Влияние формы помольных камер мельниц с шаровой загрузкой на эффективность процесса измельчения Текст научной статьи по специальности «Физика»

© А.П. Вержанский, 2002

УДК 621.926.5

А.П. Вержанский

ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ПОМОЛЬНЫХ КАМЕР МЕЛЬНИЦ С ШАРОВОЙ ЗАГРУЗКОЙ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

)рнрдобывающей отрасли промыш-[нн«ги вибрационные мельницы шяются не так широко, как барабанные. Это связано с меньшей надежностью их работы по сравнению с барабанными мельницами. Наиболее узким местом у вибромельниц является вибратор или механизм привода помольной камеры. Вместе с тем вибрационные мельницы в силу специфики движения мелющей загрузки при прочих равных условиях обладают более высокой пропускной способностью, чем барабанные мельницы и являются перспективными машинами в области тонкого измельчения полезных ископаемых. На сегодняшний день возможности вибрационных мельниц исследованы далеко не полностью, а движение шаровой загрузки вообще является белым пятном в изучении динамики вибромельниц [1]. В связи с вышеизложенным в данной работе поставлена и решена задача исследования динамических параметров мелющей загрузки и их влияния на процесс измельчения в вибрационной мельнице.

Для решения этих вопросов проведен ряд экспериментальных исследований на базе лабораторных стендов, установленных в МГГУ. Исследовалось влияние формы помольной камеры на параметры движения ша-

онной мельницы. При этом определены истинные значения амплитуды и длительности ударных импульсов, а также их форма и время между соударениями одного шара.

Помольная камера вибромельницы имеет в поперечном сечении как круговую, так и некруговую форму (рис. 1). Помольная камера некругового поперечного сечения выполнена в виде примыкающих друг к другу нижней части 1, имеющей форму полуокружности, и верхней части 2, имеющей форму полуэллипса, длина полуосей которого находится в квадратичной зависимости от частоты и амплитуды колебаний помольной камеры. Помольная камера установлена с возможностью поступательного движения по круговой траектории.

Благодаря тому, что поперечное сечение помольной камеры составлено из двух частей, нижняя из которых выполнена в форме полуокружности, а верхняя - полуэллипса, при поступательном движении помольной камеры по круговой траектории в ее центральной части не образуется малоподвижное ядро, мелющее тело активно взаимодействует с материалом, в результате чего процесс измельчения происходит с интенсивностью, достаточной для эффективного размола по всему объему помольной ка-

На рис. 2 показан фрагмент реальной динамической картины при измельчении гранитного отсева. Диаметр помольной камеры = 0,4м . Частота колебаний помольной камеры а к = 110с 1. Амплитуда колебаний помольной камеры А = 4 мм . Средний диаметр частиц исходного сырья йц = 5 мм . Дадим характеристику процессу, показанному на рис. 2. Сразу обращает на себя

внимание форма и частота ударных импульсов. В отличие от ударных импульсов, возникающих в барабанной мельнице, для вибрационной мельницы характерны ударные импульсы с относительно небольшой амплитудой (порядка 200 g ). Это связано с тем,

что при движении в помольной камере вибрационной мельницы шар не имеет возможности разгоняться до больших скоростей и, что самое главное, падать с большой высоты. Последнее обстоятельство и обуславливает небольшую амплитуду ударного импульса. Длительность импульса короче, чем в случае с барабанной мельницей. Объясняется это проявлением измельчаемым материалом демпфирующих свойств, т.к. средний размер частиц материала, измельчаемого в вибромельнице, достаточно мал. При этом значения коэффициента демпфирования больше, чем при измельчении в барабанной мельнице, что не дает возможности ударному импульсу действовать на материал достаточно продолжительное время. Длительность импульса, как это следует из рис. 2, составляет в среднем 0,005 с. Данные параметры ударного

1 обеспечивает

_ Рис. 1. Возможные формы помольной камеры вибромельницы и разбиение её поверхности на панели: а) Прямой круговой цилиндр; б) Цилиндр с некруговым сечением ьчения и сни-

производи-

эффективно-

)гоемкости процесса.

б

импульса обуславливают достаточно большую площадь под кривой, описывающей его форму. Данная площадь, как было отмечено выше, пропорциональна энергии ударного импульса.

На рис. 3 изображены ударные импульсы, возникающие при измельчении гранитного отсева со следующими значениями параметров мельницы: ёк = 0,4м ; ак = 110с“1; А = 4мм ; йч = 2,5мм . Как видно из рисунка 4.56, уменьшение величины йч приводит к снижению амплитуды ударного импульса и его длительности

(ауд = 170g , t = 0,003с ). При этом

формы ударных импульсов, изображенных на рис. 2 и 3, практически аналогичны. Это говорит о том, что при прочих равных условиях величина среднего диаметра частиц измельчаемого материала влияет на параметры одиночного импульса (через проявление материалом его демпфирующих свойств), но в то же время не оказывает существенного влияния на его форму. В виду ограниченности объема данной работы нами не представлены все графики ударных импульсов при данных постоянных значениях диаметра по-

мольной камеры, ее частоты и амплитуды колебаний при изменении значения среднего диаметра частиц исходного продукта. Отметим только, что верхний предел значений частоты и амплитуды колебаний помольной камеры ограничены прочностными характеристиками механизма привода. При этом коэффициент корреляции между средним значением диаметра частиц исходного продукта и амплитудой ударного импульса равен 0,9, что указывает на высокую степень их взаимовлияния.

На рис. 4 изображены ударные импульсы, возникающие при измельчении гранитного отсева со следующими значениями параметров мельницы: dк = 0,4м ;

ак = 110с“1; А = 4мм ; dч = 1мм Характеризуя динамическую картину при данных параметрах, можно отметить снижение амплитуды ударного импульса и его длительности. При этом амплитуда достигает значений не больше 140 g , а длительность не более 0,003 о . Форма ударного импульса практически не меняется по сравнению с предыдущими процессами.

Уменьшение среднего значения диаметра частиц исходного продукта приводит к росту величины декремента затухания и дальнейшему снижению значений амплитуды и длительности ударного импульса (рис. 5). Площадь под кривой импульса уменьшается, однако, как будет показано ниже, энергии импульса при данных параметрах работы мельницы все еще хватает для

разрушения частиц материала заданного размера.

На основании проведенных исследований построены графики зависимостей между основными параметрами вибрационной мельницы. На рис. 6 и 7 показаны зависимости амплитуды и длительности ударных импульсов от величины среднего диаметра частиц измельчаемого материала. Анализ данных зависимостей показывает, что уменьшение величины среднего диаметра частиц измельчаемого материала ведет к снижению амплитуды и длительности ударных импульсов, причем наиболее ощутимо это сказывается при измельчении прочных материалов, например, гранита.

На рис. 6 показаны зависимости амплитуды ударных импульсов от частоты колебаний помольной камеры. При увеличении частоты колебаний помольной камеры от 70

о“1 до 150 о-1 амплитуда импульса повышается в 2,5 раза. В этом состоит резерв повышения при не-

обходимости энергии ударных импульсов.

Такая необходимость может появиться при попадании шара в динамически пассивную зону. На рис. 7 она обозначена пунктирной линией. На рис. 7 показаны зависимости амплитуды ударных импульсов от номера слоя мелющей загрузки. По мере продвижения вглубь мелющей загрузки амплитуда ударного импульса падает. Это происходит из-за потерь шарами энергии, идущей на преодоление сил сопротивления движению шара со стороны других шаров и измельчаемого материала; причем верхние слои загрузки создают ударные импульсы с большими значениями амплитуд, что говорит о повышенных значениях энергии шаров, находящихся в верхней части загрузки. Следует также отметить, что, чем меньше прочность и абразивность материала, тем меньшего значения амплитуды достигают ударные импульсы. Данный факт можно объяснить разным проявлением демпфирующих свойств материалами с различными физическими параметрами.

----------------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бендаж Д., Пирсон А. Прикладной анализ случайных 2. Дмитрак Ю.В. Теория движения мелющей загрузки и поданных. - М.: Мир, 1989, 540с. вышение эффективности оборудования для тонкого измельчения

горных пород. - Дисс. докт техн наук. - М., МГГУ, 2000, 435 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Вержанский Александр Петрович — доцент, кандидат технических наук, Московский государственный горный университет.