Помол материалов

В промышленности строительных материалов применяются мельницы, работающие по принципу механического разрушения. К ним относятся барабанные, ролико-маятниковые, молотковые, дезинтеграторные, вибрационные и струйные мельницы.

Барабанные мельницы получили наибольшее распространение в технологии строительных материалов.

Рабочий орган мельницы – стальной барабан, футерованный внутри стальными плитами, в который загружают мелющие тела и измельчаемый материал. При вращении барабана мелющие тела и измельчаемый материал под действием центробежной силы и трения поднимаются на определенную высоту, а затем падают вниз. При этом материал измельчается под действием удара, истирания и раскалывания. В зависимости от вида мелющих тел различают шаровые, стержневые, галечные мельницы и мельницы самоизмельчения.

Большое значение при измельчении материала в барабанных мельницах имеют диаметр и длина барабана. Работа, затрачиваемая на подъем мелющих тел и измельчаемого материала, равна их кинетической энергии в точке падения. Эта энергия определяет основные технические характеристики барабанной мельницы. Очевидно, что с увеличением диаметра барабана D увеличивается кинетическая энергия мелющих тел и, следовательно, скорость измельчения материала. При увеличении длины барабана L возрастает время пребывания материала в мельнице, а, следовательно, и степень его измельчения.

В зависимости от природы измельчаемого материала, особенностей технологии, конструктивных особенностей мельниц размеры их барабанов колеблются в широких пределах как по диаметру (D= 2…11 м), так и по длине (L=2…20 м).

Для эффективной работы мельницы необходимо определить оптимальную частоту вращения ее барабана. Критическую частоту вращения барабана n_кр рассчитывают по формуле:

, (20)

Обычно число оборотов мельницы принимают равным 0,75 от n_кр.

Эффективность работы мельницы зависит также от загрузки барабана. При малом количестве мелющих тел помол малоэффективен так же, как и при чрезмерно большом. Короткие мельницы заполняют шарами примерно на 35-45% объема барабана в зависимости от скорости его вращения.

Разновидностью барабанных мельниц являются трубные многокамерные мельницы, которые имеют удлиненный барабан – L ³ (3…5)D. За счет большего времени нахождения материала в барабане достигается большая степень его измельчения. Особенно эффективны трубные многокамерные мельницы, у которых барабан по длине разделен дырчатыми перегородками на 2…4 камеры. Первую камеру загружают наиболее крупными шарами, следующую – более мелкими, а последующие – еще более мелкими шарами или короткими цилиндрами (цильпебсом), которые при перекатывании интенсивно истирают материал. Такая последовательность загрузки позволяет привести размер мелющих тел в соответствие с крупностью измельчаемого материала и обеспечить экономичную работу мельницы.

Несмотря на кажущуюся простоту конструкции и эксплуатации, барабанные мельницы реализуют в себе неэффективный способ измельчения материалов, при котором большая часть механической энергии затарчивается на нагрев материала и мелющих тел и на шумовой эффект, что значительно повышает энерго- и металлозатраты на помол. В среднем на помол 1 т цемента в трубных шаровых мельницах расходуется около 40 кВт*ч электроэнергии. Износ мелющих поверхностей (бронефутеровок, мелющих тел) составляет в среднем 1 г/кг цемента.

Одним из направлений совершенствования процесса измельчения материалов в барабанных мельницах является использование высокоэффективных внутримельничных энергообменных устройств. К ним относятся наклонные межкамерные перегородки, кольцевые диафрагмы, лопастные эллипсные сегменты и др. Применение энергообменных устройств обеспечивает разрушение застойных зон мелющей загрузки и включение в работу дополнительного количества (до 40%) мелющих тел. Это позволяет уменьшить общую массу мелющих тел на 10-15%, повысить производительность мельницы и снизить удельный расход электроэнергии на 15-20%.

Ролико-маятниковые мельницы применяют для измельчения материалов, обладающих невысокой прочностью (рис. 8).

Рис. 8. Схема ролико-маятниковой мельницы

В ролико-маятниковых мельницах материал раздавливается между неподвижной обоймой (5) и быстровращающимися массивными роликами (2), которые шарнирно соединены с крестовиной (4), укрепленной на вертикальном валу (1). Измельченный материал потоком воздуха выносится в сепаратор.

Частоту вращения вертикального вала мельницы выбирают из условия обеспечения необходимого давления ролика на материал в зависимости от прочности материала и размера мельницы.

Дезинтегратор состоит из двух дисков, каждый из которых имеет самостоятельный привод (рис. 9). Дезинтеграторы применяют в основном для сухого измельчения как в открытом, так и в замкнутом цикле.

 

Рис. 9. Схема дезинтегратора

На дисках по концентрическим окружностям закреплены пальцы. По мере удаления от центра расстояние между пальцами уменьшается. Ряды пальцев одного диска находятся между рядами пальцев другого диска. Диски вращаются в противоположных направлениях.

Подлежащий измельчению материал поступает в центральную часть одного из дисков, движущимися пальцами материал отбрасывается от центра к периферии, подвергаясь многократным ударам о пальцы. Измельченный материал по кожуху дезинтегратора опускается вниз к разгрузочному отверстию.

Чем выше частота вращения дисков, чем больше рядов пальцев на них, тем выше степень измельчения.

 

Вибрационные мельницы применяют для тонкого и сверхтонкого помола (<1…10 мкм) или домола мелкозернистых материалов – цементов для повышения их активности, пигментов, наполнителей и других материалов в небольших количествах. Это связано с большой энергоемкостью вибромельниц, и поэтому они не получили широкого применения в производстве строительных материалов.

Вибромельницы подразделяют на инерционные и гирационные (эксцентриковые).

Инерционная вибромельница (рис. 10) состоит из барабана, загруженного до 70% объема шарами и измельчаемым материалом.

Рис. 10. Схема инерционной вибромельницы

Барабан через пружины опирается на фундаментную раму. В середине барабана имеется внутренняя труба, в которой размещен вал с дебалансами. При вращении дебалансного вала центробежная сила приводит барабан в интенсивное колебательное движение. Мельницы работают с частотой колебаний от 25 до 50 Гц.

Гирационная вибромельница отличается от инерционной тем, что колебания барабана в ней вызываются эксцентроковым валом. Из-за трудности уравновешивания качающихся масс инерционные мельницы не получили широкого распространения.