1.2 Машини для помелу матеріалів

1.2.1 Кульові млини

Кульові млини призначені для топкого помелу матеріалів. Матеріал у млині подрібнюється ударом молотильних тіл, а також стиранням під час їх перекочування.

Кульові млини класифікують за такими ознаками:

• за принципом роботи (періодичної і неперервної дії);

• за характером роботи (що працюють у відкритому і закритому циклах);

• за способом помелу (сухого і мокрого помелу);

• за формою робочого барабана (циліндричні, конічні і трубні);

• за способом розвантаження (з механічним і пневматичним розвантаженням);

• за конструкцією завантажувального і розвантажувального пристрою (з центральним завантаженням і розвантаженням через пустотілу цапфу; із розвантаженням через торцеві грати; з периферійним розвантаженням через ґрати, завантаженням і розвантаженням через люк у барабані).

У промисловості застосовують переважно млини неперервної дії, що працюють у відкритому чи замкненому циклі, сухим чи мокрим способом.

Теорія роботи кульових млинів. Основні характеристики млина — продуктивність і питома витрата енергії. Вони залежать від фізико-механічних властивостей матеріалу, розміру шматків, заданого ступеня подрібнювання, конструктивних особливостей, способу живлення, розмірів барабана і молотильних тіл, кількості обертів барабана.

Розгляньмо три можливі види руху куль залежно від кількості обертів барабана.

Під час повільного обертання млина кулі з подрібнюваним матеріалом піднімаються до кута природного укосу і потім скочуються вниз (рис. 2.11, а). Зерна матеріалу перетираються між кулями, перетворюючись па тонкий порошок. Якщо обертання швидше (рис. 2.11, б), кулі під впливом відцентрової сили, що притискає їх до стійки млина, підніма­ються вгору і під впливом сили тяжіння каскадом падають па матеріал і кулі в нижній частині млина. При цьому матеріал подрібнюється не тільки тертям між кулями, але і за рахунок удару. Максимальній швидкості падіння куль відповідає найбільша енергія, використовувана для подрібнення матеріалу. Продуктивність млина в цьому разі найбільша.

Подальше збільшення колової швидкості зумовлює виникнення відцентрових сил, що перевищують сили тяжіння куль. Тоді кулі, притиснуті до футерівки, будуть переміщатися разом з нею (рис. 2.11, в), і подрібнювання матеріалу в млині припиниться. Колову швидкість, за якої кулі перестають відриватися від футерівки, називають критичною.

На рис. 2.12, а подано характерну картину помелу і його параметри, де А — точка відриву, у якій зовнішній шар відривається від футерівки; — кут відриву, кут між радіусом відриву і вертикальною віссю; R₀ — радіус редукованого шару куль; h — висота підйому куль.

Обертова частота. На кулю в точці відриву (рис. 2.12, б) діють сила тяжіння кулі G і відцентрова сила інерції І.

Рис. 2.11

Рис. 2.12

Сила інерції спрямована по радіусу під кутом підйому α. Швидкість обертання барабана визначають з умови рівноваги радіальної складової сили тяжіння і відцентрової сили інерції.

Умова, за якої куля буде притиснута до стінки відцентровою силою, така:

(2.51)

де m – маса кулі, кг; V=Dn – колова швидкість кулі, м/с; R₁= D/2 – радіус обертання кулі чи відстань від центра млина до центра тяжіння кулі, м.

Максимального свого значення сила інерції набуває, коли кут α = 90°, sin α = 1. Для цього випадку з рівняння (2.51) критична кількість обертів

(2.52)

Для помелу сухих матеріалів оптимальна кількість обертів.

(2.53)

Під час мокрого способу помелу волога послабляє удар куль, і в цьому випадку потрібно брати більшу оптимальну кількість обертів:

(2.54)

Продуктивність. Продуктивність кульових млинів залежить від таких чинників: розмірів млина, їх конструкції, схеми помелу, способу і регулярності завантаження, крупності матеріалу, вологості матеріалу, тонкості готового продукту.

Щоб визначити сприятливі умови роботи млинів і розрахувати їх продуктивність було проведено дослідні роботи, на підставі яких вивели формули для обчислення продуктивності. Найбільш достовірна для прак­тичних цілей формула, запропонована В. В. Алявдіним й уточнена ДІПРО-цемент:

(2.55)

де П_р— продуктивність млина для заданої тонкості помелу, т/г; V— внутрішній об'єм млина; м³; D₀ — внутрішній діаметр млина, м; M_м.т— маса завантажених молотильних тіл, т; Q_с — питома продуктивність млина під час розмелу матеріалу, узятого за еталон, яка дорівнює 40 кг/год. на 1 кВт/год. енергії, витраченої на підйом куль у млині; К_μ— коефіцієнт помелоспроможності матеріалу, що дорівнює 0,5...4,0; ή_п— коефіцієнт, що характеризує відносну ефективність помелу в певних умовах; у — залишок розмеленого матеріалу па ситі № 009, %; у₀ — залишок вихідного матеріалу на ситі № 009; т — показник степеня, що залежить від властивостей матеріалу й умов розмелу; т=- 0,8... 1,2.

Потужність двигуна урухомника барабанного млина з урахуванням маси подрібнюваного матеріалу (зазвичай М_мат = 0,14М_м.т), кВт,

(2.56)

де ή_п— ККД урухомника.

Маса завантажених молотильних тіл, кг:

(2.57)

де — коефіцієнт заповнення млина; μ = 0,65 — коефіцієнт розпушення завантажених куль; ρ = 7800 кг/м³ — об'ємна маса матеріалу куль; R — внутрішній радіус, м; L — довжина камери млина, м.