Технические науки/ 3. Отраслевое машиностроение

К.т.н. Гребенчук П.С.

Белорусский государственный технологический университет, г. Минск

Проблемы эксплуатации измельчителей ударного действия и возможные пути их решения

Процессы измельчения материалов находят широкое применение в различных производствах. Количество измельчаемого в год материала при производстве калийных удобрений, цемента и силикатных изделий, переработке зерна на пищевые и комбикормовые цели измеряется миллионами тонн. Существенным недостатком процесса измельчения является высокое энергопотребление. Удельный расход электроэнергии на измельчение 1 тонны материалов в вышеприведенных производствах близок к 10 кВтч или во много раз выше, например, при производстве цемента. Поэтому снижение энергопотребления на осуществление данного процесса является очень актуальной задачей.

Способы измельчения материалов разнообразны, однако основными из них являются механические, такие как раздавливание, удар и истирание. Во многих публикациях [1, 2, 3] теоретически и экспериментально доказано, что работа измельчения ударом значительно ниже, чем раздавливанием, а самый высокий расход энергии наблюдается при измельчении истиранием. В настоящее время известно большое количество патентов на конструкции дробилок и мельниц ударного измельчения, однако промышленное применение нашли в основном четыре конструкции – это роторные, молотковые, дезинтеграторы (дисмембраторы) и ударно-центробежные. Конструктивно все эти агрегаты весьма близки, так как имеют ротор с рабочими элементами, а внутри корпуса вокруг ротора устанавливаются отбойные плиты (стержни и т. д.). В роторных измельчителях в качестве рабочих органов используются била, которые жестко закреплены на валу ротора, а в молотковых используются молотки, подвешенные на роторе шарнирно. Измельчение в этих конструкциях происходит при скоростном ударе молотков или бил по кускам материала, а также при ударе об отражательные плиты или при соударении кусков между собой. В дезинтеграторах и дисмембраторах рабочими элементами являются пальцы, жестко закрепленные по концентрическим окружностям на дисках ротора. Ряд пальцев одного диска находится между рядами пальцев другого. В дезинтеграторах оба диска с пальцами вращаются в противоположных направениях, а в дисмембраторах вращается один диск с пальцами, а второй является неподвижным. Измельчение в этих агрегатах происходит за счет многократных ударов пальцев по кускам материала при продвижении его от центра ротора к периферии.

Ударно-центробежные измельчители отличаются от предыдущих конструкций тем, что процесс дробления практически полностью перемещен с вращающегося ротора на периферическую отражательную поверхность. Ротор здесь представляет собой диск с лопатками или ребрами и выполняет в основном разгонную функцию. Для этого материал, подлежащий измельчению, подается в центр вращающегося диска и с помощью разгонных лопаток с высокой скоростью выбрасывается на отбойную поверхность плит, где за счет удара разрушается. Анализ рассмотренных измельчителей ударного действия показывает, что они имеют ряд преимуществ по сравнению с измельчителями других типов:

– более низкое удельное энергопотребление;

– высокую энергонапряженность в рабочей зоне, что обеспечивает высокую степень измельчения при низклй металлоемкости агрегата;

– получение продукта измельчения по форме близкой к кубу;

– простое и эффективное воздействие на гранулометрический состав продуктов измельчения путем изменения скорости вращения ротора;

– низкий уровень капитальных затрат;

– из-за простоты конструкции низкую трудоемкость технического обслуживания.

В то же время измельчители ударного действия имеют и недостатки, два из которых весьма существенны и заключаются в следующем:

– большой абразивный износ рабочих органов, особенно при переработке высокоабразивных материалов;

– большой разброс дисперсного состава продуктов измельчения.

Поэтому, несмотря на существенные преимущества измельчителей ударного действия, вышеназванные недостатки длительное время сдерживали широкое их применение в производственных процессах.

Учитывая достоинства измельчителей ударного действия и используя современные способы защиты от абразивного износа [4] фирмы многих стран, например, США, Великобритании, Германии, Австрии, а также НПО «Центр» (г. Минск) освоили их серийное производство, что позволило найти им применение при измельчении самых различных материалов. Следует отметить, что из всех конструкций измельчителей ударного действия наиболее широкое применение начали находить измельчители ударно-центробежного типа, в которых процесс измельчения вынесен с ротора и полностью осуществляется на отражательной стенке.

Вторым существенным недостатком измельчителей ударного действия является неоднородность измельченного материала по дисперсному составу. И особенно это касается работы молотковых измельчителей, так как измельченный продукт в этих агрегатах состоит из частиц от микронного размера до кусков с размером, близким к размерам исходного материала. Анализ работ по теории ударного разрушения [5, 6] позволил сформулировать следующие принципы [7]:

– получить тонкодисперсный продукт однократным ударным нагружением можно только при очень высоких скоростях удара. Обеспечивать скорость удара выше 400 м/с экономически невыгодно, так как для придания кускам измельчаемого материала высокой скорости потребуется затрачивать большое количество энергии. Кроме того, такую задачу трудно решить технически;

– экономически наиболее целесообразно осуществлять ударное измельчение при умеренных нагрузках с повторным ударным нагружением недоизмельченных крупных кусков и непрерывным отводом из рабочей зоны измельчения готовой мелкой фракции.

Дальнейшие исследования были направлены на создание ударно-центробежной мельницы, которая позволяла бы реализовать эти принципы. Разработанная конструкция представлена на рис. [7, 8]. Она состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1, футерованного внутри отражательными стержнями 2, и ротора, закрепленного на валу электродвигателя 3 и состоящего из диска 4 с разгонными лопатками 5 и отбойными лопатками 6. Загрузка исходного материала в центр ротора осуществляется через воронку 7 в крышке 8. Выгрузка готового продукта производится через спиралеобразный полукольцевой канал 9 в днище 10.

Рис. – Ударно-центробежная мельница селективного многократного разрушения

При работе мельницы материал вместе с воздухом попадает в каналы ротора, разгоняется до высоких скоростей и ударяется об отражательные стержни. После удара мелкоизмельченные частицы под воздействием силы тяжести и воздушного потока опускаются вниз вдоль поверхности отражательных стержней, а крупные осколки, отскакивая от стенки, попадают под повторное воздействие отбойных лопаток. Таким образом, в этой конструкции при умеренной скорости вращения ротора крупные частицы материала подвергаются многократному ударному измельчению, а тонкодисперсный продукт непрерывно опускается вниз и через кольцевой канал выводится из агрегата.

Проведенные на полупромышленном образце данной мельницы экспериментальные исследования [7] позволили осуществить ряд внедрений ее для измельчения зерна, растительного и минерального сырья. На всех предприятиях отмечается ее высокая надежность, простота обслуживания, соответствие всем требованиям по качеству готового продукта. При этом по сравнению с молотковыми измельчителями удельный расход электроэнергии не менее чем на 30% ниже. Результаты внедрений позволяют говорить о перспективах широкого использования этой конструкции ударно-центробежной мельницы в будущем.

Литература:

1. Селективное разрушение минералов / В.И. Ревнивцев [и др.]; под ред. В.И. Ревнивцева. – М.: Недра, 1988. – 287 с.

2. Богданов, В.С. Современные измельчители: характеристика и оценка для процесса помола клинкера / В.С. Богданов, В.З. Пироцкий // Цемент и его применение. – 2003. – № 4. – С. 10–15.

3. Опыт применения центробежно-ударных дробилок, 1991. – 25 с. – (Обзорная информация / Черная металлургия. Сер. обогащения руд).

4. Клейс, И.Р. Износостойкость элементов измельчителей ударного действия / И.Р. Клейс, Х.Х. Ууэмыйс. – М.: Машиностроение,
1986. – 286 с.

5. Priemer, J. Untersuchungen zur Prallzerkleinerung von Einzelteilchen / J. Priemer // Fortschr. Ber. VDI – Z, Reihe 3. – 1968. – Vol. 8. – S. 64–72.

6. Reiners, E. Der Mechanismus der Prallzerkleinerung beim geraden zentralen Stob und die Anwendung diesen Beansruchugsart bei der Lerkleinerung, insbesondere bei der selektiven Lerklinerung ven spoden stiffen / E. Reiners. – Westdeutche Verlag, Koln und Opladen, 1977. – 649 s.

7. Гребенчук, П.С. Селективное измельчение материалов в центробежной мельнице многократного ударного нагружения: дис. … канд. техн. наук: 06.12.11 / П.С. Гребенчук. − Минск, 2011. – 168 л.

8. Мельница: пат 9942 Респ. Беларусь, МПК6 В 02С 13/00 / Э.И. Левданский, А.Э. Левданский, П.С. Гребенчук, С.Э. Левданский (РБ) – № а 20050439; заявл. 05.05.05; опубл. 28.02.07 // Афіцыйны бюл. / Нац. цэнтр інтэлектуал. уласнасці. – 2007. – № 2. – С. 74.