классификацию в гидроциклоны. Классификация происходит в две стадии в последовательно соединенных гидроциклонах. Пески из гидроциклонов возвращаются в мельницу второй стадии, а слив является готовой продукцией и направляется на выщелачивание. Мельница первой стадии размола работает в открытом цикле с классификацией размолотого материала в гидроциклонах, а мельница второй стадии работает на песках первого гидроциклона в замкнутом цикле со вторым гидроциклонном.

Неизбежные потери щелочи в процессе компенсируются добавкой свежего каустика из баков хранилищ. Каустик перекачивается насосом через регулятор расхода и подается в мешалку размолотой пульпы. 

 КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

4

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

3. Описание конструкции мельниц

Измельчение материалов широко применяется в цветной металлургии, особенно на обогатительных фабриках, где этим процессом завершается подготовка руд для флотационного и гравитационного обогащения. В глиноземном производстве измельчение исполь­зуют для подготовки рудного сырья (бокситов, нефелинов) к гидрохимической перера­ботке. Измельчение в больших масштабах осуществляется в черной металлургии и в цементной промышленности.

 В зависимости от свойств измельчаемых материалов и степени измельчения приме­няют мельницы (измельчители) различных типов: барабанные, вибрационные, струйные и пр. В цветной металлургии используют мельницы барабанного типа, которые и рас­смотрены в данной книге.

Измельчающей средой служат металлические шары, стержни, окатанная галька или крупные куски измельчаемой руды. В зависимости от измельчения средств барабанные мельницы разделяют на шаровые, стержневые, рудногалечные и мельницы самоизмель­чения. На рис. 1 показана мельница с дробящей средой — стержнями 7.

Она представляет собой стальной барабан 5 с двумя торцовыми крышками 4, име­ющими пустотелые цапфы 2 и 10. Цапфами барабан опирается на подшипники 1 и вра­щается вокруг горизонтальной оси от приводного механизма через зубчатую передачу, венец 12 которой прикреплен болтами к барабану.

Барабан на 0,3—0,45 своего объема заполнен дробящими телами, которые под дей­ствием центробежной силы и сил трения дробящих тел поднимаются на определенную высоту, а затем скатываются по внутренней поверхности барабана или, оторвавшись от нее, падают вниз. В результате ударов падающих тел и трения, возникающего между ними и материалом, происходит измельчение кусков, поступающих в мельницу. Загруз­ка осуществляется питателем 11 через горловину 9 загрузочной цапфы, а выгрузка в измельченном виде—самотеком через разгрузочную цапфу 3. Вместе с рудой в бара­бан поступает вода, масса которой равна примерно 25—60 % массы измельчаемой руды. Внутренние поверхности барабана, крышек защищают, футеруют износостойкими пли­тами 6 и 8 с целью защиты от абразивного истирания.

По форме барабана мельницы делят на цилиндрические и цилиндроконические (рис. 2). Последние на отечественных обогатительных фабриках не применяют и на машиностроительных заводах не изготовляют вследствие их

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

15

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

малой удельной производи­тельности (около половины общей длины барабана занимает коническая часть) в изготовлении и обслуживании.

Цилиндрические шаровые и стержневые мельницы в свою очередь разделяют на ко­роткие и длинные или так называемые трубные мельницы. Отношение длины барабана

Рис. 1. Барабанная мельница

Рис. 2. Формы мельничных барабанов:

а — цилиндрический   короткий;   б — цилиндрический  длинный;  в — цилиндрический  короткий   с   ре­шеткой; г — цилиндрический для самоизмельчения; д— цилиндроконический

к его диаметру составляет примерно: для коротких мельниц 0,65—2,0, а для длинных в пределах 4—6. В мельницах самоизмельчения (рис. 2, г) отношение длины барабана к диаметру составляет примерно 0,35.

Длинные мельницы применяют в глиноземном и цементном производствах, в хими­ческой промышленности.

Барабаны этих мельниц разделяют по длине специальными ре­шетчатыми перегородками (диафрагмами) и используют преимущественно для сухого измельчения.

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

16

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Основные параметры цилиндрических мельниц — внутренний диаметр и длина ба­рабана (в свету, без футеровки); цилиндроконических — внутренний диаметр и длина цилиндрической части.

По способу разгрузки продукта из барабана мельницы бывают с центральной разгрузкой, при которой пульпа (продукт) свободно сливается через разгрузочную цапфу; с принудительной или периферической разгрузкой через специальные решетки (рис. 2, в). Иногда их называют мельницами с диафрагмой или с низким уровнем пульпы, так как в них предусмотрено вычерпывающее устройство с лифтерами для подъема и разгрузки измельченного материала через отверстия решетки. В мельницах с центральной разгрузкой уровень пульпы в барабане поддерживается выше нижней точки отверстия разгрузочной цапфы. Существуют мельницы с двухсторонним питанием через обе цапфы и разгрузкой продукта в середине длины барабана. Применяют эти мельницы при измельчении руд, для которых недопустимо переизмельчение. В резуль­тате переизмельчения происходит ошламование руды и снижение извлечения металла.

По характеру приводного механизма различают мельницы с боковым приводом (рис. 3, а, б) и с центральным, (рис. 3, в). Боковой привод может осуществляться от асинхронного электродвигателя 4 через редуктор 3 и зубчатую пару 2 с венцом, зак­репленным на барабане 1, или от синхронного электродвигателя 5 (без редуктора) не­посредственно к ведущей шестерне зубчатой передачи. Центральный (осевой) привод оборудован асинхронным двигателем, передающим движение через редуктор цапфе барабана. Боковой привод с асинхронным двигателем без редуктора характеризуется более высоким (на 8—10 %) к. п. д. и меньшим количеством деталей, чем редукторный.

Центральный привод используют преимущественно в трубных мельницах с бараба­ном относительно малого диаметра и большой длины.

Коэффициент полезного действия этих мельниц по сравнению с к. п. д. мельниц с боковым редукторным приводом выше на величину к. п. д. зубчатой передачи.

В последние годы фирмой «Зюдварангер» (ФРГ) изготовлена барабанная шаровая мельница с барабаном диаметром 6,5 и длиной 10 м. Привод мельницы безредукторный (и без зубчатой передачи)  с синхронным кольцевым двигателем мощностью 8100 кВт (рис. 101, г). Мельница предназначена для мокрого измельчения железной руды.

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

17

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Ротор двигателя состоит из 14 сегментов, закрепленных на барабане, и совершает 13,1 об/мин. Разъемный статор 6 состоит из двух половин, установленных на фундамен­те. Барабан опирается не на подшипники цапф, а двумя бандажами (жесткими коль­цами) на специальные опоры 7 из нескольких автоматически смазываемых башмаков.

Двигатель и башмачные опоры герметично за­щищены от проникновения воды и пульпы спе­циальными уплотнениями. По данным фирмы, привод характеризуется высоким к. п. д., на­дежностью в работе, малыми эксплуатацион­ными расходами из-за отсутствия механических частей.

Характер работы дробящих тел зависит от окружной скорости вращения барабана.

При малой скорости дробящая среда (в данном случае шары) поднимается, делает некоторый поворот внутри барабана, принимаемый в пре­делах 35—45° к вертикали.

При вращении барабана шары непрерывно циркулируют и некоторые слои шаров, подни­мающиеся по круговым траекториям вместе с барабаном, скатываются параллельными слоя­ми вниз по образовавшейся наклонной поверх­ности. Такой характер работы дробящей среды принято называть каскадным режимом (рис. 3, о). Измельчение материала при каскадном режиме происходит в основном раздавливани­ем и истиранием между перемещающимися ша­рами, а также истиранием между шарами и футеровкой барабана.

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

18

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Интенсивное измельчение происходит толь­ко в слоях скатывающихся шаров. В слоях, поднимающихся вместе с барабаном, материал измельчается незначительно вследствие слабо­го их скольжения относительно друг друга. Каскадный режим используют преимуществен­но при тонком измельчении материала, про­шедшего предварительное измельчение.

Когда скорость барабана превысит ско­рость, характерную для каскадного режима, шары начнут подниматься под действием цент­робежной силы на большую высоту. Затем в некоторой точке, называемой точкой отрыва, шары начнут сходить с круглых траекторий и падать подобно телам, брошенным к горизонту

(примерно по траектории параболы). Этот режим работы дробящих тел называют во­допадным или катарактным (рис. 3, 6). Измельчение материала при этом происходит главным образом за счет ударного воздействия шаров.

Скорость вращения барабана может достичь величины, при которой центробеж­ная сила возрастает до таких размеров, что шары не смогут оторваться от стенки бара­бана и будут вращаться вместе с барабаном (рис. 3, в). Разумеется, что шары, вра­щающиеся вместе с барабаном, не могут измельчать материала. Поэтому для каждого типоразмера мельницы устанавливают оптимальное (наиболее выгодное) число оборо­тов барабана. Теоретически оно может быть определено следующим образом.

Выразим центробежную силу, действующую на шар:

Р_ц = mv²/R = Pv²/gR,

где т — масса вращающегося шара, кг; Р — сила тяжести шара P = mg; v — скорость вращения шара, м/с; g — ускорение свободного падения, 9,81 м/с²; R — внутренний радиус барабана, м.

Силу тяжести шара, поднятого внутри барабана на угол а (рис. 102, г), разлагаем на две составляющие: одну Р sin α, направленную по радиусу барабана, и другую, Р cos α, направленную по касательной к окружности перпендикулярно составляющей Р sin а. Чтобы приподнятый шар находился в равновесии, т. е. не мог оторваться от барабана, центробежная сила должна быть равна радиальной составляющей силе Р или превышать ее, т. е. (Pv²/gR)≥P sin α или (v²/gR)≥sin α.

Центробежная сила может быть настолько большой, что шар не оторвется от ба­рабана даже в самой высокой точке А, когда угол подъема будет равен 90°. В этом случае уравнение равновесия примет вид:(v²/gR)≥sin 90°≥1 или v²≥gR.

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

19

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Подставляя в это выражение значение окружной скорости, которая при числе обо­ротов n равна πDn/60, получим:

(πDn/60)² =gD/2 =πD²n²/60².

Решая данное уравнение относительно n и подставляя в него соответствующие значения, найдем

n_кр=(60²g/π²D∙2)^0,5=(60²∙9,81/3,14²∙2)^0,5=42,4/(D)^0,5                                 (48)

Рис. 3. Схемы движения шаров при различных режимах

Полученное по этой формуле число оборотов барабана мельницы принято называть критической скоростью вращения, т. е. скоростью, при которой шары не смогут отор­ваться от стенки барабана и измельчать материал. Следует отметить, что при выводе формулы не учитывалось скольжение шаров по внутренней поверхности барабана и скатывание отдельных шаров вниз. С учетом этих факторов для удержания шара в рав­новесии потребуется значительно большая скорость вращения, нежели полученная по формуле (48). Повышенная (действительная) скорость вращения выражается формулой

n_д=42,4/(D)^0,5 sinφ

где φ—угол трения материала о футеровку барабана; индекс «д» обозначает внут­ренний диаметр барабана.

Так как sin φ всегда меньше единицы (tg<f = f — коэффициент трения скольжения), величина n_двсегда будет больше n_кр. Скорость n_д условно называют действительной скоростью вращения барабана в отличие от так называемой критической скорости, оп­ределяемой по формуле (48).

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

20

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Запишем отношение приведенных скоростей при условии, что коэффициент трения между рудой и стальной футеровкой барабана равен О.

n_д/n_кр=1/(sinφ)^0,5=1/(sin21⁰31^/)^0,5=1,6

На основании многолетнего опыта эксплуатации барабанных мельниц число оборо­тов барабана практически принимают в пределах 75—80 % фиктивной критической об­щепринятой скорости вращения барабана, равной 0,75п_кр; введем ее в формулу (48), которая примет вид:

n_кр=32/(D)^0,5

Расхождения в значениях теоретической и практической скоростей вращения бара­бана приводятся в таблицах технических характеристик и паспортах мельниц. В ре­зультате исследований работы мельниц установлено, что оптимальное число оборотов барабана зависит от степени его заполнения дробящей средой, которая учитывается ко­эффициентом заполнения ψ. Его обычно принимают равным 0,3—0,45 и 0,4—0,5 полез­ного объема барабана соответственно для стержневых и шаровых мельниц. Каждому коэффициенту заполнения барабана дробящими телами соответствует только одна ско­рость его вращения, при которой дробящая среда осуществляет наибольшую работу. Зависимость между числом оборотов барабана, его диаметром и коэффициентом запол­нения барабана шарами выражают ориентировочно следующей эмпирической формулой:

п = 8/(D)^0,5·(5ψ + 2) об/мин.

Полученная формула связывает между собой не только скорость вращения бараба­на и его диаметр, как это выражено в формулах (48) и (49), но и степень заполнения барабана дробящими телами, которая имеет существенное значение.

Производительность барабанной мельницы зависит от многих факторов: физических свойств, крупности исходного и измельченного материала, диаметра и длины барабана, частоты вращения барабана, величины дробящей загрузки и др. Теоретических методов расчета производительности не имеется вследствие не изученности влияния и сложного взаимодействия приведенных факторов. Весьма ориентировочно часовую производи­тельность Q_ч мельницы определяют по эмпирической формуле, т/ч:

Q_ч=KD^2,6L                                                                                                                   (50)

где Dи L — диаметр и длина барабана, м; К — опытный коэффициент, учитывающий величину шаровой загрузки, размер шаров, физические свойства материала, степень измельчения и пр.; значение К  колеблется от 0,5 до 2,93.

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

21

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Из формулы (50) следует, что производительность барабанной мельницы в основном определяется диаметром барабана, который в формуле значится в степени 2,6. Согласно формуле производительность прямо пропорциональна длине барабана. Однако это спра­ведливо только до определенного значения длины.

Производительность мельниц, устанавливаемых на современных обогатительных фабриках, определяют методом подобия — исходят из имеющихся практических данных работы аналогичных мельниц на действующих фабриках при режиме, близком к опти­мальному.   

Для достижения эффективной работы мельницы требуется постоянно поддержи­вать оптимальную загрузку дробящих тел. При недостаточной загрузке производитель­ность снижается, а при излишней — энергия расходуется нерационально.

Шаровая загрузка действующей мельницы включает множество шаров разных раз­меров (значительная часть которых в процессе работы теряет форму шара), беспорядоч­но расположенных в барабане. Объем самих шаров составляет около 62 % всего объема загрузки. Стержни заполняют объем стержневой загрузки на 83,5 %.

Найдем массу шаровой загрузки, т:

М_ш =φρV=3,8φV

где φ — коэффициент заполнения барабана шарами; ρ - объемная масса стальных шаров плотностью 7,85 г/см³, на долю которых приходится 62 % загрузки; V — полезный объем барабана, м³.

Масса стержневой загрузки М_ст ориентировочно равна, т:

М_ст=5,1φV

Объемная масса стальных стержней принята равной 6,5.

Оптимальная загрузка мельницы шарами практически находится в пределах 1,7— 1,9 т на 1 м³ объема барабана.

Эффективность работы мельницы зависит от правильного выбора диаметра дробя­щего тела. Между размером кусков исходного измельчаемого материала и размером дро­бящих тел существует определенная зависимость: с увеличением крупности материала возрастает и масса дробящего тела. Как увеличение, так и уменьшение размера шаров по сравнению с необходимым приводит к снижению производительности мельницы и увеличению расхода энергии на измельчение продукции.

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

22

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Требуемый диаметр шара можно подсчитать ориентировочно по следующей форму­ле К. А. Разумова:

d = 28(d')^0,5 ,

где d— диаметр дробящего шара, мм; d' — диаметр наибольшего куска исходного ма­териала, мм.

С уменьшением крупности исходного материала производительность мельницы воз­растает, а удельный расход энергии снижается. Обусловлено это тем, что для измель­чения мелких кусков материала требуются шары меньших массы и диаметра. Так как количество мелких шаров при одной и той же шаровой загрузке гораздо больше, чем крупных, то и количество их контактов с материалом также возрастает. Например, в 1 т шаров содержится 125 шт. диаметром 125 мм и 1950 шт. диаметром 25 мм, т. е. в 15,6 раз больше. Следовательно, и число контактов возрастает во столько же раз. При этом расход энергии на вращение барабана с 1 т шаров будет практически в обоих слу­чаях одинаков.

Мощность барабанной мельницы подсчитывают по эмпирическим формулам, так как теоретически обоснованных формул пока нет. Ниже дана формула Л. Б. Левенсона, пригодная для приблизительных подсчетов мощности N на головных подшипниках ба­рабана, кВт:

N= (Мдр·D_n/5440)·(1+D_n²/6000),                                                                         (51)

где D— внутренний диаметр барабана, м; n - частота вращения  барабана, об/мин; Мдр — масса дробящих тел, кг. Подставляя в эту формулу   значение критического    числа оборотов n_кр = 32/√D получим более простую формулу для ориентировочных расчетов, кВт:

N=6,8·Мдр·(D) ^0,5                                                                                                      (52)

Мощность электродвигателя барабанной мельницы расходуется на подъем дробя­щей среды и измельчаемого материала, вращение барабана, преодоление сопротивлений и пр.. Так как на подъем материала затрачивается незначительная часть мощности, остальная ее часть (практически вся полезная мощность) расходуется на приведение дробящей загрузки в рабочее движение. Поэтому шаровая и стержневая мельницы рас­ходуют примерно одинаковое количество энергии при рабочей нагрузке или вхолостую (без измельчаемого материала). Следовательно, нельзя допускать, чтобы мельница ра­ботала с недогрузкой материала и тем более вхолостую.

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

23

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Мельница с центральной разгрузкой имеет стальной барабан 6 (рис. 4), зафутерованный износостойкими плитами и плотно закрытый с обеих кондов стальными крышками 12. Крышки отлиты заодно с пусто­телыми цапфами диаметром 1000 мм — опорами барабана, уложенными в головных подшипниках скользящего трения 2.

Вращение барабан получает от электродвигателя 15 через редуктор 14 и зубчатую передачу открытого типа с большим передаточным чис­лом. Зубчатый венец 10 закреплен на фланцах барабана и крышки (обычно с разгрузочного конца) точеными болтами. Ведущая (подве­нечная) шестерня установлена в закрытом корпусе несколько ниже оси барабана и всегда вращается так, чтобы окружное усилие на зубьях передачи было направлено вверх, т. е. толкало бы зубчатый венец квер­ху. В этом случае реакция вертикальной составляющей окружного уси­лия, направленная вниз, будет прижимать подшипники подвенечной шестерни к фундаменту, а не отрывать от него.

Редуктор соединен с электродвигателем упругой муфтой, а с подве­нечной шестерней — зубчатой. Она допускает передачу больших крутя­щих моментов и нормально работает при небольших смещениях и пере­косах валов. Вместе с тем жесткое соединение не позволяет компенси­ровать механические колебания (вибрации), возникающие в приводе вследствие больших неуравновешенных масс и неспокойной работы мельницы.

Рис. 4. Шаровая мельница с центральной разгрузкой 2700X3600 мы: 1-опорная плита; 2 — головной подшипник; 3 — питатель; 4, 13 — загрузочная и разгрузочная горловины; 5, 7 — футеровка крышки и барабана; 6 — барабан; 8 — футеровочный болт; 9 — люк; 10-зубчатый венец; 11— кожух; 12  крышка; 14 — редуктор; 15 — электродвигатель; 16, 17—сливной и нагнетательный маслопроводы; 18 —фильтр-холодильник; 19 — маслонасос; 20 — маслобак.

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

24

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Руда в мельницу непрерывно подается специальным питателем 3 через коническую горловину, расширяющуюся в сторону движения ма­териала. Она одновременно защищает цапфу от истирания. Максималь­ный радиус питателя Rзависит от числа оборотов барабана и выбира­ется с таким расчетом, чтобы скорость черпания материала не превы­шала 85% критической скорости вращения черпака(козырька).

Рис. 5. Мельница с решеткой 3600X4000 мм:

1 — питатель; 2 — горловина; 3—цементная заливка; 4 — загрузочная крышка; 5 —футеровка крыш­ки; 6 — барабан; 7 — футеровка барабана; 8 — люк; 9 — зубчатый венец; 10 — кожух; 11— решетка; 12 — лифтер-вычерпыватель; 13 — разгрузочная крышка; 14 — головной подшипник; 15 — муфта; 16 — вал-шестерня; 17—картер вала-шестерни; 18, 19 — нагнетательные маслопроводы; 20 — холо­дильник; 21 — фильтр; 22 — сливной маслопровод; 23 — насос; 24 — бак.

При завышенной скорости материал будет вращаться вместе с хоботом пи­тателя и не сможет поступать в мельницу. Радиус черпания питателя рассматриваемой мельницы равен 1500 мм. Внутренняя поверхность разгрузочной горловины 13 имеет спираль, направление витков кото­рой противоположно направлению движения материала для удержива­ния шаров от выпадения из барабана. Материал движется внутри бара­бана вдоль его оси за счет перепада уровней в загрузочном и разгрузоч­ном концах барабана и напора непрерывной подачи материала и воды при мокром измельчении.

Смазка головных подшипников барабана и подшипников приводной шестерни осуществляется от централизованной системы жидкой смаз­ки. Устройство и принцип действия системы аналогичны маслосистеме, применяемой в дробилках. В состав системы входят: фильтр-холодиль­ник, бак-отстойник, маслонасосы, приборы и маслопроводы.

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

25

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Шаровая мельница с решеткой отличается от мельницы с централь­ной разгрузкой только конструкцией отдельных деталей, главным обра­зом узла разгрузки продукта. Разгрузка происходит через решетку (рис. 5), составленную из отдельных плит с большим числом щелей для выхода измельченного материала. Между решеткой и крышкой за­креплены лифтеры (вычерпыватели) в виде ребер или отдельных чер­паков. Зачерпнутая пульпа, поднятая до определенного уровня, сливает­ся внутрь цапфы и выводится из барабана. Ребра и стенка крышки защищены от истирания резиной. Решетка закреплена на крышке бол­тами.

Суммарная площадь (живое сечение) всех щелей должна быть та­кой, чтобы обеспечить непрерывный свободный выход продукта из мель­ницы. Живое сечение принимают в пределах 20—30 % площади поперечного сечения барабана или в 10 раз большим, чем площадь сече­ния разгрузочной цапфы. Шири­на щелей обычно 6—10 мм, фор­ма их трапецеидальная с уширением в сторону разгрузки мате­риала.

Большая площадь разгрузки позволяет измельченным части­цам руды значительно быстрее, чем при центральной разгрузке через цапфу, проходить через ра­бочее пространство мельницы. Это исключает переизмельчение материала и повышает произво­дительность мельницы. Считают, что производительность мельницы с решеткой   на 10—15 % выше, чем мельницы того же размера с центральной разгрузкой.

Рис. 6. Шаровая мельница с диафрагмой

Питание мельницы осуществляется двухчерпаковым улитковым пита­телем с радиусом черпания 2700 мм. Питатель позволяет зачерпывать материал с низкого уровня — из зумпфа, в который поступает недоизмельченный материал (пески) из классификатора, если мельница рабо­тает в замкнутом цикле с ним. Для лучшей подачи материала горлови­на 2 цапфы имеет спиральные выступы (шнек).

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

26

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

На барабане установ­лены два люка 8, предназначенные для осмотра, загрузки и выгрузки футеровки и шаров.

Привод мельницы состоит из синхронного тихоходного электродвига­теля, соединенного при помощи упругой и зубчатой муфт с приводной шестерней зубчатой передачи. Промежуточный редуктор в этом приводе отсутствует. Поэтому к. п. д. механизма на 6—8 % выше, чем привода с редуктором. Кроме этого, синхронный электродвигатель способствует повышению коэффициента мощности cosφ. На крупных обогатительных фабриках предусматривают общую двигатель-генераторную станцию для всех синхронных двигателей, а также групповую централизованную систему автоматической смазки всех установленных мельниц. Такие маслостанции успешно эксплуатируют; они не требуют постоянного об­служивания и наблюдения.

В мельницах с решеткой уровень пульпы ниже, чем в мельницах с центральной разгрузкой, поэтому удары шаров получаются более жест­кими, меньше смягчаются (амортизируются) слоем пульпы — шары и футеровка изнашиваются быстрее. Решетки и лифтеры несколько уве­личивают общую массу барабана, усложняют эксплуатацию и ремонт­ные работы, так как требуется периодическая чистка решеток от набив­шихся кусков материала.

Шаровая мельница с диафрагмой (рис. 105) отличается от предыду­щей конструкции устройством загрузочной части и футеровкой бараба­на. Диафрагма 6 представляет собой стальной конусный диск с ради­альными ребрами-лифтерами. Фланцем коробчатого сечения диафрагма приблочена к фланцу барабана 3 и крышке 5. На ребрах диафрагмы закреплены решетки 8 со щелями 7 мм. Центральная часть диафрагмы защищена глухими стальными плитами. Наклонное положение диаф­рагмы снижает износ вследствие ударов шарами.

Футеровка барабана 4 состоит из низких и высоких брусьев, уло­женных вдоль барабана и зажатых по концам футеровочными плитами 2 загрузочной крышки 1 и решетками 8. Высокие брусья толщиной 125 мм укладывают через два низких бруса толщиной 90 мм. Таким образом, создается ступенчатая безболтовая футеровка, в которой высокие брусья служат небольшими лифтера­ми.

В более длинных мельницах этой конструкции брусья дополнительно зажимают посередине барабана кольцевыми клиньями (дугами), притягиваемыми к барабану болтами. Отсутствие болтов исключает возмож­ность протекания пульпы через болтовые отверстия, упрощает и ускоря­ет работу по перефутеровке барабана.

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

27

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Щели решеток расположены по окружности, что способствует повы­шению срока службы; решетки с радиальными щелями быстрее лома­ются при заклинивании шаровой мелочью. В стыке А между горловиной

7 и крышкой 5 проложено резиновое кольцо, предохраняющее цапфу от проникновения в зазор между нею и горловиной песков, истирающих поверхности. Кроме того, во всех конструкциях мельниц предусмотрено тщательное заполнение этого пространства резиной, деревом, бетоном во избежание опасного истирания стенки цапфы, приводящего к ее обрыву и падению барабана.

К достоинствам конструкции можно отнести безболтовую футеровку барабана и наклонное расположение решеток. Недостатки конструкции состоят в наличии двух фланцев, усложняющих сборочные работы, а также в трудоемкости замены диафрагмы. Область применения мельни­цы — измельчение слабых неабразивных материалов. И в этом случае между крышкой и диафрагмой должна быть проложена защитная про­кладка, а лифтеры гуммированы.

Стержневые мельницы по своей конструкции аналогичны шаровым и отличаются лишь некоторыми деталями футеровки (см. рис. 1). На обогатительных фабриках их используют для первичного (грубого) из­мельчения руды примерно до 1—2 мм при флотационном обогащении и для измельчения мелковкрапленных руд перед гравитационными или электромагнитными способами обогащения. Применение стержневых мельниц для подготовки руды к переработке в шаровых мельницах по­зволяет значительно повысить эффективность работы последних.

Частота вращения барабана стержневой мельницы несколько мень­ше, чем шаровой, и составляет около 60—65 % критической скорости.

В последние годы в целях интенсификации измельчения пользуются повышенными скоростями, достигающими 75—80 % критической.

Внутреннюю поверхность футеровочных плит крышек делают верти­кальной, во избежание перекоса стержней во время движения, для чего их делают на 25—30 мм короче барабана. Стержни изготавливают из высокоуглеродистых (Ст7 и др.) и износостойких легированных сталей диаметром 50—120 мм. Мягкая сталь для этой цели непригодна, так как стержни быстро истираются и завиваются в петли. Петлеобразова­ние (кострение) стержней может привести к длительной остановке мельницы — распутывание и удаление скрученных стержней очень тру­доемкая и длительная операций.

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

28

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

После прокатки стержни обязательно выпрямляют. Расход дробя­щих тел зависит от многих факторов и колеблется в широких пределах. Так, на переработку 1 т руды расходуется от 150 до 500 г стержней и от 300 до 2300 г шаров. Высокие цифры расхода относятся к низкокаче­ственным шарам, изготовляемым из обычной углеродистой стали марок Ст5 и СтЗ. Наибольшей стойкостью отличаются шары из легированных сталей: хромистых, хромомолибденовых и марганцово-хромистых.

Технические характеристики действующих шаровых и стержневых мельниц с центральной разгрузкой и решеткой приведены ниже в табл. 1. Основные параметры шаровых и стержневых мельниц различных типоразмеров по ГОСТ 10141—81 приведены в табл. 2.

В процессе работы шаровой мельницы крупные шары скапливаются у разгрузочного конца, так как здесь уровень материала несколько ни­же, чем в загрузочном. При скатывании по откосу, образованному раздрабливаемым материалом и шаровой загрузкой, мелкие шары легко проваливаются между крупными и их сползание сдерживается. В ре­зультате такого разделения (сегрегации) шаров снижается эффектив­ность измельчения, так как крупные шары используют нерационально, потому что они нужнее в загрузочном конце, где находятся более круп­ные куски материала.

Для предотвращения концентрации шаров в разгрузочном конце ба­рабана применяют цилиндроконические и конические барабаны, спи­ральную и коническую футеровки цилиндрического барабана. В цилиндроконических барабанах происходит рациональная самоклассификация шаров по длине барабана, возникающая вследствие различных окруж­ных скоростей по периферии барабана мельницы. Наиболее крупные ша­ры собираются в цилиндрической части барабана, имеющей наибольший диаметр, где находятся самые крупные куски руды. По направлению к разгрузочному концу окружная скорость и диаметр шаров постепенно понижаются, при этом снижается и крупность руды.

Самоклассификация шаров способствует получению более равномер­ного (непереизмельченного) продукта и уменьшению расхода энергии на 1 т. По данным фирмы «Гардинж», поставляющей цилиндроконические мельницы (см. рис. 2, д), эффективность этих мельниц примерно на 6 % выше эффективности цилиндрических мельниц.

За рубежом цилиндроконические мельницы в настоящее время в цветной металлургии не применяют. В СССР их используют ограничен­но (например, в промышленности строительных материалов) в основном из-за низкой удельной производительности.

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

29

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Таблица   1. Техническая характеристика шаровых и стержневых мельниц.

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

30

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Значительная часть бараба­на (около 50 %) имеет меньший диаметр, производительность же при равных условиях возрастает главным образом пропорционально диамет­ру барабана в степени 2,6 согласно формуле (49).

Конические мельницы фирмы «Трикон» имеют барабаны с общим уклоном по всей длине в сторону разгрузки. Угол конусности определя­ется условиями предотвращения скатывания крупных шаров к разгру­зочному концу, т. е. условиями создания более или менее горизонталь­ного уровня материала в барабане. Таким образом обеспечивается самоклассификация шаров и меньшее снижение удельной производи­тельности по сравнению с производительностью цилиндроконических мельниц.

Приводы многих барабанных мельниц имеют открытую зубчатую пе­редачу с венцом большого диаметра на барабане. Это позволяют умень­шить передаточное число головной части привода и применить безредукторный привод с тихоходным синхронным электродвигателем. Значительную часть крутящего момента воспринимает зубчатая передача, имеющая сравнительно малое окружное усилие вследствие большого радиуса зубчатого венца. В длинных трубчатых мельницах применяют центральный привод. На рис. 106 приведен узел разгрузочной части мельницы диаметром 3200 мм и длиной 15000 мм. Конструкция этой мельницы, используемой на глиноземном заводе, отличается от других конструкций способом разгрузки продукта из барабана.

К торцу разгрузочной цапфы прикреплен соединительный пат­рубок с несколькими окнами-ще­лями, через которые продукт из­мельчения выходит в воронку. Конец патрубка имеет шлицы, при помощи которых соединяет­ся выходной вал редуктора при­водного механизма (см. рис. 2, в).

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

31

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Таблица 2. Параметры шаровых и стержневых мельниц

* В числителе — внутренний диаметр барабана, в знаменателе — его длина.

**  Масса  мельницы  указана   без   смазочного и  электрооборудования,  фундаментной   арматуры, устройств для механизации и борьбы с шумом, без мелющих тел.

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

32

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Цапфа барабана, кроме изгибающей нагрузки, подверга­ется воздействию крутящего мо­мента, который при зубчатой пе­редаче воспринимается непосред­ственно барабаном. Центральный привод имеет более высокий к. п. д., но значительно большую длину привода; следует отметить тяжелые условия работы соеди­нительного патрубка и разгрузоч­ной цапфы, подвергающейся сложным напряжениям от изгиба и скручивания.

Барабанные рудоразмольные мельницы в течение многих десятиле­тий являются незаменимыми измельчительными агрегатами на обогати­тельных фабриках, что объясняется значительными их достоинствами. Мельницы конструктивно очень просты, в эксплуатации надежны и дол­говечны (имеется много мельниц, проработавших свыше 25—30 лет): совершенно не чувствительны к попаданию в барабан металлических не дробимых предметов; конструкция допускает при некотором усовер­шенствовании отдельных узлов и деталей создание очень крупных агре­гатов полезным объемом свыше 80 м³ и диаметром барабана свыше 5 м (у мельниц самоизмельчения этот параметр может превышать 9 м).

Барабанные мельницы работают длительное время устойчиво, с пол­ной нагрузкой, что позволяет на передовых фабриках достигать высо­кого коэффициента использования движения мельниц 0,95—0,97. Устой­чивость движения создает возможность полной автоматизации измельчительных отделений обогатительных фабрик. Конструкция мельниц допускает переработку самых разнообразных материалов по крупности, абразивности и вязкости и выдачу продукта очень тонкого, измельчения (до 50 мкм).

К недостаткам барабанных мельниц относят низкое использование затрачиваемой электроэнергии — непосредственно на помол расходу­ется около 1 %. Остальная часть расходуется в виде тепловой, звуковой и других форм энергии. Контакт дробящих тел происходит по незначи­тельной поверхности — теоретически в точке при шаровом измельчении и по линии при стержневом. Значительная часть энергии бесполезно тратится на подъем истертых шаров (плоскуш), практически не участву­ющих в дроблении. Громоздкость и большая масса машин требует со­ответствующих производственных площадей с целью установки крупных грузоподъемных кранов для обслуживания и ремонта. На измельчение в барабанных мельницах затрачивается огромное количество металла (шары, стержни, футеровка), загрязняющих пульпу металлическим шламом. Высокая степень шума, издаваемого движением дробящих тел, ударяющих по футеровке, ухудшает условия труда в цехе.

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

33

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Мельницы для самоизмельчения руд получили распространение в по­следние 15—20 лет. В цветной металлургии применяют мельницы мокро­го самоизмельчения (рис. 8).

Процесс самоизмельчения заключается в том, что крупные куски руды, измельчаясь при падении, под воздействием ударов дробят более мелкие.

Рис. 8. Мельница мокрого самоизмельчения:

1-питатель; 2 - подшипник; 3 - боковая стенка барабана; 4 - футеровка; 5 - цилиндрическая царга; 6-решетка; 7 - вычерпыватель; 8 - цапфа; 9 - зубчатый венец, 10 - бутара, 11 спирали, 12 — подшипник; 13 гидродомкрат; 14 — люк.

Крупные куски в данном случае являются дробящими телами. Если в мельницу поступает вся руда после первичного дробления без грохочения мелкой фракции, то в барабане постепенно накапливается большое количество критических кусков (25—75 мм), которые малы, для того чтобы дробить другие куски, и слишком велики, чтобы быть раз­дробленными. В этом случае в мельницу загружают крупные шары (около 2,5 % объема барабана) для предотвращения накопления кри­тических шаров.

Барабан состоит из двух боковых стенок, к которым приварена ци­линдрическая царга 5 и стальные литые цапфы диаметром 2800 мм. Для обеспечения прочности и жесткости барабана боковые стенки усилены ребрами. После сборки барабан представляет собой неразъемную сварно-литую конструкцию. Для обслуживания барабана предусмотрены три больших люка боковой стенки.

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

34

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Цилиндрическая часть зафутерована пли­тами и лифтерами. Плиты загрузочной стороны имеют выступы-отражатели, которые отбрасывают крупные куски к центру, уменьшают сегре­гацию материала. На разгрузочной стороне барабана установлены ре­шетки 6 и вычерпыватели (лифтеры).

Питатель мельницы представляет собой стальной наклонный лоток на колесах. Его можно откатывать при ремонтных работах. Нижняя стенка усилена поперечными ребрами для самофутерования; на ней ус­тановлены электровибраторы, препятствующие зависанию руды в лотке.

Привод мельницы состоит из электродвигателя, закрытого редукто­ра и открытой зубчатой косозубой передачи с венцом, закрепленным на фланце разгрузочной цапфы. Барабан уложен на двух подшипниках скользящего трения с баббитовыми вкладышами диаметром 2800 мм. Смазка подшипников осуществляется от централизованной системы жидкой смазки.

В последних конструкциях мельниц применена гидростатическая смазка Система смазки предусматривает установку двух маслонасосов (один резервный) с давлением 3,5 МПа. Перед пуском мельницы масло по маслопроводам поступает в карманы подшипников. Под давлением масла цапфы в подшипниках поднимаются примерно на 0,3 мм, в тече­ние всего периода вращения работают на масляной подушке, не касаясь вкладышей. В системе предусмотрены автоблокировки: автоматический запуск резервного маслонасоса при снижении давления в маслопрово­дах; невозможность запуска мельницы до подъема барабана на масля­ную подушку и выключения насоса до остановки мельницы. Малое тре­ние гидросистемы позволяет уменьшить потребляемую мощность при установившемся движении и особенно при ее пуске.

На мельнице установлен вспомогательный привод мощностью 13 кВт. Назначение привода — вращать барабан мельницы со скоростью 0,05 об/мин во время перефутеровки и других ремонтных работ. Привод обо­рудован электроблокировкой, не допускающей включение главного при­вода при работающем вспомогательном. Червячный редуктор вспомога­тельного привода подключен к быстроходному валу редуктора главного привода. Червячное зацепление редуктора препятствует самопроизволь­ному проворачиванию барабана. При ремонтах для подъема мельницы на высоту до 30 мм применяют специальную раму и четыре гидродомкрата.

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

35

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Описанные мельницы имеют ряд достоинств, например возможность исключения из процесса помола шаров и стержней и меньшее переиз­мельчение руды. Последнее особенно ценно при переработке руд, содер­жащих золото, так как раскрошивание самородков сокращается в 4—5 раз. Другим их достоинством является возможность обойтись без сред­него и мелкого дробления.

Отрицательные качества этих конструкций состоят в том, что удель­ная производительность их ниже, а удельный расход футеровки и тру­доемкость ремонтных работ больше, чем шаровых и стержневых мель­ниц.

В цветной металлургии работают мельницы диаметром барабана 5 и 7 м (параметры последней: частота вращения 13 об/мин, крупность перерабатываемой руды до 400 мм, мощность двигателя 750 кВт, масса мельницы 386 т, масса барабана в сборе 299 т). Сызранским заводом поставляется новая мельница с барабаном диаметром 9 м, длиной 3,2 м, рассчитанная на руду, крупностью 500—600мм.

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

36

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

 КП.02.0601.00ВП.01.РПЗ

Лист

1

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата