ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ В ЦЕМЕНТНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Бронефутеровка

Высота подъема шаров при неизменном числе оборотов и постоянной степени заполнения барабана шарами зависит от формы броневых плит, .которыми футеруется корпус мельницы.

Чтобы увеличить высоту подъема шара и повысить эффек­тивность работы мелющих тел, в шаровой мельнице взамен гладких броневых плит устанавливают броневые плиты раз­личного фигурного профиля (ступенчатые, волнистые и др.).

В последнее время в цементной промышленности помимо волнистых и ступенчатых плит получили распространение бро­невые плиты, на рабочей поверхности которых имеются высту­пы цилиндрической или сфероидальной формы (так называе­мые «каблуки»). Устройство выступов создает условия для лучшего подъема шаров, а также способствует упрочению рабочей поверхности броневых плит, а следовательно, увели­чению их износостойкости вследствие наклепа, осуществляе­мого шарами в процессе их работы.

Наблюдения позволили установить, что при заполнении мельниц шары различной величины неблагоприятно распреде­ляются по длине рабочей камеры мельницы. Более крупные шары всегда перемещаются к ее разгрузочному концу, оттесняя мелкие к загрузочному. Это отрицательно сказывается на эф­фективности измельчения материала, так как в результате та­кого распределения шаров более крупные частицы материала подвергаются дробящему действию мелких шаров, а мелкий материал, наоборот, дробится крупными шарами.

Для устранения такого явления в последнее время за ру­бежом и в отечественной цементной промышленности стали применять для футеровки 'мельниц конусно-ступенчатые броне­вые плиты с каблучковой поверхностью.

Такие плиты устанавливают в основном в двухкамерных мельницах (с одной шаровой и одной цильпебсной камерами). В шаровой камере устанавливаются конусно-ступенчатые бро - неплиты с каблучковой поверхностью, а в цильпебсной —обыч­ные (цилиндрические). В некоторых случаях для уменьшения скольжения мелющих тел по броне в цильпебсных камерах устанавливаются продольные стальные планки, образующие на плитах ребристые выступы.

Соотношение длин камер в каждом отдельном случае под­бирается на основании опытных данных в зависимости от свойств измалываемого материала.

Со стороны загрузочного конца шаровой камеры устанав­ливаются 2—3 ряда цилиндрических (гладких или каблучко - вых) плит с целью некоторого уменьшения принудительной сортировки мелющих тел в. начале камеры, что способствует равномерному распределению материала по длине камеры.

У между, камерной перегородки на протяжении 500—700 мм также устанавливаются цилиндрические плиты, чтобы улуч­шить условия размола накапливающихся при неравномерном питании крупных кусков материала.

В результате применения конусно-ступенчатых броневых плит шары по длине шаровой камеры распределяются по крупности.

В связи с тем, что наличие каблучков на рабочей поверх­ности броневых плит значительно уменьшает скольжение ша­ров, при слишком большой скорости вращения мельницы возможно снижение ее производительности из-за переброса части шаровой загрузки через так называемую «пяту» выше слоя материала на оголенную футеровку.

В связи с этим перед монтажом конусно-ступенчатых плит в мельнице необходимо увязать фактическую скорость ее вра­щения с оптимальной, установленной для конусных плит с каблучковыми выступами.

По имеющимся данным [42], при каблучковой поверхности броиеплит наилучшее размалывающее действие шаров обес-

* 26 печивается при числе оборотов мельницы п = —^ или п =

VD

= 0,62 пКрит - Исследования НИИЦемента подтверждают, что мельница с каблучковой футеровкой работает более эффектив­но при скорости вращения, составляющей 60—70% от крити ческой.

Установлено [43, 44], что классификация шаров в мельнице с конусной бронефутеровкой осуществляется только в том случае, если ,на наклонную поверхность бронеплит попадают крупные шары.

Одновременно следует отметить, что при работе мельницы происходит расслоение шаровой загрузки, которое зависит от скорости вращения мельницы, формы поверхности бронеплит и сцепления шаров и материала с бронефутеровкой. При ско­рости вращения «=0,'6пкритв мельнице с гладкой бронефуте­ровкой расслоения шаровой загрузки почти не происходит (рис. 41, а).

В мельнице с гладкой бронефутеровкой в зависимости от скорости вращения можно отметить три состояния процесса расслоения шаровой загрузки.

Первое состояние (рис. 41, б). Скорость мельницы сравнительно невелика. Основная масса шаров работает глав­ным образом перекатом. Наблюдаются заметные признаки расслоения шаровой загрузки (или отделение мелких шаров от крупных). Мелкие шары поднимаются выше крупных, но разница в величине угла отрыва у тех и других незначитель­ная. Крупные шары выходят на внешний слой почти у самого его верха и скатываются по лежащим ниже слоям шаров ка броневую футеровку. При таком состоянии расслоения шаро­вой загрузки происходит четкая, почти идеальная, сортировка шаров вдоль камер мельницы при угле наклона рабочей по­верхности бронеплит а=10°.

Второе состояние. Скорость вращения мельницы по­вышается, расслоение шаровой загрузки увеличивается. Пре­обладающее количество крупных шаров концентрируется в средней части загрузки и только у «пяты» они перемещаются во внешний ряд и броневую футеровку (рис. 41,в). Сортиров­ка мелющих тел в мельнице. не совсем четкая. Часть крупных шаров проходит в конец камеры, к разгрузочной ее части. В этом случае, чтобы улучшить сортировку мелющих тел, необ­ходимо устанавливать броневые плиты с углом наклона ра­бочей поверхности 12—13°.

Третье состояние. Мельница вращается с большом скоростью и шаровая загрузка работает главным образом ударом. Наблюдается четко выраженное расслоение мелющих тел. Крупные шары концентрируются в средней части загруз­ки. Мелкие шары, имеющие большую скорость, сосредоточи­ваются во внешних рядах. Крупные шары не выходят. на по­верхность .броневой футеровки, а как бы перекатываются на слоях из мелких шаров (рис. 41, г).

При таком расслоении шаровой загрузки, когда крупные шары не перемещаются во внешний ряд и «а поверхность - бро­невой футеровки, сортировки мелющих тел в мельнице с ко­нусной бронефутеровкой не происходит. Иногда наблюдается даже «обратная сортировка», т. е. крупные шары концентри­руются у выходной части камеры.

Мелкие шары при этих условиях движения шаровой за­грузки выходят на внешние ряды и, достигнув броневой фу­теровки, как 'бы покрывают ее слоем, преграждая доступ круп­
ным шарам. При больших скоростях крупные шары, сосредото­чиваясь внутри загрузки, передвигаются по слоям мелких шаров к концу камеры.

Расслоение шаров по окружности объясняется тем, что центр массы малого шара может быть ближе к барабану мельницы, чем центр массы большого шара. Вследствие этого радиус вращения малых шаров больше, а значит больше и скорость по сравнению с крупными шарами. Следовательно, малый шар при вращении барабана при последующих оборо­тах поднимается выше и оказывается во внешнем слое шаро­вой загрузки, большой же шар имеет меньшую скорость, под­нимается, наименьшую высоту отрываясь" от бронефутеров - ки, остается в одном из внутренних слоев. В результате боль­шие шары остаются в средней части загрузки и не смешива­ются с малыми шарами во всей массе загрузки.

Не трудно убедиться, что в трубных мельницах, которые вращаются со скоростью п = 0,85 пкрит (и даже больше), воз­можна сортировка мелющих тел (шаров), но для этого долж­на быть установлена конусная бронефутеровка с гладкой по­верхностью.

В мельнице с каблучковой бронефутеровкой наблюдается такое же расслоение шаровой загрузки, как и в мельнице с гладкой бронефутеровкой. Однако каждому состоянию рас­слоения шаровой загрузки соответствуют другие скорости вра­щения, Скорости вращения мельницы с .каблучковой. поверх­ностью футеровки п=--0,6 «крит такие же, как у мельницы с глад­кой поверхностью броневых плит п=0,85 пкрит. В мельницах с каблучковой бронефутеровкой при скорости вращения п— = 0,6 Пкрит происходит значительное расслоение шаровой за­грузки, но на поверхность броневой футеровки попадает достаточно боль­шое количество крупных шаров, обес­печивающих хорошую классификацию мелющих тел (рис. 42).

На сортировку шаровой загрузки значительно влияют диаметр бараба­на мельницы и ассортимент мелю­щих тел. Так, чем больше диаметр мельницы, тем продолжительнее время самостоятельного движения шара и тем больше времени остается для вы­хода крупных шаров (на «пяту» и бро- нефутеровку. В этом можно легко убедиться, сопоставляя периоды дви­жения шара по параболе и круговую траекторию в мельницах разных диаметров.

Из динамики шаровой мельницы известно, что период дви­жения шара, т. е. время его движения от точки отрыва А до
нее же, не совпадает со временем одного оборота мельницы и неодинаков для всех слоев движущейся загрузки (ом. рис. 39).

Подтвердим это примерным расчетом полного периода дви­жения шара по круговой траектории ВА и по параболе АВ, от точки падения В до нее же, или, как его называют, цикла движения этого шара.

Для мельницы с п об/мин продолжительность одного обо­рота составит

, 60

T --------- сек.

П

Шары от точки В до точки отрыва А, расположенные по окружности радиуса R, движутся вверх по этой круговой тра­ектории вместе с мельницей. От точки отрыва А до точки па­дения В шары движутся самостоятельно по параболе АВ. Определим продолжительность этих двух периодов движения шара.

Центральный угол 6=АО В, соответствующий прохождению шаром параболы АВ, будет равен!

8 = а + 90 + р = а + 90 + (За - 90) = 4а, где (3=За—90.

Центральный угол ф=АОВ, соответствующий движению шара вместе с мельницей, составит ф=360—6=360—4а.

Время t, в течение которого шар проходит этот угол, вра­щаясь одновременно с мельницей, находим из условия

: t = 9 :360 = (360 - 4а): 360,

Откуда

^ _ J^ _ J>0_ 360 — 4а _ 90 —а 1 ~ 360 ~ п 360 ~ 1,5/1

Время t2 самостоятельного перемещения шара по параболе АВ на горизонтальное расстояние х определим по формуле

-я — .

V COS а

Где абсцисса х

Х — 47? sin cos2 а, а линейная скорость шара v в точке отрыва А

R.nR

V = — .

Зо

Тогда время t2 самостятельного движения шара по пара­боле будет

, _ х _ 4R sin д cos2j-3Q _ 19,1 sin 2а

'2 — -------------------------- ^ •— •

II COS a T-tlR COS а П

Из данных табл. 27 видно, что в модели мельницы с каб­лучковой бронефутеровкой при скорости вращения п=0, I ftкрит угол отрыва шара d=5О мм примерно равен 54°, что соответ­ствует наивыгоднейшим условиям работы шаровой загрузки.

Определим время движения шара вместе с мельницей по круговой траектории

90 — а 90 — 54 24

Л =

1, 5п 1,5 п п

Время самостоятельного движения шара по параболе АВ будет

. _ 19,1 sin 2з 19,1 sin (2-54) _ 18

TOC \o "1-3" \h \z t2 — = ----------------------------------------------------- .

П п п

Полный цикл движения шаров слоя, для которого угол от­рыва а=54°, составит

T0 = t1 + ti=*i+JL=

П п п

Для мельницы диаметром D = 1 м оптимальная скорость равна

32

= ~у=- = 32 об/мин, а для мельницы диаметром D = 2,6 м

П2 в = = 5— = 20 об/мин.

В мельнице D= 1 jw шар внешнего ряда совершает полный цикл за время

/ 42 42 , Q, /0 = — = — = 1,31 сек. п 32

Рассчитаем время самостоятельного движения шара по параболе в мельнице D= 1 м

T2 = = = 0,56 сек. п 32

В мельнице D = 2,6 м шар внешнего ряда совершит полный цикл за время

42 42 0 .

T0 =------ = ----- = 2,1 сек,

П 20

А время самостоятельного движения шара, по параболе соста­вит

/ 18 18 „ п t2 — = — = 0,9 сек.

П 20

Исходим из того, что при одном и том же коэффициенте заполнения и одинаковых скоростях вращения (по отношению к критической скорости) подъем шаровой загрузки и угол отрыва шаров внешнего ряда будут одинаковы у мельницы диаметром 1 м и мельницы диаметром 2,6 м. Тогда время са­мостоятельного движения шара по параболе в мельнице боль­шего диаметра превысит это время в мельнице малого диамет­ра в 1,6 раза

T2: t2 — 0,9 : 0,56= 1,6.

Получается, что чем больше времени шар находится во взвешенном состоянии, т. е. в отрыве от основной массы за­грузки, тем больший путь проходят шары во внешнем слое сосредоточенной части загрузки. А так как в сосредоточенной части загрузки в основном концентрируются крупные шары, то в мельницах большего диаметра у них больше времени для преодоления завесы внешних слоев, состоящих из малых ша­ров взвешенной части загрузки. Этим и объясняется, что в производственных условиях в мельницах большего диаметра с каблучковой бронефутеровкой классификация шаров осуще­ствляется и при скорости П = 0,7«Крит.

При постоянной скорости вращения по мере увеличения до­ли крупных шаров в загрузке соответственно увеличивается сосредоточенная часть и уменьшается взвешенная часть ее, что также влияет на самосортировку мелющих тел в мельнице с конусной бронефутеровкой.

Если на поверхности бронеплит имеются каблучки, то зна­чительно снижается или полностью устраняется скольжение шаров и материала по бронефутеровке, в результате чего создаются оптимальные условия работы шаровой загрузки при сравнительно низких скоростях вращения.

Таким образом, движение шаровой загрузки в мельнице с каблучковой бронефутеровкой иное, чем при гладкой бронефу­теровке. При этом угол отрыва шаров диаметром 30—50 мм не зависит от коэффициента заполнения, а определяется только скоростью вращения мельницы, поскольку шары указанного размера входят в углубления между каблуками, которые под­нимают их на значительную высоту. Из этого следует, что из­менение коэффициента заполнения не должно отражаться «а величине угла отрыва шара, что мы наблюдаем в действитель­ности.

Как мы видели (см. табл. 27), оптимальный угол отрыва шаров 0 30—50 мм обеспечивается при 'скорости п=0,6-н -=-0,7 пкрит.

Шары диаметром 90 мм и больше не входят в пазы между каблуками, поэтому сила сцепления у них во много раз мень­ше, чем у шаров диаметром 30—50 мм. Шары 90 мм во внешнем ряду загрузки скользят по поверхности каблучковой футеровки почти как по гладкой.

Установлено, что сила сцепления мелющих тел с каблучко­вой поверхностью футеровки уменьшается по мере увеличения диаметра шара. Так, хорошее сцепление с ней создается у ша­ров диаметром до 80 мм. Мелющие тела размером 20—30 мм заклиниваются между каблуками, поэтому применять их не следует. Наименьший размер шара в камере с каблучковой бронефутеровкой должен быть не более 40—50 мм.

В мельницах с каблучковой бронефугероБкой шары диамет­ром до 80 мм работают эффективно при скорости п = 0,6 - г-0,7' п крнт - При этой же скорости расслоение шаровой загруз­ки еще не достигает. максимального уровня, что обеспечивает достаточно хорошую классификацию мелющих тел. Шары d ^ ]>90 мм при скорости вращения п = 0,6-=-0,7 пкрит работают с пониженной эффективностью, так как при этих скоростях они не поднимаются на наибольшую высоту.

Из этого следует, что мельница с каблучковой сортирующей бронефутеровкой может работать наиболее эффективно в том случае, если скорость вращения n=0,6-h0,7пкрт, а размер ша­ров в загрузке не превышает 80 мм.

Необходимая предпосылка для создания таких условий — предварительное дробление клинкера.

В том случае, когда нет необходимости вводить в ассорти­мент шаровой загрузки шары 80 мм, установка каблучко - вых сортирующих бронеплит может повысить производитель­ность трубных мельниц до 20%.

На Волховском алюминиевом комбинате, к примеру, произ­водительность мельницы размером 2,2X13 м, отфутерованной каблучковыми сортирующими бронеплитами, при помоле пред­варительно измельченного клинкера увеличилась с 17 до 21 т/ч.

На отечественных цементных заводах предварительного дробления клинкера, как правило, нет. Поэтому для измельче­ния крупных кусков клинкера, поступающих в мельницу, при­ходится применять мелющие ,шары 90 мм. Но в мельнице с каблучковой бронефутеровкой вращающейся со скоростью н=0,6н-0,7 «крит, такие шары работают с пониженной эффек­тивностью. Чтобы обеспечить измельчение крупных кусков мате­риала, необходимо увеличить долю шаров <£>90 мм в шаровой загрузке до 35—40% и удлинить камеры с шаровой загрузкой до 3/s n6|Tie"f длины мельницы. При помоле в мельницах с ко­нической каблучковой Ороневои футеровкой клинкера без пред­варительного дробления удается повысить производительность до 10%.

Сортировать мелющие тела можно в трубных мельницах, работающих со скоростью от п=0,6/гкритдо /г.=0,9 пкркт, но для каждой скорости необходимо подбирать соответствующий про­филь броневых плит. Конусные броневые плиты с каблучковой поверхностью обеспечивают классификацию шаровой загрузки и оптимальные условия работы мелющих тел при скорости вра­щения мельницы «=0,6-^0,7 пкрит . Эти скорости находятся в

26 29 пределах от до.

Yd Yd

При скорости вращения мельницы л=0,7-г-0,8 пкр1П необхо­димо применять конусные бронеплиты с волнистой поверх-

30 33

Ностью, которым соответствуют значения п от —— до——,

YD YD

А при скорости вращения мельницы /2=0,8-^-0,9 пкрнт—броне­вые плиты с гладкой поверхностью. Им ■соответствуют значения

34 38

Оптимальной скорости п от —— до —— .

YD YD

Известно, что конусная бронефутеровка внутри барабана мелыницы образует усеченные конуса. Скорость движения ша­ров, расположенных на наклонной плоскости конуса, не одина­кова, в связи с чем увеличивается трение как между шарами, так и внутри слоев размалываемого материала. В данном слу­чае в мельнице с сортирующей бронефутеровкой трение внутри слоя материала будет значительно больше, чем при цилиндри­ческой футеровке, что является важным фактором интенсифи­кации измельчения методом истирания.

Разница в скорости движения шаров, расположенных по длине одной наклонной плоскости, достигает больших разме­ров. Так, например, для мельницы диаметром 2,2 м с конусной бронефутеровкой при скорости вращения я=20,5 об/мин внут­ренний диаметр в вершине усеченного конуса /), = 1,88 мм, а скорость составит

В то же время для шара на этой плоскости броневой плиты, расположенного у основания усеченного конуса, т. е. по окруж­ности наибольшего диаметра D2=2,07 м, скорость будет равна

_ П \'W2 _ п _

"г — 42 3 — "крнт •

Следовательно, скорость движения шаров внешнего ряда, расположенных по наклонной плоскости броневых плит и об­разующих усеченный конус футеровки, только в пределах высо­ты одной плиты изменяется на 4°/о.

С изменением диаметра мельницы по длине усеченного ко­нуса, образуемого конусной бронефутеровкой, изменяется и окружная скорость шаров, расположенных вдоль броневой пли­ты.

Окружная скорость шара по наибольшему диаметру состав­ляет:

2г. гф 2.3,14.1,035-20,5 0 00 ,

V —------- 1— =------- !------ :-------- = 2,22 м/сек,

0 60 ^ а по наименьшему диаметру

2wtn 2-3,14-0,94-20,5 0 „„ v, = —— = 1 !— = 2,02 м сек.

60 60

Изменение окружной скорости движения шаров по длине одной броневой плиты на 0,2 м/сек увеличивает трение между шарами в самой шаровой загрузке и в слоях размалываемого материала, что интенсифицирует процесс измельчения за счет истирания. При измельчении же методом истирания образуют­ся мельчайшие частички материала. Поэтому при тонком помо­ле цемента конусная бронефутеровка значительно эффективнее цилиндрической с любой поверхностью.

Применение сортирующей бронефутеровки при оптимальных условиях работы шаровой загрузки создает необходимые пред­посылки для повышения производительности трубных мельниц и тонкости измельчения цемента.