Содержание к диссертации
Введение
Проблема измельчения твердых горных пород (Размольное оборудование и состояние вопроса) 9
1.1. Краткий анализ измельчителей, применяемых для тонкого помола карбонатных пород 9
1.2. Обзор теоретических и экспериментальных работ, посвященных исследованию планетарных мельниц 16
1.2.1. История развития планетарных мельниц 16
1.2.2. Результаты исследований планетарных мельниц 21
1.3. Постановка задачи, цель исследований 36
Выводы 39
2. Исследование движения материала в центробежном питателе 41
2.1. Анализ конструкций питающих устройств 41
2.2. Устройство и описание экспериментальной модели центробежного питателя и проведенных на ней исследований 50
2.3. Уравнения относительного движения материальной частицы в питателе планетарной мельницы 54
2.4. Анализ уравнений относительного движения частицы в центробежном питателе и определение его пропускной способности 63
Выводы 72
3. Экспериментальное исследование лабораторной планетарной мельницы с двумя степенями свободы 74
3.1. Задачи экспериментального исследования 74
3.2. Устройство и описание экспериментальной установки 75
3.3. Режимные и конструктивные параметры планетарной мельницы с двумя степенями свободы 79
3.4. Расследование удельной производительности планетарной мельницы в зависимости от ^ 82
3.4.1. Условия проведения экспериментов 82
3.4.2. Поиск математической модели 0,=4,(4^) 83
3.4.3. Исследование области экстремума, представленной уравнением второй степени 92
3.5. Экспериментальное определение полезной мощности, потребляемой планетарной мельницей 99
3.5.1. Математическая модель N = IV (Ч\ ^) 99
3.5.2. Исследование области экстремума 104
3.6. Исследование процесса тонкого измельчения карбонатных пород 106
3.6.1. Кинетика измельчения 106
3.6.2. Зависимость удельной поверхности от удельных энергозатрат III
Выводы 112
4. Экспериментальное исследование планетарной центробежной мельницы непрерывного действия 115
4.1. Устройство и описание мельницы непрерывного действия 115
4.2. Исследование удельной производительности мельницы непрерывного действия в зависимости
4.2.1. Условия проведения экспериментов 119
4.2.2. Поиск математической модели CL=^(Я^ У) 121
4.2.3. Исследование области экстремума 125
4.3. Экспериментальное определение полезной мощности 128
4.3.1. Математическая модель Л/ = Л/(т, ?) 128
4.4. Исследование процесса тонкого измельчения карбонатных пород в полупромышленной мельнице 132
4.5. Сопоставление результатов экспериментальных исследований лабораторной и полупромышленной мельниц 139
4.6. Сопоставление планетарной центробежной мельницы с шаровой мельницей по удельной производительности и эффективности измельчения 142
Выводы 145
5. Расчет основных параметров планетарной мельницы 148
5.1. Выбор кинематической схемы привода мельницы 148
5.2. Расчет энергетических и силовых параметров планетарной мельницы с двумя степенями свободы 156
5.3. Методика расчета планетарной центробежной мельницы 161
5.4. Ожидаемый экономический эффект от внедрения планетарной центробежной мельницы непрерывного действия 163
Выводы 164
Заключение 165
Литература 168
Приложения
- Краткий анализ измельчителей, применяемых для тонкого помола карбонатных пород
- Анализ конструкций питающих устройств
- Задачи экспериментального исследования
- Устройство и описание мельницы непрерывного действия
- Выбор кинематической схемы привода мельницы
Краткий анализ измельчителей, применяемых для тонкого помола карбонатных пород
В настоящее время в СССР в производстве строительных материалов, черной и цветной металлургии и в химической промышленности ежегодно измельчается более 2,5 млрд. тонн горных пород, на что затрачивается около 35 млрд. киловатт-часов электроэнергии и свыше I млн. тонн высококачественных сталей, в том числе около 200 тыс. тонн на изготовление конструкционных элементов мельниц и 800 тыс. тонн на футеровки и мелющие тела [4, 55]. В денежном выражении затраты на измельчение превышают 1,5 млрд. рублей в год. Следует ожидать заметного роста затрат, обусловленного дальнейшим увеличением объемов производства, а также тенденцией к повышению степени измельчения продуктов и увеличением их прочности и абразивности вследствие необходимости разработки обедненных руд и других полезных ископаемых с повышенным содержанием пустой породы, песка и других примесей, как правило, высокоабразивных и прочных. Поэтому большое значение имеет улучшение технико-экономических показателей измельчения. Повышение технико-экономических показателей может быть достигнуто выполнением комплекса мероприятий, к числу которых относятся:
I. Выбор рациональной технологической схемы, соответст - 10 вующей объему производства (с учетом перспектив его развития), требованиям, предъявляемым к готовому продукту; физическим и механическим свойствам перерабатываемого сырья и т.д.;
2. Применение современных, наиболее производительных и экономичных методов измельчения, причем выбор конкретного способа должен определяться с учетом физико-механических свойств исходного материала, его влажности, требуемой степенью измельчения, гранулометрическим составом готового продукта и т.д.;
3. Выбор рационального режима работы мельницы и ее питания для получения максимальной производительности;
4. Расширение теоретических и экспериментальных исследований с целью совершенствования существующих и разработки новых прогрессивных способов измельчения, улучшения качества мелющих тел и футеровок.
Одним из способов утилизации отходов карбонатных пород является производство известняковой и доломитовой муки для нужд сельского хозяйства. В настоящее время предусматривается довести выпуск известняковой и доломитовой муки до 30 млн. тонн в год. Для помола известняков (доломитов) в зависимости от их прочности и требований, предъявляемых к качеству готового продукта, применяются различные типы измельчителей (см. табл. I.I) [553.
Анализ конструкций питающих устройств
Для успешного внедрения планетарной центробежной мельницы непрерывного действия необходимо создать питающее устройство, обеспечивающее бесперебойную подачу материала в рабочие барабаны, т. е. обладающее определенной пропускной способностью.
Питающее устройство планетарной мельницы непрерывного действия обычно состоит из приемника материала и питающих патрубков. Приемник материала жестко закреплен на водиле и вращается вместе с ним. Питающие патрубки одним своим концом неподвижно прикрепляются к приемнику материала, а другим концом свободно входят в отверстия крышек рабочих барабанов. Питающие патрубки могут иметь в сечении круг, квадрат, прямоугольник, эллипс; размеры поперечного сечения питателя определяются максимальными размерами частиц загружаемого материала, а также общей компоновкой мельницы (прежде всего диаметром рабочего барабана) и производительностью измельчения. Для предотвращения сводообразования максимальный размер частиц материала не должен превышать 1/3 диаметра патрубка Г35І. Кроме того, диаметр патрубка не может быть больше диаметра полой цапфы, через которую происходит загрузка рабочего барабана. Длина питающего патрубка зависит от угла наклона к цен - 42 тральной оси мельницы, диаметра приемника материала и радиуса водила.
Г.П.Жарков Г337 исследовал приемники материала различных конструкций. Самая простая конструкция приемника материала представляет собой пустотелый цилиндр с выпускными окнами на образующей поверхности (рис. 2.1). Поступающий в него материал подается к выпускным окнам либо за счет центробежных сил и собственного веса (мельница с горизонтальными осями вращения), либо только за счет центробежных сил (вертикальная мельница).
При проведении экспериментальных исследований на модели приемника с двумя выпускными окнами было установлено, что большая часть загружаемого материала при вращении приемника прижимается под действием центробежных сил к его внутренней поверхности между выпускными окнами, уменьшая полезный объем приемника и тем самым ограничивая подачу в него материала (рис. 2.1). Это обстоятельство может привести к тому, что мельница будет работать с недогрузкой. Повысить производительность приемника можно путем увеличения количества выпускных окон, но при этом во столько же раз увеличивается число рабочих барабанов. Поэтому конструкция приемника должна быть такой, чтобы обеспечивалась бесперебойная передача материала в рабочие барабаны при любом числе выпускных окон.
Г.П.Жарков предложил повысить пропускную способность приемника материала за счет применения прямолинейных разгонных лопастей, которые различаются по форде, расположению и длине (рис. 2.2).
Задачи экспериментального исследования
Анализ теоретических и экспериментальных исследований планетарных мельниц показал, что в связи со сложностью процесса планетарного измельчения на данном этапе более закономерным является, в основном, экспериментальный путь исследований, обобщение результатов которых послужило бы базой для создания опытно-промышленного образца планетарной мельницы непрерывного действия и дальнейших теоретических исследований.
Основными задачами экспериментального исследования являются:
1. Исследование технологических и энергетических харак
теристик мельницы:
- удельной производительности при измельчении карбонатных пород в зависимости от безразмерной частоты вращения барабана V и степени заполнения f ;
- полезной мощности, потребляемой электродвигателями мельницы в зависимости от ЦІ и (f ;
- удельных энергозатрат.
2. Исследование процесса тонкого измельчения карбонатных пород:
- 75 - кинетики измельчения;
- скорости измельчения;
- зависимости удельной поверхности измельчаемого материала от удельных энергозатрат;
- характеристики крупности готового продукта и определение коэффициентов уравнения Розина - Раммлера.
3. Исследование износа мелющих тел, внутренней поверхности рабочих барабанов и выпускных решеток мельницы непрерывного действия.
Устройство и описание мельницы непрерывного действия
С целью уточнения результатов теоретических и экспериментальных исследований, полученных в главах 2 и 3, автором был создан экспериментальный образец планетарной центробежной мельницы непрерывного действия (рис. 4.1-4.2). Мельница (рис. 4.1) состоит из двух рабочих барабанов, центрального вала, передаточного механизма, питающего и разгрузочного устройств. На сварной раме 7 закреплены подшипники центрального вала 10. Центральный вал получает вращение от вспомогательного электродвигателя 9 через клиноременную передачу со сменными шкивами, что позволяет изменять частоту вращения центрального вала в достаточно широком диапазоне (100-650 об/мин). На центральном валу жестко закреплена солнечная шестерня I. Водило, состоящее из двух дисков 5 и II, жестко связанных между собой, установлено на центральном валу на шарикоподшипниках, что позволяет ему вращаться относительно вала. Привод водила осуществляется посредством клиноременной передачи от основного электродвигателя 6.
Больший из двух дисков выполнен в виде шкива клиноременной передачи. Подшипники рабочих барабанов жестко закреплены на шкиве-водиле 5 и в корпусах вспомогательного диска II. На рабочих барабанах 4, представляющих собой длинный цилиндр и имеющих вертикальные оси вращения, жестко закреплены планетарные шестерни 3, предназначенные для сообщения барабану сложного абсолютного движения. Разгрузочный конец барабана закрыт съемной решетчатой торцевой крышкой.
Питающее устройство мельницы состоит из загрузочной воронки и трубчатых питателей 12. С целью ликвидации заторов материала внутри питающих патрубков они выполнены составными, с углами наклона к центральной оси мельницы, равными 60 и 30. Внутренний диаметр патрубков был принят равным 80 мм. Питающие патрубки одним своим концом прикрепляются неподвижно к загрузочной воронке, а другим концом - к крышкам рабочих барабанов.
Измельчаемый материал из бункера (на рис. 4.1-4.2 не показан) через регулируемую разгрузочную щель поступает в питающее устройство мельницы, а затем с помощью центробежных сил по питающим патрубкам попадает в рабочие барабаны. Частота вращения барабана относительно водила определяется отношением чисел зубьев солнечной и планетарной шестерен дифференциального механизма и разницей частот вращения водила и солнечной шестерни, приводимых в движение различными электродвигателями. Таким образом, мельница обладает двумя степенями свободы, что позволяет изменять соотношение в широком диапазоне.
Выбор кинематической схемы привода мельницы
Проведенные теоретические и экспериментальные исследования по тонкому измельчению карбонатных пород показали, что интенсивность измельчения в планетарной мельнице весьма существенно зависит от кинематических параметров привода и прежде всего от безразмерной частоты вращения барабана У (или от передаточного отношения мельницы К ). При использовании в качестве привода планетарного механизма передаточное отношение мельницы является величиной постоянной и зависит как по модулю, так и по знаку от кинематической схемы, а также от чисел зубьев колес планетарной передачи. где Д- Ч .4 передаточное отношение мельницы; частота вращения соответственно барабана и водила; передаточное отношение от сателлита к центральному колесу при неподвижном водиле; число зубьев соответственно центрального колеса и сателлита.
Выбор кинематической схемы привода, являющегося основой мельницы, определяется прежде всего заданием на измельчение (свойствами исходного материала, выходом расчетного класса, производительностью и т.д.) и, следовательно, законом движения рабочего барабана, который жестко соединен с сателлитом. Для механизмов, схемы которых приведены на рис. 5.1, можно записать.
Передаточное отношение мельницы связано с безразмерной частотой вращения барабана. Учитывая (3.2), имеем.
Для тонкого измельчения следует выбирать К «= О C2IJ. При этом могут быть использованы схемы механизмов, приведенные на рис. 5.1, а и 5.1, в. Использование в качестве привода планетарного механизма с паразитным сателлитом (рис. 5.1, в) возможно только в том случае, когда L j І- В противном случае 6 2 = 0, что приводит к мгновенному поступательному движению сателлита, и режимные параметры измельчения не соответствуют их рациональным значениям (в этом случае К = -I). Использование в качестве привода схемы, изображенной на рис. 5.1, б, позволяет получить положительное передаточное отношение мельницы и работу с закритическим передаточным отношением, при котором создается режим самофутеровки и уменьшается износ рабочих барабанов [12, 26].
