Конструкции шаровых и стержневых мельниц

Шаровая мельница с центральной разгрузкой (рис. 41) состоит из цилиндрического барабана 1 с торцовыми крышками 5 и 8, имеющими пустотелые цапфы, посредством которых барабан опирается на коренные подшипники 3. Барабан и крышки футе­руют внутри стальными плитами 11. В барабан загружают стальные или чугунные шары разного диаметра (от 40 до 120 мм). Вращение барабану передается от электродвигателя посредством малой шестерни 10, насаженной на приводном валу, и зубчатого венца 7 на барабане.

Исходный материал загружается в мельницу питателем 2 через левую полую цапфу, снабженную сменной загрузочной воронкой 4. Измельченный материал разгружается через правую цапфу, футерованную разгрузочной воронкой 9.

Барабан изготовляется сварным или клепаным из толстой листовой стали. На оба конца барабана приклепываются или привариваются стальные обработанные фланцы для прикрепле­ния торцовых крышек. Иногда барабан изготовляют литым из стали и чугуна или стали с фланцами на концах.

В мельницах малых размеров, где диаметр разгрузочной цапфы недостаточен для введения футеровки внутрь мельницы, на барабане устраивается один или два диаметрально располо­женных люка 6. Торцовые крышки с пустотелыми цапфами отли­ваются из чугуна или стали в зависимости от размеров мельницы. Торцовые крышки к фланцам барабана мельницы крепятся болтами. Для уплотнения соединения болтами и уменьшения нагрузки на них предусмотрен кольцевой выступ. Разгрузочная цапфа устраивается несколько большего диаметра, чем загру­зочная, для создания уклона пульпы в мельнице. Край разгру­зочной воронки 9 имеет форму раструба. Снаружи на ней устраи­вается кольцевой выступ для предотвращения попадания пульпы в подшипник. Коренные подшипники делаются с большой опор­ной поверхностью. Часто применяются самоустанавливающиеся подшипники с баббитовыми вкладышами, имеющими шаровую опору в корпусе подшипника.

У мельниц малого размера приводной вал вращается от электродвигателя через ременную или клиноременную передачу. У мельниц большого размера, если применяется электродвига­тель с большой частотой вращения (750—1000 мин^-1), устанав­ливается редуктор, а при применении тихоходного электродвигателя вал последнего соединяется с приводным валом мельницы через муфту.

В последнее время преимущественное распространение получают низкоскоростные синхронные электродвигатели с диапазоном частоты вращения 150—250 мин^-1. Для крупных шаровых мельниц с двигателем 2500—3000 кВт экономически целесообразным считается применение двойных приводов, т. е. две ведущих шестерни приходятся на зубчатый венец. Приводной вал с малой шестерней изготовляется из кованой стали. Подшип­ники приводного вала располагаются на фундаментной плите, являющейся опорой для одного коренного подшипника.

Для предохранения обечайки мельницы от износа используют­ся футеровочные плиты, которые также предназначены для уменьшения скольжения между обечайкой и измельчающей средой. По мере износа футеровки подлежат замене, для чего мельница останавливается на ремонт. Футеровки различаются в зависимости от материала, профиля и метода монтажа.

Рис. 41. Шаровая мельница с центральной разгрузкой

Рис. 42. Типы футеровок цилиндрической части барабана мельниц:

1 — 15 — стальные футеровки; 16 — резиновая футеровка с лифтером; 17 — 18 — футеровка мельниц самоизмельчения; 4 и 15 — с безболтовым креплением; остальные — с болтовым креплением к бара­бану

Конструкция футеровочных плит барабана должна допускать легкую установку и смену их. Обычно плиты изготовляют из чугуна или марганцовистой и хромистой сталей, а также резины и (редко) керамики. Литая марганцовистая сталь применяется при больших нагрузках шаров большого диаметра. Толщина футеровочных плит принимается от 50 мм для малых до 130— 150 мм для больших мельниц.

Профили футеровочных плит показаны на рис. 42. Для грубо­го измельчения применяют ребристые футеровки 5, 6, 8, 10, 12 — 15, а для тонкого — гладкие 11 или волнистые 1 — 4, 7, 9. Резиновую футеровку 19 применяют в шаровых мельницах в основном для тонкого измельчения (мельницы II и III стадий). Ставят их иногда на мельницы с решеткой. Для первичных мельниц само­измельчения толщина футеровки принимается 140—160 мм.

Заметное влияние на работу мельницы оказывает форма футеровки ее барабана.

Футеровки барабанов шаровых мельниц, работающих на крупном исходном материале, имеют ребра. Для мельниц, рабо­тающих на мелком материале, применяются футеровки с мелкими ребрами или совсем гладкие. Высота, взаимное расположение и форма ребер определяют силу сцепления дробящей среды с барабаном, а отсюда и результаты работы мельницы. Поэтому важно, чтобы при изнашивании футеровки характер ее поверхности резко не изменялся.

В России освоено производство резиновой футеров­ки для шаровых мельниц. Установлено, что применение резино­вой футеровки рационально в мельницах II и III стадий измель­чения, в которых используются шары диаметром менее 80 мм. В этом случае применение резиновой футеровки заметно снижа­ет эксплуатационные расходы. Масса резиновой футеровки на 80—85 % меньше, срок службы в 2—3 раза больше и продолжи­тельность перефутеровки меньше соответствующих показателей при стальной футеровке. Кроме того, сильно снижается уровень шума при работе мельниц. Обычно резиновые футеровки имеют более высокую первоначальную стоимость, но это компенсируется экономией на эксплуатационных расходах.

На рис. 43 показан способ крепления резиновой футеровки на внутренней поверхности барабана мельницы.

Резиновые футеровочные листы 1 изготовлены с уступами. При укладке листов между ними образуются по всей длине барабана канавки, в которые вставляются резиновые брусы-лифтеры 2. Последние имеют Т-образную прорезь для установки прижимной скобы 3. Болты прижимной скобы своей нарезной частью выходят на внешнюю поверхность барабана мельницы и, затягивая на ней гайки, закрепляют футеровку на барабане.

Торцовые крышки мельниц также футеруют резиновыми плитами. Разгрузочную решетку и пульпоподъемники делают резиновыми. Толщина резиновой футеровки барабана колеблется от 50 до 80 мм.

Рис. 43 Крепление резиновой футеровки
Несмотря на наличие большого ассортимента футеровочных плит (как по профилю, так и материалу) редко, когда первона­чальная установка является окончательным вариантом.

Рис. 44. Футеровка «рудная постель»:

1 — гомогенная постель тонкого магнитного материа­ла; 2 — грубая постель мелких частиц магнитного материала; 3 —текучая постель тонкого и грубого магнитного материала; 4 — резина; 5 — сталь; 6 — постоянный магнит

Поиски наиболее оптимальных вариантов с точки зрения первоначальной стоимости, удобства монтажа и обслуживания, срока эксплуата­ции привели в последние годы к появлению нового типа футеров­ки, так называемой «рудной постели» (рис. 44). Эта футеровка впервые была предложена шведской фирмой «Скега» и основана на явлении магнетизма и работает практически без разрушения. На внутренней стороне обечайки мельницы (рис. 44) расположены керамические магниты чередующейся полярности, которые для облегчения монтажа завулканизированы резиной. Открытые полюса подковообразных магнитов притягивают слой магнитовосприимчивой руды или шарового скрапа, образуя так называемую «рудную постель», предохраняющую футеровку от износа и удара. Хорошо изношенный шаровой материал содер­жит обломки шаров всех размеров и формы, которые будут закрепляться в верхней части футеровки с образованием волно­образного профиля. Магнитный поток полностью поглощается этим слоем и не допускает любого смещения шаров. Магниты удер­живают футеровку на месте и притягивают предохраняющую руд­ную постель. Слой материала «рудная постель» непрерывно обнов­ляется по мере износа. Наружный слой «рудной постели», где магнитные силы слабее, непрерывно удаляется и заменяется. Благодаря этому футеровка сохраняет постоянный профиль и сама не изнашивается. Общая толщина футеровки включая предохранительный слой много тоньше, чем у традиционных футеровок. Это способствует повышению производительности мельницы за счет увеличенного эффективного диаметра. Возмож­но увеличение частоты вращения барабана мельницы без увели­чения износа футеровки. Использование новой футеровки способ­ствует снижению удельного расхода электроэнергии.

Футеровка цапф может быть с гладкой внутренней поверх­ностью или со спиралью. В загрузочной цапфе спираль служит для транспортирования материала, а в разгрузочной обратная спираль предназначена для облегчения возврата крупного материала.

Для питания мельниц применяют барабанные, улитковые и комбинированные питатели.

Барабанный питатель представляет собой цилиндро-коническую камеру, открытую с обеих сторон и снабженную внутренней спиральной перегородкой для подачи измельчаемого материала в мельницу через загрузочную цапфу. Питатель крепится болта­ми к загрузочной цапфе барабана мельницы. Барабанные питатели применяют для загрузки материала крупностью до 70 мм на уровне оси мельницы.

Улитковый питатель представляет собой спиральной формы черпак с круглым отверстием в боковой стенке по оси вращения для выпуска зачерпываемого материала в мельницу. Питатель болтами крепится к цапфе барабана мельницы так, чтобы отвер­стия цапфы и питателя совпадали. Корпус питателя изготовляет­ся сварным из листовой стали или отливается из легированного чугуна. На конце черпака питателя крепится сменный козырек из марганцовистой стали или легированного чугуна. Внутренняя поверхность питателя футеруется стальными листами. Улитковые питатели изготовляются одно-, двух- и трехчерпаковыми. Попе­речное сечение между спиралями питателя прямоугольное и имеет достаточные размеры для свободного прохождения шаров максимального диаметра. Улитковые питатели позволяют загру­жать измельчаемый материал с более низкого уровня, что дает возможность устанавливать мельницы в замкнутом цикле с классификаторами.

Комбинированный питатель (рис. 45) применяется для за­грузки мельницы одновременно кусковым материалом и песками классификатора. Большое преимущество комбинированного пита­теля заключается в том, что крупнокусковой материал попадает в мельницу, минуя загрузочную коробку для черпака улитки. Это предотвращает заклинивание крупных кусков между черпа­ком и стенками или днищем коробки, вызывающее распор коробки и дополнительные усилия в питателе и крепежных болтах.

Технические характеристики шаровых мельниц с центральной разгрузкой даны в приложении 16.

Шаровая мельница с решеткой (рис. 46) имеет в разгрузоч­ном конце барабана 5 решетку 12 с отверстиями для разгрузки измельченного материала. На стороне, обращенной к торцовой разгрузочной крышке 7, решетка имеет радиальные ребра-лифте­ры 10, делящие пространство между решеткой и торцовой крышкой на секторные камеры, открытые в цапфу. При вращении барабана ребра действуют как элеваторное колесо и поднимают пульпу до уровня разгрузочной цапфы. Такое устройство позво­ляет поддерживать низкий уровень пульпы в мельнице и сокра­щает время нахождения в ней материала вследствие уменьшения

объема пульпы. Перегородка перед торцовой крышкой собирается из отдельных секторных решеток. Стальные решетки (секторы) могут быть литыми с продолговатыми отверстиями или собран­ными из колосников трапециевидного сечения, сваренных вместе. Секторные решетки крепятся к торцовой крышке при помощи литых полос из марганцовистой стали на болтах.

Экономические и эксплуатационные преимущества агрегатов большой производительности настолько велики, что в настоящее время изготовляются мельницы огромных размеров (DхL= 5, 5х6, 5 м) объемом 141 м³. Намечается освоение мельниц МШР-6000х8000 объемом 308 м³.

Стержневые мельницы. Конструкция стержневой мельницы (рис. 47) подобна конструкции шаровой мельницы с центральной разгрузкой.

Чтобы снизить уровень пульпы и увеличить скорость прохождения измельчаемого материала, диаметр разгрузочной горловины стержневой мельницы делается значительно больше, чем у барабана шаровой мельницы того же диаметра. Загрузоч­ная горловина должна беспрепятственно пропускать большое количество материала, особенно при работе мельницы в откры­том цикле при малых степенях измельчения. Разгрузочные горло­вины диаметром 1200 мм и более позволяют проникать через них внутрь барабана для осмотра и смены футеровки. Это исключает необходимость устройства специального лаза в барабан. Для установки футеровки в барабаны мельниц с горловинами мень­шего диаметра, не имеющих лаза, необходимо снимать одну из торцовых крышек.

Рис. 45. Комбинированный питатель:

/ — корпус; 2 — черпак; 3 — козырек черпака; 4 — крышка

Рис. 46. Шаровая мельница с разгрузкой через решетку:

/—комбинированный питатель; 2 — цапфа; 3 — подшипник; 4 — торцовая крышка загрузочного конца; 5 — барабан; 6 — люк; 7 — торцовая крышка разгрузочного конца; 8 — подшипник; 9 — разгрузочная воронка; 10 — лифтеры; 11 — кожух венцовой передачи; 12 — разгрузочная решетка; 13 — футеровка барабана

Торцовые крышки барабана стержневой мельницы защищают футеровкой, образующей плоские торцовые поверхности, ограни­чивающие продольное перемещение стержней. Применяют также и слегка конические торцовые стенки для облегчения загрузки в мельницу измельчаемого материала.

Для стержневых мельниц применяется волнистая или ступенчатая футеровка барабана внахлестку. Гладкая футеровка из-за сильного скольжения стержней быстро изнашивается. Стержне­вые мельницы в зависимости от назначения снабжаются улитко­выми, барабанными или комбинированными питателями.

Отношение длины барабана к диаметру для стержневых мель­ниц обычно составляет 1, 4—2. Считается, что нельзя изготовлять стержневые мельницы длиной менее 1, 25 D по условиям спутыва­ния стержней; обычно это отношение составляет 1, 4—1, 6 D.

Работа стержневых мельниц имеет специфические особенности, измельчение в ней происходит в результате ударов и трения по линейному контакту вдоль образующей соприкасающихся стержней, поэтому к их футеровкам предъявляются определенные требования.

Рис. 47. Стержневая мельница:

/ — барабан; 2 — улитковый питатель; 3 — загрузочная втулка; 4 — футеровка барабана; 5 — венцовая шестерня; 6 — разгрузочная горловина

1. Профиль футеровки должен обеспечивать движение стерж­ней параллельно оси барабана, так как при перекосе стержни могут изгибаться и ломаться, что вызывает снижение производительности и эффективности измельчения.

2. Профиль футеровки должен обеспечивать напорный режим движения стержней с перекатыванием без подбрасывания, так как подбрасывание неизбежно приведет к запутыванию стержней.

3. Поскольку стержни имеют укосы в сторону разгрузки, обусловленные наличием в загрузочной части мельницы крупного материала, поступающего в мельницу, футеровка цилиндриче­ской части барабана на разгрузочном конце изнашивается быст­рее. Поэтому целесообразно выполнять футеровку с постоянно увеличивающейся толщиной к разгрузочному концу.

Профили футеровок стержневых мельниц приведены на рис. 48.

Для нормальной работы стержневой мельницы необходимо, чтобы стержни, изношенные до некоторого предельного диа­метра, не гнулись в мельнице, а ломались на короткие прямые куски и выходили из мельницы вместе с пульпой. Чем больше длина стержней и мельницы, тем больше диаметр изношен­ных стержней, которые ломаются в мельнице. При длине стержней 6 м средний размер изношенных стержней достигает 50 мм. Если сделать стержни из недостаточно хрупкой стали, то более длинные, изношенные до малого диаметра, опутают осталь­ные, как проволокой. В настоящее время предельной счита­ется длина стержневой мельницы 6 м, этот предел определяется трудностями изготовления стержней большей длины.

Рис. 48. Профили футеровок стержневых мельниц:

а — клиновый; б — горбатый; в — волновой утолщен­ный

С увеличением длины мельницы падает ее пропускная (транс­портирующая) способность из-за недостаточного уклона потока пульпы. Поэтому не удается использовать в полной мере увеличение производительности мельницы за счет увеличения ее диа­метра; в настоящее время предельным диаметром стержневой мельницы считается 4, 5 м.