Вибрационные мельницы

Вибрационная мельница представляет собой камеру, заполнен­ную загрузкой, состоящей из обрабатываемого материала, среды (газ или жидкость) и специальных обрабатывающих тел (шары, цилиндры, стержни, валки, трубы и т. п.). Загрузке сообщается движение посредством периодического вибрационно­го сотрясения камеры или расположенных в ней специальных тел. В результате этого возникает относительное движение час­тиц загрузки, в зонах их контакта создаются высокие механические напряжения, которые приводят к разрушению твердых частиц.

В зависимости от условий обработки, типа и свойства обра­батываемого материала, характеристик мелющих тел и среды, параметров процесса в вибрационных мельницах реализуются различные технологические операции: измельчение, деструкция, механохимические воздействия, уплотнение материалов, поверх­ностная обработка и т. п.

Двумя основными видами вибрационных мельниц являются: мельница с подвижной (вибрирующей) и неподвижной рабочей камерой, в которой движение сообщается загрузке специаль­ными вибрирующими поверхностями.

К первому виду относятся все современные вибрационные мельницы промышленных размеров. Это мельницы, выполненные по однокорпусной схеме с динамическим вибрационным возбу­дителем, а также мельницы двух- (много) корпусные с кинемати­ческим вибрационным возбудителем. Мельницы могут приводить­ся в движение по траекториям различного вида.

Вибрационная инерционная мельница (рис. 51) состоит из барабана 1, который опирается на пружины 3. Барабан загру­жается шарами диаметром 10—50 мм примерно на 60—70% объема. В корпусе на подшипниках качения установлен дебалансовый вал 2. Он приводится во вращение от электродвигателя 4, соединенного с валом гибкой муфтой 5. Дебалансный вал ис­ключает передачу вибраций от мельницы к электродвигателю. Пружинная опора корпуса и деревянные подкладки почти пол­ностью исключают передачу вибраций на основание.

При вращении дебалансного вала с частотой от 1000 до 1500 мин^-1 корпус мельницы с шарами и измельчаемым мате­риалом приводится в качательное движение по эллиптической, близкой к круговой траектории. При этом шары измельчают ма­териал ударом и истиранием.

Движение шаров в вибрационной мельнице происходит в сторону, противоположную круговым качаниям корпуса. Измель­чаемый материал проходит вдоль корпуса, подобно жидкости, в сложном движении по спирали.

Двухтрубная вибрационная мельница непрерывного действия (рис. 52). Два барабана трубы объединены двумя связями в общий агрегат. Связи опираются на раму через резиновые амортизаторы. В связях укреплены подшипники, в которых вра­щается приводной вал, параллельный барабанам-трубам. На валу закреплены неуравновешенные грузы-дебалансы. Привод­ной электродвигатель установлен на отдельной неподвижной опо­ре. Валы электродвигателя и мельницы связаны валом-вставкой, с двумя эластичными муфтами. При вращении вала мельницы дебалансы развивают центробежную силу инерции и сообщают круговые колебания малой амплитуды всему агрегату, опирающемуся на резиновые

Рис.51 Схема вибрационной мельницы

Рис. 52. Двухтрубная вибрационная мельница непрерывного действия:

1 — трубные барабаны мельницы; 2 — связь; 3 — дебаланс; 4 — резиновые амортизаторы

амортизаторы. Исходный материал за­гружается в один конец верхнего барабана. Измельчаясь, он направляется к другому его концу, где через решетку и трубу попадает в нижний барабан. После измельчения в этом барабане материал разгружается в другом конце через гофрированную трубу. Непрерывно действующие вибрационные мельницы при­меняются для тонкого и сверхтонкого измельчения керамиче­ского сырья, специальных цементов и других продуктов. Произ­водительность мельницы от 1 до 15 т/ч.

Форма корпуса вибромельницы может быть не только ци­линдрической, но и корытной, U-образной. Внутри корпус футеруется нержавеющей марганцовистой сталью или резиной. Из­мельчающие тела — шары или цилиндры, высота которых равна диаметру, или стержни, по длине почти равные длине корпуса.

Материал шаров: сталь, твердые сплавы, фарфор, корунд. Производительность мельницы прямо пропорциональна плотнос­ти измельчающей среды. Частота вибраций соответствует час­тоте вращения электродвигателя, равной 1500—3000 мин^-1. Амп­литуда колебаний по вертикали должна быть по крайней мере равна размеру измельчаемой частицы. В практике амплитуда колеблется от 3 до 20 мм. Установлено, что производительность мельницы пропорциональна произведению амплитуды на частоту в некоторой степени. Поэтому предпочтительно увеличивать час­тоту за счет амплитуды, при этом достигаются некоторые кон­структивные преимущества (легче подобрать пружины и т. д.). При питании материалом —30 мм получается продукт круп­ностью —10 мкм. Наилучшие показатели при тонком измель­чении получаются при питании крупностью 0, 25 мм. Вибрацион­ное измельчение позволяет получить продукт крупностью до 1 мкм с образованием новой поверхности до 500 м²/г. Такая дисперсность продукта обусловлена как самим способом измель­чения (удар и истирание), так и состоянием материала в мель­нице. Частицы материала все время взвешены и вибрируют, что препятствует их агрегированию. Наименьший удельный расход энергии на измельчение получается при частоте вибраций, близкой к резонансу, при заполнении шарами 70 % объема мель­ницы и всех пустот между шарами материалом.

Вибрационные мельницы можно использовать для сухого или мокрого измельчения (около 50% воды). Они могут работать в периодическом или непрерывном замкнутом цикле с классифи­цирующими аппаратами. При весьма тонком измельчении до 20—5 мкм вибрационные мельницы обладают преимуществами по сравнению с барабанными такой же производительности: значительно ниже расход энергии, меньше масса оборудования и занимаемая площадь пола и объем здания. Вибрационную мельницу легче герметизировать, измельчение возможно вести в любой газовой среде. Конструктивно проще устроить на вибра­ционной мельнице кожух для водяного охлаждения или, наобо­рот, подогрева. Продукт этой мельницы однороднее по круп­ности и содержит больше угловатых частиц, чем барабанной, зерна после которой получают обкатанную, округлую форму. Вибромельницы можно применять для измельчения таких ма­териалов, как слюда; в барабанных мельницах такие материалы плохо измельчаются.

Главные недостатки вибрационных мельниц следующие: зави­симость крупности кусков питания от размера шаров и ампли­туды колебаний мельницы (обычно размер куска не должен быть больше примерно 0, 1 диаметра шара); изменение крупности продукта с изменением крупности питания; непригодность для из­мельчения вязких материалов; особые требования к конструкции в отношении надежности мельницы, определяемые ее работой в быстроходном вибрационном режиме; необходимость преодоле­ния ряда технических затруднений при создании вибромельниц производительностью более 5 т/ч; резкое падение удельной про­изводительности при увеличении размеров мельницы.

Центробежные барабанные мельницы. В обычных барабанных мельницах повышение производительности за счет увеличения частоты вращения барабана ограничивается критической ско­ростью, выше которой центробежные силы препятствуют пере­мешиванию загрузки и эффективность процесса падает. По­этому производительность может повышаться только за счет уве­личения размеров мельницы, особенно ее диаметра, а это создает серьезную инженерную проблему при проектировании нового оборудования.

Реализовать идею использования центробежных сил, сущест­венно ускоряющих измельчение по сравнению с полем гравита­ционных сил, удалось в барабанной мельнице с неподвижным вертикальным барабаном и вращающимся внутри него валом-ротором.

Вал-ротор с большой скоростью вращает водило, приводящее в действие измельчающую нагрузку. В качестве мелющих тел используют шарнирно закрепленные ролики, свободно размещен­ные металлические шары, металлическую дробь, керамические или минеральные износостойкие частицы. При вращении вала происходит раздавливание частиц измельчающими телами за счет воздействия на них центробежных сил. Измельчение ма­териала в таких мельницах ведется сухим или мокрым способом последовательно по мере продвижения материала вдоль поверх­ности барабана.

Различные конструкции одно- и многокамерных центробеж­ных мельниц применяют для тонкого и весьма тонкого измель­чения в химической, фармацевтической промышленности. Основ­ное их преимущество заключается в существенном увеличении скорости измельчения. Так, в Южной Африке работает барабанная центробежная мельница диаметром 1 м и длиной 1 м, которая эквивалентна по производительности обычной ша­ровой мельнице размером 4х6 м. Главная трудность создания мельниц промышленного масштаба для горнорудной промыш­ленности заключается в низкой износостойкости основных узлов, сложности ремонта, в необходимости частой калибровки и т. д.

ПЛАНЕТАРНЫЕ МЕЛЬНИЦЫ

Планетарные мельницы представляют собой агрегат из несколь­ких барабанных мельниц, смонтированных на вертикальном водиле (рис. 53).

Рис. 53. Схема планетарной мельницы:

/ — опорная рама; 2 — водило; 3 — барабан; 4 — зубчатое колесо вала; 5 — зубчатое колесо бараба­на; 6 — вал

На оси каждой мельницы насажены шестерни, которые находятся в зацеплении с неподвижным зубчатым коле­сом. При вращении водила барабанные мельницы вращаются от­носительно оси водила, а также вокруг собственных осей. Ме­лющие тела, находящиеся в барабанах, испытывают действие дополнительных центробежных сил, возникающих при вращении барабана вокруг оси водила. Давно применяются в лаборатор­ной практике планетарные мельницы малого размера периодиче­ского действия. Разработаны мельницы с непрерывным процес­сом, т. е. загрузка и выгрузка материала происходят на ходу. Планетарные мельницы имеют высокую удельную производи­тельность, низкую металло- и высокую энергоемкость. Можно создать мельницу с потребляемой мощностью несколько сотен киловатт при барабанах диаметром 500 мм. Планетарные мель­ницы могут работать также в режиме самоизмельчения, без загрузки мелющих тел. При этом измельчение происходит глав­ным образом истиранием. Крупность питания больших мельниц может достигать 25 мм. Планетарные мельницы могут найти применение на обогатительных фабриках для особых случаев измельчения, например алмазных руд.