Роликомаятниковые измельчители.

Этот тип мельниц отличается тем, что в отличие от ролико-кольцевых измельчителей, в них прижатие вращающихся роликов неподвижному внешнему размольному кольцу осуществляется центробежными силами. Конструкция роликомаятниковой мельницы приведена на рис. 90.

Рис. 90 Роликомаятниковая мельница: 1 – скребок; 2 – ролики; 3 – оси роликов; 4 – шарнир; 5 – центральный вал; 6 – сепаратор; 7 – крестовина-водило; 8 – кожух; 9 – штуцер питания; 10 – размольное кольцо; 11 – станина; 12 – воздушный короб; 13 – окна для воздуха.

Рабочими органами этой машины являются размольное кольцо и ролики. Количество роликов колеблется обычно от 2 до 6 и зависит от размеров мельницы.

Исходное сырье питателем подается в чашу измельчителя через штуцер 9. Далее скребками 1 оно поднимается на размольное кольцо 10, попадает под вращающиеся ролики 2 и размалывается. Измельченный материал потоком воздуха, поступающего через отверстия 13 из короба 12, выносится в сепаратор 6, где крупная фракция отделяется и возвращается в измельчитель на доизмельчение, а целевая направляется на дальнейшую переработку.

Из рассмотрения устройства мельницы можно сделать вывод о том, что ее пригодность для измельчения данного материала зависит как от размеров размольного кольца и роликов, так и от скорости вращения центрального вала.

Частоту вращения вала-крестовины выбирают так, чтобы обеспечить возникновение центробежной силы роликов, создающей удельное усилие прижатия их к кольцу не менее p = 0,1…0,25 МН/м, где p – усилие приходящееся на единицу длины периметра впадины размольного кольца. При массе m ролика, расстояния R от оси вращения до центра масс, ширине b ролика, угловой скорости ω вала-крестовины центробежная сила ролика Р_ц = m∙ω²∙R≥p∙b и

Мощность электродвигателя складывается из тех же составляющих N₁ и N₂, что и для бегунов; скорость скольжения по материалу принимают Vск = (0,025…0,098)Vр, где Vр – окружная скорость ролика.

Ударные, вибрационные и струйные измельчители.

Аэробильные мельницы.

Рис. 91. Агрегат с аэробильной мельницей.

А – мельница; Б – питатель; В – вентилятор; Г – сепаратор; Д – воздуховод; 1 – диск ротора; 2 – била; 3 – корпус; 4 – выводной штуцер; 5 – штуцер питания; 6 – вал; 7 – штуцер отходов.

На рис. 91 изображен агрегат молоткового измельчителя – аэробильная мельница. Вентилятор и ротор измельчителя установлены на одном валу 6. Ротор представляет собой диск 1 с жестко прикрепленными к нему билами 2. В торцовых стенках корпуса 3 находятся штуцера 5 и 4 для подачи сырья и вывода измельченного материала, а в нижней части – штуцер 7 для сбора и вывода предметов, на поддающихся измельчению.

Подлежащий измельчению материал через штуцер 5 подается питателем Б в измельчитель, где и измельчается быстровращающимися билами. Воздушным потоком, который создается вращающимся ротором и вентилятором, измельченный материал выносится через штуцер 4 в сепаратор Г. Крупная фракция материала, отделенная в сепараторе, через питатель снова возвращается в измельчитель на доизмельчение, а целевой продукт вместе с воздухом направляется на дальнейшую обработку.

Посадка на один вал ротора и вентилятора осуществляется только в малогабаритных измельчителях. В измельчителях больших размеров с несколькими рядами бил на валу не устанавливают ветилятор. Последний, как это показано на рис. 93, отделен от измельчителя и установлен за сепаратором.

Рис. 92. Агрегат с аэробильной мельницей и вынесенным вентилятором: 1 – аэромобильная мельница; 2 – сепаратор; 3 – стояк; 4 – циклон; 5, 7 – газоходы; 6 – вентилятор; 8 – воронка питания

Шахтные мельницы.

На рис. 93 изображена схема установки шахтной мельницы.

Рис. 93. Схема шахтной мельницы в сборе: 1 – ротор мельницы; 2 – кожух; 3 – шахта; 4 – штуцер питания; 5 – шибер; 6 – выводное окно; 7 – штуцер ввода газа.

Подлежащий измельчению материал питателем через отверстие 4 подается в ротор 1. Сюда через штуцера в торцовых стенках кожуха 7 подается газ. Продукты измельчения подхватываются газовым потоком и поднимаются по шахте вверх. Если скорость витания частиц больше скорости газового потока, эти частицы, поднявшись над измельчителем, снова вернутся в зону измельчения, если меньше – то этим потоком они будут вынесены из шахты в осадительное устройство. Чем выше шахта, тем лучше сепарация частиц по крупности. Для измельчителей небольшой производительности высота шахты принимается около 4 м, а для больших измельчителей определяется по эмпирической формуле

Нш ≥2,5(Lш + Dш),

где Lш и Dш – соответственно длина и ширина шахты.

Для повышения сепарационной способности шахты иногда в ней устанавливают отбойные решетки или жалюзи с поворотными лопастями. Шахта имеет прямоугольное сечение, размеры которого соответствуют размерам размольной части кожуха измельчителя. В тех случаях, когда в шахту добавляют горячий газ для подсушки материала, шахта расширяется кверху для выравнивания скорости газового потока по высоте. Однако такое расширение может привести к скоплению материала на наклонных боковых стенках шахты и завалу измельчителя. Это приводит к неравномерной загрузке мельницы, неравномерному и преждевременному износу бил. Для уменьшения вредного действия обвалов рекомендуется делать с наклоном не ниже 60° только заднюю и переднюю стенки шахты (а не торцевые). Шахта укрепляется на самостоятельных опорах и не связывается с корпусом измельчителя. Так как верх шахты подвергается наиболее частым ударам вылетающих из мельницы твердых предметов, он выполняется из листовой стали повышенной толщины или повышенной прочности.

Основным недостатком шахтных мельниц, как и всех других молотковых или аэробильных измельчителей, является быстрый износ бил, особенно крайних рядов ввиду их перегрузки обвалами. Это затрудняет эксплуатацию таких измельчителей и делает их недостаточно надежными. Комплект бил при размоле углей работает всего 150—200 ч при расходе металла около 200 г/т измельченного материала. Истирание бил приводит к уменьшению диаметра ротора и падению производительности измельчителя. По этим причинам шахтные мельницы применяются преимущественно для измельчения мягких материалов (бурый уголь, торф, каолин и т.п.) при грубом помоле.

Вибрационные мельницы.

В вибрационных измельчителях реализуется ударно-истирающий способ измельчения.

Рис. 94. Основные типы вибрационных мельниц: а – инерционный; б – гирационный; 1 – корпус; 2 – вибратор; 3 – опоры; 4 – рама; 5 – электродвигатель; 6 – муфта; 7 – мелющие тела (шары); 8 – люк.

На рис. 94 показаны различные типы вибрационных мельниц. Мельница с центральным расположением вибратора (рис. 94 поз. а) состоит из цилиндрического корпуса 1 с загрузочно-разгрузочным устройством 8, вибратора 2, пружинных или резиновых опор 3, опорной рамы 4. электродвигателя 5, эластичной муфты 6, соединяющей вал двигателя с валом вибратора, и шаров 7. Вибратор, показанный на рис. 96, предназначен для работы при 1500 [об/мин], стоит из вала с дебалансом 11, установленного на двух подшипниках, заделанных в трубе 4.С помощью клиновидных колец 8 вибратор укрепляется в корпусе измельчителя. При вращении дебалансного вала корпус измельчителя вибрирует, передавая колебания шарам. За счет соударения вибрирующих шаров, а также их взаимного перемещения происходит интенсивное измельчение поступающего в корпус материала.

Рис. 95. Вибрационная мельница (гуммированная): 1 – опорная рама; 2 – пружины; 3 – корпус мельницы; 4 – внутренняя труба; 5 – штуцер для охлаждающей воды; 6 – дополнительный дебаланс; 7 – подшипник; 8 – разрезные крепежные кольца; 9 – гильза вибратора; 10 – загрузочно-разгрузочный люк; 11 – вал с дебалансом; 12 – штуцер для охлаждающей воды; 13 – Эластичная муфта; 14 – электродвигатель.

Измельчители, имеющие вибратор с дебалансным валом, называются инерционными (см. рис.94,поз. а). Известны также модели

вибрационных мельниц с вибратором гирационного типа (рис.94, поз. б). На валу 2 вибратора такого измельчителя вместо дебалансного груза предусматриваются эксцентриковые шейки или колена, на которые с помощью подшипников подвешивается барабан мельницы 1. При вращении вала-вибратора барабан 1 мельницы вместе с находящимися в нём шарами 7 совершает круговые движения в соответствии с величиной эксцентриситета шейки или колена вала. Мельницы с таким вибратором носят название гирационных. По эффективности измельчения они ничем не отличаются от инерционных, но ввиду трудности их уравновешивания получили ограниченное распространение.

На рис. 95 приведена конструкция вибрационной инерционной мельницы, которая состоит из корпуса 3, вибратора с дебалансом 11, эластичной (шланговой) муфты 13, электродвигателя 14. Для измельчения материалов, не допускающих примеси железа, корпус мельницы и все внутренние элементы покрываются слоем резины (гуммируются), а в качестве мелющих тел используют фарфоровые шары. Корпус мельницы 3 опирается на пружины 2. В рассматриваемой конструкции с числом пружин 4÷6.

В зависимости от параметров измельчаемого продукта вибратор может быть изготовлен либо для работы при 1500 об/мин, либо для работы при 3000 об/мин.

Вибратор для мельницы на 1500 об/мин показан на рис. 95 состоит из внутренней трубы 4, коаксиально расположенной гильзы вибратора 9, в зазор между которыми подается и отводится охлаждающая вода через соответственно штуцеры 5 и 12. Дебалансный вал 11 выполнен в виде эксцентрикового вала, оснащен дополнительными внешними дебалансами 6 и установлен на двух сферических роликоподшипниках 7. Вибратор закреплен в корпусе мельницы при помощи двух разрезных конусных крепежных колец 8.

На рис.96 приведена конструкция инерционного вибратора с составным дебалансным валом для крупногабаритных вибрационных мельниц, работающих при 3000 колеб/мин.

Рис. 96. Вибратор вибрационной мельницы на 3000 колеб/мин: 1-разрезной дебаланс; 2-самоустанавливающиеся шлицевые валики; 3-выходной вал; 4-упругая (шланговая) муфта; 5-хомут; 6-роликовые сферические подшипники; 7- 8-крайние разрезные конические кольца; 9-промежуточные разрезные конические кольца.

Вибратор на 3000 колеб/мин отличается от вибратора на 1500 колеб/мин тем, что в нем дебаланс 1—разрезной и состоит из трех частей, которые соединены между собой посредством самоустанавливающихся шлицевых валиков 2. Выходной вал 3 соединяется с электродвигателем при помощи упругого соединительного шланга (муфты) 4, закрепленного на выходном валу стяжным разъёмным хомутом 5.

Каждый из дебалансов устанавливается на двух роликовых самоустанавливающихся сферических подшипниках 6. Всего, таким образом, в вибраторе на 3000 колеб/мин имеется шесть подшипников. Поскольку нагрузка в корпусе вибратора равномерно распределяется на шесть подшипников, мельница может выдерживать большие напряжения и отличается высокой работоспособностью.

Внутреннее кольцо каждого подшипника напрессовано на шейку дебаланса, а наружное—запрессовано в обойму 7. Обоймы поджимаются друг к другу через крайние 8 и промежуточные 9 кольца, внутренняя коническая поверхность, которых давит, как клин, на наружные конуса обойм. Наружная поверхность колец прижимается к внутренней поверхности трубы. Рассмотренная мельница предназначается как для сухого, так и для мокрого помола материалов при непрерывном или периодическом процессе измельчения.

При непрерывном измельчении вибрационная мельница работает в замкнутом цикле.

Непрерывность процесса измельчения достигается путем отвода из корпуса измельчителя целевой фракции с помощью воздушного потока и непрерывной подачи в зону измельчения сырья. Для подачи воздуха и вывода пылевоздушной смеси в корпусе мельницы предусматривают специальные штуцеры.

Вибрационные измельчители имеют амплитуду вибраций от 3 до 20 мм, производительность мельниц от 1 до 15 ч/т, мощность электродвигателя 10—420 кВт.

Рис. 97.Расчетная схема вибрационного измельчителя.

Амплитуду колебаний вибрационного измелъчителя с дебалансным вибровозбудителем определяют из рассмотрения колебательного движения центра масс корпуса мельницы (рис. 97). Вынуждающей силой является центробежная сила дебаланса:

Р₀=m₀∙ω²r ,

где m₀ - дебалансная масса, ω - угловая скорость дебаланса; r- расстояние от оси вращения до центра масс дебаланса.

Полагая, что центр масс корпуса совпадает с осью вращения дебалансного вала, а жесткости опорных устройств си с_x и с_y в направлениях соответствующих осей известны, причем вязкое сопротивление незначительно, можно записать дифференциальные уравнения вынужденных колебаний центра масс:

где m — суммарная масса вибрирующих частей; x, y— координаты центра масс, отсчитанные от начального положения равновесия; t - время.

Решения дифференциальных уравнений дают для установившегося режима

x =А_ox·cos(ωt); y =Аoy ·sin(ωt) ,

Обычно с = с_x = с_y. Так как сω=m₀² (где ω₀ —частота собственных колебаний системы), получим амплитуду:

А = А_ox = Аoу = m₀ ω²r / [m(ω²₀ - ω² )] .

Вибрационные измельчители обычно работают в зарезонансном режиме; жесткость пружин выбирают так, чтобы частота вынужденных колебаний в 4—5 раз превышала собственную частоту колебаний. При заданных по условиям проведения технологического процесса амплитуде А и массе т вибрирующих частей дебалансную массу m₀ определяют из равенства m₀r=mА.

Суммарная масса колеблющейся системы складывается из масс корпуса m_к, дебалансного вала m_в, загрузки мелющих тел (шаров) m_ш и измельчаемого материала m_м. Влияние двух последних масс оценивают коэффициентом присоединения массы загрузки к колебаниям k_ц= 0,2 ... 0,3; тогда

m = m_к + m_в + k_ц(m_ш + m_м) .

Мощность электродвигателя складывается из мощности N₁,необходимой для сообщения колебаний, и мощности N₂ на преодоление трения в подшипниках:

N_дв=(N₁+N₂)/η ,

где η – КПД привода.

Максимальное значение средней мощности N₁, необходимой для поддержания вынужденных колебаний линейной упругой системы с одной степенью свободы, в ряде случаев может быть оценено с помощью выражения

(N₁)_max=P₀ ω/[4m(ω²₀-ω² )] ,

где P₀ - амплитуда вынуждающей силы; w и ω₀ соответственно частоты вынужденных и свободных колебаний системы.

Струйные измельчители.

Струйные измельчители (мельницы) применяют для измельчения материалов средней твердости с получением частиц размерами до 2—5 мкм. Измельчение происходит вследствие соударения частиц между собой, а также их ударов и истирания о стенки камеры. Действие струйных измельчителей основано на использовании энергии сжатого газа или пара, которые при расширении в соплах приобретают большую скорость, в ряде случаев достигающую нескольких сотен метров в секунду. Введенные в струю частицы измельчаемого материала разрушаются вследствие взаимных соударений при пересечении потоков струй или при ударе о твердую перегородку.

Струйные мельницы позволяют резко снизить загрязнение измельчаемого материала продуктами износа. По виду энергоносителя различают воздухо-, газо- и пароструйные мельницы, в которых энергоносителем является сжатый, соответственно, воздух, инертный газ или перегретый пар. Удельный расход энергоносителя на 1 кг материала в среднем для сжатого воздуха 3—5 м³, пара 1—3 кг при давлении 0,4—0,8 Мпа.

По конструкции помольной камеры струйные мельницы делят на три группы: с противоточной камерой — для тонкого измельчения материалов, с плоской и трубчатой камерой — для сверхтонкого (коллоидного) измельчения.

Рис.98. Противоточная двухструйная мельница с верхним выводом помола: 1 – камера измельчения; 2 – разгонные трубки; 3 – сопла; 4 – рукава питания и возврата крупной фракции из сепаратора; 5 – выводная труба; 6 – сепаратор; 7 – штуцер для отвода тонкой фракции; 8 – шнек питатия.

Измельчитель с противоточной двухструйной камерой (рис.98) состоит из помольной камеры 1, футерованной износостойким материалом, в которую с противоположных сторон входят разгонные трубки 2 с размещенными в них соплами 3 для подачи энергоносителя. В разгонные трубки по рукавам 4 подается измельчаемый материал. Он увлекается потоком газа или пара; в камере 1 происходит соударение частиц. Измельченный материал через трубу 5 попадает в сепаратор 6, где происходит отделение крупной фракции: последняя возвращается на повторное измельчение, Мелкая фракция через штуцер 7 направляется на последующую обработку. Питатель 5 служит для подачи исходного материала.

На рис.99 схематически показано устройство струйного измельчителя с плоской горизонтальной размольной камерой. Измельчитель состоит из размольной камеры A и установленного под камерой циклона-осадителя Б.

Рис. 99. Струйный измельчитель с плоской горизонтальной размольной камерой: а – размольная камера; б – циклон-осадитель; 1 – камера измельчения; 2 – сопла; 3 – штуцер подачи энергоносителя; 4 – газораспределительное кольцо; 5 – штуцер питания; 6 – корпус сепаратора; 7 - труба для вывода тонкой фракции; 8 – сборник крупной фракции.

Подлежащий измельчению материал специальным инжектором подается в зону измельчения через штуцер 5. В эту же зону из распределительного кольца через сопла 2 поступает газ или пар. Сопла направлены таким образом, что струи газа внутри камеры пересекаются. Частицы материала, увлекаемые струями газа, в местах пересечения струй соударяются с большой скоростью и измельчаются. Поскольку струи газа входят в зону измельчения под некоторым углом, вся масса пылегазовой смеси приобретает вращательное движение в сторону направления струй. В результате такого движения частицы оказываются в поле центробежных сил и разделяются на фракции. При этом более крупные сосредоточиваются с периферийной части зоны измельчения, а мелкие оттесняются к центру. Так как в размольную камеру непрерывно поступает свежий энергоноситель, пылегазовый поток, вращаясь, непрерывно вытекает из зоны измельчения в корпус циклона-осадителя Б и, потеряв здесь до 80% твердой фазы, направляется через отводную трубу 7 на окончательную очистку.

В конструктивном отношении мельницы с плоской помольной камерой отличаютя большим разнообразием.

На рис. 100 поз. “а” схематически показано устройство струйного измельчителя с вертикальной трубчатой размольной камерой.

Рис. 100. Струйная мельница с вертикальной трубчатой размольной камерой: а – схема; б – общий вид; 1 – коллектор энергоносителя; 2 – сопла; 3 – камера; 4 – труба восходящего потока; 5 – сепарационная труба; 6 – отводной штуцер; 7 – жалюзийная решетка; 8 – труба нисходящего потока; 9 – приемная воронка; 10 – инжектор питания; 11 – штуцер к инжектору; 12 – штуцер подвода энергоносителя.

Измельчитель состоит из размольной подковообразной камеры 3, в нижней части которой расположены два ряда сопел 2 и коллектор энергоносителя 1. Каждая пара сопел наклонена друг к другу, а также в сторону движения измельчаемого материала.

Подлежащий измельчению материал по трубе 4 поднимается в сепарационную камеру. Последняя состоит из сепарационной трубы 5, отводного штуцера 6, расположенного с внутренней стороны нисходящей ветви сепаратора, и жалюзийной решетки 7, установленной перед отводным штуцером. При повороте пылегазового потока в сепарационной трубе на частицы действуют центробежные силы. Поскольку они пропорциональны массе частицы, крупные частицы будут прижиматься к внешней стенке сепарационной трубы, оттесняя при этом мелкие к внутренней. Через отводной штуцер пылевоздушная смесь, содержащая тонкую фракцию материала, отсасывается для отделения пыли, а крупные частицы по трубе нисходящего потока 8 снова опускаются в размольную зону на доизмельчение.

Сепарация измельченного материала начинается уже при подъеме по трубе 4, но этот процесс в основном происходит и завершается в сепарационной трубе 5. Жалюзийная решетка 7 отражает крупные частицы, приближающиеся к отводному штуцеру. Тонина помола в таких измельчителях зависит от радиуса закругления сепарационной трубы, ее диаметра и положения жалюзийной решетки. На рис. 100 поз “б” показан общий вид измельчителя этого типа.

Струйные измельчители с трубчатой размольной камерой предназначены для измельчения твердых материалов до частиц размеров в несколько микрометров. Рекомендуемая крупность исходного сырья 200-500 мкм. Диаметр размольной трубы измельчителей изменяется от 25 до 200 мм, производительность от 45 до 3600 кг/ч при расходе воздуха от 2 до 45 м³/мин или пара от 0,8 до 40 кг/мин. Давление сжатого воздуха колеблется от 3 до 10 кгс/см², пара от 7 до 18 кгс/см² при температурах порядка 450°C.

В таблицах 20 – 23 приведены технические характеристики некоторых измельчителей раздавливающего и истирающего действия, а также ударных и вибрационных измельчителей.

Таблица 19

Таблица 20

Таблица 21

Таблица 22