CC BY
30
УДК 621.026.001(06) DOI: 10.17213/0321-2653-2014-6-53-59
КЛАССИФИКАЦИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ МЕЛЬНИЦ ДИНАМИЧЕСКОГО САМОИЗМЕЛЬЧЕНИЯ КАК ОСНОВА СОЗДАНИЯ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
© 2014 г. А.Н. Дровников, А.А. Остановский, Е.В. Маслов, Л.А. Осипенко
Дровников Александр Николаевич - д-р техн. наук, профес- Drovnikov Alexander Nikolaevich - Doctor of Technical Sci-сор, Институт сферы обслуживания и предпринимательства ences, professor, Institute of the Service Sector and Entrepre-
(филиал) Донского государственного технического универ- neurship (branch) Don State Technical University. E-mail:
ситета. E-mail: drownikow@pochta. ru [email protected]
Остановский Александр Аркадьевич - канд. техн. наук, Ostanovskiy Alexander Arkadjevich - Candidate of Technical
докторант, Институт сферы обслуживания и предпринима- Sciences, doctoral student, Institute of the Service Sector and
тельства (филиал) Донского государственного технического Entrepreneurship (branch) Don State Technical University.
университета. E-mail: [email protected] E-mail:[email protected]
Маслов Евгений Владимирович - аспирант, Южно-Россий- Maslov Ewgeniy Vladimirovich - graduate student Platov
ский государственный политехнический университет (НПИ) South-Russian State Polytechnic University (NPI). E-mail:
имени М.И. Платова. E-mail: [email protected] [email protected]
Осипенко Людмила Аркадьевна - канд. техн. наук, доцент, Osipenko Ludmila Arkajevna - Candidate of Technical Sci-
Институт сферы обслуживания и предпринимательства ences, student, Institute of Entrepreneurship and Service Areas
(филиал) Донского государственного технического универ- (branch) Don State Technical University: E-mail:
ситета. E-mail: [email protected] [email protected]
Представлена целесообразность широкого внедрения в различных отраслях народного хозяйства мельниц динамического самоизмельчения, которые обладают многими преимуществами в сравнении с существующими типами измельчительного оборудования. К главным достоинствам следует отнести такие, как отсутствие мелющих тел, высокая удельная производительность, более низкие удельные энергозатраты. Дальнейшее совершенствование этого типа измельчительных машин невозможно без учета особенностей их конструктивных схем и режимных параметров этого оборудования. Для этого впервые предложена разработанная авторами классификация вертикальных мельниц динамического самоизмельчения. Разработанная авторами классификация вертикальных мельниц динамического самоизмельчения позволит определить главные направления усовершенствования процесса самоизмельчения и создания измельчительного оборудования нового поколения на основе новых способов взаимодействия материала с рабочими элементами мельниц, конструктивных решений, обеспечивающих повышение производительности, снижение удельной энергоемкости процесса и повышения их надежности.
Ключевые слова: классификация; систематизация; измельчительное оборудование; мельница; удельные энергозатраты; самоизмельчение; параметры.
Presented of widespread implementation in various sectors of the economy dynamic autogenously mills. It is due to the many advantages in comparison with existing types of grinding equipment. Among the main advantages are such as the lack of grinding media, high specific productivity, lower specific energy consumption. Further improvement of this type of grinding machines is impossible without considering the characteristics of their design concepts and regime parameters of the equipment. To do this, first proposed the classification developed by the authors autogenously dynamic vertical mills. Classification developed by the authors vertical mills dynamic autogenously help to identify ways of improving the process of creating and autogenously grinding equipment new generation based on new methods of material to work items mills, design solutions that enhance productivity, lower specific energy intensity of the process and increase their reliability.
Keywords: classification; filing; grinding equipment; mill; specific energy consumption; autogenously grinding parameters.
Вертикальные мельницы динамического самоиз- В качестве сравнительного примера в табл. 1
мельчения являются новым направлением в области приведены фактические показатели производительно-
машин для измельчения материалов, успешно конку- сти и удельных энергозатрат мельниц динамического
рируют с другими типами измельчительного оборудо- самоизмельчения «МАЯ», в которых реализован спо-
вания и во многих случаях улучшают технологические соб самоизмельчения.
показатели при переработке различных материалов. Анализ технических показателей, достигнутых
Практической реализацией нового направления в при измельчении графитосодержащих материалов на
области измельчения минерального сырья является различном измельчительном оборудовании, показы-
способ измельчения материалов, разработанный про- вает эффективность использования для этих целей
фессором А.В. Ягуповым [1, 2]. мельниц динамического самоизмельчения, так как это
позволяет снизить удельные энергозатраты в 5 - 6 раз, а расход металла от износа рабочих органов этих машин в 3 - 50 раз. Это обстоятельство доказывает целесообразность и эффективность использования мельниц динамического самоизмельчения в сравнении с другими типами измельчительного оборудования.
Применение мельниц динамического самоизмельчения позволяет:
- исключить из процесса дезинтеграции стадии среднего и мелкого дробления, так как необходимый для измельчения размер кусков может быть получен по окончании процесса дробления;
- достичь экономии эксплуатационных затрат за счет снижения расхода мелющих тел и значительно меньшей степени износа футеровки;
- снизить уровень переизмельчения материала за счет изменения характера ударного воздействия и разрушения кусков за счет преобладания процессов раскалывания и истирания частиц между собой.
Анализ возможных технических решений при создании вертикальных мельниц динамического самоизмельчения и опыт их эксплуатации в различных производственных условиях показывает, что эффективность их работы зависит от многочисленных факторов, которые будут определять целесообразность использования этого оборудования для измельчения того или иного материала с наибольшей эффективностью. Особенностью рабочего процесса самоизмельчения в мельницах этого типа является то обстоятельство, что на эффективность этого процесса влияют не только физико-механические и реологические свойства измельчаемого материала, но и их конструктивные и режимные параметры. Поэтому эффективное измельчение материалов в каждом конкретном случае по показателям энергоемкости и производительности невозможно без учета этих характеристик.
Многочисленные исследования существующих на настоящий момент времени вертикальных мельниц динамического самоизмельчения были направлены на изучение следующих их закономерностей:
- зависимости производительности от скорости вращения нижнего ротора, расположения просеивающих поверхностей внутри корпуса, влияния на неё количества радиальных ребер на нижнем роторе и расположения в них вырезов в радиальных ребрах;
- зависимости момента и мощности на валу элек-
тродвигателя от режимных параметров мельниц и свойств измельчаемого материала;
- установление закономерностей движения материала в рабочей зоне корпуса;
- выбор оптимальных параметров мельниц динамического самоизмельчения при размоле хрупких углеродосодержащих материалов [3 - 5].
При этом помимо исследования указанных параметров основные конструктивные элементы (форма цилиндрического корпуса и ротора) мельниц динамического самоизмельчения типа «МАЯ» существенно не менялись.
Опыт эксплуатации мельниц динамического самоизмельчения «МАЯ» характеризуется некоторыми особенностями, которые существенно снижают их эффективность по показателям производительности и энергозатратам, что не позволяет в полной мере удовлетворить требования потребителей [6].
Например, режим динамического самоизмельчения в мельницах «МАЯ» характеризуется движением материала не только в горизонтальных слоях, но и в вертикальном направлении. При этом в результате такого движения измельчаемого материала внутри полостей ротора образуются застойные зоны, в которых отсутствует циркуляция материала.
Отсутствие циркуляции материала в этих зонах ведет к ухудшению процесса измельчения, в котором изменение размеров частиц происходит в основном за счет истирания и их раскалывания, что снижает производительность мельницы и повышает энергозатраты (рис. 1).
Рис. 1. Образование застойных зон в мельницах динамического самоизмельчения: 1 - внешний ротор (корпус); 2 - внутренний ротор
Таблица 1
Удельные показатели измельчителей, достигнутые при измельчении некоторых углесодержащих материалов
Технические показатели Шаровая (ШБМ) Молотковая дробилка Мельница динамического самоизмельчения МАЯ-10
Антрацит Кокс пековый Антрацит Кокс пековый Антрацит Кокс пековый
Часовая производительность на тонну массы без электродвигателя, т 0,3 0,2 - 0,3 1,8 1,4 8 - 10 2,2
Расход электроэнергии на размол, кВт-ч/т 27 - 30 28 - 30 18 20 6,0 10,0
Расход металла на 1 т готового продукта, г 600 900 30 60-80 10 -
В связи с выявленными недостатками мельниц этого типа возникает вопрос о возможности улучшения их технических показателей, и в первую очередь по энергозатратам. Как показывает анализ исследований [7], созданные и находящиеся в эксплуатации мельницы динамического самоизмельчения различного конструктивного исполнения достигли предельных значений по производительности и минимальным энергозатратам. Это объясняется тем, что в основе конструкций существующих мельниц динамического самоизмельчения используется кинетическая энергия вращающегося ротора, зависящая в основном от его скорости вращения, которая не может превышать некоторого критического значения [8].
Поэтому необходим поиск таких технических решений, которые могли бы, не снижая надежности, обеспечить снижение энергозатрат при сохранении той же производительности.
Совершенствование вертикальных мельниц динамического самоизмельчения, обладающих более высокими эксплуатационными показателями, требует систематизации возможных их конструктивных, режимных и других параметров. На этой основе можно будет целенаправленно исследовать эффективность того или иного конструктивного и технологического решения и, синтезировав все возможные варианты, создать максимально эффективную измельчительную машину для различных отраслей промышленности с высокими техническими показателями.
Целью предлагаемых вариантов классификации
вертикальных мельниц динамического самоизмельчения является разработка технических решений, направленных на интенсификацию процесса измельчения, что позволит снизить удельные энергозатраты. Эта цель может быть достигнута за счет организации новых способов взаимодействия измельчаемых кусков материала, а также совершенствования конструктивных и режимных параметров.
Ниже приводится классификация возможных вариантов по конструктивным, технологическим и режимным параметрам вертикальных мельниц динамического самоизмельчения (рис. 2).
Разработанная авторами классификация вертикальных мельниц динамического самоизмельчения позволит определить направления усовершенствования процесса самоизмельчения. Это даст основу при создании измельчительного оборудования нового поколения, в котором будут реализованы новые технические решения, позволяющие устранить существующие недостатки и обеспечить интенсификацию процесса измельчения материала в мельницах подобного типа и более высокую производительность, уменьшить удельную энергоемкость измельчения, повысить надежность и снизить капитальные и эксплуатационные затраты.
Уже сейчас согласно разработанной классификации получены конструктивные схемы вертикальных мельниц динамического самоизмельчения, обладающие рядом технических и технологических преимуществ в сравнении с мельницами «МАЯ» (табл. 2).
11 н
5 fu
Щ
if >5 а
По спосоВу ВоздейстВия на столВ материала В мельнице
II I 8.
S & Nl»
■а & 8
£ 'а 1 8
3
t й s-
ш
III
" är
£
11 1 &
II
^ а.
II Ii
3 I
¡1 II
11 ^ «са
¡1
л а ||
II1
S
¡11 I р
§
II 11
S в-
§ g I i
9 1 § &
i? Г
Па спосоВу загрузки Верхнего ротора
2
По спосоВу Выпуска материала
По направлению Вращения ротороВ
äü s
1 SS 1 Sj ¡1
Fi
1 II 6 Si 3 1
«а
11 II
f
-
'S И
flf ¡Ш
По наличию дополнительной среды В раВочей камере
1S
8-
S3-'S 1
& jj
■a
Рис. 2. Классификация вариантов вертикальных мельниц динамического самоизмельчения
Продолжение табл. 2
Двухкаскадная
мельница динамического самоизмельчения
Изходньй материал
> й каскад
Патент на полезную модель № 122910. Опубл. 20. 12. 2012. Бюл. № 35
Снижение капитальных и эксплутационных затрат
Загрузка
Двухдвигательный двухкаскадный измельчитель динамического самоизмельчения
Патент на полезную модель № 122912. Опубл. 20. 12. 2012. Бюл. № 35
Увеличение производительности, снижение капитальных и эксплутационных затрат, повышение производительности за счет возможности дозировки объемов измельчаемого матерела в рабочих камерах
Мельница динамического самоизмельчения
Патент на полезную модель № 130883. Опубл. 10.08.2013
Увеличение производительности за счет поддержания необходимого давления при различных уровнях слоя материала в рабочей камере
/////////
Загрузка исходного материала
Измельчитель динамического самоизмельчения
Патент на полезную модель № 130882. Опубл. 10.08.2013
Увеличение производительности и снижение удельных энергозатрат за счет увеличения значения вертикальной составляющей скорости частиц измельчаемого материала при выходе из чашеобразного ротора
Окончание табл. 2
Разработанная авторами классификация вертикальных мельниц динамического самоизмельчения, учитывающая их конструктивные и режимные параметры, показывает направления исследований по созданию измельчительных машин нового поколения с высокими техническими и технологическими характеристиками, которые могут использоваться в различных отраслях промышленности России и стран СНГ.
Литература
1. Ягупов А.В. Новый способ измельчения руд // Горный журн. 1976. № 11. С. 71 - 73.
2. Ягупов А.В. Способ динамического самоизмельчения. А.с. 651845. МКИ В 02 С 13/00, опубл. 15.03.79, бюл. № 10 // БИ. 1980. № 10. 4 с.
3. Хетагуров В.Н., Кузьминов А.П. Опыт промышленной эксплуатации центробежной мельницы нового типа на Новочеркасском электродном заводе (НЭЗ) // Сб. науч. тр. СКГТУ. № 4. Владикавказ, 1998. С. 251 - 254.
4. Хетагуров В.Н., Кузьминов А.П. Повышение производительности мельницы динамического самоизмельчения // Сб. науч. тр. науч-техн. конф., посвященной 60-летию СКГМИ. Владикавказ, 1991. С. 142 - 143.
5. Хетагуров В.Н. Разработка и проектирование центробежных мельниц вертикального типа. Владикавказ, 1999. 225 с.
6. Ягупов А.В., Хетагуров В.Н. Вертикальные мельницы динамического самоизмельчения и результаты их практического применения // Дробильно-размольное оборудование и технология дезинтеграции: межвед. сб. науч. тр. «Механобр». Л., 1991.
7. Гегелашвили М.В. Определение границ скоростных режимов движения материала в мельнице динамического
самоизмельчения «МАЯ» // Механизмы и машины ударного, периодического и вибрационного действия: материалы междунар. симп. (Орел 22 - 24 нояб. 2000 г.). Орел . 2000. С. 245 - 249.
8. Гегелашвили М.В. К вопросу о расчете движения сыпучею материала в прямоугольном канале / Сев.-Кавк. гос. технол. ун-т. Владикавказ, 2000. 6 с. Деп. в ВИНИТИ 15.08.00 № 2242-ВОО.
References
1. Yagupov A.V. Novyj sposob izmel'cheniya rud [New method of grinding ores]. Gornyj zhurn, 1976, no. 11, pp. 71 - 73.
2. Yagupov A.V. Sposob dinamicheskogo samoizmel'cheniya [Method autogenous grinding]. A.s. RF, no. 651845, 1980.
3. Hetagurov V.N., Kuz'minov A.P. [Operation of centrifugal mill is a new type at the Novocherkassk electrode plant (NAZ)]. Sb. nauch. tr. SKGTU [Sat. scient. Tr. Schtoo]. Vladikavkaz, 1998, no. 4, pp. 251 - 254. (In Russian)
4. Hetagurov V.N., Kuz'minov A.P. [Increase productivitythe workings of the mill dynamic autogenous grinding] . Sb. nauch. tr. nauch-tehn. konf., posvyaschennoj 60-letiyu SKGMI [Coll. scient. Tr. scientific-technical. Conf., dedicated to the 60th anniversary SCHMI]. Vladikavkaz, 1991, pp. 142 - 143.
5. Hetagurov V.N. Razrabotka i proektirovanie centrobezhnyh mel'nic vertikal'nogo tipa [Development and designing of centrali-governmental mills vertical type]. Vladikavkaz, 1999, 225 p.
6. Yagupov A.V., Hetagurov V.N. [Vertical mill dynamic semi-autogenous grinding and the results of their practical application]. Drobil'no-razmol'noe oborudovanie i tehnologiya dezintegracii: mezhved. sb. nauch. tr. [Crushing and grinding equipment and technology of disintegration: Medved. collected scientific articles. tr.] Leningrad, Mehanobr Publ, 1991. (In Russian)
7. Gegelashvili M.V.[ Defining the boundaries of the high-speed re-presses the movement of material in the mill dynamic autogenous grinding "MAY"]. Mehanizmy i mashiny udarnogo, periodicheskogo i vibracionnogo dejstviya: materialy mezhdunar. simp. (Orel 22 - 24 noyab. 2000 g.) [The Mechanisms and machine-kick-tion, and periodic vibratory action: mate-rials international. proc. (Eagle 22 - 24 Nov. 2000).]. Orel , 2000, pp. 245 - 249. (In Russian)
8. Gegelashvili M.V. K voprosu o raschete dvizheniya sypucheyu materiala v pryamougol'nom kanale [To the question of calculating the motion of granular material in a rectangular channel]. Sev.-Kavk. gos. tehnol. un-t. Vladikavkaz, 2000. 6 s. Dep. v VINITI 15.08.00 № 2242-VOO.
Поступила в редакцию 28 июля 2014 г.
