Шаровые мельницы

Шаровые мельницы получили широкое распространение в литейных цехах для тонкого измельчения сухой глины, угля и других материалов.

Шаровые мельницы могут быть с периодической и непрерывной загрузкой и разгрузкой.

Рис. 56. Устройство шаровой мельницы

Рис. 57. Схема движения шаров в шаровой мельнице

Мельницы с периодической загрузкой и разгрузкой наиболее просты по конструкции, но менее производительны и труднее под­даются автоматизации.

Мельницы с непрерывной загрузкой (рис. 56) представляют собой бара­бан 5 с днищами 3, в которые встроены полые цапфы 1 и 4. Через цапфу 1 материал непрерывно загружается, а через выгрузочную цапфу 4 измельченный материал удаляется самотеком или при помощи воздушного потока, создаваемого вентилятором, в при­емное устройство (на рисунке не показано). Привод мельницы осуществляется от электро­двигателя через редуктор и открытую зубчатую передачу 2.

При вращении барабана шары поднимаются на определенную высоту. Достигнув этой высоты, шары вместе с материалом падают и под действием удара измельчают его.

Падение шаров в этом случае происходит по некоторой параболи­ческой траектории (рис. 57). Такое движение шаров называется водопадным. Это оптимальный режим работы мельницы, так как в этом случае полезная работа максимальна, а износ шаров минимален. Разрушение материала происходит за счет удара шарами.

При малой частоте вращения барабана мельницы шары поднима­ются до верхнего слоя, а затем скатываются вниз или скользят по поверхности футеровки. Такое перемещение шаров называется каскадным. При этом полезная работа будет незна­чительной, так как измельчение материала происходит в результа­те его истирания шарами.

При большой частоте враще­ния мельницы шары под дейст­вием центробежной силы не смо­гут оторваться от футеровки барабана, и будут вращаться вместе с ним. В этом случае никакого из­мельчения материала не происхо­дит. Наименьшую частоту враще­ния, при которой не происходит свободного падения шаров, называют критической.

Очевидно, оптимальная частота вращения будет тогда, когда часть пути шар движется вдоль стенки барабана, и в тот момент, когда радиально направленная составляющая силы тяжести достигнет величины центробежной силы, шар отрывается от стенки и падает подобно свободно падающему телу (рис. 57). Оптимальная частота вращения (с^–1) шаровой мельницы определяется следующей зависимостью:

,

(121)

где D – внутренний диаметр мельницы, м.

В мельницу следует загружать такое количество шаров, 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. Коэффициентом заполнения называется отношение пло­щади загрузки шарами поперечного сечения неподвижной мельницы F₁ ко всей площади ее сечения F:

.

(122)

Коэффициент заполнения должен быть в пределах 0,2¸0,35 в зави­симости от условий работы мельницы.

Полную загрузку мельницы G (в тоннах) мелющими телами при принятом коэффициенте заполнения y₁ подсчитывают по формуле

,

(123)

где R – внутренний радиус офутерованного барабана мельницы, м;

L – длина барабана, м;

r – плотность шаров, r = 3, 5¸4, 0 т/м³;

y – коэффициент разрыхления загружаемого материала,

для практических расчетов принимают y = 0,5¸0,6.

С увеличением массы загрузки абсолютная производительность шаровой мель­ницы увеличивается, но удельная производительность (т/ч на 1 кВт мощности) уменьшается. Перегрузка мельницы шарами вредна, так как она приводит к перерасходу электроэнергии и к ускоренному износу шаров и футеровки. При малой загрузке мельницы шарами производительность ее уменьшается. Оптимальный диаметр шаров определяют по приближенной формуле

,

(124)

где d – наибольший размер кусков измельчаемого материала, мм.

Мощность электродвигателя (в кВт) шаровой мельницы

,

(125)

где m – масса мелющих тел, т;

c – коэффициент, учитывающий размеры и форму мелющих тел и коэффициент заполнения y₁;

c = 10¸15 для шаров диаметром 50¸80 мм и y₁ = 0,2¸0,35;

h – коэффициент полезного действия привода, h = 0,90¸0,95.

Производительность шаровых мельниц (в т/ч) можно с достаточ­ной точностью подсчитать по эмпирической формуле

,

(126)

где A – опытный коэффициент размолоспособности материала (для углей различных марок A = 1,5¸4,5, для глины A = 0,5¸2,5).