ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ В ЦЕМЕНТНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Скорость вращения

В зависимости от скорости вращения барабана мельницы различают два основных режима ее работы: при малой скоро­сти — каскадный, при большой — водопадный. При каскадном режиме мелющие тела перекатываются и материал измельча­ется под действием раздавливающих и истирающих усилий. При водопадном режиме шарь» внешнего ряда (рис. 39) в ре­зультате трения о внутреннюю поверхность корпуса поднима­ются вместе с корпусом мелыи-шы до точки отрыва А, отделя­ются от нее и вначале под действием сил инерции продолжают двигаться немного вверх, слегка поднимаются, а затем пада­ют вниз к точке падения В. В этой точке происходит измельче-
ниє материала под действием ударных усилий. Кривая АВ свободного падения шаров представляет собой параболу.

Таким образом, основная работа измельчения материала в шаровой мельнице осуществляется ударами свободно падаю­щих мелющих тел.

Упрощенно можно следующим образом представить дей­ствие мелющих тел (рис. 40). При работе мельницы каждый

Рис. 40. Примерная схема движения мелюших тел в шаровой мельнице

Шар в слое между линиями а—а и в—в подвергается воздей­ствию двух сил: одна из них приложена в точке контакта с бронефутеровкой и направлена в сторону вращения бараба­на, другая приложена на диаметрально противоположном конце и направлена в другую сторону. Эти силы образуют па­ру сил, которые вращают шар вокруг его оси (параллельной оси мельницы). Шары в смежных слоях находятся в аналогич­ных условиях. В. результате этого мелющие тела скользят друг по другу 'И измельчают, истирая, попадающие между ни­ми частички материала. Однако доля. работы, затраченной на истирание, весьма незначительна и не превышает 1,5—2% [12].

'При водопадном режиме работы мелющие тела после от­рыва от поверхности бронефутеровки падают по параболиче­ской кривой, не соприкасаясь друг с другом (от d—d до с—с), и измельчают материал.

Падающие ша. ры дробят материал на поверхности а—d при ударе о шары, лежащие на этой поверхности. Зона а—а, с—с, d—d («пята») — наиболее активный участок, где проис­ходит интенсивное движение шаров и протекает основная ра­бота измельчения дроблением. Часть шаровой загрузки не от­рывается от общей массы мелющих тел, а только скользит и перекатывается. Эта «сосредоточенная» часть загрузки тем меньше, чем больше работа дробления ударом и выше ско-

4* Зак. 823
рость 'Мельницы (в допустимых пределах). С уменьшением же скорости мельницы количество мелющих тел в сосредоточен­ной части загрузки увеличивается.

Следовательно, при водопадном режиме ' часть мелющих тел работает ударом, а вторая часть дробящей загрузки — пе­рекатом. Такой режим характерен для большинства мельниц, установленных на цементных заводах.

Кинетическая энергия шара в момент удара зависит от веса шара и высоты падения. При вращении корпуса шар на­ходится под действием центробежной силы Р и силы тяже­сти G (см. рис. 39). Шар может подняться до точки А, опре­деляемой углом отрыва а, лишь при условии

Р = G cos а.

Заменяя в этом уравнении центробежную силу инерции ее значением, выраженным через массу шара и центростреми­тельное ускорение, в результате преобразований получим уравнение

ПЩ

Cos а =------ .

900

Это уравнение называется основным уравнением движения шара в мельнице, связующим угол его отрыва с числом обо­ротов корпуса и радиусом последнего в свету. Из него следу­ет, что угол отрыва шара от корпуса, как и высота подъема шара, не зависит от его веса.

С увеличением скорости вращения корпуса мельницы мож­но достигнуть такого положения, при котором шар поднимется на максимально возможную высоту и будет вращаться вместе с корпусом, не отрываясь от него. При этом шар не дробит материал.

'Скорость вращения мельницы, при которой находящиеся в ней мелющие тела не отрываются от корпуса барабана, а вращаются вместе с ним, не производя работы, называется критической скоростью вращения мельницы или критическим числом оборотов мельницы.

При критическом числе оборотов мельницы угол отрыва равен нулю, поэтому основное уравнение движения шара для такого числа оборотов принимает вид

1 =

900 '

Откуда критическое число оборотов мельницы будет

30 _ 42,3 VR ~~ VD

Где 2) — внутренний диаметр барабана мельницы в м.

При небольших же скоростях вращения мельницы, как уже говорилось, шары вместе с измельчаемым материалом поднимаются на некоторую высоту, поворачиваясь при этом в сторону вращения барабана и образуя наклон к горизон­тальной оси. Когда угол наклона всей массы шаров достигает величины угла естественного откоса (примерно 40—50°), ша­ры скатываются каскадом по образовавшемуся откосу. Эф­фективность работы по измельчению материала. при каскад­ном режиме невелика.

Оптимальной скоростью вращения шаровых мельниц, обес­печивающей необходимую высоту подъема шаров, считается такая, при которой угол отрыва шара внешнего ряда от стен­ки мельницы а будет равен 54°40', что соответствует числу оборотов

32

Лопт = или "опт = 0,76 пкр„т. у D

«

В мельницах, футерованных гладкими бронеплитами, воз­можен помол материала при скорости выше критической.

В мельнице, работающей при скорости выше критической, любая точка на поверхности футеровки движется с большей скоростью, чем. предусмотрено формулой критической скоро­сти, в то время как любое мелющее тело, расположенное в наружном слое мелющей загрузки со стороны футеровки, дви­жется в этом же направлении со скоростью ниже той, которая соответствует критической скорости шара. Эта разница в ско­ростях создает между поверхностью футеровки и наружным слоем массы мелющих тел весьма эффективную зону помола истиранием. Доля помола истиранием по отношению ко всему помолу быстро увеличивается по мере увеличения диапазона скоростей выше критической [41].

Однако этот принцип измельчения еще мало изучен и осу­ществлен практически лишь іна одной помольной установке на обогатительной фабрике в Швеции.