Барабанные мельницы

Барабанные мельницы — это машины, в которых материал измель­чается внутри вращающегося корпуса (барабана) под воздействием мелю­щих тел или самоизмельчением. Мелющими телами служат металлические шары или стержни, окатанная галька. В зависимости от вида этих тел различают шаровые, стержневые, галечные мельницы, и мельницы само­измельчения. При вращении барабана мелющие тела увлекаются под дей­ствием центробежной силы и силы трения вместе с поверхностью стенок на определенную высоту, а затем свободно падают и измельчают мате­риал ударом, раздавливанием и истиранием. Помимо этого материал измельчается между мелющими телами, а также между этими телами и внутренней поверхностью мельницы.

Барабанная мельница (рис. VIII-11) состоит из горизонтального цилиндрического корпуса (барабана) 1, закрытого торцовыми крышками 2 и 3 с пустотелыми цапфами, установленными в подшипниках 4. Мельница приводится во вращение через зубчатый венец 5 от шестерни приводного вала. Барабан и крышки мельницы футерованы стальными плитами 6, поверхность которых для уменьшения проскальзывания мелющих тел часто выполняется волнообразной или ступенчатой. Материал в мельницу подается питателем через загрузочную цапфу 7. Измельченный материал удаляется через разгрузочную цапфу 8 на другом конце аппарата.

Измельчение проводится как мокрым (широко применяющимся в бара­банных мельницах), так и сухим способом. При мокром измельчении суспензия сливается через разгрузочную цапфу. При сухом измельчении материал движется вдоль оси барабана за счет перепада уровней загрузки и разгрузки и разгружается через цапфу 8 под действием собственного веса или выводится воздушным потоком, возникающим при отсасывании воздуха из барабана вентилятором.

По способу разгрузки продукта различают мельницы с разгрузкой через решетку (рис. VIII-11), из которых продукт выходит через решет­чатую диафрагму 9 у раз­грузочного конца, и с центральной разгрузкой через полую цапфу (без решетки). В мельницах первого типа разгрузочная решетка 9 снабжена радиальными ребрами (лифтерами) 10, принуди­тельно разгружающими измельченный продукт. Поэтому в таких мель­ницах, применяемых только для мокрого измельчения, уровень суспензии может быть ниже уровня разгрузочной цапфы, т.е. ниже, чем в мельницах с центральной разгрузкой. Благодаря этому удары мелющих тел меньше смягчаются пульпой и эффективность измельчения повышается. Уровень суспензии в мельнице можно регулировать, перекрывая часть отверстий диафрагмы. При разгрузке через решетку удельная производительность мельницы увеличивается на 15-30%, продукт измельчения получается более равномерным по крупности.

Недостатками таких мельниц являются: уменьшение рабочего объема и увеличение веса машины (за счет диафрагмы и лифтеров), возможность забивания отверстий решетки изношенными мелющими телами.

В зависимости от формы барабана и отношения его длины L к диа­метру D различают короткие (L/D = 1.5-2), трубные (L/D = 3-6), цилиндро-конические мельницы (барабан имеет форму двух усеченных конусов, широкие основания которых соеди­нены цилиндрической частью) и др.

Шаровые мельницы. Мелющими телами шаровых мельниц (наиболее широко применяемых для тонкого измельчения) являются стальные шары (рис. VIII-11) диаметром от 25 до 150 мм, которыми барабан запол­нен примерно наполовину. Шаровые мельницы изготовляются как с центральной разгрузкой измельченного материала, так и с разгрузкой через решетку.

В цилиндрических шаровых мельницах неизмельченный материал в загрузочном конце машины располагается несколько выше измельченного материала в конце разгрузки, вследствие чего наиболее крупные шары, предназначенные для дробления крупных кусков, перекатываются в сто­рону разгрузочного конца и там скапливаются. Рациональная классифи­кация шаров по длине барабана достигается в цилиндро-конических мель­ницах за счет различных окружных скоростей по периферии барабана. Самые крупные шары собираются в цилиндрической части барабана. При этом размеры шаров соответствуют размерам кусков измельчаемого материала, продукт получается более равномерным (непереизмельченным), снижаются удельные затраты энергии. Относительное уменьшение объема барабана и трудоемкость изготовления его футеровки являются недостатками цилиндро-конических мельниц.

В трубных шаровых мельницах полное измельчение достигается вследствие большого времени пребывания материала в длинном барабане. При этом отпадает необходимость в классификаторе, т.е. возможна работа в открытом цикле, но увеличивается расход энергии на измельчение. Расход энергии снижается при использовании много­камерных трубных мельниц, в которых барабан по длине разделен решет­чатыми перегородками на 3-4 камеры. Размеры дробящих тел по камерам уменьшаются в соответствии с измельчением материала.

При измельчении материалов, для которых недопустимо загрязнение металлом, возможное вследствие износа мелющих тел (например, для кера­мических материалов), применяются мельницы, футерованные кремне­выми плитами, с заполнением кремниевой галькой (галечные мель­ницы).

Эффективность измельчения и расход энергии в шаровых мельницах зависят от скорости вращения (числа оборотов), веса и размера дробящих тел, концентрации суспензии при мокром измельчении.

Стержневые мельницы. По конструкции стержневые мельницы близки к шаровым с центральной разгрузкой (без диафрагмы). Основное отличие заключается в форме дробящих тел, которыми служат стальные стержни диаметром 40-100 мм, их длина на 25-50 мм меньше длины барабана.

Измельчение материала в стержневых мельницах происходит раздав­ливанием, ударом и истиранием при перекатывании стержней во вращаю­щемся барабане. Скорость вращения на 25-30% меньше, чем в шаровых мельницах, так как стержни перекатываются без свободного падения, но вес загрузки дробящими телами на 20-25% больше, чем в шаровой мельнице.

В стержневой мельнице продукт получается более равномерной круп­ности, чем в шаровой. Объясняется это тем, что стержни во время работы соприкасаются с материалом одновременно во многих точках и в первую очередь дробят наиболее крупные его куски, защищающие от переизмель­чения мелкие.

Стержневые мельницы рекомендуются для измельчения материалов до зерен размером 1-3 мм. Продукт стержневых мельниц является наи­лучшим питанием для более тонкого измельчения в шаровых мельницах, поскольку эффективность работы последних на мелком материале увели­чивается.

Мельницы самоизмельчения. Сухое самоизмельчение производится в гравитационной мельнице «Аэрофол» (рис. VIII-13), которая представляет собой короткий барабан 1 большого диаметра (5.5-11.0 м). На внутренней поверхности вдоль образующей барабана укрепляются полки 2, которые при вращении барабана поднимают куски, материала. Падая вниз, куски разбиваются и дробят ударом находящийся внизу материал. Торцовые крышки 3 барабана снабжены кольцами 4 треугольного сечения для направления кусков материала в середину барабана. В отдельных случаях для повышения эффективности измельчения в мельницу загружают небольшое количество (до 2.5% объема барабана) сталь­ных шаров. Скорость вращения мельниц «аэрофол» равна 80-85% критического числа оборотов. Длина барабана, на 30-50% заполняемого материалом, составляет около 1/3 его диаметра. Мельница работает в замкнутом цикле с воздушным классификатором, улав­ливателем готового продукта и вентилятором, отсасывающим из барабана воздух вместе с измельченным материалом.

Возможность достижения значительных степеней измельчения без специальных ме­лющих тел (из материала с крупностью кусков 100-600 мм можно сразу получать продукт, содержащий до 60% частиц с размерами, составляющими десятые доли миллиметра) при высокой производительности является основным достоинством мельниц «Аэрофол». Недо­статки этих мельниц: сложность установки, большие затраты энергии на транспортировку и классификацию материала с помощью вентилятора. Кроме того, содержание влаги в ис­ходном материале не должно превышать 3.5-4%. Для мокрого самоизмельчения используются барабанные мельницы аналогичного типа, работающие в замкнутом цикле с гидравлическими классификаторами. Разгрузка таких мельниц осуществляется через решетку.

Кольцевые мельницы

В кольцевых мельницах рабочими органами являются ролики или шары, измельчающие материал раздавливанием и истиранием на поверх­ности неподвижного или вращающегося кольца (вкладыша).

Ролико-маятниковые мельницы. В такой мельнице (рис. VIII-14) материал измельчается и между неподвижным кольцом 1 и быстровращающимися роликами, шарнирно подвешенными к крестовине 3, закреп­ленной на вертикальном валу 4. При вращении вала ролики центробеж­ной силой инерции прижимаются к рабочей поверхности неподвижного кольца и, вращаясь вокруг своей оси, измельчают материал, подаваемый в мельницу питателем 5. Измельченный материал струей воздуха (или инертных газов), поступающей из коллектора 6, уносится в воздушный сепаратор (на рис. VIII-14 не показан). Грубая фракция из сепаратора возвращается в мельницу на доизмельчение, а тонкая (готовый продукт) улавливается в циклонах. Очищенный газ из циклонов посредством венти­лятора возвращается в мельницу.

Шаровые мельницы. В шаровой кольцевой мельнице (рис. VIII-15) материал измельчается между шарами 1 и вращающимся кольцом 2, к рабо­чей дорожке которого шары прижимаются при помощи кольца 3 нажатием пружин 4. Пылеразделение и улавливание готового продукта осуще­ствляются в замкнутом цикле, аналогичном описанному для роликовых мельниц.

Кольцевые мельницы используют для тонкого измельчения материалов малой и средней твердости (мел, тальк, красители и др.), для которых, вследствие налипания материала на шары и футеровку, не могут быть использованы барабанные шаровые мельницы более простой конструк­ции. Кольцевые мельницы компактны и могут измельчать материал при изменении степени измельчения в широких пределах. Недостатками мельниц этого типа являются сложность конструкции и большие эксплуа­тационные расходы.