10.7.3 Мельницы для сверхтонкого измельчения. Общие сведения.
Работами советских ученых, особенно работами академика П. А. Ребиндера и его учеников, доказано исключительно большое значение сверхтонкого измельчения частиц в деле интенсификации и коренного изменения технологических процессов производства в различных отраслях промышленности.
Имеющийся опыт показывает, что увеличение тонкости помола цементного клинкера с доведением его удельной поверхности с 2500—
3000 до 4000—5000 см2/г позволяет повысить предел прочности цемента с 300—400 до 600—800 кГ/см2. Благодаря этому значительно сокращается расход цемента в растворах и бетонах. С другой стороны, повышение удельной поверхности позволяет получить быстротвердеющие цементы и тем самым обеспечивает значительное упрощение и ускорение технологического процесса производства.
Рис. 10.45 Вибрационные мельницы: а - инерционная; б - гирационная.
Сверхтонкий помол должен найти весьма широкое применение в промышленности строительных материалов при производстве железобетонных деталей, керамики, стекла, асбестоцементных изделий и т. д. В промышленности стройматериалов сверхтонкое измельчение может осуществляться в вибрационных мельницах — инерционных и гирационных (эксцентриковые) и мельницах струйной энергии. В инерционных мельницах (рис. 10.45 а) вибрация корпуса 1 вызывается центробежными силами инерции, возникающими при вращении дебаланса, установленного эксцентрично по отношению к оси вращения. В гирационных мельницах (рис. 10.45 б) корпус мельницы
монтируется на эксцентриковом валу и при вращении последнего совершает круговые качания. Траектории, по которым движется каждая из точек корпуса инерционной мельницы, имеют форму эллипса, траектории же точек корпуса гирационной мельницы представляют окружности с радиусом, равным эксцентриситету вала.
Мельницы для сверхтонкого измельчения в отдельных случаях могут применяться и для обычного тонкого измельчения, однако в этом случае их эффективность немногим превышает эффективность, например, обычных шаровых мельниц. В тех случаях, когда вибрационные мельницы предназначаются для сверхтонкого измельчения, например при получении готового продукта с частицами размером менее 1-10 мк, эффективность их в 5—30 раз выше эффективности шаровых мельниц при значительно меньшем удельном расходе мощности. Вибрационные мельницы применяются как для сухого, так и для мокрого размола материалов. Мельницы струйной энергии предназначаются для сверхтонкого сухого размола различных материалов путем соударения частиц, находящихся в турбулентном воздушном потоке.
Инерционные и гирационные вибрационные мельницы.
Общие сведения. Вибрационная мельница инерционного типа показана на рис. 90, а. В корпусе 1, загруженном шарами примерно на 80% объема, на подшипниках качения устанавливается дебалансный вал 2. Корпус мельницы опирается на пружины 3. Вращение дебалансного вала осуществляется от электродвигателя 4, соединенного с валом при посредстве гибкой муфты 5, исключающей передачу вибрации от мельницы к электродвигателю.
Наличие пружинной опоры, а также деревянных подкладок, на которых устанавливается вибрационная мельница, почти полностью исключает передачу вибрации на основание. Специального фундамента под мельницу не требуется: она может быть установлена на земляном, асфальтированном или бетонированном полу.
При вращении дебалансного вала с частотой, колеблющейся в пределах 20—50 и более в секунду, корпус мельницы с шарами и материалом приводится в качательное движение по эллиптической, приближающейся к круговой траектории. При этом шары оказывают интенсивное воздействие на материал и измельчают его. Особенность вибрационных мельниц состоит в том, что материал, подлежащий измельчению, подвергается многократному воздействию шаров, поскольку число ударов частиц друг о друга в вибрационной мельнице в тысячи раз больше, чем, например, в шаровой.
Рис. 10.46 Схема к определению направления в вибрационной мельнице.
Измельчение осуществляется небольшими по величине импульсами при большой частоте их.
В процессе работы мельницы шары и материал вращаются в сторону, противоположную направлению вращения дебалансного вала. Это явление объясняется следующим (рис. 10.46). Возьмем шар, находящийся в точке А на боковой стенке корпуса мельницы. При движении точки А вниз по круговой или близкой к ней траектории А — В с ускорением, во много раз превосходящим ускорение свободно падающего шара, стенка корпуса будет отрываться от шара. При возвращении точки А в исходное положение стенка будет двигаться навстречу падающему шару. При встрече происходит удар, который вызывает движение шара (шаров при массовой загрузке) в направлении, обратном вращению дебалансного вала,
Шаровая загрузка движется тем интенсивнее, чем больше коэффициент трения между шарами и стенкой корпуса. Опыт показывает, что при смазанных шарах движение практически прекращается и, наоборот, при гуммированных внутренних стенках корпуса циркуляция загрузки увеличивается.
Гирационная мельница (см. рис. 10.45, б) отличается от инерционной тем, что она имеет эксцентриковый вал 1, устанавливаемый на опорных подшипниках качения 2. Корпус 3 мельницы в свою очередь монтируется на эксцентриковом валу на подшипниках качения 4. Вращению корпуса препятствуют пружины 5, на которые он опирается.
В гирационных мельницах для уравновешивания системы на эксцентриковом валу монтируются противовесы 6. Необходимо отметить, что в процессе работы вследствие меняющихся условий весьма трудно отбалансировать систему, и это отрицательно сказывается на работе машины (особенно на опорных подшипниках). Учитывая, что значительная по величине динамическая сила весьма часто меняет свое направление, становится понятным, почему при работе гирационных мельниц появляются столь большие разрушающие нагрузки на фундамент и части здания. При установке гирационной мельницы на пружинных опорах можно несколько уменьшить влияние неуравновешенных динамических нагрузок, однако это происходит за счет значительного сокращения амплитуды колебаний. Вибромельница конструкции бывшего института ВНИИТИСМ (рис. 10.47) состоит из корпуса 1, вибратора 2, опорной рамы 3, охлаждающего устройства 4, упругой соединительной муфты (шланга) 5 и электродвигателя 6. В случае измельчения материалов, не допускающих примеси железа, корпус мельницы с внутренней
Рис. 10.47 Вибромельница М200.
стороны, а также вибратор изготовляются с резиновым покрытием 7. Шары при этом изготавливаются из каменного литья, фарфора и т. п. Корпус мельницы посредством угольников 8, приваренных в нижней части, опирается на пружины 9. В рассматриваемой конструкции принята многоопорная система. Существуют и малоопорные конструкции (4—6 пружин).
В мельнице конструкции ВНИИТИСМ вибратор в зависимости от назначения машины изготовляется для работы при частоте 25 или 50 кол/сек. Вибратор служит для создания круговых колебательных движений корпуса вибрационной мельницы.
Вибратор для мельницы с 25 кол/сек состоит из наружной 10 и внутренней 11 труб, между которыми оставлен зазор для циркуляции воды, охлаждающей трубы и подшипники. Дебалансный вал, выполненный в виде эксцентрикового вала, устанавливается на двух роликоподшипниках. Вибратор закрепляется в корпусе мельницы при помощи двух разрезных конусных колец.
Рис. 10.48 Вибратор.
На рис. 10.48 представлен вибратор на 50 кол/сек, который является взаимозаменяемым с вибратором на 25 кол/сек. Вибратор на 50 кол/сек отличается от вибратора на 25 кол/сек тем, что в нем дебаланс 1 разрезной и состоит из трех частей, которые соединены между собой посредством самоустанавливающихся шлицевых валиков 2. Выходной вал 3 соединяется с электродвигателем при помощи упругого соединительного шланга (муфты) 4, закрепленного на выходном валу стяжным разъемным хомутом 5. Каждый из дебалансов устанавливается на двух роликовых сферических подшипниках 6. Всего, таким образом, в вибраторе на 50 кол/сек имеется шесть подшипников. Поскольку нагрузка в корпусе вибратора равномерно распределяется на шесть подшипников, мельница может выдерживать большие напряжения и отличается высокой работоспособностью. Внутреннее кольцо каждого подшипника напрессовано на шейку дебаланса, а наружное запрессовано в обойму 7. Обоймы поджимаются друг к другу через крайние 8 и промежуточные 9 кольца, внутренняя коническая поверхность которых давит, как клин, на наружные конуса обойм. Наружная поверхность колец прижимается к внутренней поверхности трубы.
Рассмотренная мельница предназначается как для сухого, так и для мокрого помола материалов при непрерывном или периодическом
процессе измельчения. При непрерывном измельчении вибрационная мельница работает в замкнутом цикле (рис. 10.49) с отбором измельченного материала снизу мельницы. Материал из бункера 1 элеватором 2 загружается 'в бункер 3 и далее питателем 4 по трубе 5 подается в
Рис. 10.49 Схема агрегата, работающего в замкнутом цикле с вибромельницей (первый вариант).
вибрационную мельницу 6. Измельченный материал самотеком выгружается из мельницы и через патрубок 7 направляется в вертикальную трубу 8. Вентилятор 9 создает в трубе 8 воздушный поток, который подхватывает материал, поступивший в трубу из мельницы. В сепараторе 10 (конструкцию сепаратора см* в разд. II) крупные частицы выпадают и по трубе 11 возвращаются в мельницу на домол. Тонкая фракция из сепаратора поступает в циклон 12, где и осаждается. Отработанный, воздух из циклона по трубе 13 возвращается
к вентилятору. В схеме предусмотрен частичный сброс воздуха по трубам 14 через циклон с мигалкой 15. На рис. 10.50 показан второй вариант установки для непрерывного помола с отбором измельченного материала из верхней части корпуса мельницы. Материал, подлежащий измельчению, подается в бункер 1, под которым установлен
Рис. 10.50 Схема агрегата, работающего в замкнутом цикле с вибромельницей (второй вариант).
барабанный (ячейковый) питатель 2, дозирующий материал, подаваемый в мельницу 3. Вентилятор 4 нагнетает в корпус мельницы воздух, который, выходя через трубу 5, вносит с собой частицы измельченного материала, находящиеся в верхней части корпуса. Смесь воздуха и пылевидных частиц поступает в сепаратор 6 проходного типа, где происходит отделение крупных частиц от мелких. Крупные частицы возвращаются по трубе 7 в мельницу на домол, а мелкие направляются потоком воздуха в приемный патрубок циклона 8. Зона подачи материала в мельницу отделяется от зоны продувки
перегородкой 9. Производительность вибрационных мельниц в зависимости от тонины помола и свойств материала колеблется в значительных пределах. Так, при работе в непрерывном цикле на домоле цемента мельница М200 при 50 кол/сек дает в час 0,7—0,8 т. цемента со средним размером зерна в 15—20 мк при остатке 3—4% на сите № 0060. Эта же мельница при периодической работе на помоле красителей до тонины, при которой в конечном продукте зерен размером до 1 мк должно быть не менее 97—98%, дает 2,5—3,0 кг/ч. Производительность мельницы модели М400 вдвое превышает производительность мельницы М200.
При работе мельницы с различной частотой колебаний, но при одинаковом потреблении энергии, производительность мельницы не меняется. Так, при работе мельницы М200 с 25 кол/сек, амплитуде около 3,5 мм и потребляемой мощности около 20 кет ее производительность совпадает с той, которую дает эта же мельница при 50 кол/сек, амплитуде 2 мм и потребляемой энергии также в 20 квт.