7.2 Конструктивные особенности мельниц (шаровые, стержневые, самоизмельчения)

Барабанная мельница (рис. 7.1, рис.7.2) представляет собой цилиндрический барабан (1) с торцевыми крышками (2,3) и пустотелыми цапфами (4,5), опирающиеся на подшипники (6,7). Вращение барабана мельницы производится от электродвигателя посредством малой шестерни, насаженной на приводном валу и зубчатого венца (8), закрепленного на барабане.

Рис. 7.1 Шаровая мельница с центральной разгрузкой

Рис. 7.2 Шаровая мельница с разгрузкой через решетку

Барабан мельницы изготавливают сварным или клепанным из листовой стали, а торцевые крышки отливают из чугуна или стали. Они соединяются между собой болтами.

Электродвигатель присоединяется к приводному валу через редуктор или в мельницах больших размеров (тихоходных) через муфту.

Барабан и торцевые крышки для предотвращения износа футеруются броневыми плитами из марганцевой стали толщиной от 50 до 150 мм, а внутренняя часть пустотелых цапф съемными воротниками.

Для разгрузки изношенных шаров, введения футеровки внутрь мельницы служат люки.

Для измельчения руды в мельницу загружают стальные или чугунные шары разной крупности (от 40 до 150 мм).

Например: Крупность руды 24-60 мм 3 – 13 мм

D_ш шаров: 125 мм 40% -

105 мм 30% 30%

90 мм 20% 40%

75 мм 10% 20%

65 мм - 10%

Пересортировка шаров проводится не реже одного раза в 2-3 месяца. D_ш шаров связан следующей зависимостью с крупностью руды:

В производственных условиях мельница загружается шарами и рудой до 40-45% своего объема. Во время вращения барабана мельницы шары перекатываясь, скользя и падая, измельчают зерна руды.

В зависимости от способа разгрузки измельченного продукта различают мельницы с центральной (свободной) разгрузкой (рисунок 9.1) и с принудительной разгрузкой (с разгрузкой через решетку) (рисунок 9.2).

Мельница сливного типа (МШЦ). Особенности мельницы:

- разгрузка пульпы осуществляется непосредственно через разгрузочную цапфу горловина, которой большего диаметра, чем разгрузочное отверстие;

- высокий уровень пульпы в барабане;

- малая разница уровня пульпы h в загрузочном и разгрузочном концах барабана, вследствие чего перемещение материала идет медленно, и мельница выдает тонкий продукт (рис. 7.3);

- разгрузочная горловина имеет спираль для возврата в мельницу случайно попавших шаров.

Рис. 7.3 Мельница МШЦ

Рабочий объем – от 1 до 63 м³. Частота вращения – от 4,2 до 17,4 об/мин.

Масса мельницы с редуктором – от 8 до 205 т; с шарами – от 10 до 450 т.

Мельница с разгрузкой через решетку (МШР). Диаметр мельницы – от 900 до 4000 мм. Длина мельницы - от 1800 до 5500 мм.

Шаровая мельница с разгрузкой через решетку отличается от мельницы сливного типа тем, что у нее диаметр больше длины и измельченный продукт разгружается принудительно (рис.7.4).

Рис. 7.4 Мельница МШР

Со стороны разгрузочного конца мельница имеет решетку с отверстиями для разгрузки измельченного продукта. Крупные куски руды и шары задерживаются в мельнице. Измельченная же руда разгружается через решетку или диафрагму в промежуточную камеру. К наружной стороне решетки между ней и торцевой крышкой мельницы укреплены радиально расположенные ребра, на которые пульпа попадает через отверстия диафрагмы. При вращении мельницы ребра выполняют роль лифтеров, которые поднимают измельченный материал с водой (пульпу) вверх и сбрасывают его на конус расположенный вершиной к разгрузочной цапфе мельницы. Пульпа стекает по образующей конуса и попадает в полую цапфу, через которую и выгружается из мельницы.

Разгрузка мельницы через решетку создает большую разность давлений загружаемого и разгружаемого материала, что способствует более быстрому продвижению пульпы в мельнице.

Поэтому мельницы с разгрузкой через решетку:

- более производительные по сравнению с мельницами с центральной разгрузкой;

- выдают более равномерный по крупности продукт с небольшим количеством шламов (благодаря тому, что разгрузочное отверстие расположено значительно ниже уровня загрузки, в мельнице не накапливается материал, и зерна не подвергаются переизмельчению, что наблюдается в мельнице с центральной разгрузкой);

- в мельницу можно загружать руду крупностью до 30-35 мм и регулировать степень измельчения. Однако снижение крупности руды загружаемой в мельницу повышает производительность мельницы (с 20 до 5 мм на 20-25%);

- диафрагмой (решеткой) можно регулировать уровень пульпы, а значит и ее производительность. Для увеличения скорости прохождения пульпы через мельницу необходимо закрыть ряд отверстий решетки расположенные ближе к горизонтальной оси мельницы, т.е. ближе к разгрузочной цапфе.

Чтобы уменьшить производительность можно поднять уровень пульпы, до оси мельницы закрыв все отверстия решетки. И мельница будет работать как мельница с центральной разгрузкой.

Вместе с тем мельницы с разгрузкой через решетку имеют ряд недостатков:

- наличие диафрагмы усложняет конструкцию и обслуживание мельницы;

- удорожает ее стоимость;

- отверстия решетки забиваются щепой.

Мельницы с решеткой обычно применяются в I стадии измельчения для получения продукта более 0,15 мм.

Отечественной промышленностью выпускаются мельницы с объемом барабана от 0,45 до 71 м3.

Стержневые мельницы по своему устройству аналогичны шаровым цилиндрическим с центральной разгрузкой. Длина их в 1,5-2 раза больше диаметра. Измельчающей средой являются стержни. Диаметр стержней колеблется от 40 до 100 мм, а длина на 25-50 мм меньше внутренней длины мельницы. Мельница наполняется стержнями на 100-200 мм ниже оси мельницы, т.е. стержни занимают 35-45% внутреннего объема мельницы. Объемная масса стержней 6-7 т/м³.

При измельчении руды в стержневой мельнице контакт между стержнями осуществляется по всей длине стержня, а не в отдельных точках, как при измельчении шарами.

При свободном падении стержня сила удара в каждой точке получается меньше, чем удар шара, т.к. этот удар воспринимается большей площадью. Поэтому стержневые мельницы дают боле грубый и равномерный по крупности измельченный продукт, чем шаровые.

Применяются:

- для измельчения как твердых, так и мягких пород в I стадии измельчения и выдают продукт крупностью до 0,2 мм, или перед шаровыми мельницами выдавая продукт 1-2 мм или для гравитационного обогащения.

Измельчение происходит (так же, как в шаровых) в присутствии воды – 25-60 % от массы руды.

Конструктивные отличия стержневых мельниц:

- большая длина L = (15-2) ∙ D;

- большой диаметр разгрузочной горловины (1200 мм);

- достигается большая скорость прохождения материала, а значит, увеличивается производительность;

- нет необходимости устройства люка в корпусе;

- торцевые крышки имеют меньшую конусность.

Другие особенности:

- скорость вращения 60-80% от критической;

- большая масса стержней на единицу объема материала (6-7 т/ м³) делает производительность выше, чем у шаровой;

- меньший износ футеровки и стержней и более низкая стоимость.

Применение рассмотренных конструкций мельниц связано с высокими капитальными и эксплуатационными затратами. В связи с этим последнее время наблюдается повышенный интерес к проблеме самоизмельчения (бесшарового измельчения).

В последнее время в практике все больше применяется бесшаровое измельчение, где в качестве мелющих тел используется сама руда крупностью 350-0 мм (до 600-0 мм) (в этом случае речь идет о самоизмельчении). Если в качестве дробящей среды используется класс -300 +150 мм выделенный из крупно дробленой руды, то речь идет о рудногалечном измельчении.

Самоизмельчение может быть сухим и мокрым. Для сухого самоизмельчения применяются мельница типа «Аэрофол», которая представляет собой короткий барабан, диаметром намного больше длины и составляет 5-11 м. На внутренней поверхности барабана укрепляются рельсы или балки, которыми руда при вращении барабана поднимается вверх. Падая вниз куски -600 +350 мм ударяясь о рельсы, дробятся сами и дробят мелкие куски находящиеся внизу (рис.7.5).

Измельченный материал всасывается и направляется в систему классификатора.

Рис. 7.5 Мельница «Аэрофол»

1 – барабан; 2 – лифтеры;

3 – торцевые крышки; 4 – балки.

Для мокрого самоизмельчения применяется мельница «Каскад» диаметром 5-11 м и получается готовый продукт содержащий 60% класса -0,074 мм. Исходное питание может быть принято 600 мм. Отношение D : L = 3 : 1.

Применяются для железных, золотосодержащих и других руд.

Преимущества мельниц самоизмельчения:

- при самоизмельчении отпадает необходимость в среднем, мелком дроблении. Иногда даже в крупном и в грубом измельчении в стержневых мельницах;

- резко снижаются капитальные затраты и эксплуатационные расходы на операции дробления и измельчения;

- улучшаются условия измельчения, скрытие идет по слабым плоскостям спайности). Руда не переизмельчается, меньше образуется шламов;

- благодаря более благоприятным условиям измельчения (снижение шламов) улучшаются технологические результаты.

Отрицательные особенности процесса:

- в мельнице накапливается избыточное количество кусков «критической» крупности, когда они малы по весу и размеру чтобы служить измельчающими телами и слишком крупные чтобы быть измельченными другими кусками;

- повышенный расход электроэнергии и футеровки;

- меньшая удельная производительность;

- пригодны не для всех руд. При изменении физических свойств руды наблюдается значительное колебание в производительности.

Одним из специальных методов измельчения является способ измельчения по методу Снайдера (взрывной метод).

Принцип измельчения заключается в следующем:

В камеру, куда подается руда нагнетается пар или газ под большим давлением (60 кг/см²), который проникает в поры руды и заполняет их, а затем с большой скоростью подается в вакуумную камеру, где давление снижается в 20 раз (до 0,6 кг/см²) в течение 5 секунд. В результате пар из межзернового пространства начинает вырываться, вызывая расщепление сырья.

В этом случае сокращается расход энергии на тонкое дробление, осуществляется избирательное раскрытие руд по плоскостям спаянности минералов, что является важным технологическим преимуществом.