Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и постановка задач исследований.
1.1. Анализ конструкций и основных направлений в проектировании и использовании барабанных мельниц. 10
1.2. Сравнительный анализ работ, посвященных изучению движения мелющей загрузки в помольных камерах мельниц . 22
1.3. Предпосылки создания способа и устройства для экспериментального подтверждения результатов теоретических исследований. 31
1.4. Цели и задачи исследований. 45
2. Разработка теоретических основ движения отдельных мелющих тел и шаровой загрузки в целом в шаровой барабанной мельнице . 48
2.1. Предпосылки исследований. 48
2.2. Математическая модель динамически связанных мелющих тел в барабанной мельнице . 50
2.3. Численное моделирование движения цепочки шаров в помольной камере барабанной мельницы. 61
2.4. Установление зависимостей между основными параметрами мельницы и загрузки. 65
2.5. Выводы. 81
3. Экспериментальные исследования движения мелющей загрузки в барабанных мельницах. 82
3.1. Предпосылки исследований. 82
3.2. Разработка комплекса оборудования для определения динамических параметров мелющих тел. 83
3.3. Устройство и описание лабораторного стенда. 89
3.4. Характеристика исходного сырья. 93
3.5. Планирование экспериментальных исследований. 94
3.5.1. Определение уровня значимости факторов. 94
3.5.2. Выбор метода планирования и достижение «почти стационарной области». 98
3.6. Исследование зависимостей между динамическими параметрами загрузки и рабочими параметрами барабанной мельницы. 116
3.7. Выводы. 123
4. Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований и установление рациональных параметров мельницы . 124
4.1. Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований. 124
4.2. Методика расчёта основных параметров барабанной мельницы . 126
Заключение. 134
Литература. 136
Приложение.
- Сравнительный анализ работ, посвященных изучению движения мелющей загрузки в помольных камерах мельниц
- Математическая модель динамически связанных мелющих тел в барабанной мельнице
- Разработка комплекса оборудования для определения динамических параметров мелющих тел.
- Методика расчёта основных параметров барабанной мельницы
Введение к работе
Актуальность работы. Проблема комплексного освоения месторождений полезных ископаемых включает различные аспекты научной, производственной и экологической деятельности человека. Видное место в этой проблеме занимают процессы обогащения полезных ископаемых. Значительное количество полезных ископаемых подвергается дроблению и измельчению перед их обогащением. Развитие химической, строительной, горнодобывающей и других отраслей промышленности обуславливают непрерывный рост объёмов производства мелкодисперсных материалов. Это приводит к постоянно нарастающим затратам электроэнергии, футеровочной стали, стальных мелющих тел. Значительное энерго- и материалопотребление опосредственно приводит к росту потребления угля и газа, увеличению массы золы и газообразных выбросов. Добыча, обогащение и производство материалов, расходуемых на осуществление процессов измельчения, влечет за собой ухудшение и без того сложной в ведущих экономических районах экологической обстановки. Все это требует всестороннего изучения и совершенствования технологии измельчительного процесса и создания новых высокотехнологичных машин для измельчения полезных ископаемых и способов контроля за работой наиболее энергоёмких деталей и узлов этих машин.
В настоящее время в развитых странах на механические способы обогащения полезных ископаемых тратится 5-8% всей производимой электроэнергии. Примерно 80% от этой величины составляют энергозатраты на измельчение. На современных горно-обогатительных комбинатах используются барабанные мельницы в основном больших типоразмеров. Масса мелющих тел в таких машинах соизмерима, а иногда и превосходит массу остальных частей мельницы. На движение мелющей загрузки расходуется 95% всей подводимой к мельнице энергии. Динамика мелющих тел тесно связана с потреблением энергии мельницей. В связи с этим точное
измерение и задание строго определенных величин динамических параметров мелющих тел позволяет оптимизировать процесс по критерию энергоемкости. Определение истинных значений динамических характеристик мелющих тел до настоящего момента не представлялось возможным в связи с замкнутостью объема помольной камеры и вследствие этого отсутствием возможности передачи информации от мелющих тел к приёмному устройству традиционными методами (например, с помощью проводов). Существующие в настоящее время методы измерения параметров движения шаровой загрузки барабанных мельниц носят косвенный характер, вследствие чего точность полученных результатов не позволяет достоверно оценивать величину энергии, затрачиваемой на измельчение материалов.
Практически неисследованным остаётся вопрос, связанный с определением динамических параметров отдельных мелющих тел по всему объёму мелющей загрузки. Исследования в данной области имеют важное значение в определении энергоёмкости измельчения, т.к., зная параметры движения и энергию отдельных мелющих тел, можно с достаточной степенью точности определить величину энергии всей шаровой загрузки, необходимой и достаточной для измельчения материала до требуемого гранулометрического состава.
В связи с вышеизложенным обоснование параметров барабанной мельницы для тонкого измельчения горных пород с учётом динамики мелющих тел, обеспечивающее снижение энергоёмкости процесса измельчения горных пород, является актуальной научной задачей.
Цель работы. Повышение производительности барабанных мельниц и снижение энергоёмкости измельчения горных пород на основе определения рациональных параметров движения мелющей загрузки, установленных с использованием оригинальных методов и устройств, позволяющих определять истинные значения динамических параметров мелющих тел.
5"
Идея работы. Формирование энергетически оптимального динамического портрета мелющей загрузки на основе рассмотрения движения отдельных мелющих тел и обоснование на данной основе рабочих параметров барабанных мельниц.
Методы исследований. Для выполнения поставленной цели использовались методы компьютерного моделирования движения мелющей загрузки, осуществлялись лабораторные и промышленные испытания барабанных мельниц, а также использовался способ передачи из внутренних областей мелющей загрузки информации о динамических параметрах ударных импульсов с помощью радиосигнала.
Основные научные положения, выносимые на защиту, состоят в следующем:
Математическая модель движения шаровой загрузки в барабанных мельницах, отличающаяся тем, что она учитывает динамические параметры отдельных мелющих тел, а также влияние фрикционных свойств измельчаемого материала на формирование фазового портрета шаровой загрузки.
Производительность барабанной мельницы находится в квадратичной зависимости от длины помольной камеры, причём максимум производительности достигается при значении отношения диаметров камеры и шаров, определяемом для каждого типоразмера мельницы, и вида измельчаемого материала.
Максимальная производительность барабанной мельницы при минимальной энергоёмкости измельчения достигается при соотношении диаметров камеры D и шара d: Did = 40, при этом отношение диаметра шара и среднего диаметра частиц материала dp- did находится в гиперболической зависимости
от среднего диаметра частиц, а величина его лежит в диапазоне от 100 до 4 при изменении значений d от 0,5 до 40 мм.
Научная новизна работы.
Осуществлено аналитическое описание движения цепочки мелющих тел в помольной камере барабанной мельницы, произведено разбиение мелющей загрузки на динамические зоны, отличающиеся друг от друга значениями динамических параметров мелющих тел.
Дано описание физики процесса соударений отдельных мелющих тел, позволившее установить формы и параметры ударных импульсов для различных материалов и типов мельниц.
Новизна разработанного устройства для измерения статической и динамической составляющих ударных импульсов защищена патентом РФ на изобретение.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируются на использовании широкого диапазона современных научных методов исследований, включающих аналитические исследования с использованием основополагающих положений механики, научное обобщение и экспериментальные исследования процессов измельчения горных пород на стендах и в промышленных условиях с применением современной измерительной аппаратуры. Сходимость результатов теоретических и экспериментальных исследований составляет 85 %.
Научное значение работы заключается в обосновании параметров барабанной мельницы с учётом движения мелющих тел, как в общей массе шаровой загрузки, так и в отдельности, а именно:
1. Описана структура малоподвижного ядра мельницы, представляющего собой систему мелющих тел, связанных друг с другом упругими и диссипативными связями, и определены параметры мельницы, при которых зона малоподвижного ядра занимает наименьший объём.
-?
Установлены зависимости между динамическими параметрами мелющей загрузки и определена степень влияния каждого из них на процесс измельчения.
Построены расчётные диаграммы ускорений шаров, находящихся в различных частях помольной камеры при каскадном и водопадном режимах работы мельницы.
Практическое значение работы заключается:
В разработке методики выбора рациональных параметров барабанной мельницы и количества циклов измельчения.
В создании измерительного устройства нового технического уровня (трёхкомпонентного радиодинамометра), способного измерять с высокой степенью точности как динамические, так и статические составляющие ударных импульсов, действующих на измельчаемый материал в помольной камере барабанной мельницы.
В установлении зависимостей между производительностью и рабочими параметрами барабанной мельницы, а также динамическими параметрами загрузки и конструктивными параметрами мельницы. Реализация результатов работы. Разработанная в диссертации
методика определения рациональных параметров барабанной мельницы принята к использованию на ОАО «Шахтоуправление «Интинская угольная компания» в технологической линии по производству угольной крошки из отсевов дробильно-сортировочной фабрики.
Ожидаемый годовой экономический эффект от использования методики определения рациональных параметров барабанной мельницы составит 1050000 руб.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и одобрены на Международной научно-практической конференции «Неделя горняка -2002» (Москва, МГГУ, 2002г.), на заседании Технического Совета А/О «Пятовское
карьероуправление» (п.Пятовский, Калужская область, 2002г.), на заседании Технического Совета ОАО «Шахтоуправление «Интинская угольная компания» (г. Инта, 2002г.), на заседании Технического Совета А/О «Ростовуголь» (г. Ростов-на-Дону, 2002г.).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 5 работах, в том числе в 4 статьях и 1 патенте РФ на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 52 рисунка, 16 таблиц, список литературы из 160 наименований и 1 приложение.
Сравнительный анализ работ, посвященных изучению движения мелющей загрузки в помольных камерах мельниц
Определение динамических параметров мелющей загрузки является ключевым моментом в понимании процессов, происходящих в помольных камерах мельниц различных типов. На движение загрузки влияют режимные, конструктивные и технологические параметры мельницы. Точно оценив степень влияния каждого из этих параметров, можно обеспечить такие условия работы мельницы, чтобы процесс измельчения осуществлялся с минимальной энергоёмкостью.
Исследованию движения мелющей загрузки в мельницах различных типов посвящены труды Александровского А.А., Балаяна В.А., Блехмана И.И., Бобкова СП., Богданова B.C., Бушуева Л.П., Глемба И.Л., Дмитрака Ю.В., Доброборского Г.А., Дэвиса Е.В., Кармазина В.В., Картавого Н.Г., Ким Бен Ги, Климовича В.У., Ковтуненко В.В., Красовского Б.П., Лесина А.Д., Малиновского Г.Н., Марюты А.Н., Овчинникова П.Ф., Подэрни Р.Ю., Потураева В.Н., Рабина А.Н., Раджамани P.P., Рольфа Л.М., Роуза Н.Е., Салливана P.M., Смирнова Н.М., Сысы А.Б., Уинна Б.В., Франчука В.П., Четаева Н.Г., Шинкоренко Н.Ф. и других исследователей.
Наиболее изученными в плане движения мелющей загрузки являются барабанные мельницы. Ещё в первой половине XX века Дэвисом были сформулированы постулаты, на которых и в настоящее время базируются теоретические модели движения шаровой загрузки [50]: Дробящие (мелющие) тела, находящиеся на круговых траекториях движения, имеют одинаковые угловые скорости. Геометрическое место точек перехода шаров с круговых траекторий движения на параболические определяется из равенства сил: центробежной силы, действующей на шар и нормальной составляющей его силы тяжести. № В процессе движения мелющей загрузки траектории шаров и частиц измельчаемого материала не пересекаются.
Многолетний опыт использования данных постулатов при составлении математических моделей движения мелющей загрузки показал приемлемость данного подхода только для оценки общих критериев работы барабанных мельниц [72]. В настоящее время в связи с очевидными допущениями, сделанными Дэвисом в своей теории, точность моделей, основанных на данных постулатах, не соответствует требованиям, предъявляемым к современным расчётам динамических параметров мелющей загрузки. Тем не менее, постулаты, сформулированные Дэвисом, позволяют качественно оценить картину движения мелющей загрузки в барабанных мельницах. На сегодняшний день установлено, что в зависимости от конструктивных и режимных параметров барабанной мельницы возможно существование следующих режимов движения мелющей загрузки (рис. 1.9):
Каскадный - шары перекатываются друг по другу без свободного перемещения по помольной камере, при этом вся мелющая загрузка повёрнута на угол трения 0 в направлении вращения помольной камеры. Измельчение в этом случае осуществляется в основном за счёт истирания.
Водопадный - основной режим работы мельницы - шары увлекаются мелющей загрузкой, поднимаются на определённую высоту, затем отрываются от основной массы загрузки и падают на дно помольной камеры, обладая значительной энергией. Измельчение в этом случае осуществляется в основном за счёт удара.
На современных горно-обогатительных фабриках используются в основном барабанные мельницы больших типоразмеров. При этом значительная часть энергии, подведённой к мельнице, тратится на движение мелющих тел. Этим объясняется повышенный интерес исследователей и проектировщиков к вопросам, связанным с движением мелющей загрузки.
В работе [150] сообщается, что на пяти обогатительных фабриках Аншаньского металлургического комбината работают 14 барабанных мельниц диаметрами 2,7; 3.2; 3,6 м и длиной 3,1; 3,6; 4.0 м. Ежегодно на мельницах измельчается 22 млн. т руды, расход электроэнергии составляет более чем 700 млн. кВт- ч. Рабочие режимы барабанной мельницы играют важную роль при повышении её производительности и экономии электроэнергии, а число оборотов мельницы является решающим фактором для определения производительности, расхода энергии и других технико-экономических показателей.
Результаты промышленного производства и анализа рабочего состояния барабанной мельницы диаметром 2,7 м и длиной 3,6 м показали, что при снижении угловой скорости от 27 мин"1 до 21 мин"1 производительность повышается на 3,28% (1,7 т/ч), показатель зернистости снижается на 0,88%, срок службы футеровки увеличивается на 48.64% (корпус) и 19,77% (торцы подачи и выпуска руды), расход электроэнергии снижается на 5,8%. В результате чего снижается расход электроэнергии на 20 тыс. кВтч/год и уменьшается себестоимость. В связи с этим, в работе делается вывод о преимуществе ведения процесса при угловой скорости вращения камеры 21 мин" .
Необходимо отметить, что, несмотря на детальное изучение влияния отдельных режимных параметров на энергоёмкость измельчения, автор работы [ 150] не даёт обоснования конкретным величинам параметров работы мельниц, а лишь экспериментально выявляет узкий диапазон их значений, при которых энергоёмкость мельницы снижается.
Достаточно давно исследователи, занимающиеся проблемами динамики мелющей загрузки барабанной мельницы, доказали факт существования в центре помольной камеры малоподвижного ядра. Установлено, что шары, находящиеся в этой области загрузки, либо вообще неподвижны, либо движутся со скоростями, не обеспечивающими им энергию, достаточную для измельчения материала.
Расчетная схема колебательной системы мельницы, разработанная профессором Днепропетровского госуниверситета Д.К. Крюковым приведена на рис. 1.10. Автор принял допущение, что ротор приводного двигателя вращается с постоянной угловой скоростью, обозначенной со0, а шаровая загрузка представляет собой физический маятник с точкой подвеса на оси барабана.
Математическая модель динамически связанных мелющих тел в барабанной мельнице
В главе I настоящей работы были подробно описаны математические модели движения шаровой загрузки в помольной камере барабанной мельницы, среди главных недостатков которых отмечалось представление загрузки или отдельных ее частей (например, малоподвижного ядра в работе [72] как единого (твердого) тела). В дальнейшем все математические преобразования осуществлялись исходя из такого представления. В связи с этим математическая модель, составленная автором в работе [72] описывает фрикционные колебания малоподвижного ядра мельницы, представленного сегментом постоянной массы и формы. Исходя из анализа данной математической модели, можно предположить, что центральное малоподвижное ядро можно выполнить в виде цельнометаллического сегмента с определенной массой и размерами. При этом такой сегмент будет совершать колебания согласно зависимостям, полученным в работе [72].
Ясно, что подобная математическая модель достаточно точно описывает существо процессов, происходящих в помольной камере барабанной мельницы. Однако на наш взгляд имеется возможность найти более точные значения динамических параметров загрузки, представив её в виде ряда шаров, между которыми находятся либо пустые промежутки, либо измельчаемый материал. При этом в любом случае шары могут двигаться
друг относительно друга в процессе вращения помольной камеры, что, вообще говоря, в действительности и происходит.
В этом мы видим принципиальное отличие данной расчетной схемы (рис.2.1) от расчетной схемы, приведенной на рис. 4.12 работы [72]. Представим мелющую загрузку в виде наклонной цепочки (или столбика) шариков, которые, двигаясь в месте с остальной частью загрузки, совершают соударения друг с другом. Похожую картину движения для вертикального столбика или горизонтальной цепочки шаров описывали в своих работах А.Е. и А.А. Кобринские, Р.Ф. Нагаев, Л.И. Тывес [60-62], [83-84], [114]. В нашем случае система, состоящая из я шариков, будет представлять собой наклонную цепочку или столбик одинаковых шаров. Движение системы поддерживается за счет ударов нижнего (первого) или верхнего (последнего) шара о другие шары, не находящиеся в зоне образования малоподвижного ядра.
Обозначим: икь ик2 - скорости k-го шара соответственно до и после удара о (к+1)-й шар; vK]; vK2 - скорости k-ro шара соответственно до и после удара о (к-1 )-й шар ;1к-время прошедшее между ударами к-го шара о (к+1) -й шар и (к-1)-й шар, т.е. время движения к-го шара вниз после его удара о (к+1)-й шар; hK расстояние между точками соударения k-го шара с (к-1)-м и (к+1)-м шарами (рис. 2.2). Будем описывать квазипериодические движения системы при условии, что А-й шар совершает за период движения по одному соударению с Л — 1-м и Л + 1-м шарами при 2 к я -1.
К-й шар совершает сложное движение, вращаясь вместе с остальной частью загрузкой вокруг оси камеры (переносное движение), а также двигаясь относительно загрузки в промежутках между соударениями с (к+1)-м и (к-1)-м шарами (относительное движение).
Величина абсолютного ускорения atol не представляет интереса с точки зрения анализа влияния движения шаров в малоподвижном ядре на его колебания. Намного важнее, как это будет показано ниже, знать величины, составляющие проекции абсолютного ускорения на координатные оси.
Разработка комплекса оборудования для определения динамических параметров мелющих тел.
Самым совершенным из них на сегодняшний день является трехкомпонентный радиоакселерометр (ТРА). Подобное устройство позволяет измерять практически любые ударные ускорения, возникающие в помольных камерах всех существующих на сегодняшний день мельниц, использующих принцип измельчения шарами.
Недостатком работы такого устройства является низкая эффективность при измельчении истиранием вследствие невозможности обеспечения точного измерения величины статической составляющей действующей на материал силы.
В связи с этим одной из главных задач данной работы является создание измерительного устройства нового технического уровня, способного измерять с высокой степенью точности как динамические, так и статические составляющие ударных волн, действующих на измельчаемый материал.
Описанные выше требования нашли своё отражение в устройстве, названном нами трёхкомпонентным радиодинамометром (ТРД). Основу данного устройства составляют принципиально новые по техническому исполнению измерительные модули, фиксирующие как динамические, так и статические составляющие ударных импульсов. Каждый модуль выполнен на базе емкостного акселерометра, разработанного на основе передовых технологий с использованием микросварки золотосодежащих компонентов. Конструкция акселерометра представляет собой герметичный блок, в котором расположены чувствительный элемент, усилитель-преобразователь и элементы выводного монтажа. Наиболее ответственным узлом конструкции акселерометра является чувствительный элемент (ЧЭ). ЧЭ маятникового типа (рис. 3.1) состоит из инерционной массы-1, обкладки-2 и стеклянной пластины-3. Принцип действия данного ЧЭ основан на свойстве перемещения инерционной массы под действием измеряемого ускорения, вследствие чего изменяется емкость датчика угла. ТРД представляет собой корпус 1 в виде тела вращения, по меньшей мере, с тремя закрытыми крышками 2 полостями, в каждой из которых размещен виброизмерительный блок. Каждый виброизмерительный блок состоит из емкостного акселерометра 5, выполненного из двух пластин и усилителя сигнала в виде микросхемы 6. На внешней поверхности корпуса выполнена канавка 7, в которую уложены три передающие антенны, соединенные с виброизмерительными блоками через канавку в корпусе 1. Упругая связь крышки с виброизмерительным блоком выполнена в виде пружины. Энергоснабжение мелющего тела осуществляется от автономных элементов питания. ТРД работает следующим образом.
В результате удара крышка ТРД перемещается относительно корпуса вовнутрь устройства, происходит включение питания виброизмерительных блоков. При работе мельницы шары приходят в движение, при этом шары и материал верхнего слоя давят на нижние шары и материал. Это давление воспринимается поверхностью каждой крышки 2, которая, перемещаясь в полости корпуса 1 по втулке 3, через пружину передает давление пластинам акселерометра 5. При этом, в зависимости от интенсивности давления на пластины акселерометров, их ёмкость меняется, что приводит к изменению несущей частоты сигнала, передаваемого в эфир, что, в конечном счете, позволяет определить величину силы давления со стороны верхнего шара на нижний, или, со стороны шара, находящегося в нижнем слое на поверхность помольной камеры.
Размещение трех виброизмерительных блоков, позволяет более точно и объективно определить истинную величину сил давления в помольной камере. Важной составляющей точного измерения ударных процессов является калибровка устройства. Калибровка акселерометра состоит, главным образом, в определении его чувствительности. Определив чувствительность, можно изменять разные параметры и, часто, при применении одной и той же калибровочной системы, определять частотную, температурную и амплитудную характеристики калибруемого акселерометра. Для калибровки ТРД был использован хорошо известный метод сравнения. При основывающейся на методе сравнения калибровке акселерометр устанавливается на как можно малом расстоянии от эталонного акселерометра (например, основания обоих могут соприкасаться друг с другом) на возбудитель, генерирующий механические колебания с точно определенными параметрами. Чувствительность калибруемого акселерометра определяется путем сравнения отдаваемого им электрического сигнала с выходным электрическим сигналом эталонного акселерометра (рис. 3.3). Погрешность калибровки при тщательном применении метода сравнения не превышает 2%. В процессе калибровки был задействован компаратор чувствительности 2970 фирмы Брюль и Къер, обеспечивающий быструю и точную калибровку акселерометра и являющийся особенно эффективным при одновременной калибровке нескольких или многих акселерометров.
Пример калибровочной системы, содержащей компаратор 2970, приведен на рисунке 3.3. Калибруемый акселерометр закрепляется на верхней части эталонного акселерометра, установленного на столе вибростенда. Оба акселерометра подвергаются механическим колебаниям с точно определенными ускорением и частотой и относящиеся к чувствительности датчика органы управления усилителя-формирователя сигнала 2626 устанавливаются в положения, в которых их цифровые шкалы показывают точное значение чувствительности по заряду эталонного акселерометра. Аналогичные органы управления прецизионного усилителя-формирователя сигнала 2650 затем устанавливаются в такие положения, в которых получается равновесие, т.е. в которых усилители 2626 и 2650 отдают идентичные напряжения и стрелка измерительного прибора компаратора 2970 устанавливается на нулевой отметке. В равновесном состоянии калибровочной системы цифровые шкалы упомянутых выше органов управления прибора 3650 непосредственно показывают точное значение чувствительности по заряду калибруемого акселерометра.
Методика расчёта основных параметров барабанной мельницы
Проведённые теоретические и экспериментальные исследования параметров движения мелющей загрузки и рабочих параметров мельницы, позволяют разработать методику расчёта рациональных параметров барабанной мельницы. Разработка методики стала возможной с созданием комплекса виброизмерительного оборудования, главным элементом которого является трёхкомпонентный радиодинамометр. Применение данного комплекса позволило произвести качественный и количественный анализ движения мелющей загрузки по всему объёму помольной камеры и на его основании определить типоразмер мельницы для обеспечения максимальной производительности при минимальных энергозатратах на измельчение. Данный пункт является основным в выборе методов ведения процессов измельчения, т.к., как было показано в настоящей работе, от характеристики исходного сырья во многом зависит целесообразность использования барабанной мельницы для получения готового продукта с заданными свойствами. На данном этапе оценивается начальная и конечная крупность материала, его твёрдость и пористость, наличие вязких составляющих, а также включений, значительно отличающихся по своим физическим свойствам от основной массы материала.
Этап 2. На основании опыта использования барабанных мельниц для тонкого измельчения горных пород даётся оценка возможности использования барабанной мельницы для получения готового продукта с заданными свойствами. При этом учитываются результаты исследований настоящей работы с целью недопущения перерасхода энергии при измельчении.
Этап 3. Данные соотношения являются ключевыми в определении числа циклов, которые должен пройти материал, чтобы измельчение велось с максимальной производительностью и минимальной энергоёмкостью. Как только отношения диаметров камеры, шара и частиц готового продукта DI d w did начинают выходить за границы значений, установленных в настоящей работе, возникает необходимость в смене типоразмера мельницы и её рабочих параметров.
Этан 4. На данном этапе устанавливается влияние демпфирующих свойств материала на процесс измельчения. В частности, используются результаты работы по определению зависимостей между видом измельчаемого материала и его крупностью на формирование динамического портрета мелющей загрузки.
Этап 5. На данном этапе на основании анализа фрикционных свойств мелющей загрузки (не только материала, но и мелющих тел!) предварительно отсекаются нерабочие области значения кинематических параметров загрузки и мельницы, т. е. те зоны, в которых энергии ударных импульсов не достаточно для измельчения материала до требуемого размера.
Зга» 6. Па основании анализа современных барабанных мельниц, а также работ в области гонкого измельчения хрупких материалов, представленного в настоящей работе, производится выбор типоразмера барабанной мельницы или, если надо согласно выводов, сделанных на этапе 3, нескольких типоразмеров барабанных мельниц, а также их рабочих параметров.
Этап 7. Производится корректировка рабочих параметров выбранных типоразмеров барабанных мельниц по критерию энергоёмкости.
Каждый из указанных пунктов выполняется на основе теоретических и экспериментальных данных, содержащихся в настоящей работе.
В качестве иллюстрации применения настоящей методики рассмотрим процесс измельчения известнякового щебня начальной крупностью 40 мм. Требуется получить известняковый отсев со средним размером частиц 0.5 мм. Согласно разработанной методики и номограммы (рис.3.13) отношения Dldu d/dp должны быть соответственно равны 40 и 100. Нсли ориентироваться на размер частиц готового продукта, то нужно использовать мельницу со следующими параметрами: диаметр шаров 50 мм и диаметр камеры 2 м. Однако, из опыта эксплуатации барабанных мельниц известно, что шары данного диаметра не в состоянии разрушить частицу материала со средним диаметром 40 мм. С другой стороны, если ориентироваться на начальную крупность материала, го размеры шаров и камеры должны быть соответственно равны 160 мм и 6,4 м. При таких параметрах мельница идеально с точки зрения производительности при минимальной энергоёмкости справится с поставленной задачей, но по мере уменьшения среднего размера частиц материал всё больше и больше начинает проявлять свои демпфирующие свойства, а количество соударений на единицу вновь образованной поверхности резко снижается, что приводит к уменьшению производительности. Поэтому в данном случае процесс измельчения целесообразно разделить на два этапа: сначала материал измельчать в мельнице диаметром 5 м и шарами диаметром 90 мм, а затем в мельнице с диаметром камеры 2 м и шарами диаметром 40 мм. На рисунке 4.1 представлены зависимости кинетики измельчения известняка при использовании одного типоразмера барабанной мельницы и при последовательном измельчении материала в двух типоразмерах мельниц. Анализ рисунка свидетельсгвует о том, что при использовании мельницы с диаметрами помольной камеры и шаров соответственно 6 м и 160 мм процесс измельчения сначала протекает очень интенсивно, а затем постепенно замедляется и в итоге материал не может достичь требуемого гранулометрического состава. При измельчении материала в мельнице с диаметрами помольной камеры и шаров соответственно 2 м и 50 мм процесс измельчения сначала протекает очень медленно, а затем быстро ускоряется, но за счёт медленной первой фазы время измельчения достаточно велико. Замедление процесса измельчения на начальной фазе связано с недостаточным количеством энергии, которой обладает шар (в силу его малого диамегра относительно частиц материала). Наиболее благоприятные условия для измельчения материала создаются при ведении процесса в 2 этапа. На первом этапе измельчение ведётся в мельнице с диаметрами помольной камеры и шаров соответственно 6 м и 160 мм, а на втором этапе -в мельнице с диаметрами помольной камеры и шаров соответственно 2 м и 50 мм. Это позволяет отсечь зоны малоэффективной работы мельницы, что существенно снижает время измельчения, а значит и энергоёмкость процесса.
