Расчет шаровой мельницы

метки: Мельница, Барабанный, Шаров, Материал, Периодический, Центральный, Непрерывный, Затем

Барабанные мельницы используются при производстве цемента, извести, гипса, керамических изделий и т.п. для измельчения материала до частиц размером менее десятых долей миллиметра. Процесс помола отличается большой энергоёмкостью и стоимостью.

В барабанных мельницах материал измельчается внутри полого вращающегося барабана. При вращении мелющие тела (шары, стержни) и измельчаемый материал (называемые «загрузкой») сначала движутся по круговой траектории вместе с барабаном, а затем падают по параболе. Часть загрузки, расположенная ближе к оси вращения, скатывается вниз по подстилающим слоям. Материал измельчается в результате истирания при относительном перемещении мелющих тел и частиц материала, а также вследствие удара.

В промышленности строительных материалов барабанные мельницы получили наибольшее применение.

Классификация барабанных мельниц

Барабанные мельницы классифицируют по:

• режиму работы — периодического и непрерывного действия;
• способу помола — сухого и мокрого помола;
• характеру работы — мельницы, работающие по открытому и замкнутому циклу;
• форме мелющих тел — шаровые, стержневые и самоизмельчения (без мелющих тел);
• способу разгрузки — с механической и пневматической разгрузкой;
• загрузочного и разгрузочного устройства — с загрузкой и выгрузкой через люк, через полые цапфы и с периферийной разгрузкой;
• привода — с центральным и периферийным приводом.

Барабанные мельницы различаются между собой следующими признаками: измельчающей средой, т. е. родом применяемых измельчающих тел (шары, стержни, ролики, галька, крупные куски руды); геометрической формой барабана (короткий цилиндр, длинный цилиндр, конус); способом разгрузки материала из барабана (разгрузка периодическая или непрерывная; причем последняя может быть: через диафрагму, а затем через цапфу или непосредственно через цапфу или только через диафрагму; способом измельчения (сухой, мокрый).

Классификация барабанных мельниц приведена в табл. 1, которую иллюстрирует рис. 1.; Придерживаясь последовательности, принятой в табл. 3, и кратко характеризуя мельницы различного типа, можно отметить следующие их особенности.

Классификация барабанных мельниц

Тип мельниц	Измельчающие тела	Способ разгрузки готового продукта	Способ измельчения
А. Барабанные вращающиеся мельницы (тихоходные)
1. Шаровая периодического действия (рис. 1, а)	Стальные шары	Периодическая разгрузка через люк	Сухой (для лабораторных — сухой и мокрый)
2. Шаровая с периферической разгрузкой (рис. 1, б)	Стальные шары	Разгрузка через цилиндрическое сито	Сухой и мокрый
3. Шаровая с центральной разгрузкой (рис. 1, в)	Стальные шары	Центральная разгрузка (непосредственно через цапфу)	Сухой и мокрый
4. Шаровая с решеткой (рис. 1, г)	Стальные шары	Разгрузка через решетку, а затем через цапфу	Сухой и мокрый
5. Шаровая с открытым концом (рис. 1. д)	Стальные шары	Через решетку (без цапфы)	Сухой и мокрый
6. Трубная однокамерная (рис. 1, е)	Стальные шары	Центральная разгрузка (через цапфу)	Сухой и мокрый
7. Трубная многокамерная (рис. 1, ж)	Стальные шары	Между камерами — разгрузка через решетку; из последней камеры — центральная разгрузка	Сухой и мокрый
8. Коническая мельница (рис. 1, з)	Стальные шары	Центральная разгрузка
9. Стержневая с центральной разгрузкой (рис. 1, и)	Стальные стержни (длиной, равной длине барабана)	Центральная разгрузка	Мокрый
10. Стержневая с периферической разгрузкой (рис. 1, к)	Стальные стержни	Разгрузка через окна в барабане	Сухой
11. Галечная	Галька, куски твердых горных пород или фарфоровые шары	Разгрузка центральная непрерывная или периодическая	Сухой и мокрый
12. Рудно-галечная бесшаровая (рис. 4, л)	Крупные куски измельчаемой руды	Разгрузка через цапфу	Сухой и мокрый
13. Барабанная роликовая (рис. 4, м)	Массивный ролик	Периферическая разгрузка через окна (или центральная сливная)	Мокрый и сухой
Б. Вибрационные барабанные мельницы (быстроходные
14. Вибрационная шаровая периодического действия	Стальные шары	Периодическая (через люк)	Мокрый и сухой
15. Вибрационная шаровая непрерывного действия	Стальные шары	Непрерывная центральная (воздушным потоком)	Сухой
16. Вибрационнаяная стержневая непрерывного действия	Стержни	Периферическая (через решетку)	Сухой
17. Вибрационная роликовая периодического действия	Массивный ролик	Периодическая	Сухой
18. Вибрационная роликовая непрерывного действия	Массивный ролик	Периферическая через отверстия в цилиндре	Сухой и мокрый
19. Центробежная многокамерная с неподвижным вертикальным барабаном (рис. 4, н)	Ролики или шары	Непрерывная (через щель между диском и корпусом)	Сухой и мокрый
12. Рудно-галечная бесшаровая (рис. 4, л)	Крупные куски измельчаемой руды	Разгрузка через цапфу	Сухой и мокрый
13. Барабанная роликовая (рис. 4, м)	Массивный ролик	Периферическая разгрузка через окна (или центральная сливная)	Мокрый и сухой
14. Вибрационная шаровая периодического действия	Стальные шары	Периодическая (через люк)	Мокрый и сухой
15. Вибрационная шаровая непрерывного действия	Стальные шары	Непрерывная центральная (воздушным потоком)	Сухой
16. Вибрационнаяная стержневая непрерывного действия	Стержни	Периферическая (через решетку)	Сухой
17. Вибрационная роликовая периодического действия	Массивный ролик	Периодическая	Сухой
18. Вибрационная роликовая непрерывного действия	Периферическая через отверстия в цилиндре	Сухой и мокрый
19. Центробежная многокамерная с неподвижным вертикальным барабаном (рис. 4, н)	Ролики или шары	Непрерывная (через щель между диском и корпусом)	Сухой и мокрый

Барабанные вращающиеся мельницы (тихоходные).

Шаровая мельница периодического действия. Барабанные однокамерные шаровые мельницы периодического действия (рис. 1, а) наиболее просты по конструкции, но обладают малой производительностью. Мельницы <#»651843.files/image002.gif»>

Схема сопряжения шаровой мельницы со спиральным классификатором для работы в замкнутом цикле

При работе шаровой мельницы к ее разгрузочной цапфе вместе с тонкоразмолотым материалом неизбежно перемещаются также и крупные фракции, присутствие которых в готовом продукте нежелательно или вообще недопустимо по технологическим соображениям. В целях получения готового продукта с заданной ограниченной предельной крупностью измельчение осуществляется в замкнутом цикле, для чего мельницу часто соединяют в один агрегат с механическим или центробежным классификатором либо грохотом, реже — с воздушным сепаратором.

На рис. 2 показана схема сопряжения шаровой мельницы со спиральным механическим классификатором для работы в замкнутом цикле. При мокром помоле измельченный и взмученный в воде материал сливается через разгрузочную пустотелую цапфу 1 барабана 2 и направляется по желобу 3 в механический классификатор 4, где выделяется годный по крупности слив. Крупные частицы материала, не удовлетворяющие кондициям по крупности, оседают на дне классификатора, образуя так называемые пески. С помощью спиралей 5 (или качающихся гребков) пески выносятся в верхнюю часть корыта классификатора. Затем по желобу 6 они возвращаются в приемный кожух 7 улиткового или комбинированного питателя, с помощью которого присоединяются к вновь поступающему материалу-исходному питанию. По аналогичной схеме в сопряжении с воздушными сепараторами работают мельницы, предназначенные для сухого помола в замкнутом цикле.

Однокамерные трубные мельницы. Появление трубных мельниц (см. рис. 1, е), в которых длина барабана в 5-6 раз превышает его диаметр, было вызвано стремлением получить в одном агрегате наибольшую степень измельчения, не прибегая к замкнутому циклу. Сравнительно большая длина трубной мельницы (где в качестве измельчающих тел применяются шары) почти исключает вероятность попадания нежелательных крупных фракций в готовый продукт, чем устраняется необходимость контрольной классификации размолотого материала по принципу замыкания цикла. В этом состоит преимущество длинной трубной мельницы, получившей свое название благодаря сходству с трубой большого диаметра.

Недостаток ее в том, что шары одних и тех же размеров используются не только для размола крупного материала, находящегося вблизи загрузочного конца, но и для доизмельчения мелкого продукта, накапливающегося вблизи разгрузочной цапфы. Таким образом, наличие одной длинной камеры не обеспечивает надлежащего использования мелющих тел, так как для различных по крупности материалов требуются шары разных размеров; однообразные по сортаменту смеси шаров работают менее эффективно.

Многокамерные трубные мельницы. Отмеченный выше недостаток трубных мельниц устранен в многокамерных трубных мельницах, где материал размалывается последовательно в несколько стадий (см. рис. 1, ж).

Камеры отделены одна от другой решетчатыми диафрагмами, через щели которых проходят промежуточные продукты измельчения. Для каждой камеры, применительно к постепенно уменьшающимся размерам кусков и зерен материала, дифференцированно подбирают измельчающие тела соответствующего размера и формы: в первую камеру загружаются самые крупные шары, в последнюю — самые мелкие (взамен мелких шаров часто применяют мелющие тела цилиндрической формы).

Конические шаровые мельницы. Идея естественной сегрегации шаров была положена в основу конструкции конических мельниц (см. рис. 1, з), где в отличие от чисто цилиндрических мельниц, по мысли их изобретателя вблизи загрузочной часта должны располагаться наиболее крупные шары, в то время как мелкие — должны оттесняться в коническую часть мельницы, к ее разгрузочной цапфе. В результате такого расслоения (сегрегации) шаров более, крупный материал будет разрушаться в конической мельнице крупными шарами, а более мелкие зерна руды подвергнутся затем измельчению мелкими шарами и благодаря этому общая эффективность работы шаровой загрузки будет выше.

Стержневые мельницы. Стремление к всемерному снижению переизмельчения продукта привело к идее использования в качестве измельчающей среды для барабанных мельниц не шаров, а цилиндрических стержней. Мельницы <#»651843.files/image003.gif»>

— Двухкамерная шаровая мельница состоит из полого сварного барабана 21, закрытого с обеих сторон стальными литыми крышками 5 и 6 с полыми цапфами 4 и 10. Внутренняя поверхность барабана делится перегородкой 19 со щелевидными отверстиями на две камеры, заполненные стальными шарами.

В первой камере по ходу движения материала шары крупнее, чем во второй. Это повышает эффективность помола за счет обеспечения соответствия размеров шаров и кусков измельчаемого материала. Барабан шаровой мельницы цапфами опирается на подшипники 22; вращение ему передается от электродвигателя через редуктор и зубчатую муфту 14. Внутренняя поверхность барабана и крышек футерована плитами 20. Загрузка материала в барабан осуществляется через течку 1 и питатель 2. Затем материал захватывается лопастями 23 и попадает в полую загрузочную цапфу, имеющую шнековую насадку 3. Выгрузка материала происходит через полую цапфу 10. Измельченный материал из барабана проходит через торцовую решетку 7 и поступает на элеваторное устройство. Между решеткой и торцовой крышкой установлен конус 8 с приваренными к нему радиальными лопастями 18, образующими ряд секторов. Материал, попавший в нижний сектор, при вращении барабана поднимается и по конусу 8 ссыпается в полость шнековой насадки 9, размещенной в полой цапфе 10. Через окна в разгрузочном патрубке 13 материал попадает на сито 12, служащее для задержания раздробленных мелющих тел. Через патрубок 11 в кожухе 15 осуществляется аспирация воздуха.

Барабанная шаровая мельница использует в своей конструкции подшипники скольжения сферические самоустанавливающиеся, состоящие из корпуса 17, крышки и нижнего вкладыша 16. Барабан мельницы изготавливают сварным из листовой стали. Его внутренняя поверхность футерована плитами из износостойких материалов со звукоизолирующими прокладками. Профиль и схема установки футеровочных плит существенно влияет на процесс измельчения материала и производительность барабанных мельниц. Барабанная шаровая мельница имеет максимальную полезность при избирательном измельчение материала, когда крупные частицы измельчаются ударом, а мелкие — истиранием . Шаровая мельница следовательно должна обеспечивать чередование ударного режима с истиранием. На практике это реализуется за счет использования для футеровки элементов, обеспечивающих переменный коэффициент сцепления мелющих тел со стенками барабана.

Барабан представляет собой сварную конструкцию из листовой стали, внутренняя поверхность которого футеруется броневыми листами. Для предохранения внутренней поверхности барабана от повреждения, а также для снижения шума и теплопотерь под бронеплиты прокладывают асбестовую ткань или другой подобный материал.

Междукамерные перегородки мельниц бывают с радиальным или концентрическим расположением щелей, одинарные, двойные или элеваторные. Их выполняют из марганцовой стали. Применение наклонной междукамерной перегородки увеличивает интенсивность обработки материала мелющими телами, в результате чего повышается производительность мельниц. Загрузочные и разгрузочные торцовые крышки изготовляются из стального литья и присоединяются к фланцам барабана болтами. Внутренняя поверхность торцовых крышек также футерована бронеплитами. Загрузочные и разгрузочные трубошнеки имеют сварную конструкцию и способствуют равномерной загрузке и разгрузке материала мельницы. Барабанные мельницы сравнительно просты по конструкции и удобны в эксплуатации. Однако они имеют существенные недостатки: малые скорости воздействия мелющих тел на материал, в работе участвует только часть мелющих тел, рабочий объём барабана используется на 35-45%, расход энергии составляет 35-40 кВт в ч/т.

Назначение шаровой мельницы

Под измельчением твердых материалов (ТМ) понимают направленное уменьшение их размеров путем механического (реже — какого-либо иного) воздействия на ТМ.

Общее назначение процессов измельчения:

увеличение поверхности контакта измельчаемого ТМ для осуществления ряда химических, физических, физико-химических процессов, если именно поверхность межфазного контакта определяет интенсивность процесса в целом.

применение ТМ в последующих конкретных технологических процессах, если их возможно осуществить с ТМ только в тонкоизмельченном состоянии (составление композиций и др.)

выделение («вскрытие») целевого компонента, изначально существующего в твердой породе в смеси с ней (например, процессы выщелачивания в гидрометаллургии или полимерных технологиях).

Классификация размольных машин. Процессы измельчения формально и условно классифицируют по размерам (начальному d _н и конечному d_k ) зерен, кусков, частиц ТМ, иногда дополнительно и по степени измельчения.

Более обоснованной является классификация по способам измельчения. Основные из этих способов: раздавливание; изгиб, иначе — разламывание; раскалывание; удар и истирание. В размольных машинах разрушение ТМ, как правило, происходит одновременно несколькими способами, так что следует говорить о комбинированном воздействии на ТМ, может быть — с преобладанием какого-либо одного или двух-трех способов. При этом выбор способа (соответственно — типа размольной машины) определяется свойствами ТМ и отчасти исходным и конечным размерами кусков.

Мельница шаровая предназначена для размалывания (истирания) ТМ; каменного угля, глины, кокса, графита, формовочного песка и может быть использована для измельчения других материалов: шамота, кварца, шифера, известняка и т.д. тонкость помола достигается путём установки сит требуемой густоты.

Шары стальные мелющие для шаровых мельниц

По твердости шары металлические подразделяются на 4 группы:

• Нормальной твердости общего назначения
• Повышенной твердости общего назначения
• Высокой твердости для измельчения руд черных металлов
• Особо высокой твердости для измельчения руд цветных металлов, цемента и огнеупоров

Диаметр стальных помольных шаров варьируется от 15 мм до 120 мм.

Условный диаметр, мм	Номинальный диаметр, мм	Масса одного шара, кг
15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120	15,0 20,0 25,0 31,5 41,5 52,0 62,0 73,0 83,0 94,0 104,0 114,0 125,0	0,014 0,033 0,064 0,128 0,294 0,58 0,98 1,60 2,35 3,41 4,62 6,09 8,03

Расчет шаровой мельницы

Исходные данные:

Диаметр барабана D, 1500 в мм

Длина барабана L, 5605 в мм

Производительность 5 — 6 т/ч

Частота вращения барабана 28 об/мин

Масса мелющих тел (в зависимости от комплектации) 12 т

Задача расчета:

Определение оптимального числа оборотов барабана, производительности шаровой мельницы и потребной мощности для ее работы. Кроме того теоретически проверяем заявленные разработчиком мельницы (модель СМ-436) параметры.

Схема движения шаров в шаровой мельнице к расчету оптимальной частоты вращения барабана

Методика расчета:

• Определение оптимального значения числа оборотов барабана.

Частота вращения барабана должна быть такой, чтобы шары и материал под действием центробежных сил инерции прижимались к внутренней поверхности барабана на наиболее выгодной высоте Н, а затем, падая вниз, выполняли наибольшую работу измельчения. Максимум высоты падения шара, как показывают расчеты достигается при угле отрыва = 54⁰ 40`.

Для шаровых вращающихся мельниц <#»651843.files/image006.gif»>

• острыми гранями, а шероховатость их поверхности невелика.

а) б) в) г)

Схемы движения размольных тел в шаровой вращающейся мельнице <#»651843.files/image007.gif»>;

, с^-1

n=0,44 об/сек=26,4 об/мин

Критическая частота вращения барабана определяется по формуле

n_кр = 51,7 об/мин = 0,86 об/сек

барабанный шаровой мельница мощность

Барабан мельницы вращается с частотой 60-95% «критической частоты вращения». При превышении этого предела мельница выходит из строя раньше положенного срока. При значительном превышении критической частоты вращения мелющие тела центробежной силой прижимаются к барабану и измельчение прекращается. Для работы при сверхкритической частоте вращения требуются гладкие футеровочные плиты внутри барабана, малая нагрузка крупных шаров.

Где G — сила тяжести шара, g — ускорение силы тяжести, R — радиус окружности проходящей через центры шаров внешнего слоя

• Оптимальный диаметр шаров определяют по приближенной формуле:

,м

где d — наибольший размер частиц измельчаемого материала, м

, м Dш=0,08 м

• Определяется расчетный радиус барабана мельницы

, м Rб=0,71 м

• Редуцированный радиус шаровой загрузки

, м Ro=0,55 м

• Определяется вес шаровой загрузки

Количество шаров, загружаемых в мельницу, должно быть таким, чтобы во время ее работы каждый ряд шаров совершал движение по своей траектории, не сталкиваясь с шарами других рядов. Величина загрузки мельницы мелющими телами характеризуется коэффициентом заполнения

Где F1 — площадь загрузки шарами поперечного сечения неподвижной мельницы; F — площадь поперечного сечения всей мельницы.

В зависимости от условий работы коэффициент заполнения принимают в пределах

Полную загрузку мельницы G мелющими телами при принятом рассчитывают по формуле

, т G=9,65 т

Где D — внутренний диаметр барабана мельницы, L — Длина барабана, (плотность шаров) = 3,5…4 т/м³ =0,5…0,6 — коэффициент разрыхления загружаемого материала r=78кг/м³

• Производительность шаровой мельницы определяется по формуле

=6,45V ⋅ D ⋅ (G / V )0,8 ⋅ q y ⋅ K n

где qу — удельная производительность, т/кВт*ч мощности (при мокром помоле 0,05-0,25, при сухом 0,03 — 0,4);

• Кп — поправочный коэффициент на тонкость помола (при остатке на сите от 2 до 20 % соответственно составляет от 0,588 до 1,425);
• внутренний диаметр мельницы, м;
• масса мелющих тел, т;
• внутренний объем мельницы, м3.

V= G/jrV=9,65/7,8х0,25=4,94 м ³

Q=6,45х4,94х1,5х(9,65/4,94)х0,8х0,05х1,4=5,2 т

• Рассчитывается мощность потребляемая шаровой мельницей

Мощность, потребляемая шаровой мельницей расходуется на сообщение шарам кинетической энергии при каждом цикле движений.

, кВт

= 0,01 х 9,65 х 0,86 = 0,0

Вывод

Из расчета следует, что основные заявленные параметры мельницы модели СМ-436 соответствуют рассчитанным данным с небольшим отклонением в расчете в пределах 10%.

Список используемой литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovaya/barabannyie-sharovyie-melnitsyi/

1 Ким В.С., Скачков В.В. Оборудование подготовительного производства заводов пластмасс. М., Машиностроение, 1977

В.М. Королев, Е.И. Шитов Оборудование литейных цехов. Минск 1998

В.Я. Борщев Оборудование, для измельчения материалов: дробилки и мельницы. Учебное пособие. Тамбов: Издательство Тамбовского Технического Университета, 2004. 75с