Технические науки/ 3. Отраслевое машиностроение

К.т.н. Гребенчук П.С.

Белорусский государственный технологический университет, г. Минск

Зависимость эффективности ударно-центробежного измельчителя от его геометрических параметров

Производственный опыт, а также исследования последних десятилетий выявили все возрастающий интерес к ударно-центробежным измельчителям метательного типа [1, 2]. Принцип измельчения материала в таких конструкциях весьма прост и заключается в том, что в центр вращающегося ротора подается исходный материал, где он за счет центробежной силы инерции направляется в разгонные каналы и на выходе из них с высокой скоростью ударяется об отражательную стенку, где и происходит измельчение. Высокие скорости на выходе из каналов позволяют кускам материала двигаться поштучно, и удар их о стенку получается не стесненный, а свободный. Это позволяет достигать высокой степени измельчения всех кусков с получением продукта более равномерного состава, при этом измельченный материал легко удаляется из зоны помола.

Очень важные результаты получены при эксплуатации таких измельчителей на ряде горно-обогатительных предприятий по селективному измельчению минеральных руд [1]. Подбирая соответствующий режим измельчения, можно достичь селективного разрушения руды, при котором минералы, имеющие меньшую прочность, разрушаются, а более прочные остаются целыми. Следовательно, полное раскрытие кристаллов извлекаемого из горной породы вещества наступает при крупности продуктов измельчения большей, чем крупность измельченного, например, в барабанной мельнице. Кроме того, при последующем флотационном разделении степень извлечения полезных минералов из более крупного продукта измельчения оказывается выше.

На основании анализа существующих конструкций измельчителей и с учетом современных требований производства была разработана новая конструкция ударно-центробежной мельницы [3].

Исследования процесса измельчения материалов в новой конструкции осуществлялись на полупромышленной установке с диаметром ротора мельницы по концам лопаток 0,45 метра. Скорость вращения ротора в ходе исследований изменялась с помощью частотного преобразователя от 600 до 2930 об/мин. Нагрузка по измельчаемому материалу изменялась от 1000 до 3000 кг/ч. Все опыты осуществлялись при сухом способе измельчения. Анализировались 3 конструктивных параметра мельницы, оказывающие наибольшее влияние на процесс помола:

- зазор между концами лопаток ротора и отражательной поверхностью;

- высота отбойных лопаток;

- угол наклона (поворота) лопаток.

Влияние зазора между концами лопаток и отражательной стенкой на качество измельчения исследовалось при измельчении сильвинита со скоростью вращения ротора 800 и 1450 об/мин. При этом зазор изменялся от 3 до 15 мм через каждые 3 мм. На рис. 2 представлены графические зависимости, отображающие влияние зазора на медианный δ₅₀ размер частиц продуктов помола, т. е. размер условного отверстия сита, через которое прошло бы 50% измельченного продукта. Из графика видно, что чем меньше зазор, тем предсказуемо меньше медианный размер, так как чем ближе расположены лопатки к футеровке корпуса, тем больше ударов куска материала о лопатки и о футеровку.

Рис. 1. Влияние величины кольцевого зазора по концам лопаток на
медианный диаметр частиц продуктов помола сильвинита

Ротор ударно-центробежной мельницы состоит из диска, на котором сверху закреплены разгонные лопатки, а снизу – отбойные. Куски исходного материала достигают высоких скоростей удара за счет разгонных лопаток, а последующие удары о стенку недоизмельченных кусков осуществляются с помощь отбойных лопаток. Чтобы в помольную камеру поступало небольшое количество воздуха, и тем самым был низкий расход энергии на его сжатие и транспортировку, разгонные лопатки необходимо применять как можно меньшей высоты. Что касается отбойных лопаток, то чем они выше, тем большему количеству ударов будут подвергаться недоизмельченные куски материала, и, следовательно, материал будет измельчаться более качественно. Результаты исследований по влиянию высоты отбойных лопаток на качество помола сильвинита представлены на рис. 2. Из обоих графиков видно, что отбойные лопатки оказывают весьма существенное влияние на качество помола материалов.

Касательно вопроса ориентации расположения лопаток на диске ротора можно сказать следующее. Если лопатки на диске располагать по радиусу, то при сходе частицы с лопатки она за счет радиальной и тангенциальной составляющих скорости будет подходить к отбойной поверхности стенки под углом. В этом случае удар будет не прямой, а косой, что может негативно

Рис. 2. Влияние высоты отбойных лопаток на дисперсный состав (Д) измельченного сильвинита при n_р = 800 об/мин

сказываться на качестве помола. Следовательно, для получения более прямого удара необходимо, чтобы лопатки были отогнуты назад, т. е. угол установки лопаток к вектору окружной скорости должен быть более 90°.

Экспериментальными и теоретическими исследованиями [3] установлено, что целесообразно отклонять разгонные лопатки назад на величину 12 – 14°. Дальнейшее увеличение угла нецелесообразно, поскольку приведет к значительному снижению радиальной составляющей полной скорости частицы, т.е. уменьшению кинетической энергии частицы при ударе. Для приближения угла удара частицы к прямому предлагается в качестве отражательной поверхности использовать сложный профиль, сформированный, например, из стержней шестигранного сечения [3].

Проведенные исследования позволяют находить оптимальные геометрические параметры ударно-центробежных мельниц при промышленном их проектировании, что дает возможность осуществлять их успешное внедрение в ряде производств.

Литература:

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

2. Центробежная техника. Высокие технологии: Материалы международной научно-технической конференции / НПО «Центр» Мн., 2003.

3. 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.