Расчет шаровой мельницы

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ   РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ          ПРИКЛАДНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ

 

Кафедра Технологии  Упаковки и  Переработки ВМС

 

 

                                      Курсовая работа

 

На тему:            Расчет шаровой мельницы

 

 

 

 

                   

                                                                                       Выполнил:

                                                                                     Ерёмин А.В.

                                                                                        Проверил:

                                                                                    Ананьев В.В.

                                  

 

                                

 

                                      Москва 2009

  

                                                Содержание

1 Введение

2 Классификация барабанных мельниц

3 Устройство барабанной шаровой мельницы

4 Назначение шаровой мельницы

5 Шары стальные мелющие для шаровых мельниц

6 Расчет шаровой мельницы

7 Вывод

8 Список используемой литературы

  

                                                     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                           Введение

Барабанные мельницы используются при производстве цемента, извести, гипса, керамических изделий и т.п. для измельчения материала до частиц размером менее десятых долей  миллиметра. Процесс помола отличается большой энергоёмкостью и стоимостью.

В барабанных мельницах материал измельчается внутри полого вращающегося барабана. При вращении мелющие тела (шары, стержни) и измельчаемый материал (называемые «загрузкой») сначала движутся по круговой траектории вместе с барабаном, а затем падают по параболе. Часть  загрузки, расположенная ближе к  оси вращения, скатывается вниз по подстилающим слоям. Материал измельчается в результате истирания при относительном  перемещении мелющих тел и  частиц материала, а также вследствие удара.

В промышленности строительных материалов барабанные мельницы получили наибольшее применение.

                      

 

 

 

 

 

                  

                     Классификация барабанных мельниц

Барабанные мельницы классифицируют по:

• режиму работы – периодического и непрерывного действия;
• способу помола – сухого и мокрого помола;
• характеру работы – мельницы, работающие по открытому и замкнутому циклу;
• форме мелющих тел – шаровые, стержневые и самоизмельчения (без мелющих тел);
• способу разгрузки – с механической и пневматической разгрузкой;
• конструкции загрузочного и разгрузочного устройства – с загрузкой и выгрузкой через люк, через полые цапфы и с периферийной разгрузкой;
• конструкции привода – с центральным и периферийным приводом.

 

 

 

Барабанные мельницы различаются между собой следующими признаками таблица1: измельчающей средой, т. е. родом применяемых измельчающих тел (шары, стержни, ролики, галька, крупные куски руды); геометрической формой барабана (короткий цилиндр, длинный цилиндр, конус); способом разгрузки материала из барабана (разгрузка периодическая или непрерывная; причем последняя может быть: через диафрагму, а затем через цапфу или непосредственно через цапфу или только через диафрагму; способом измельчения (сухой, мокрый). Классификация барабанных мельниц приведена в табл. 1, которую иллюстрирует рис. 1.; Придерживаясь последовательности, принятой в табл. 3, и кратко характеризуя мельницы различного типа, можно отметить следующие их особенности. Классификация барабанных мельниц табл. 1

Тип мельниц	Измельчающие  тела	Способ разгрузки  готового продукта	Способ измельчения
А. Барабанные вращающиеся  мельницы (тихоходные)
1. Шаровая периодического действия (рис. 1, а)	Стальные шары	Периодическая разгрузка  через люк	Сухой (для лабораторных — сухой и мокрый)
2. Шаровая с периферической разгрузкой (рис. 1, б)	Стальные шары	Разгрузка через цилиндрическое сито	Сухой и мокрый
3. Шаровая с центральной разгрузкой (рис. 1, в)	Стальные шары	Центральная разгрузка (непосредственно  через цапфу)	Сухой и мокрый
4. Шаровая с решеткой (рис. 1, г)	Стальные шары	Разгрузка через решетку, а затем через цапфу	Сухой и мокрый
5. Шаровая соткрытым концом (рис. 1. д)	Стальные шары	Через решетку (без цапфы)	Сухой и мокрый
6. Трубная однокамерная     (рис. 1, е)	Стальные шары	Центральная разгрузка (через  цапфу)	Сухой и мокрый
7. Трубная многокамерная (рис. 1, ж)	Стальные шары	Между камерами — разгрузка  через  решетку; из последней камеры — центральная разгрузка	Сухой и мокрый
8. Коническая мельница (рис. 1, з)	Стальные шары	Центральная  разгрузка	Сухой и мокрый
9. Стержневая с центральной разгрузкой (рис. 1, и)	Стальные стержни (длиной, равной длине барабана)	Центральная  разгрузка	Мокрый
10. Стержневая с периферической разгрузкой (рис. 1, к)	Стальные стержни	Разгрузка через окна в  барабане	Сухой
11. Галечная	Галька, куски твердых  горных пород или фарфоровые шары	Разгрузка центральная непрерывная  или периодическая	Сухой и мокрый
12. Рудно-галечная бесшаровая (рис. 4, л)	Крупные куски измельчаемой  руды	Разгрузка через цапфу	Сухой и мокрый
13. Барабанная роликовая (рис. 4, м)	Массивный ролик	Периферическая разгрузка  через окна (или центральная сливная)	Мокрый и сухой
Б. Вибрационные барабанные мельницы (быстроходные
14. Вибрационная шаровая периодического действия	Стальные шары	Периодическая (через люк)	Мокрый и сухой
15. Вибрационная шаровая непрерывного действия	Стальные шары	Непрерывная центральная (воздушным потоком)	Сухой
16. Вибрационнаяная стержневая непрерывного действия	Стержни	Периферическая (через решетку)	Сухой
17. Вибрационная роликовая периодического действия	Массивный ролик	Периодическая	Сухой
18.  Вибрационная роликовая непрерывного действия	Массивный ролик	Периферическая через отверстия в цилиндре	Сухой и мокрый
19. Центробежная многокамерная с неподвижным вертикальным барабаном (рис. 4, н)	Ролики или шары	Непрерывная (через щель между диском и корпусом)	Сухой и мокрый
12. Рудно-галечная бесшаровая (рис. 4, л)	Крупные куски измельчаемой  руды	Разгрузка через цапфу	Сухой и мокрый
13. Барабанная роликовая (рис. 4, м)	Массивный ролик	Периферическая разгрузка  через окна (или центральная сливная)	Мокрый и сухой
14. Вибрационная шаровая периодического действия	Стальные шары	Периодическая (через люк)	Мокрый и сухой
15. Вибрационная шаровая непрерывного действия	Стальные шары	Непрерывная центральная (воздушным потоком)	Сухой
16. Вибрационнаяная стержневая непрерывного действия	Стержни	Периферическая (через решетку)	Сухой
17. Вибрационная роликовая периодического действия	Массивный ролик	Периодическая	Сухой
18.  Вибрационная роликовая непрерывного действия	Массивный ролик	Периферическая через отверстия в цилиндре	Сухой и мокрый
19. Центробежная многокамерная с неподвижным вертикальным барабаном (рис. 4, н)	Ролики или шары	Непрерывная (через щель между диском и корпусом)	Сухой и мокрый

 
 
А. Барабанные вращающиеся  мельницы (тихоходные)

Шаровая мельница периодического действия. 
Барабанные однокамерные шаровые мельницы периодического действия (рис. 1, а) наиболее просты по конструкции, но обладают малой производительностью. Мельницы периодического действия, за исключением лабораторных, не применяются на рудообогатительных фабриках; они используются преимущественно в керамической и химической промышленности, где материалы часто размалываются небольшими порциями. 
   Шаровая мельница с периферической разгрузкой.  
Применяемая иногда для сухого помола шаровая мельница с периферической разгрузкой (рис. 1, б) представляет собой агрегат, состоящий из шаровой мельницы и присоединенного к ней барабанного грохота, имеющего вид цилиндрического сита или решета, через отверстия которого просеивается готовый продукт измельчения. Мельницы с периодической разгрузкой используются преимущественно при размоле вяжущих материалов (шамота, извести и других). 
   Наибольшее распространение имеют барабанные однокамерные шаровые мельницы непрерывного действия. Все они загружаются через пустотелые цапфы. Различают три конструктивно-технологических типа таких машин: мельницы с непосредственной центральной разгрузкой через цапфу (рис. 1, в), мельницы с решеткой (рис. 1, г) и мельницы с открытым концом (рис. 1, д). 
   Шаровые мельницы с центральной разгрузкой 
как и все прочие барабанные, устанавливаются горизонтально. 
   Измельчаемый материал постепенно перемещается внутри рабочего пространства за счет подпора (давления) со стороны свежего питания, вытесняющего содержимое мельницы к ее разгрузочному концу. 
   Для образования необходимого напора уровень свежего материала у загрузочного конца должен быть выше, чем в противоположном конце. С этой целью в мельнице данного типа (см. рис. 1, в) внутренний диаметр пустотелой разгрузочной, цапфы делается немного больше, чем загрузочной; за счет образующейся разности уровней h1 и происходит движение материала. 
   В рассматриваемых мельницах разность уровней h1 относительно невелика, и потому осевое перемещение материала (пульпы) происходит сравнительно медленно, отчего мельница, работающая одновременно как классификатор, дает тонкий продукт. Поэтому во избежание переизмельчения материала мельницы с центральной разгрузкой редко применяются для первой стадии измельчения, при которой обычно выдается сравнительно грубый продукт (с содержанием 40—60% класса минус 0,074 мм). Наоборот, для последующих стадий, в особенности при доизмельчении промпродуктов, где необходимо получение мелкого материала (около 80—90% минус 0,074 мм или даже более тонкого), применение мельниц с центральной разгрузкой признается в настоящее время предпочтительным, особенно работающих на так называемом не катарактном режиме. 
   Шаровые мельницы с решеткой  (см. рис. 1, г) обеспечивают наименьшее переизмельчение материала при его измельчении. Внутри такой мельницы, вблизи разгрузочного ее конца, помещается поперечная колосниковая решетка (диафрагма), предназначенная для удержания в рабочем пространстве шаров и недостаточно размолотых кусков руды. Разность уровней (напор) h2 здесь значительно больше, чем h1 Измельченный продукт проходит через отверстия диафрагмы, а затем поднимается пульпоподъемником («лифтером») к центральной зоне мельницы, откуда, как и в предыдущем случае, разгружается через пустотелую цапфу. 
   Принципиальное технологическое отличие мельниц с центральной разгрузкой, как мельниц чисто сливного типа (рис. 1, в), состоит в том, что они разгружаются декантацией, т. е. из рабочего пространства удаляются только самые мелкие классы, в то время как в мельницах с решеткой (рис. 1, г) через отверстия последней разгружается вся пульпа целиком, без классификации, поэтому уменьшается возможность переизмельчения и ошламования продукта. 
   Шаровая мельница с открытым концом.  
Для увеличения пропускной способности мельница с решеткой иногда выполняется без пульпоподъемника; разгрузка происходит через диафрагму и далее непосредственно через открытый торец  барабана (см. рис. 1, д).

Рис 2. Схема сопряжения шаровой мельницы со спиральным классификатором  для работы в замкнутом цикле

При работе шаровой мельницы к ее разгрузочной цапфе вместе с тонкоразмолотым материалом неизбежно перемещаются также и крупные фракции, присутствие которых в готовом продукте нежелательно или вообще недопустимо по технологическим соображениям. В целях получения готового продукта с заданной ограниченной предельной крупностью измельчение осуществляется в замкнутом цикле, для чего мельницу часто соединяют в один агрегат с механическим или центробежным классификатором либо грохотом, реже — с воздушным сепаратором.  
   На рис. 2 показана схема сопряжения шаровой мельницы со спиральным механическим классификатором для работы в замкнутом цикле. При мокром помоле измельченный и взмученный в воде материал сливается через разгрузочную пустотелую цапфу 1 барабана 2 и направляется по желобу 3 в механический классификатор 4, где выделяется годный по крупности слив. Крупные частицы материала, не удовлетворяющие кондициям по крупности, оседают на дне классификатора, образуя так называемые пески. С помощью спиралей 5 (или качающихся гребков) пески выносятся в верхнюю часть корыта классификатора. Затем по желобу 6 они возвращаются в приемный кожух 7 улиткового или комбинированного питателя, с помощью которого присоединяются к вновь поступающему материалу—исходному питанию. По аналогичной схеме в сопряжении с воздушными сепараторами работают мельницы, предназначенные для сухого помола в замкнутом цикле. 
   Однокамерные трубные мельницы.  
Появление трубных мельниц (см. рис. 1, е), в которых длина барабана в 5—6 раз превышает его диаметр, было вызвано стремлением получить в одном агрегате наибольшую степень измельчения, не прибегая к замкнутому циклу. Сравнительно большая длина трубной мельницы (где в качестве измельчающих тел применяются шары) почти исключает вероятность попадания нежелательных крупных фракций в готовый продукт, чем устраняется необходимость контрольной классификации размолотого материала по принципу замыкания цикла. В этом состоит преимущество длинной трубной мельницы, получившей свое название благодаря сходству с трубой большого диаметра. 
   Недостаток ее в том, что шары одних и тех же размеров используются не только для размола крупного материала, находящегося вблизи загрузочного конца, но и для доизмельчения мелкого продукта, накапливающегося вблизи разгрузочной цапфы. Таким образом, наличие одной длинной камеры не обеспечивает надлежащего использования мелющих тел, так как для различных по крупности материалов требуются шары разных размеров; однообразные по сортаменту смеси шаров работают менее эффективно. 
   Многокамерные трубные мельницы. 
Отмеченный выше недостаток трубных мельниц устранен в многокамерных трубных мельницах, где материал размалывается последовательно в несколько стадий (см. рис. 1, ж). Камеры отделены одна от другой решетчатыми диафрагмами, через щели которых проходят промежуточные продукты измельчения. Для каждой камеры, применительно к постепенно уменьшающимся размерам кусков и зерен материала, дифференцированно подбирают измельчающие тела соответствующего размера и формы: в первую камеру загружаются самые крупные шары, в последнюю — самые мелкие (взамен мелких шаров часто применяют мелющие тела цилиндрической формы). 
   Конические шаровые мельницы. 
Идея естественной сегрегации шаров была положена в основу конструкции конических мельниц (см. рис. 1, з), где в отличие от чисто цилиндрических мельниц, по мысли их изобретателя вблизи загрузочной часта должны располагаться наиболее крупные шары, в то время как мелкие — должны оттесняться в коническую часть мельницы, к ее разгрузочной цапфе. В результате такого расслоения (сегрегации) шаров более, крупный материал будет разрушаться в конической мельнице крупными шарами, а более мелкие зерна руды подвергнутся затем измельчению мелкими шарами и благодаря этому общая эффективность работы шаровой загрузки будет выше. 
   Стержневые мельницы. 
Стремление к всемерному снижению переизмельчения продукта привело к идее использования в качестве измельчающей среды для барабанных мельниц не шаров, а цилиндрических стержней. Мельницы, в которых измельчающими телами служат длинные стержни, носят название стержневых. Они строятся двух типов: с центральной разгрузкой (или сливного типа) — для мокрого измельчения (рис. 1, и), и с периферической разгрузкой (через окна в барабане) — для сухого измельчения (см. рис. 1, к). Первые работают преимущественно в открытом цикле, реже их замыкают на механический классификатор (или на грохот) по схеме, показанной на рис. 2; вторые работают только в открытом цикле при сухом измельчении. 
   Галечные мельницы.  
При общем обзоре барабанных мельниц необходимо упомянуть также о галечных мельницах. В производстве тонкой керамики и аналогичных ей материалов футеровка и шары применяющихся здесь барабанных мельниц во избежание загрязнения железом продукта измельчения должны быть изготовлены из кремня или фарфора; в этом случае мельницу называют галечной (или фарфоровой). Хотя некоторое количество кремня (или фарфора) попадает в измельчаемую керамическую массу, однако качество самой массы, в состав которой обычно входит кварц, полевой шпат, глина, от этих добавок не ухудшается. Если же в процессе измельчения {например, при обработке массы, предназначенной для изготовления фарфоровых изоляторов) такие примеси оказываются недопустимыми, то применяют шары, изготовленные из того же материала, который подлежит размолу (окись алюминия, циркония и т. п.). 
   Галечные мельницы в большинстве случаев изготовляются как машины периодического действия (см. рис. 1, а). 
   Рудно-галечные (бесшаровые) мельницы. 
В последнее время на некоторых фабриках применяют мельницы, в которых мелющими телами являются крупные куски самой подлежащей измельчению руды. Такие бесшаровые мельницы (например, системы «Аэрофол»), работающие по принципу самоизмельчения, можно назвать рудно-галечными (см. рис. 1, л). Обычно их соединяют в один агрегат с воздушным сепаратором. Мелкий продукт выносится из мельницы струей засасываемого в систему воздуха. 
   Имея большие размеры (диаметр 5200 мм и более), мельница принимает крупную руду (до 600—900 мм), выдаваемую первичной дробилкой и, таким образом, заменяет одновременно как дробилки второй и третьей стадии, так и обычную шаровую мельницу. Для успешной работы бесшаровой мельницы исходная руда предварительно рассортировывается с помощью грохотов на отдельные классы. Крупные куски руды заменяют здесь шары, мелкие классы — подвергаются измельчению. В некоторых случаях на бесшаровой режим самоизмельчения переводят обычные шаровые мельницы. 
   Барабанные роликовые (дисковые) мельницы. 
Предпринимаются попытки использовать в качестве измельчающих тел барабанных мельниц не только шары и стержни, но и более массивные диски или ролики, обкатывающиеся по внутренней поверхности барабана (см. рис. 1, м). В барабанных роликовых мельницах разрушение кусков происходит в основном не ударом, а раздавливанием. 
   Центробежные барабанные мельницы (быстроходные). 
К этому виду мельниц относятся недавно появившиеся многокамерные центробежные мельницы с неподвижным вертикальным барабаном (рис. 1, я). По общей классификационной таблице они относятся к типу № 3 группы I. Но с известным основанием эти машины можно рассматривать как усовершенствованные кольцевые роликовые мельницы. Действительно, многокамерная центробежная мельница представляет собой не что иное, как объединенные в один агрегат три или четыре кольцевые мельницы, корпусы которых как бы соединены в один сплошной барабан, а ролики приводятся в движение водилами, укрепленными на общем вертикальном приводном валу. 
   Обкатка роликов, а следовательно, и раздавливание ими зерен материала происходят за счет центробежных сил инерции. Измельчение ведется последовательно в несколько стадий. Материал, измельченный в первой (верхней) камере, перегружается самотеком в ниже расположенную вторую (через кольцевую щель между диском и барабаном), а затем — в следующую и т. д. Процесс ведется как сухим, так и мокрым способом. 
   Сопоставляя область применения барабанных мельниц различных типов и конструкций, можно констатировать, что для одностадиального измельчения в настоящее время применяются в основном шаровые однокамерные мельницы мокрого помола с решеткой (см. рис. 1, г). Они пользуются повсеместным распространением при измельчении в одну стадию, когда руда (перед флотацией или перед магнитной сепарацией) доводится до содержания 40—60% класса минус 0,074 мм. 
   Иногда те же мельницы с решеткой применяют для доизмельчения промежуточных продуктов обогащения, однако для этого случая в последнее время признано предпочтительным применение шаровых мельниц с центральной разгрузкой (см. рис. 1, е), в условиях тонкого помола (90—100% класса минус 0,074 мм), работающих более эффективно, в особенности при некатарактном режиме. 
   При последовательном измельчении в два приема (если оба они предшествуют обогатительной операции) на многих обогатительных фабриках в качестве мельниц первой стадии находят применение стержневые мельницы мокрого помола (см. рис. 1, и). Последовательно за ними (для второго приема) устанавливаются шаровые мельницы с решеткой или с центральной разгрузкой. 
   Стержневые мельницы с периферической разгрузкой (см. рис. 1, к) иногда применяют для сухого размола известняка на агломерационных фабриках. 
   Трубные мельницы однокамерные (см. рис. 1, е) и многокамерные большой длины (см, рис. 1, ж) используются преимущественно в цементной промышленности (для размола клинкера) и в глиноземном производстве (при помоле спека). 
   Мельницы галечные и фарфоровые часто применяются в химической и керамической промышленности. 
   Рудно-галечные бесшаровые мельницы (см. рис. 1, л) используются главным образом там, где необходимо избирательное измельчение (например, на асбестообогатительных фабриках). 
   Вибрационные шаровые мельницы применяются для сверхтонкого помола на предприятиях промышленности строительных материалов и других. Вибрационные стержневые, вибрационные роликовые (см. рис. 1, м) и центробежные многокамерные мельницы (см. рис. 2, н)

                   

 

                         Устройство барабанной шаровой  мельницы

 

Двухкамерная  шаровая мельница состоит из полого сварного барабана 21, закрытого с обеих сторон стальными литыми крышками 5 и 6 с полыми цапфами 4 и 10. Внутренняя поверхность барабана делится перегородкой 19 со щелевидными отверстиями на две камеры, заполненные стальными шарами.

В первой камере по ходу движения материала шары крупнее, чем во второй. Это повышает эффективность помола за счет обеспечения соответствия размеров шаров и кусков измельчаемого  материала. Барабан шаровой мельницы цапфами опирается на подшипники 22; вращение ему передается от электродвигателя через редуктор и зубчатую муфту 14. Внутренняя поверхность барабана и крышек футерована плитами 20. Загрузка материала в барабан осуществляется через течку 1 и питатель 2. Затем  материал захватывается лопастями 23 и попадает в полую загрузочную  цапфу, имеющую шнековую насадку 3. Выгрузка материала происходит через полую цапфу 10. Измельченный материал из барабана проходит через торцовую решетку 7 и поступает на элеваторное устройство.

Между решеткой и торцовой крышкой установлен конус 8 с приваренными к нему радиальными лопастями 18, образующими ряд секторов. Материал, попавший в нижний сектор, при вращении барабана поднимается и по конусу 8 ссыпается в полость шнековой насадки 9, размещенной в полой цапфе 10. Через окна в разгрузочном патрубке 13 материал попадает на сито 12, служащее для задержания раздробленных мелющих тел. Через патрубок 11 в кожухе 15 осуществляется аспирация воздуха.

Барабанная шаровая мельница использует в своей конструкции  подшипники скольжения сферические  самоустанавливающиеся, состоящие  из корпуса 17, крышки и нижнего вкладыша 16. Барабан мельницы изготавливают  сварным из листовой стали. Его внутренняя поверхность футерована плитами из износостойких материалов со звукоизолирующими прокладками. Профиль и схема установки футеровочных плит существенно влияет на процесс измельчения материала и производительность барабанных мельниц. Барабанная шаровая мельница имеет максимальную полезность при избирательном измельчение материала, когда крупные частицы измельчаются ударом, а мелкие – истиранием . Шаровая мельница следовательно должна обеспечивать чередование ударного режима с истиранием. На практике это реализуется за счет использования для футеровки элементов, обеспечивающих переменный коэффициент сцепления мелющих тел со стенками барабана.

Барабан представляет собой  сварную конструкцию из листовой стали, внутренняя поверхность которого футеруется броневыми листами. Для  предохранения внутренней поверхности  барабана от повреждения, а также  для снижения шума и теплопотерь под бронеплиты прокладывают асбестовую ткань или другой подобный материал.