МЕЛЮЩЕЕ ТЕЛО Российский патент 1994 года по МПК B02C17/20 

Изобретение относится к технике для тонкого измельчения твердых материалов, в частности к мелющим телам, и может быть использовано в горнорудной, цементной и других отраслях промышленности при переработке рудных и нерудных ископаемых и других материалов.

Известно мелющее тело барабанной мельницы, выполненное в виде шара и содержащее износостойкую оболочку, промежуточный слой и ядро из материала с более высоким, чем материал промежуточного слоя, удельным весом, при этом ядро смещено относительно центра симметрии мелющего тела [1].

Смещение более тяжелого ядра позволяет увеличить истирающее и раздавливающее действие такого шара, в результате чего повышается выход мелких фракций.

Однако расположение ядра внутри промежуточного слоя шара не позволяет добиться значительного отклонения центра тяжести мелющего тела от центра его симметрии, что ограничивает величину получаемого эффекта. Жесткость конструкции также ограничивает величину эффекта.

Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности и достигаемому результату является мелющее тело барабанной мельницы, выполненное в виде шара и содержащее два скрепленных между собой элемента из материалов различной плотности один из которых, выполненный из материала с более высокой плотностью, смещен относительно центра симметрии мелющего тела, и износостойкую оболочку, при этом элементы выполнены в виде сегментов с общей хордой [2].

В известном мелющем теле увеличено отклонение центра тяжести от центра его симметрии. В результате этого увеличивается спектр углов падения, когда наблюдается усиление раздавливающего и истирающего действия шаров, и величины этого действия, происходит интенсификация процесса измельчения, выражающаяся в повышении доли выхода мелких фракций.

Однако известное мелющее тело обладает ограниченными возможностями истирающего действия и достаточно интенсивными износами оболочки шара. Обусловлены эти недостатки жесткостью конструкции, которая ограничивает возможности повышения уровня фрикционных колебаний, возникающих внутри мельничной загрузки, и соответствующего им устойчивого параметрического резонанса, влияющего на эффективность процесса измельчения.

Жесткая (монолитная) конструкция мелющего тела исключает (или сводит к минимуму) демпфирование динамических нагрузок, возникающих при работе мельницы, а следовательно, и увеличение частоты колебаний, вызываемых этим процессом. Этим также ограничивается эффективность процесса измельчения и увеличиваются износы мелющих тел.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса измельчения и снижение износов за счет улучшения динамических характеристик.

Цель достигается тем, что в мелющем теле, содержащем шар со смещенным центром тяжести и заключенные в оболочку шара, соединенные между собой элементы из материалов различной плотности, в котором равномерно по сфере шара расположен набор плоских пружин S-образной формы, крестообразно соединенных посередине, при этом один из концов каждой пружины снабжен грузом.

В качестве эластичного материала использована упруго-пористая резина.

Оболочка выполнена из композиции материалов, состоящей из наполнителя - порошка карбида бора и связки - полиуретана или фторопласта.

Выполнение одного из элементов мелющего тела в виде набора плоских пружин S-образной формы, которые крестообразно соединены между собой в средней их части и равномерно размещены по сфере шара, а также оснащение грузом одного из концов каждой пружины, размещенных в одной полусфере шара, повышает эффективность процесса измельчения.

Подтверждается это следующими соображениями.

Предлагаемая конструкция одного из элементов мелющего тела в сочетании с эластичным материалом другого обеспечивает не только демпфирование нагрузок, но и повышение частоты фрикционных колебаний внутримельничной загрузки. Последние при прочих равных условиях (физико-механические свойства перерабатываемого материала, конструкция мельницы, ее обороты, степень загрузки и другие) зависят от конструкции мелющих тел.

Исследованиями динамики колебания центра тяжести внутримельничной загрузки установлено, что фрикционные колебания, возникающие внутри мельницы, соответствуют устойчивому или неустойчивому параметрическому резонансу.

С точки зрения технологии измельчения наиболее эффективным является устойчивый параметрический резонанс, за счет которого повышается эффективность процесса измельчения. Предлагаемая конструкция мелющего тела обеспечивает двойное демпфирование нагрузок (элемент, набранный из плоских пружин S-образной формы и заполнение сферы шара упруго-пористой резиной), что способствует увеличению частоты фрикционных колебаний как при каскадном, так и при водопадном режимах работы мельницы.

В шаровых мельницах с ростом частоты колебаний эффективность процесса измельчения возрастает. Объясняется это двойным влиянием частоты колебания: это и увеличение ускорения и увеличение количества соударений мелющих тел в единицу времени. При этом интенсифицируются процессы трения внутри мельничной загрузки, т.е. возрастают фрикционные износы (разрушение) материала - в итоге повышается эффективность процесса измельчения.

Оснащение грузом одного из концов каждой пружины и размещение их в одной полусфере шара обеспечивает смещение центра тяжести относительно оси симметрии мелющего тела, что позволяет увеличить истирающе-раздавливающее действие мелющего тела.

Так, при водопадном режиме шаровой загрузки в мельнице шар производит косой удар, причем ударное измельчение происходит только за счет прямого удара, обусловленного составляющей относительной скорости шара, действующей по линии удара нормальной к поверхности, на которую падает шар. Составляющая скорости, действующая по касательному направлению, удара не производит и способствует только вращению шара. При этом измельчение происходит за счет истирания и раздавливания материала катящимися и скользящими шарами. За счет этого эффективность измельчения также повышается.

Таким образом сочетание двойного демпфирования нагрузок, способствующего увеличению частоты фрикционных колебаний и устойчивости параметрического резонанса мельничной загрузки и смещение центра тяжести шара относительно оси симметрии мелющего тела, обеспечивает повышение эффективности процесса измельчения.

Выполнение оболочки мелющего тела упругой, состоящей из композиции материалов: наполнителя - порошка карбида бора и упругой связи - полиуретана или фторопласта в сочетании с набором плоских S-образных пружин и заполнением сферы шара упруго-пористой резиной обеспечивает снижение износов мелющего тела. С одной стороны оболочка активно противостоит истирающим (абразивным) износам, а с другой - не препятствует демпфированию динамических нагрузок на элементы конструкции.

Таким образом сочетание упругой износостойкой оболочки с элементами тела (набор пружин и упруго-пористая резина), обеспечивающими двойное демпфирование динамических нагрузок, повышает износостойкость элементов конструкции мелющего тела.

Выполненное одного из элементов не в виде набора плоских пружин S-образной формы, или иное их крепление между собой и неравномерное размещение по сфере шара, а также отсутствие груза на концах пружины, размещенных в одной сфере, а также выполнение второго элемента, которым заполнено пространство между пружинами, неэластичным, не обеспечивает повышения эффективности процесса измельчения, так как не будет повышения частоты фрикционных колебаний, внутримельничной загрузки, соответствующего им устойчивого параметрического резонанса, а следовательно, не будет интенсификации процессов трения и связанного с ними разрушения перерабатываемого материала.

Отсутствие грузов на концах S-образных пружин не обеспечит смещения центра тяжести шара и на этой основе не увеличивает истирающего действия шара.

Иная форма набора пружин (или их отсутствие), а также неэластичный материал, из которого выполнен второй элемент, не обеспечат не только увеличения частоты колебаний внутримельничной загрузки, но и демпфирования динамических нагрузок на мелющие тела и связанного с этим снижения износов элементов конструкции.

Выполнение оболочки шара неупругой не обеспечит соответствующих колебаний системы, не будет способствовать снижению износов элементов конструкции.

На фиг.1 показано мелющее тело, вертикальный разрез; на фиг.2 - плоская пружина S-образной формы.

Мелющее тело содержит плоские пружины 1 S-образной формы, которые крестообразно соединены между собой в средней части и равномерно размещены по сфере шара, которая ограничена износостойкой эластичной оболочкой 2, выполненной из композиции материалов, состоящей из наполнителя - порошка карбида бора и эластичной связки - полиуретана или фторопласта. Внутреннее пространство шара заполнено упруго-пористой резиной 3. Пружины 1 на одном из концов оснащены грузом 4, при этом эти концы размещаются в одной сфере шара.

Процесс тонкого измельчения твердого материала в шаровой мельнице с использованием заявляемых мелющих тел осуществляется следующим образом.

При вращении барабана мельницы мелющие тела поднимаются по концентрическим круговым траекториям на некоторую высоту, откуда в зависимости от скорости вращения барабана падают водопадом вниз по параболическим траекториям, измельчая материал, в основном, ударом либо скатываются параллельными слоями каскадом вниз, измельчая материал, в основном, раздавливанием и истиранием. Возможен также смешанный каскадно-водопадный режим работы мельницы.

Возникающие при этом циклические ударно-истирающие нагрузки воспринимаются сначала износостойкой эластичной оболочкой 2, а затем передаются на плоские пружины 1 и упруго-пористую резину 3, которой заполнена сфера шара. Энергия ударов с достаточно высоким коэффициентом поглощения гасится за счет деформации набора плоских пружин 1 и упруго-пористой резины 3. Частота фрикционных колебаний мельничной загрузки, возникающая в результате вращения барабана мельницы и демпфирования, будет увеличиваться.

Увеличение частоты колебаний будет интенсифицировать процессы разрушения перерабатываемого материала, т.е. повышается эффективность процесса измельчения.

Наличия на одном из концов каждой плоской пружины 1 груза 4 и размещение этих концов в одной полусфере шара обеспечивает смещение центра тяжести относительно оси симметрии мелющего тела, позволяет увеличить истирающее-раздавливающее действие мелющего тела.

При водопадном режиме движения шаровой загрузки в мельнице шар производит косой удар, причем ударное измельчение происходит только за счет прямого удара, обусловленного составляющей относительно скорости шара, действующей по линии удара нормально к поверхности, на которую падает шар. Составляющая скорости, действующая по касательному направлению, удара не производит и способствует только вращению шара, при этом измельчение происходит за счет истирания и раздавливания материала катящимися и скользящими шарами, чем повышается эффективность измельчения.

Демпфирование ударных нагрузок за счет деформации плоских пружин 1 и упруго-пористой резины 3 в сочетании с эластичной оболочкой 2 обеспечивает снижение износов элементов конструкции мелющего тела как от ударных, так и от истирающих (абразивных) износов.

По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция мелющего тела обеспечивает повышение эффективности процесса измельчения и снижение износов за счет улучшения динамических характеристик мелющего тела и демпфирования нагрузок на элементы его конструкции.

Использование: в горнорудной, цементной и других отраслях промышленности при переработке рудных и нерудных ископаемых и других материалов. Сущность изоберетния: мелющее тело содержит шар со смещенным центром тяжести, в котором равномерно по сфере шара расположен набор плоских пружин S-образной формы, крестообразно соединенных посередине, при этом один из концов каждой пружины снабжен грузом, а в качестве эластичного материала использована упруго-пористая резина, а оболочка выполнена из композиции материалов, состоящей из наполнителя - порошка карбида бора и связки -полиуретана или фторопласта. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. МЕЛЮЩЕЕ ТЕЛО, содержащее шар со смещенным центром тяжести и заключенные в оболочку шара, соединенные между собой элементы из материалов различной плотности, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности процесса измельчения и снижения износа, оболочка выполнена упругой и заполнена эластичным материалом, в котором равномерно по сфере шара расположен набор плоских пружин S-образной формы, крестообразно соединенных посередине, при этом один из концов каждой пружины снабжен грузом. 2. Тело по п.1, отличающееся тем, что в качестве эластичного материала использована упруго-пористая резина. 3. Тело по п.1, отличающееся тем, что оболочка выполнена из композиции материалов, состоящей из наполнителя-порошка карбида бора и связки - полиуретана или фторопласта.