Мельница

схемы мельницМЕЛЬНИЦА (а. mill; н. Muhle; ф. moulin, broyeur; и. molino) — машина или аппарат для измельчения сыпучих материалов. Применяют при рудоподготовке, обогащении полезных ископаемых, в металлургии, теплоэнергетике, химической и других отраслях промышленности. Различают мельницы барабанные (шаровые, стержневые, трубные, конусные, самоизмельчения), роликовые (ролико-кольцевые, шаро-кольцевые, катково- чашевые, катково-дисковые), ударно-центробежные (молотковые, дезинтеграторы, дисмембраторы), жерновые, вибрационные, струйные (рис. 1).

Прототип мельницы в виде песта и ступки из камня известен с древнейших времён (8 тысяч лет до н.э.). За 3 тысячи лет до н.э. ручные мельничные жернова применялись для измельчения полезных ископаемых в Древнем Египте и Китае. С 16 века для измельчения руд использовались толчеи — падающие песты. Катково-чашевые мельницы ведут начало от арастры, применявшейся на древних разработках золота в Мексике (по мощённому камнем дну круглой чаши конным приводом волочились тяжёлые валуны). Основные патенты на современные бегуны выданы в 50-х гг. 19 века. Принцип действия шаровой мельницы известен с начала 18 века.

Первая роликовая мельница изобретена Шранцем в Германии в 1870. Барабанные мельницы применяются с 80-х гг. 19 века, широко распространены с 1910. Первая галечная мельница (барабанная) появилась в Южной Африке в 1875. Идея использования струи сжатого газа для сообщения скорости куску при дроблении запатентована в 1880, но разработки струйных мельниц начаты в 1925. Метод самоизмельчения впервые применён в 1908 для измельчения магнетита в конических мельницах без шаров на одной из обогатительных фабрик в Пенсильвании (США). Мельницы самоизмельчения больших диаметров разрабатывались с 1930, в промышленности появились в 1940-45; бесшаровые мельницы — в 1940-45. Молотковые мельницы применяются с 1925, хотя патент на ударную мельницу с закреплёнными билами выдан в Великобритании Х. Кариеру ещё в 1875. Первые конструкции шаровых вибрационных мельниц разработаны в Германии в 1933-40. Первые конусные мельницы установлены в США на медно-цинковой фабрике в 1948.

По принципу действия мельницы разделяются на механические (измельчающие органы приводятся в движение специальным механическим приводом) и струйные (разрушение частиц происходит в результате их удара друг о друга или о неподвижную преграду при разгоне сжатым воздухом, газом или паром).

трубная мельницаВ механических мельницах измельчающие органы при работе под нагрузкой отделяются друг от друга небольшим переменным слоем измельчённого материала, а на холостом ходу, как правило, соприкасаются. Измельчающими органами механических мельниц являются рабочий корпус и находящиеся в нём мелющие тела, которые могут быть как закреплёнными (бегуны, ролики, молотки, била), так и свободно перемещающимися (шары, стержни, галька, куски самого измельчаемого материала).

Барабанные мельницы (рис. 2) наиболее распространены в промышленности (см. Барабанная мельница).

Они сравнительно просты по конструкции, удобны и надёжны в эксплуатации, обеспечивают высокую степень измельчения и легко автоматизируются. Недостатки: низкий кпд — 0,01-0,05, высокий расход электроэнергии — 10-40 кВт•ч/т материала, значительный износ мелющих тел и футеровки — 1-3 кг/т материала, большая металлоёмкость и высокий шум при работе.

Шаровые мельницы со стальными, чугунными, кремневыми, фарфоровыми шарами диаметром 30-150 мм применяют для тонкого (до 40-100 мкм) измельчения материалов исходной крупностью до 25-30 мм сухим и мокрым способами. Для однородности помола используют смесь шаров различного диаметра. Объём заполнения барабана шарами обычно не превышает 45%.

шаровые мельницыСтержневые мельницы (со стальными стержнями диаметром 40-125 мм и длиной, соизмеримой с длиной барабана, или короткими цилиндрами — цильпебсами диаметром до 25 мм и длиной до 40 мм) применяют для грубого помола (до 500-1000 мкм) обогащаемого сырья перед окончательным помолом в шаровых мельницах. Конструктивным отличием стержневых мельниц от шаровых является увеличенный диаметр разгрузочного отверстия, что позволяет снизить уровень пульпы при сливе, увеличить скорость прохождения материала и снизить его переизмельчение. Получению продукта более равномерной крупности способствует также линейный более рассредоточенный характер удара стержня в сравнении с точечным ударом шара. Вместе с тем, благодаря большой длине стержней, вероятность выхода недоизмельчённых кусков в стержневых мельницах значительно ниже, чем в шаровых. Объём заполнения барабана стержнями до 35%.

В мельницах открытого цикла материал проходит через рабочее пространство однократно без классификации. Замкнутый цикл предусматривает классификацию материала в спиральных классификаторах, гидроциклонах или воздушных сепараторах, возвращение некондиционного промышленного продукта в мельницах для доизмельчения. Работа мельницы по замкнутому циклу более рациональна, производительна и экономична, т. к. готовый продукт своевременно удаляется и не переизмельчается.

Мельницы сухого помола с одновременной подсушкой применяются при пылеприготовлении угольного топлива на тепловых электростанциях, неметаллических ископаемых (алунита в алюминиевой промышленности, известняка на агломерационных фабриках, шамота и др.), а также при самоизмельчении различных некрепких материалов. Мокрым способом измельчают большинство полезных ископаемых для их обогащения, а также материалы с высокой естественной влажностью, мягкие и легко диспергируемые водой (мел, известняк, мергель, клинкер, а также горно-химическое сырьё).

Трубные мельницы применяют для получения наибольшей степени измельчения в одном аппарате при работе в открытом цикле. Для повышения эффективности работы с возможностью измельчения в несколько стадий трубные мельницы выполняют многокамерными. Камеры разделяют между собой решётчатыми перегородками для пропуска материала и заполняют мелющими телами (шарами, цильпебсами) уменьшающегося размера соответственно уменьшающейся крупности промышленного продукта. Такое распределение мелющих тел делает процесс измельчения в трубных мельницах более равномерным и менее энергоёмким, чем в шаровых и стержневых мельницах.

Идея естественной сегрегации мелющих шаров заложена в конструкции конусной мельницы, в которой наиболее крупные шары группируются вблизи загрузочной части у основания конуса, а шары уменьшающегося размера распределяются по стенке конуса по направлению к разгрузочному отверстию. Однако вследствие нестабильности процесса измельчения конусные мельницы широко не применяются.

стержневые мельницыМельницы самоизмельчения имеют диаметр до 10-12 м и привод мощностью до 7 кВт и выше. Такие мельницы способны принимать крупные куски руд до 600-900 мм и давать готовый продукт крупностью 0,074 мм до 60-80%. Мельницы самоизмельчения применяются преимущественно в Канаде, Финляндии, ЮАР, а также в CCCP для подготовки к обогащению асбестовых, золотых, урановых, железных и медных руд, предварительного помола цементного клинкера, доменных шлаков и других материалов. Основное преимущество таких мельниц — их способность осуществлять в одном агрегате с воздушной или гидравлических сепарацией высокую степень измельчения, заменяя несколько дробильно-измельчительных установок с соответствующими транспортными коммуникациями промежуточными бункерами, питателями и т.п. Недостатки: крайняя громоздкость установки, опасность накопления в мельнице фракций критической крупности, непригодность для обработки хрупких крупно-кусковатых руд и др.

Роликовые мельницы относятся к измельчителям раздавливающего и истирающего действия со средними скоростями (100-300 об/мин) движения закреплённых измельчающих органов. Применяют для грубого и среднего измельчения сухим способом мягких и средней твёрдости материалов (углей, цементного сырья, фосфоритов, графита, серы, минеральных красок и др.). Различают ролико-кольцевые, шаро-кольцевые, катково-чашевые и катково-дисковые мельницы.

Ролико-кольцевые мельницы выполняются как вертикальными, так и горизонтальными и состоят из корпуса, размольного кольца диаметром до 3000 мм и прижатых к его внутренней поверхности мелющих роликов диаметром до 1200 мм. В вертикальных мельницах кольцо вращается вокруг горизонтальной оси, а раздавливание и истирание материала осуществляется между кольцом и подпружиненными роликами. В горизонтальных мельницах по внутренней поверхности неподвижного горизонтального кольца перекатываются прижимаемые к нему центробежной силой мелющие ролики, прикреплённые с помощью тяг к вертикально вращающемуся валу. Роликовые мельницы работают в замкнутом цикле с воздушным сепаратором. Производительность ролико-кольцевых мельниц пропорциональна ширине ролика или кольца, линейной скорости их вращения, крупности целевого продукта и зависит от твёрдости измельчаемого материала. Степень измельчения достигает 40, а кпд 0,05-0,06.

В шаро-кольцевых мельницах мелющим органом являются шары, раздавливающие и истирающие материал при вращении вокруг собственной оси и оси размольного кольца. Шары могут быть как закреплёнными на вращающемся валу с центробежным прижатием к неподвижному вертикально или горизонтально расположенному кольцу, так и свободными, перекатываемыми по горизонтальному размольному кольцу за счёт фрикционного воздействия вращающегося подпружиненного нажимного кольца. Мельницы со свободными шарами выполняются одно- и многоярусными. Вследствие конструкторских и технологических сложностей они ограниченно применяются в США при сухом помоле углей и цементного сырья с производительностью до 50 т/ч.

В катково-чашевых мельницах для грубого и среднего помола раздавливание и истирание материала производится катками, движущимися по днищу или бортам чаши и прижимающимися к ним собственной массой (бегуны) или с помощью пружин. Чаша может быть неподвижной или вращающейся. В больших катково-чашевых мельницах с цилиндрическими катками массой до 5 т для снижения инерционных сил и упрощения привода вращающимися выполняются чаши, а катки только поворачиваются вокруг собственных осей. Материал, сдвигаемый в таких мельницах к наружной стенке чаши центробежными силами при сухом помоле, возвращается под катки специальными скребками, а при мокром — легче удаляется через сетки в бортах чаши. Катково-чашевые мельницы применяют в производстве керамики и огнеупоров для измельчения полевого шпата, доломита и вязких материалов во многих отраслях промышленности. Измельчающая способность катково-чашевых мельниц зависит в основном от ширины и нажимающего усилия катка, а производительность — от ширины, количества и скорости вращения катков (чаши), свойств измельчённого материала и равномерности работы. Кпд этих мельниц 0,03-0,06.

Особенность катково-дисковых мельниц сухого помола заключается в том, что вместо размольной чаши применяется вращающийся вокруг вертикальной оси диск, к которому с помощью пружин прижимаются более компактные конусообразные мелющие катки. Отбрасываемый из-под катков центробежными силами материал возвращается на доизмельчение с помощью воздушного сепаратора. Применяются для тонкого измельчения неразмазывающихся, неслипающихся и хрупких материалов, кпд 0,03-0,06.

Для приготовления пылевидного топлива из угля, сланца, торфа, а также для тонкого помола гипса, мела, охры, каолина, графита и других хрупких, мягких, вязких и волокнистых материалов используют ударно-центробежные мельницы, применяемые и как дробилки. В молотковых ударно-центробежных мельницах вращается ротор (750-1500 об/мин) с закрепленными на нём шарнирно или жёстко молотками-билами. Исходный материал подаётся на ротор и измельчается ударами бил. Степень измельчения при этом весьма высока и может изменяться от 20 до 500 в зависимости от свойств материала, конструкции мельницы и режима её работы. Основной недостаток молотковых мельниц — быстрый износ бил и ротора, снижающий производительность и надёжность их работы.

К мельницам ударно-центробежного типа относят также дезинтеграторы и дисмембраторы сухого помола, измельчающие материал с помощью пальцевых бил, жёстко укреплённых на барабанах и дисках, которые заключены в кожух и вращаются вокруг горизонтальной или вертикальной оси.

Измельчителями истирающего действия являются жерновые мельницы, основные рабочие элементы которых выполнены в виде каменных (корундовых) жерновов или металлических дисков. Один из них, обычно нижний, приводится во вращение вокруг вертикальной оси, а верхний остаётся неподвижным и собственной массой (а также пружинами) прижимается к вращающемуся мелющему органу. Поступающий в мельницу по оси материал центробежными силами затягивается между жерновами и измельчается сухим способом. К истиранию добавляется режущее действие острых насечек, которыми снабжены рабочие поверхности жерновов. Частота вращения современных жерновых мельниц достигает 3000 об/мин. Применяются для размалывания и растирания красителей, зерна и других продуктов.

Вибрационные мельницы используют для тонкого измельчения при небольшой производительности (до 1 т/ч) сухим и мокрым способами различных материалов (минеральных красителей, цемента и других местных вяжущих) главным образом с целью улучшения их качества. Барабан мельницы, заполненный шарами на 80% объёма, установлен на пружинах или резиновых опорах и под действием механического вибратора — дебаланса вибрирует вместе с шарами с частотой до 3000 колебаний в минуту при амплитуде 2-5 мм. Материал, загружаемый в барабан, измельчается шарами при их частых соударениях в колеблющейся массе. Применяют вибрационные мельницы как периодического, так и непрерывного действия. Степень измельчения материала зависит от времени его пребывания в барабане, а производительность мельницы — от её параметров, физико-механических свойств материала и условий ведения процесса.

В струйных мельницах для тонкого и сверхтонкого (менее 40 мкм) сухого помола используется принцип самоизмельчения материала без мелющих тел с помощью кинетической энергии потока сжатого воздуха или перегретого пара, инжектирующего частицы материала с высокой скоростью (до 500 м/с) под давлением до 0,8 МПа в помольную камеру. Различают поточные и противоточные мельницы, отличающиеся тем, что в одних материал разрушается при ударе и истирании в плоской или трубчатой помольной камере, а в других — при встречном соударении потоков смесей. Струйные мельницы работают в комплексе с воздушным сепаратором и применяются для измельчения различных материалов (угля, руд, известняка, серы, красителей, асбеста, цемента, пластмасс, слюды и др.); производительность до 30 т/ч. Преимущество струйных мельниц — возможность сверхтонкого (1-5 мкм до 95%) помола с высокой чистотой продукта; недостаток — высокая энергоёмкость измельчения (до 55 кВт•ч/т).





Android-приложение
Смотрите также:
Геология полезных ископаемых: Минеральные ресурсы: Страны и континенты: Месторождения: Промышленные отрасли: Техника и технологии: Горное дело: Предприятия: Наука:
Отраслевые новости:

Аналитика: