Шаровые вращающиеся мельницы

В курсе "Процессы порошковой металлургии" шаровым вращающимся мельницам было уделено много внимания, однако основной упор был сделан на процессы, а не на конструкции и расчеты, необходимые, например, при курсовом проектировании.

Шаровые вращающиеся мельницы могут классифицироваться по разным признакам.

1. По принципу действия: непрерывного действия и периодического действия.

2. По среде, в которой проводится измельчение: мельницы сухого и мокрого размола.

3. По количеству размольных камер: однокамерные мельницы и многокамерные мельницы.

4. По возможности фракционирования продукта: мельницы без фракционирующих элементов и мельницы с фракционирующими элементами.

5. По наличию футеровки: футерованные мельницы и нефутерованные мельницы.

Многокамерная мельница непрерывного действия с фракционирующими элементами

(слайд "Шаровые вращающиеся мельницы с фракционирующими элементами")

В практике порошковой металлургии можно встретить мельницы, которые снабжены фракционирующими элементами, находящимися вне барабана.

Фракционирующим элементом может быть и цилиндрическая поверхность самого барабана. Преимущество такого технического решения состоит в отсутствии переизмельчения продукта и связанных с этим побочных явлений.

Преимущество мельниц непрерывного действия заключается в повышенной производительности по сравнению с мельницами периодического действия, но конструкция таких аппаратов более сложная, и они требуют более мощный привод.

Де-факто, на предприятиях порошковой металлургии чаще всего применяются однокамерные мельницы периодического действия без фракционирующих элементов, футерованные или нефутерованные, предназначенные для сухого или мокрого размола.

Рассмотрим процедуру расчета такой мельницы, необходимую для курсового проектирования.

Р асчет массы барабана (слайд "К расчету массы барабана шаровой вращающейся мельницы"):

где: _ст – плотность материала, из которого изготовлен барабан (сталь); _ф – плотность материала футеровки.

Расчет массы загрузки (слайд "К расчету загрузки шаровой вращающейся мельницы"):

Исходное соотношение:

V_ш + V_м + V_ж = V

где: V – объем мельницы; V_ш – суммарный объем всех шаров; V_м – суммарный объем всех частиц материала; V_ж – объем жидкости;  – коэффициент загрузки.

V_ш = V(0,65  0,7); M_ш = V(0,65  0,7)_ш

Объем пустот между шарами и между шарами и стенками барабана:

V* = V(0,3  0,35); М_м = V(0,3  0,35)_{м нас}

где: _{м нас} – насыпная плотность исходных частиц размалываемого материала (более корректно использовать величину, близкую к _{м утр}).

Объем пустот, оставшихся после засыпки размалываемого материала в пустоты между шарами и между шарами и стенками барабана:

V** = V(0,3  0,35)(1 – _{м нас}); М_ж = V(0,3  0,35)(1 – _{м нас})_ж

где: _{м нас} – относительная насыпная плотность исходных частиц размалываемого материала (_{м нас} = _{м нас}/_м); _ж – плотность жидкости.

Данный расчет масс загружаемых шаров и размалываемого материала может быть заменен расчетом на основании величин, взятых из конкретных технологических инструкций производства того или иного порошкового материала.

К известным из курса "Процессы порошковой металлургии" формулам для максимального и минимального размера шаров (слайд "К расчету других параметров ШВМ"):

d_max = ( )D_вн и

где:  – предел прочности измельчаемого материала, МПа; D – внутренний диаметр мельницы, мм; _ш – плотность материала шаров, г/см³; Е – модуль упругости измельчаемого материала, МПа; можно добавить эмпирическую формулу для интенсифицированного размола твердых сплавов:

где: d_ш – размер шаров, мм; d_н – начальный размер частиц размалываемого материала, мм; d_к – размер частиц после размола, мкм. Очевидно, что формула работает при d_к > 1.

В учебнике "Оборудование цехов порошковой металлургии" на стр. 77 приведена формула для расчета производительность ШВМ. Однако, исходя из особенностей их работы, в курсовом и дипломном проектировании целесообразно исходить из массы материала, размалываемого за один цикл, и времени этого цикла (включая время загрузки и выгрузки).

Для приблизительного расчета мощности привода пользуются формулой Бланка:

где: N – мощность привода, кВт; D – внутренний диаметр мельницы, м; m_ш – масса шаров, т; k – коэффициент, зависящий от заполнения мельницы (при  = 0,4 k = 8,2)

или формулой Левинсона-Бланка:

где: С – коэффициент, зависящий от . Для стальных размольных шаров:

Размольные тела	С, при 
	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5
Крупные, 35 мм	11,9	11,0	9,9	8,5	7,0
Мелкие, 10 мм	11,5	10,6	9,5	8,2	6,8

Наиболее точной формулой можно считать формулу, учитывающую суммарную массу вращающихся частей:

где: N – мощность привода, кВт;  – КПД передачи; М_б – масса барабана мельницы (с футеровкой), кг; М_загр – масса шаровой загрузки, кг; D_н – наружный диаметр барабана, м; n – скорость вращения барабана, об/мин.