Дробление и измельчение

9.2.1 Процессы дробления и измельчения

Значительная доля руд и флюсов, добытых в карьерах и шахтах, представлена крупными кусками (достигающими 1 м и более), что затрудняет транспортировку их и загрузку в металлургические агрегаты. Плавка крупнокусковой шихты сопровождается низкими технико-экономическими показателями, поскольку такие материалы из-за малой величины удельной поверхности медленно восстанавливаются и прогреваются. Все это затягивает во времени ход металлургического процесса. Техническими условиями на кусковатость руды для доменной плавки в зависимости от ее восстановимости предусматривается следующий размер кусков: до 50 мм для магнетитовых руд, до 80 мм для гематитовых руд и до 120 мм для бурых железняков. Верхний предел крупности кусков агломерата не должен превышать 40 мм. Для мартеновской плавки верхний размер кусков железорудного материала составляет 20-40 мм, для агломерации – 5-8 мм.

Для обогащения часто руду приходится дробить и измельчать до крупности 0,1 мм. В этом случае дробление применяется как вспомогательная операция перед последующим обогащением. В природных рудах железосодержащие минералы (оксиды) тесно и довольно прочно соединены с минералами пустой породы. Обогащение руд, то есть разделение зерен пустой породы и оксидов железа невозможно без предварительного разрушения связей между ними. Для этого куски руды необходимо дробить и измельчать до такой степени, чтобы раскрыть зерна рудного минерала, то есть, чтобы каждая частичка представляла собой оксид железа либо пустую породу.

Дробить и измельчать, то есть разрушать крупные куски материала на более мелкие, можно несколькими способами: раздавливанием, ударом, раскалыванием, изломом, истиранием и срезанием (рис.7.1), а также сочетанием этих способов. Прочные материалы дробят раздавливанием, хрупкие – ударом, раскалыванием или изломом, для измельчения обычно используют ударные, истирающие и срезающие усилия.

При дроблении куски руды разделяются на части, при этом преодолевается сила сцепления частиц, составляющих структуру руды. Сопротивление, которое руда оказывает дроблению, называют прочностью или крепостью руды. Горные породы по этому свойству делят на четыре группы:

1. мягкие – сопротивление раздавливанию 10 Мпа (100 кг/см²);

2. средней твердости – сопротивление сжатию 10-50 Мпа;

3. твердые породы – сопротивление сжатию 50-100 Мпа;

4. весьма твердые материалы – сопротивление сжатию выше 100 Мпа.

К первой группе относятся глинистые породы; ко второй – валунчатые руды, богатые бурые железняки; к третьей – магнетиты, известняк; к четвертой – железистые кварциты.

Экономичность дробления характеризуется затратами энергии на разрушение единицы материала. В связи со сложностью процесса дробления затраты энергии на разрушение не поддаются теоретическому определению, они находятся опытным путем. Существует две гипотезы дробления: поверхностная и объемная.

Согласно поверхностной гипотезе работа, затраченная при дроблении, пропорциональна величине вновь полученной поверхности:

E_n = K_n · S, (7.1)

где E_n - затраченная энергия на дробление материала, Дж;

S - величина вновь образованной поверхности, м²;

K_n - коэффициент пропорциональности или удельная работа разрушения, Дж/ м² .

При объемной гипотезе работа, затраченная на дробление, пропорциональна изменению объема тела при упругой деформации сжатия его при раздавливании:

E ₀ = K ₀ · Δ V, (7.2)

где E ₀ - затраченная энергия на дробление материала, Дж;

Δ V - изменение объема тела, м³;

K ₀ - коэффициент пропорциональности (удельная работа разрушения), Дж/ м³.

Сравнивая эти гипотезы с экспериментальными данными по определению затрат энергии на разрушение, можно отметить, что поверхностная гипотеза более соответствует процессам, где разрушение осуществляется истиранием и отчасти раскалыванием, объемная гипотеза – процессам при разрушении тел раздавливанием и ударом.

Практикой установлено, что дробить твердые материалы сразу, за один прием от крупных кусков (1000-1500 мм) до мелких (1 мм и меньше) не экономично. Эту операцию осуществляют в несколько стадий, используя на каждой из них соответствующее дробильное устройство.

В зависимости от размера кусков до и после дробления выделяют следующие стадии:

крупное дробление от 1500 до 300 мм;

среднее дробление от 300 до 20 мм;

мелкое дробление от 20 до 5 мм;

измельчение от 5 до 1 мм;

тонкое измельчение до 0,05 мм и менее.

Таким образом, под дроблением понимают операцию уменьшения размеров кусков в результате их разрушения до 5-6 мм. Разрушение до более мелких частиц называют измельчением.

Одной из важнейших количественных характеристик дробления и измельчения являются степень дробления или коэффициент измельчения. Этот показатель представляет отношение максимальных размеров кусков материала до и после разрушения:

(7.3)

Степень дробления зависит от исходной крупности руды, ее твердости и типа дробилки. Для крупного твердого материала она составляет 4-6, для более мелкого и мягкого – 8-10. При измельчении, когда крупность готового продукта достигает сотых долей миллиметра, коэффициент измельчения возрастает до 50 и более.

Общая степень дробления равна произведению степеней дробления на каждой стадии.

9.2.2 Дробильное оборудование

На основе рассмотренных выше принципов разрушения твердых материалов (горных пород) создано значительное количество конструкций и типоразмеров дробильных и измельчительных устройств. Наиболее широко для дробления руды и других шихтовых материалов применяют щековые, конусные, валковые и молотковые дробилки.

Щековая дробилка (рис.7.2) применяется для крупного и реже для среднего дробления руд, известняков и других материалов. Дробление в щековой дробилке осуществляется раздавливанием кусков материала между

двумя стальными плитами – “щеками” - во время приближения подвижной щеки к неподвижной. Раздробленный материал покидает дробилку через выпускное отверстие во время отхода подвижной щеки. Периодический характер движения (качания) щеки обеспечивается кривошипно-шатунным механизмом. Регулировка крупности дробления производится за счет изменения ширины выпускной щели путем: либо изменения длины распорных пластин, либо изменением количества и толщины регулировочных прокладок.

Распорные плиты изготавливаются с таким расчетом, чтобы в случае попадания в дробилку металлических (недробимых) предметов произошло разрушение распорных плит. Это предупредит поломку других, более дорогих деталей дробилки.

Важной конструктивной характеристикой щековых дробилок является так называемый “угол захвата” (α), образованный дробящими поверхностями щек. Нетрудно показать, что для предупреждения выбрасывания дробимых кусков из рабочего пространства этот угол должен быть не более двойного угла трения материала о поверхность щек. Практически угол захвата щековых дробилок не превышает 25 град.

Производительность щековых дробилок зависит от размеров загрузочного отверстия, степени дробления, скорости вращения вала-эксцентрика и других факторов. Она может быть вычислена по формуле:

Q = 0,15 μρna_m sL, т/ч, (7.4)

где μ - коэффициент разрыхления материала, (0,25-0,5);

ρ - плотность дробимого материала, т/м³;

n - скорость вращения вала-эксцентрика, об/мин;

a_m - средний размер выпускной щели дробилки, см;

s - амплитуда качания щеки (нижний край), см;

L - длина выпускной щели (ширина щеки), см.

Оптимальная скорость вращения вала-эксцентрика:

(7.5)

В зависимости от размера дробилки скорость вращения вала изменяется в пределах от 30 до 80 об/мин.

По конструктивным особенностям различают щековые дробилки с простым и сложным движением подвижной щеки и обозначают их соответственно ЩДП и ЩДС. Краткая техническая характеристика отечественных щековых дробилок представлена в таблице 21.

Таблица 21

Основные параметры щековых дробилок*)

Типоразмеры дробилок	Размер загрузочного отверстия, мм	Ширина разгрузоч-ной щели, мм	Максимальная крупность исходной руды, мм	Производи-тельность дробилки, м^3/ч	Мощность двигателя, кВт	Масса дробилки, т
ЩДП - 4х6 ЩДП - 21х 25	400 х 6000 2100 х 2500	45-75 185-315	340	15	40	8
ЩДС - 1,6 х 25 ЩДС - 6 х 9	160 х 250 600 х 900	15-45 75-125	140	2,8	10	1,5

*) В числителе – минимальный, в знаменателе – максимальный типоразмер дробилок.

Конусные дробилки используют для крупного, среднего и мелкого дробления. Степень дробления в конусных дробилках при крупном и среднем дроблении составляет 5-6, при мелком – 10.

Принцип работы конусных дробилок тот же, что и щековых, то есть раздавливание материала происходит между двумя сближающимися поверхностями. Однако здесь функции дробящих тел выполняют два стальных конуса (рис.7.3), один из которых (наружный) – неподвижный (5), а другой (3), подвешенный в сферическом подшипнике за верхнюю часть с помощью специального эксцентрикового устройства (7) совершает внутри неподвижного конуса кругообразные движения. В любой момент времени можно найти вертикальное сечение, проходящее через оси конусов, в котором одна из образующих внутреннего конуса приближена к поверхности неподвижного на минимальное расстояние, в это же время поверхности конусов на противоположной стороне удалены друг от друга на максимальное расстояние. В таком сечении конусную дробилку можно представить как две щековые дробилки, одна из которых находится в фазе дробления (сжатия), а другая – разгрузки. В следующий момент времени внутренний конус переместится на некоторое расстояние вдоль поверхности неподвижного, и в рабочую фазу будут вовлечены другие участки конусов. Таким образом, в отличие от щековой конусная дробилка не имеет холостого хода, благодаря чему ее производительность значительно выше, чем щековой.

Разработано и выпускается промышленностью большое количество разнообразных по размерам и конструкции дробилок. На рисунке 7.4 представлена схема конусной дробилки для среднего и мелкого дробления. Имея тот же принцип работы, что и у приведенной на рисунке 7.3 конусной (или длинноконусной) дробилки, короткоконусная отличается от последней по конструкции отдельных узлов.

Регулировка крупности дробления осуществляется изменением выпускной щели: а – конусной дробилки – заменой брони на конической чаше и дробящем конусе или за счет перемещения вверх или вниз подвижного конуса; б – короткоконусной дробилки – путем перемещения вверх или вниз неподвижного конуса; вывинчивая или завинчивая его в обойме рамы.

Защита дробилок от поломки в результате попадания металлических предметов также осуществляется по-разному: а – в конусной дробилке выключается электродвигатель при чрезмерном повышении усилия сжатия; б – в короткоконусной дробилке приподнимается на короткое время неподвижный конус и пропускает кусок металла, после чего конус пружинами возвращается на место.

Производительность конусных дробилок крупного дробления (ККД и КРФ) вычисляют по формуле:

т/ч, (7.6)

где μ – коэффициент разрыхления;

ρ – плотность дробимого материала, т/м³;

n – скорость вращения дробящего конуса, об/мин;

r – эксцентриситет, см;

D – диаметр основания подвижного конуса, см;

d_ср – средний диаметр частиц дробленого материала, см;

tgα₁ и tgα₂ – углы конусности конусов.

Наиболее мощная дробилка крупного дробления “ККД-1500” (характеризуется диаметром загрузочного отверстия) весит 615 т и имеет производительность 2600 т/ч.

Производительность короткоконусных дробилок находят по формуле:

, т/ч. (7.7)

Обозначения прежние.

Наиболее маленькие дробилки для мелкого дробления (“КМД-1200”) имеют производительность 24 т/ч, наиболее крупные короткоконусные дробилки (“КСД-3000”) весят 200 т и имеют производительность 1200 т/ч.

Как уже отмечалось, конусные дробилки имеют значительно большую производительность по сравнению с щековыми. Другим достоинством конусных дробилок является то, что они не нуждаются в питателях и могут работать “под завалом”, в то время как в щековые во избежание их перегрузки материал должен подаваться питателями, что усложняет схему дробильной фабрики.

С другой стороны, конусные дробилки более сложны по конструкции и в эксплуатации, имеют большую высоту, чем щековые одинаковой производительности, что увеличивает габариты здания и капиталовложения.

Расчеты показывают, что на дробильных фабриках малой мощности (до 100 т/ч) целесообразно устанавливать щековые дробилки, в то время как на крупных горно-перерабатывающих предприятиях экономически более выгодными являются конусные дробилки.

Для среднего и мелкого дробления применяются валковые дробилки с гладкими, рифлеными и зубчатыми валками. Два одинакового диаметра горизонтально установленных валка вращаются навстречу друг другу, захватывая и раздавливая куски материала (рис.7.5). Между диаметрами валка (D_в) и загружаемых кусков (d_к) существует соотношение:

D_в = (18-20) d_к. (7.8)

Это соотношение найдено из условия, что трение материала о валки превышает выталкивающую силу при давлении валков на кусок материала.

С превышением указанного размера кусков дробление прекращается, так как валки не могут увлечь куски в рабочую зону дробления.

Крупность дробления определяется шириной щели между валками и регулируется перемещением подшипников одного из валков с помощью прокладок. Для защиты дробилки от поломки в случае попадания в дробимый материал металлических предметов используется тот же принцип, что и в короткоконусных дробилках, то есть один из валков (вместе с подшипниками) отходит в сторону, в увеличенную щель проходит кусок металла, и валок под действием специальных пружин возвращается в исходное положение.

Производительность двухвалковых дробилок пропорциональна площади выпускного отверстия и окружной скорости вращения валков:

Q = 3600 Lb v μδ, т/ч,(7.9)

где L – длина валков, м;

b – ширина щели между валками, м;

v – окружная скорость валков, м/с;

μ – коэффициент разрыхления: μ = 0,33-0,0005 d, (если d в мм);

d – максимальный размер куска в продукте дробления;

δ – объемный вес материала, т/м³.

Двухвалковые дробилки с гладкими валками предназначены для среднего и мелкого (сухого и мокрого) дробления рудных и нерудных материалов средней твердости и крепких с пределом прочности на сжатие до 400 МПа.

Двухвалковые дробилки с рифлеными валками предназначены для среднего дробления горных пород с пределом прочности на сжатие до 250 МПа.

Степень дробления принимается при дроблении твердых пород до 4, слабых и мягких – до 10. Основные технические характеристики двухвалковых дробилок с гладкими рифлеными валками представлены в таблице 22.

Таблица 22

Параметры валковых дробилок с гладкими и рифлеными валками

Параметры	С гладкими валками	С рифлеными валками
Типоразмеры дробилок	Типоразмеры дробилок
min	max	min	max
Марка дробилок	Г 60х40	Г 150х60	400х250	СМ–12А
Размеры валков DxL, мм	600х400	1500х600	400х250	600х400
Скорость вращения n, об/мин	<180	<90
Максимальная крупность кусков, мм:
питания
дробленого продукта
Пределы регулирования отверстия	2-14	4-20	5-20	10-30
Объемная производительность при дроблении материала средней прочности Q0, м^3/ч	от 4 до 28	от 15 до 76	до 18	от 8 до 25
Мощность электродвигателя, квт
Масса дробилки, т	3,4		1,42	3,33

Двухвалковые дробилки с зубчатыми валками (рис.7.6) применяются для дробления угля и мягких пород. Обычно привод имеет только один валок, второй валок соединен с первым зубчатыми колесами с удлиненными зубьями, позволяющими раздвигать валки без нарушения зацепления. Технические характеристики дробилок с зубчатыми валками представлены в таблице 23.

Таблица 23

Параметры валковых дробилок с зубчатыми валками

Параметры	Дробилки ДДЗ	Дробилки ДДЗЗ
Типоразмеры дробилок	Типоразмеры дробилок
min	max	min	max
Марка дробилок	ДДЗ-4	ДДЗ-16	ДДЗЗ-9х9	ДДЗЗ-15х12
Размеры валков DxL, мм	400х500	1600х2000	900х900	1500х1200
Скорость вращения n, об/мин
Максимальная крупность кусков, мм:
питания	100х200х300	1200х1300х1300	250х360х250	до 900
дробленого продукта	25 50 75 100	200 300	40 75 100	15 100 150
Производительность при дроблении угля, т/ч	20 35 45 50	650 1000		до 150
Мощность электродвигателя, квт
Масса дробилки, т	3,3		13,3	32,0

Технологическим преимуществом валковых дробилок является незначительный выход мелких фракций в готовом продукте вследствие того, что дробление производится раздавливанием материала и при его минимальном истирании. Дробилки просты по конструкции, занимают мало места по высоте, надежны в эксплуатации.

К недостаткам валковых дробилок относятся: низкая производительность, большой удельный расход электроэнергии, относительно большое количество удлиненных плоских кусков в продукте дробления, неравномерный и быстрый износ бандажей валков.

Валковые дробилки, как с гладкими, так и с зубчатыми валками применяются на обогатительных фабриках для дробления глинистых и влажных железных и марганцевых руд. Например, на камыш-Бурунской обогатительной фабрике для дробления табачных и коричневых руд влажностью до 25 % применяются дробилки: на 1-ой стадии – валковые зубчатые, а на 2-ой стадии – валковые с гладкими валками 1500х600 мм (дробление до 5-8 мм).

Валковые дробилки применяются также в цветной металлургии, в химической промышленности, на заводах строительных материалов.

Для дробления агломерационного топлива (коксика) в черной металлургии применяются четырехвалковые дробилки с гладкими валками (рис.7.7). Размер валков DxL, мм – 900х700; максимальный размер кусков: питания – 40 мм; продукта дробления до 3(5) мм при дроблении коксика. Производительность до 26 т/ч.

Такие дробилки иногда применяют и для дробления известняка. Для поддержания рабочей поверхности валков в рабочем (гладком), чистом состоянии валки периодически протачивают, для этого прямо на станине дробилки установлены суппорты. Для наплавки валки снимают.

На агломерационных фабриках применяются одновалковые зубчатые дробилки для дробления агломерационного спека, сходящего со спекательных тележек агломерационных машин. Отечественной промышленностью выпускается три типоразмера таких дробилок в зависимости от площади спекания агломерационных машин (рис.7.8). Техническая характеристика дробилок представлена в таблице 24.

Таблица 24

Технические параметры одновалковых зубчатых дробилок

Параметры	Площадь спекания агломерационных машин, м^2
Шифр дробилки	ДО-1200х2100	ДО-1300х2700	ДО-1300х4200
Размер ротора (звездочки) DхL, мм	1200-2100	1300-2700	1300-4200
Скорость вращения ротора n, об/мин	3,2	4,65	3;4;5;6;9*
Размер наибольших кусков питания (аглоспека), мм	250х1000х2000	250х1300х2500	400х1500х4000
Размер кусков продукта дробления
Производительность, т/ч		До 200	800-900
Мощность электродвигателя, квт			40;60;90;125*
Масса дробилки, т	22,3	26,9

*) в зависимости от числа оборотов четырехскоростного электродвигателя.

Молотковая дробилка (рис.7.9) представляет вращающийся вал (1) с расположенными на небольшом расстоянии друг от друга дисками (2), на которых закреплены или подвешены металлические пластины – молотки (3). Сверху и сбоку ротор закрыт броневыми плитами (4). При введении материала внутрь дробилки через загрузочное отверстие (5) куски подвергаются ударам молотков, отбрасываются на плиты, отскакивают от них и снова попадают под удары молотков. В результате всех этих ударных нагрузок крупные куски дробятся, а мелочь покидает дробилку через отверстия расположенных внизу колосниковых решеток (6).

Крупность дробления определяется величиной зазора между колосниками решетки и между поверхностью решетки и концами молотков. Для этого колосники встроены в криволинейную балку, которая закреплена шарнирно к корпусу дробилок. Регулировка последнего зазора осуществляется вращением в ту или другую сторону эксцентрика (7), при этом колосниковая решетка будет приближаться или удаляться от концов молотков.

Карман (8) в нижней части дробилки служит для улавливания металлических предметов, которые затем периодически выгружаются из дробилки с помощью затвора (9).

Молотковые дробилки относительно просты по устройству и в эксплуатации, характеризуются высокой (более 10) степенью дробления. К недостаткам следует отнести повышенный износ молотков и сильную зависимость производительности от влажности материала. При высокой влажности материала дробление вообще невозможно вследствие забивания колосниковой решетки.

Промышленностью выпускается большое разнообразие типов молотковых дробилок. По конструкции они делятся на 2 группы: Ф – с ударным ротором; Б – с безударным ротором (центробежные), принцип работы которой показан на рисунке 7.10. В настоящее время серийно изготавливаются только дробилки первой группы.

К машинам с ударным ротором относятся три типа дробилок:

1) молотковые с жестко закрепленными билами (см. рис.7.9);

2) роторно-бильные с шарнирно подвешенными молотками;

3) стержневые дробилки (дезинтеграторы, см. рис.7.11). Последние в настоящее время выходят из употребления.

Молотковые дробилки могут быть подразделены на две группы – однороторные и двухроторные. Однороторные дробилки могут быть как нереверсивными, так и реверсивными, у которых ротор может вращаться в обе стороны.

Молотковые дробилки могут работать и без колосниковой решетки, но при этом резко повышается верхний предел крупности продукта дробления. В этом случае вместо колосниковых решеток устанавливают подвижные отбойные плиты конвейерного типа. Такие дробилки называются самоочищающимися (рис.7.12); они успешно применяются для дробления глинистых материалов (бурые железняки, бокситы). Основные параметры однороторных дробилок показаны в таблице 25.

Молотковые дробилки применяются главным образом для работы в открытом цикле (без грохочения дробленого продукта), в редких случаях они замыкаются на грохот. Однако на некоторых предприятиях требуется получение мелкого дробленого продукта, например, на агломерационных фабриках при дроблении известняка, который должен иметь крупность 3-0 мм.

Таблица 25

Основные параметры однороторных молотковых дробилок

Параметры	Нереверсивные дробилки по ГОСТ 7090-72	Реверсивные дробилки	Самоочищаю-щиеся дробилки
Типоразмеры дробилок	Типоразмеры дробилок	Типоразмеры дробилок
min	max	min	max	min	max
Марки дробилок	М-8-6	М-20-30	ДМРЭ 10х10	ДМРЭ 15х15	ДМЭ 17х14,5	ДМЭ 21х18,5
Размеры ротора, мм:
Диаметр, D
Длина, L
Скорость вращения ротора, об/мин			735-1480	1000-1500
Максимальный размер кусков питания, мм	до 250	до 400	до 80	до 120	До 600	до 350
Размер отверстий колосниковой решетки или отбойной плиты, мм		-	-	-	23-183	-
Крупность дробленого продукта, мм	-		5; 3; 2		-
Производительность при дроблении известняка, т/ч	10-14	850-1000^*)	100;90;80^*)	350; 550^*)	150-500	500-600^*)
Мощность электродвигателя, квт			200; 250	800;

^*) Производительность по углю.

Для этой цели изготавливают специальные молотковые дробилки, работающие в замкнутом цикле с воздушным сепаратором, из которого крупный класс возвращается в дробилку по вертикальной трубе. Такая дробилка получила название: “шахтная мельница”. Основные параметры молотковой дробилки с замкнутым циклом (“шахтной мельницы”):

Диаметр ротора D, мм 1300

Длина ротора L, мм 2600

Скорость вращения n, об/мин 735

Производительность, т/час 30-40

Мощность электродвигателя, квт 245

9.2.3 Оборудование для измельчения

Согласно приведенной выше классификации процессов (операций), разрушение горных пород с получением продукта крупностью до 5-6 мм относят к дроблению и осуществляют в рассмотренных типах дробилок. Процессы получения более тонкого продукта разрушения называют измельчением. В горнорудной промышленности измельчение является подготовительной операцией к обогащению руд и осуществляется в барабанных мельницах.

Наиболее широко распространенным типом является шаровая мельница, представляющая собой полый барабан с горизонтальной осью вращения, заполненный дробимым материалом и стальными (или чугунными) шарами. Благодаря вращению барабана шары и куски материала поднимаются в зависимости от скорости вращения на определенную высоту и затем падают (зона I) или скатываются (зона II) вниз (рис.7.13), осуществляя дробление руды под действием соответственно ударных и истирающих нагрузок.

В большинстве случаев измельчение осуществляют мокрым способом, при котором в мельницу подается не сухой материал, а так называемая пульпа – смесь дробимого материала с водой. Такой способ исключает пылеобразование, увеличивает производительность мельниц и повышает экономические показатели измельчения. На рисунке 7.14 приведена схема шаровой мельницы мокрого измельчения с центральной разгрузкой (МШЦ). Вращающийся барабан мельницы цапфами укреплен в двух подшипниках, установленных на фундаменте. Загрузка мельницы материалом производится через цапфу (1) с помощью комбинированного питателя, состоящего из черпака улиткообразной формы (2) и спирали (3). Разгрузка мельницы осуществляется через другую цапфу (4) с большим диаметром, благодаря чему избыток пульпы, представляющий взвесь измельченного материала в воде, свободно выливается из мельницы. Существуют и другие способы разгрузки мельниц, в частности разгрузка через решетку (МШР). Крупность дробления материала регулируется изменением скорости подачи исходной пульпы, в результате чего увеличивается или уменьшается время пребывания материала в барабане и соответственно изменяется величина работы измельчения.

Эффективность (производительность) работы шаровых мельниц определяется следующими основными факторами: скоростью вращения, размером кусков загружаемого материала и относительным диаметром шаров, общей величиной загрузки шаров.

Очевидно, что с повышением скорости вращения барабана шары поднимаются на большую высоту и падая, выполняют большую работу дробления. Однако при превышении определенной величины скорости вращения шары перестают падать, и дробление прекращается. Эта критическая скорость вращения определяется условием равенства силы тяжести шара и центробежной силы:

(7.10)

где m – масса шара, кг;

g – ускорение силы тяжести, м/с²;

R_δ – радиус барабана мельницы, м;

V ₀ – окружная скорость вращения шара, м/с.

Если шары не проскальзывают по внутренней поверхности барабана, то окружная скорость его движения будет равна:

(7.11)

где n – скорость вращения барабана, об/мин.

После подстановки V ₀ из (7.11) в (7.10) получим:

или , об/мин. (7.12)

Оптимальная (с точки зрения производительности и удельного расхода энергии) величина скорости вращения мельниц составляет примерно , об/мин.

С уменьшением исходного размера кусков дробимого материала существенно увеличивается производительность шаровых мельниц. Однако при этом ухудшаются технико-экономические показатели на предыдущих стадиях дробления. С учетом эффективности всех дробильно-измельчительных операций оптимальная величина крупности кусков материала, загружаемого в шаровые мельницы, составляет 5-20 мм.

Практикой установлено, что диаметры шаров загрузки (d_ш) должны удовлетворять условиям:

и , (7.13)

где d_к – наибольший размер куска дробимого материала. Практически в мельницах используются шары диаметром 25-150 мм.

Оптимальная величина заполнения мельницы шарами составляет 40-50 %.

Производительность шаровой мельницы диаметром 3,2 и длиной 3,1 м при питании материалом крупностью 0-20 мм составляет 55 т/час (при дроблении до 0,2 мм) и около 15 т/час (при дроблении до 0,075 мм).

На дробильно-обогатительных фабриках наряду с шаровыми применяют стержневые мельницы, отличающиеся от первых формой дробящих тел – вместо шаров внутренняя полость цилиндрического барабана заполняется стальными стержнями. Принцип работы стержневых мельниц такой же, как и шаровых. Дробленый в стержневых мельницах материал характеризуется большей однородностью по размеру зерен. Благодаря отсутствию переизмельчения стержневые мельницы обладают повышенной производительностью и пониженным удельным расходом энергии. Как и шаровые, стержневые мельницы бывают как мокрого, так и сухого измельчения с периферической (через решетку) или центральной разгрузкой.

Измельчение является одним из наиболее дорогих процессов дробления и стоимость его достигает 80 % общих расходов на дробление и измельчение руды. При производительности самых крупных мельниц 200-220 т/ч расход электроэнергии на 1 т материала достигает 15-30 квт·ч. Это является главной причиной, заставляющей работать над созданием новых типов мельниц.

В последние годы в практике обогащения находят применение мельницы вибрационного действия, в которых измельчение происходит под действием ударов дробящих тел, перемещение которых осуществляется в результате приложения к ним вибрационных воздействий с частотой колебаний до 300 в минуту.

Все шире применяются мельницы рудного, сухого или мокрого, самоизмельчения. На рисунке 7.15 приведена схема мельницы сухого самоизмельчения типа “Аэрофол”. Куски руды крупностью до 250-300 мм в барабане диаметром 2-10 м, вращающемся со скоростью 2,5-6 м/с, под действием центробежных сил и с помощью специальных лифтеров поднимаются на определенную высоту и, падая вниз, дробят и измельчают руду. Измельченный материал воздушным потоком выносится из барабана и улавливается в приемных камерах. Мельницы для мокрого рудного самоизмельчения (ММС) получили название каскадных.

Основные технические характеристики отечественного измельчительного оборудования представлены в таблице 26.

Ведется разработка и апробирование струйных мельниц, в которых самоизмельчение руд достигается за счет соударения частиц при встрече двух движущихся навстречу друг другу со скоростью 100-150 м/с потоков.

Таблица 26

Основные технические характеристики мельниц для измельчения руд

(в числителе – минимальный, в знаменателе – максимальный типоразмер оборудования)

Параметры	Шаровые мельницы мокрого измельчения	Стержневые мельницы	Мельницы рудного самоизмельчения
С решеткой	С центральной разгрузкой	Мокрого измельчения	Сухого измельчения	“Каскад”	“Аэрофол”
Марки мельниц	МШР-900х900 МШР-6000-8000	МШЦ-900х1800 МШЦ8500х8500	МСЦ-900х1800 МСЦ-4500х6000	МСП-2100х3000 МСП-2700х3600	ММС-1500х400 ММС-10000х5000	МСС-5700х1850
Рабочий диаметр барабана D, мм	900	900	900	2100	1500
Длина барабана L, мм	1800	1800	1800	3000	400
Частота вращения барабана,мин^-1	40 13,2	40 13,2	32 12,5	16,75 14,00	30 10,2	13 - 18
Масса загрузки мелющих тел, т	1,0	1,7	2,0	21	-	-
Мощность электродвигателя, кВт	13	22	22	200	2x4000
Масса мельницы (без двигателя и мелющих тел), т	5,3 -	5,2 -	5,2		10,5

Дата добавления: 2015-07-21