2. Роль частоты вращения мельницы
Одной из характеристик, влияющих на производительность мельницы, является частота вращения п. Существует понятие критической частоты вращения, при которой центробежная сила равна силе тяжести мелющих тел, и они не смещаются относительно корпуса и не измельчают материал. Когда окружная скорость V такова, что центробежная сила Р уравнивает силу тяжести G, действующую на мелющее тело, т.е. Р = G, мелющее тело не отрывается от корпуса мельницы, т.е. находится в критическом состоянии (рис. 2). Уравнения и выводы приведены ниже.
Puc. 2 - Оптимальная частота вращения мельницы в мин-1
Оптимальное состояние характеризуется максимальной кинетической энергией падающих мелющих тел, когда их угол отрыва от корпуса φ=54040′. Частота вращения мельницы nопт, обеспечивающая угол отрыва от корпуса φ = 54°40', составляет nопт=0,76 nкр или nопт = 32/√D.
Шары в мельнице могут работать в двух режимах: водопадном, когда шар поднимается и падает вниз на небольшой слой материала «пяту» (измельчение материала происходит ударным действием), и каскадном, когда шар поднимается на небольшую высоту и скатывается по поверхности (измельчение происходит раздавливанием и истиранием) (рис. 3).
Недостаток каскадного режима в том, что интенсивное измельчение происходит только в слое скатывающихся шаров. При водопадном режиме измельчение материала истиранием происходит в меньшей степени из-за малого скольжения слоев шаров (находящихся на круговых траекториях), «связанных» с барабаном т.е. почти половина шаровой загрузки эффективно не используется.
Рис. 3 - Режим движения шаров
Каскадный режим работы шаров применяется в основном для тонкого измельчения, водопадный - для грубого. Режим работы шаров зависит oт скорости вращения мельницы и коэффициента загрузки мелющими телами. Коэффициент заполнения мельницы мелющими телами представляет собой отношение суммарного объема мелющих тел при свободной укладке к рабочему объему мельницы. Оптимальный коэффициент заполнения 0,25...0,3. С увеличением коэффициента загрузки мелющими телами режим движения шаров при неизменной частоте вращения переходит от каскадного к водопадному режиму.
Ассортимент мелющих тел шаровой мельницы представляет собой соотношение масс мелющих тел различного вида и размера. Например, в первую камеру мельницы загружают шары диаметром 100...40 мм, во вторую - цильпебс с диаметром 16-25 мм. Цильпебс представляет собой цилиндрики с отношением длины к диаметру 1...2. Размер исходного материала, поступающего в мельницу, определяет и максимальный размер мелющих шаров. Так, при диаметре исходного материала 20...30 мм максимальный диаметр шаров будет равен около 100 мм. При необходимости повышения тонкости помола материала, следует увеличить долю мелких и уменьшить долю крупных, шаров, т.е. уменьшить средневзвешенный размер шара. В случае же необходимости получения более грубого помола производят противоположные действия.
3. Бронефутеровка мельницы
Бронефутеровка служит для защиты корпуса мельницы от износа. Кроме того, она интенсифицирует помол материала. Поскольку трудно изменять частоту вращения мельницы, остается вносить необходимые поправки в траекторию движения мелющих тел с помощью придания соответствующей формы броневым плитам.
Для интенсификации помола в первой камере шаровой мельницы установлены волнистые бронеплиты, которые поднимают шары на большую высоту и тем самым обеспечивают большую ударную энергию. Кроме того, разбивается скопление движущихся шаров и их взаимное трение, что также интенсифицирует помол материала (рис. 4).
Сортирующая броневая футеровка начала применяться в последние десятилетия. Основной принцип работы сортирующей бронефутеровки состоит в том, что благодаря форме плит происходит распределение мелющих тел по убыванию их размеров вдоль пути измельчаемого материала.
В результате конусности эти бронеплиты перемещают более крупные шары к началу камеры, а мелкие — вытесняются к ее концу, что также способствует более рациональному процессу измельчения, так как с уменьшением фракционного состава материала увеличивается поверхность шаров и их взаимное зрение и, следовательно, интенсифицируется помол.
Рис. 4 - Бронеплиты шаровых мельниц
Такая сортировка размеров мелющих тел с повышением тонкости помола материала повышает производительность мельницы. Тем самым реализуется принцип, чем тоньше размолотый продукт, тем мельче мелющие тела.