Доронин С.В. Конструктивные формы металлургического оборудования

Подождите немного. Документ загружается.

цильпебса диаметр шара составляет 1,145 диаметра цильпебса. Если

учесть, что удельная поверхность зависит от диаметра, цильпебс имеет

удельную поверхность, на 14,5 % большую, чем шар.

При свободно сложенных загрузках измельчающей среды плот-

ность загрузки цильпебсами, изготовленными из отбеленного чугуна,

составляет 4,9, загрузки из чугунных шаров 4,4, из стальных шаров 4,5

т/м

При равной по объему загрузке измельчающей среды (шары и

цильпебсы из чугуна) цильпебсовая загрузка имеет массу, большую на

12 %, и общую поверхность, большую на 28 %.

Опорные устройства барабана барабанных мельниц (рис. 22) в

основном выполнены либо в виде подшипников скольжения, располо-

женных на пустотелых торцовых цапфах или, реже, непосредственно на

барабане мельницы, либо в виде опорных катков с подшипниками каче-

ния, на которые барабан опирается специальными опорными бандажами,

жестко закрепленными на барабане.

Недостатком опор на пустотелые цапфы является повышение

требований к прочности и жесткости торцовых крышек; плохой доступ

внутрь барабана для ремонта и удлинение пути движения материала

вдоль мельницы, превышающее в больших мельницах длину барабана в

1,5-2,0 раза.

Опора барабана на катки обеспечивает свободный доступ внутрь

мельницы и позволяет оперативно изменять параметры разгрузочных

устройств. Однако вдвое увеличивается количество подшипников, по-

вышаются требования к точности обработки и сборки опорных конст-

рукций, суммарная радиальная нагрузка на опорные катки одного бан-

дажа превышает нагрузку на цапфу на 15 % (при установке катков под

углом к вертикали 30°).

а б

в г

д е

ж з

и к л м

Рис. 22. Кинематические схемы привода и опорных устройств вращающихся

барабанных мельниц: а, б, в, г, и, к – привод с зубчатой передачей; д, е, ж – при-

вод с фрикционной передачей; з – привод через горловину барабана: л, м – без-

редукторный (непосредственный) привод; 1 – барабан; 2, 3 – пустотелые цапфы;

4 – опорные подшипник цапфы; 5 – зубчатый венец; 6 – ведущая шестерня; 7 –

муфта; 8 – редуктор; 9 – электродвигатель; 10 – промежуточный вал; 11 – тихо-

ходный электродвигатель; 12 – опорный бандаж; 13 – опорные катки; 14 – опор-

но-приводные катки; 15 – подшипники опорно-приводных катков; 16 – разгру-

зочная камера трубных мельниц; 17, 18 – большеразмерные подшипники сколь-

жения; 19 – низкочастотный электродвигатель

У мельниц с опиранием барабана на подшипники скольжения

также обеспечивается хороший доступ внутрь барабана и легко менять

параметры разгрузочных устройств. Однако существенно увеличивается

скорость скольжения в подшипниках, усложняется их герметизация.

Наиболее распространенный привод вращения барабана – от-

крытая зубчатая передача с зубчатым венцом на барабане или на горло-

вине барабана и с ведущей шестерней на приводном валу.

С конца 60-х годов в конструировании мельниц наметилась тен-

денция к переходу на привод барабана, опирающегося на сегментные

подшипники скольжения, от кольцевого тихоходного низкочастотного

синхронного электродвигателя (рис. 22, м). При этом роторный обод

двигателя жестко закреплен на барабане. Преимущества такого привода

очевидны – отсутствие передач значительно сокращает габариты мель-

ницы и резко повышает ее надежность. Однако, для нормальной работы

электродвигателя нужно достаточно точно выдерживать зазор (2 мм)

между ротором и статором.

Практика показывает, что исключение из схемы даже хорошо

отработанного по конструкции и технологии механизма (редуктора) дает

заметную экономию электроэнергии. Так, при переводе мельницы мок-

рого самоизмельчения ММС-70-23 на безредукторный привод мощно-

стью 1600 кВт экономия электроэнергии составила 6 %.

Рассмотрение традиционных конструктивных форм мельниц да-

ет возможность сформулировать следующие положения, связывающие

конструктивные особенности машин с их функциями и технико-

экономическими показателями.

1. Диаметр отверстия разгрузочной цапфы связан с производи-

тельностью мельницы и степенью измельчения материала: с увеличени-

ем размера отверстия повышается пропускная способность (производи-

тельность), но уменьшается время пребывания материала в барабане

(степень измельчения).

2. При выборе конструкции опорного устройства (первый вари-

ант – цапфы на подшипниках скольжения, второй – барабан на подшип-

никах скольжения, третий – барабан с бандажами на катках с подшипни-

ками качения) необходимо учитывать следующее. Первый вариант за-

трудняет доступ внутрь барабана, предъявляет повышенные требования

к прочности и жесткости торцового узла, снижает производительность,

но повышает степень измельчения за счет удлинения траектории движе-

ния материала внутри барабана. Второй вариант характеризуется легким

доступом внутрь барабана, но более жесткими условиями эксплуатации

и требованиями к подшипникам скольжения. Третий вариант при сво-

бодном доступе внутрь барабана приводит к усложнению и удорожанию

опорных конструкций

3. Геометрические параметры барабана (длина, диаметр, нали-

чие по длине нескольких участков различного размера, установка внут-

ренних перегородок) позволяют в широких пределах регулировать время

пребывания материала в мельнице, что влияет на степень его измельче-

ния и производительность машины.

4. Из двух вариантов привода – с использованием редуктора и

открытой зубчатой передачи или тихоходного электродвигателя с тири-

сторным преобразователем – первый характеризуется повышенной ме-

таллоемкостью и меньшей надежностью, второй – низкими габаритами,

экономичностью, но предъявляет повышенные требования к электродви-

гателю и его системе управления.

5. Отсутствие жесткой связи между машиной и измельчаемым

материалом при их взаимодействии приводит, с одной стороны, к высо-

кой надежности, исключению вероятности заклинивания и аварийного

останова, с другой – к невозможности резко увеличить одновременно

производительность и степень измельчения материала.

Существуют другие конструкции, мельниц, не получивших ши-

рокого распространения в отрасли. Сюда относятся бегуны и так назы-

ваемые среднеходные мельницы. Название этой группы происходит от

частоты вращения основных рабочих органов этих мельниц (60-300

об/мин), средней между дробилками ударного действия и барабанными

мельницами. Это ролико-кольцевые, роликово-маятниковые, шаро-

кольцевые.

Центробежная роликовая мельница (МЦР) для мокрого измель-

чения руд разработана Механобром. Ее конструкция (рис. 23) запатенто-

вана в Англии, Франции, ФРГ, Италии и других странах.

Благодаря использованию центробежных сил, многократно уве-

личивающих ускорение (рис. 23, а), она работает весьма интенсивно:

при равной производительности удельный на единицу объема съем гото-

вой продукции (по классу -0,074 мм) в 15-20 раз больше, удельный рас-

ход электроэнергии на 25 %, а мелющих тел – в 5-6 раз меньше, масса

мельницы в 6-8 раз и масса мелющих тел в 30 раз меньше, чем у бара-

банной шаровой. Так, при равной производительности мельниц МШР-

32003100 и МЦР-13501000 (по 50 т/ч) масса шаровой мельницы 148 т,

объем 22 м

, а центробежной – соответственно 16,6 т и 1,4 м

Центробежная мельница состоит (рис. 23, в) из станины 1, цен-

тральной колонки 2, цилиндрического корпуса 3, ротора 4, распредели-

тельного диска 5 и крышки 6. Внутри станины размещена зубчатая ко-

ническая пара 7, соединяющая горизонтальный вал 8 с главным верти-

кальным валом машины 9. Внутренняя рабочая поверхность корпуса

футеруется сменными кольцами 10. Наружная поверхность корпуса име-

ет звукоизоляционный кожух 11. Ротор установлен на главном верти-

кальном валу и несет на себе дробящие тела – ролики 12 (диаметром 180

и длиной 220 мм) по 12 шт. в каждом ряду. Ролики посредством повод-

ков 13 и осей 14 укреплены на цапфах ротора. Ролики свободно враща-

ются на осях и могут перемещаться в радиальном направлении, прижи-

маясь под действием центробежной силы к внутренней поверхности фу-

теровки корпуса.

Рис. 23. Центральная роликовая мельница для мокрого измельчения руд: а –

сравнительная схема; б – общий вид; в – конструктивная схема (I – барабанная

шаровая мельница; II – центробежная); 1 – станина; 2 – центральная колонка; 3 –

корпус; 4 – ротор; 5 – распределительный диск; 6 – крышка; 7 – зубчатая пара; 8

– горизонтальный вал; 9 – вертикальный вал; 10 – кольцо; 11 – кожух; 12 – ро-

лик; 13 – поводок; 14 – ось; 15 – горловина

При вращении ротора с частотой 175 об/мин материал, находя-

щийся между футеровкой и роликами, измельчается. Через брызгала

вода поступает в кольцевое корыто, расположенное внутри барабана

ротора, а из него – в роликовые блоки.

Материал попадает на вращающийся распределительный диск 5

через горловину 15. Мощность двигателя 450 кВт. Такая мельница при-

годна для тонкого измельчения в производстве спеченных материалов.

При разработке конструкции центробежной роликовой мельни-

цы использован прием, заключающийся в резком повышении воздейст-

вующих на материал усилий за счет центробежного эффекта, и нежест-

ком креплении рабочих органов (роликов). Это позволяет при резком

увеличении интенсивности работы не допустить снижения показателей

надежности без каких-либо дополнительных конструктивных усилений.

В Северо-Кавказском горно-металлургическом институте разра-

ботан новый способ динамического самоизмельчения материала, распо-

ложенного в кольцевой полости (рис. 24) между поверхностью вращаю-

щегося вертикального ротора и почти неподвижным вертикальным

столбом материала в цилиндрическом корпусе. Измельчение происходит

при соударении кусков и частиц, движущихся с разными скоростями по

горизонтальным траекториям. Этот способ реализуется в мельницах ти-

па МАЯ («мельница А. Ягупова»).

Рис. 24. Схема мельницы динамического самоизмельчения типа МАЯ: 1 – верти-

кальный цилиндрический корпус; 2 – главный вал; 3 – чаша с радиальными ло-

пастями; 4 – кольцевая разгрузочная щель

Формообразование мельницы динамического самоизмельчения

показывает возможность резкого упрощения структуры и сложности

конструкции за счет более полного использования физических эффектов

и явлений, а именно обеспечения соответствующих законов движения и

взаимодействия частиц измельчаемого материала.

Футеровка в мельницах выполняет важную технологическую

задачу – ее профиль обеспечивает определенный характер движения из-

мельчающей среды и измельчаемого материала, она передает энергию

рабочему телу – измельчающей среде.

Для защиты барабана мельницы от износа футеруют цилиндр,

торцовые крышки, загрузочные и разгрузочные цапфы. В мельницах с

разгрузкой через решетку защитные элементы разгрузочной крышки

совмещены с элементами элеваторного пульпоподъемника. Разгрузочная

решетка является одним из быстроизнашивающихся элементов мельниц.

При правильном выборе конструкции и материала срок службы футе-

ровки цилиндрической части барабана, торцовых крышек и разгрузоч-

ной решетки примерно одинаков. Футеровка же цапф и коробчатые эле-

менты элеваторного пульпоподъемника имеют срок службы в два–

четыре раза больший, чем футеровка барабана.

В настоящее время футеровку мельниц самоизмельчения и пер-

вой стадии измельчения изготавливают преимущественно из стали

110Г13Л, имеющей повышенную вязкость и способностью к упрочне-

нию при ударах (наклепыванию).

Институтом ВНИИМехчермет разработана, а Днепропетровским

металлургическим заводом им. Петровского выпускается катаная футе-

ровка волнистого профиля из стали 70ГФ с поверхностной твердостью

340 НВ. Испытания на мельнице MШP-40005000 показали, что срок

службы такой футеровки составляет 140% срока службы литой футеров-

ки из стали 110Г13Л, а стоимость катаной футеровки – в 2,5 раза мень-

ше.

Толщина футеровки – один из основных параметров мельницы.

Ее определяют по высоте гребня наибольшего выступа. По мере увели-

чения толщины футеровки возрастает срок ее службы, но снижаются

объем и производительность мельницы. Толщина футеровки составляет

1-7 % диаметра барабана (меньшая величина относится к мельницам

самоизмельчения и при большом диаметре, большая величина – к малым

мельницам).

Профили футеровок весьма разнообразны (рис. 25, а), что объ-

ясняется свойствами материалов, условиями измельчения, а также мест-

ными условиями и приводит к разным профилям футеровки.

В мельницах самоизмельчения (рис. 25, б) применяют футеров-

ку типа «высокие лифтеры и плиты». Институтом «Механобрчермет»

установлено, что в мельницах типа ММС наиболее интенсивно изнаши-

ваются футеровка и лифтеры цилиндрической части барабана со сторо-

ны разгрузочной решетки; кривая износа этих деталей близка к дуге эл-

липса, а точка максимального износа находится на расстоянии от разгру-

зочной решетки, равном 0,3-0,4 длины цилиндрической части измельчи-

тельной камеры. Для этой части разработана новая конструкция футе-

ровки (рис. 25, б). Основной лифтер и лифтеры загрузочной стенки и

разгрузочной решетки рекомендуется отливать заодно с футеровкой. С

учетом неравномерного износа, для ММС-10550 (рис. 25, в) разработа-

на футеровка с изменяющейся по криволинейному закону высотой лиф-

теров.

Существуют и другие способы крепления футеровки, например,

способ с применением тарельчатых пружин из стали 65Г (рис. 25, г).

По этому способу при установке двух пар таких пружин под

гайки болтов (преимущественно М36 и М42) постоянство натяга болтов

не ослабевает в течение всего межремонтного периода.

Способ, разработанный во ВНИИмехчермете и внедренный со-

вместно с Камыш-Бурунским железорудным комбинатом обеспечивает

гарантированную площадь контакта головки болта с футеровкой (рис.

25, д) и исключает контакт головки с корпусом барабана мельницы. На-

дежность крепления футеровки повышает приварка к корпусу барабана

упоров, загружающих болты от тангенциальных нагрузок (рис. 25, е).

Однако сварка приводит к возникновению в корпусе барабана дополни-

тельных сварочных напряжений.

Удельный расход футеровок в мельницах первой стадии из-

мельчения в среднем составляет 100-150 г/т, при полуизмельчении 90

г/т.

Разработан новый тип футеровки для шаровых мельниц мокрого

измельчения (рис. 25, ж) – угловая спиральная футеровка. При установ-

ке этой футеровки рабочий объем мельницы, уменьшающийся на 15 %,

разделяется на участки квадратного поперечного сечения с закруглен-

ными углами, причем квадрат последующего участка повернут относи-

тельно предыдущего на 15-20°. Квадратное поперечное сечение образу-

ется специальными стальными секциями. При таком сечении шары,

имеющие различные скорости движения, отрываются от барабана и ре-

бер мельницы под различными углами относительно вертикальной плос-

кости, что повышает эффективность их измельчающего действия. Такая

футеровка позволяет уменьшить на 15-20 % удельный расход электро-

энергии и на 10-20 % – расход шаров.

Основные преимущества резиновой футеровки (рис. 26) перед

стальной состоят в следующем: снижение удельной стоимости футеро-

вок на 1 т перерабатываемого материала; снижение уровня шума до са-

нитарных норм (особенно наиболее вредного – высокочастотного, по

которому уровень звукового давления снижается на 20 дБ); снижение (в

4-5 раз) массы элементов футеровки, что на 50 % уменьшает трудоем-

кость и повышает ремонтопригодность; снижение практически до пол-

ного исключения залипания материала и забивания щелей разгрузочных

решеток; увеличение срока службы в 1,5-3 раза.

е ж

Рис. 25. Металлическая футеровка цилиндрической части барабана: I – каскадно-

го профиля; II – волнового; III – двухволнового; IV – двухуглового; V – системы

Д. К. Крюкова; VI – клинового; VII – ребристого; VIII – горбатого; IX – унифици-

рованного норильского; X – каскадно-ступенчатого; 1 – футеровка лифтера; 2 –

лифтер; 3 – цельнолитая футеровка с лифтером; 4 – разгрузочная торцовая стен-

ка; 5 – футеровка разгрузочной стенки с элеваторным пульпоподъемником; 6 –

разгрузочная решетка; 7 – футеровка подъемника; 8 – корпус барабана; 9 – футе-

ровка загрузочной стенки; 10 – загрузочная стенка; 11 – гайка; 12 – тарельчатая

пружина; 13 – листовая резина; 14 – футеровка барабана; 15 – футеровочный

болт; 16 – шайба из прочного и пластичного материала; 17 – резиновое уплотни-

тельное кольцо; 18 – нажимная шайба; 19 – гайка; 20 – упор; 21 – паз в футеров-

ке; 22 – перемещение загрузки

Рис. 26. Резиновая футеровка: 1 – футеровка разгрузочной цапфы с центральной

втулкой; 2 – ребро – разделительная стенка секции; 3 – разгрузочная решетка; 4 –

уплотняющий дуговой брус ребра; 5 – то же, разгрузочной решетки; 6 – брус

лифтера; 7 – плита корпуса; 8 – сектор загрузочной крышки

Резиновая футеровка с магнитами резко повышает ремонтопри-

годность, упрощает конструкцию барабана.

При использовании резины как износостойкого материала сле-

дует учитывать особенности, влияющие на износ: размер и форму кус-

ков, угол и скорость падения материала, амортизирующее действие ре-

зины. Повышенная износостойкость резины проявляется при угле паде-

ния (атаки) материала свыше 60°.

Если толщина резиновой плиты выбрана правильно, то при па-

дении куска с высоты 3-4 м резина практически не изнашивается. Но

если толщина слишком мала, то резина не может полностью поглотить

энергию за счет упругой деформации, и происходит ее разрыв («про-

бой»).

Формообразование футеровки является одним из наиболее важ-

ных элементов конструирования мельниц, так как ее геометрические

особенности в значительной мере определяют надежность, производи-

тельность всей машины, качество измельчения материала, траекторию

его движения и другие характеристики. При выборе профиля футеровки,

ее материала и способа крепления имеются широкие возможности

управления технико-экономическими показателями всей машины прак-

тически без изменения ее структуры и функций отдельных узлов.

Рассмотрим ряд нетрадиционных конструкций мельниц, не на-

шедших пока применения в металлургии, но используемых в различных

химических технологиях [14]. К ним относятся центробежные и вибра-