EA009145B1 - Броневая плита для футеровки барабана трубной мельницы - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к конструктивно-установочным элементам трубной мельницы, а именно к броневой плите для футеровки барабана трубной мельницы с мелющей загрузкой, имеющей опорное основание с выборкой и криволинейную рабочую поверхность с поперечно расположенными передним и задним подъемными выступами, считая по направлению вращения барабана. Оба выступа и рабочий участок плиты между ними выполнены с последовательно сопряженными поверхностями второго порядка в виде соответственно параболической, эллиптической и логарифмической цилиндрических поверхностей, а длина поверхности опорного основания и длина каждой из поверхностей второго порядка взяты в соотношении 1:0,10:0,51:0,16 в проекции на горизонтальную плоскость, считая от переднего выступа, при этом высота Н заднего выступа равна 0,010-0,022 внутреннего диаметра барабана мельницы, а высота h переднего выступа составляет 0,1 высоты Н заднего выступа. Броневая плита данной конструкции обладает равномерным износом рабочей поверхности, сохраняя профиль до плановой ее замены, снижает удельные энергозатраты на помол и повышает качество готового продукта.

Description

Изобретение относится к технике измельчения материалов, в частности к броневым плитам для футеровки барабанов трубных мельниц с мелющей загрузкой в виде шаров или цильпебса, и может быть использовано в промышленности строительных материалов, в горно-рудной, энергетической и химической отраслях промышленности.

Бронефутеровка трубной мельницы наряду со скоростью вращения и мелющей загрузкой определяет режим работы мелющих тел, величину износа и, в определенной мере, дисперсные характеристики продуктов измельчения.

Создание и внедрение эффективных бронефутеровок, обеспечивающих рациональный режим работы мелющих тел в поперечном направлении, - одно из важнейших направлений совершенствования процесса измельчения в трубных мельницах.

Сложность решения этой задачи заключается в многообразии требований, предъявляемых к бронефутеровке. Последняя должна обеспечивать помимо оптимальной высоты подъема мелющих тел максимальное сохранение рабочего объема мельницы, минимальное число типов и размеров броневых плит, их взаимозаменяемость, технологичность изготовления из износостойких твердых сплавов и обладать высокой стойкостью к ударному и абразивному износу.

Скорость истирания рабочей поверхности бронеплит зависит от многих факторов: абразивности и крупности материала, размеров и твердости мелющих тел, скорости вращения барабана, формы рабочей поверхности бронеплиты. Очевидно, что, чем ровнее плита, тем больше скольжение, тем меньше измельчающее действие мелющей загрузки и выше абразивный износ бронеплит.

Ведущая роль при износе контактирующих поверхностей, связанных силами трения, принадлежит скорости скольжения. Изменение скорости скольжения оказывает основное влияние на качественные характеристики процессов изнашивания, обуславливающих интенсивность последнего.

Одним из основных факторов, определяющих величину скольжения мелющей загрузки с размалываемым материалом по поверхности бронефутеровки барабана при выбранных скоростях вращения и коэффициенте заполнения, являются профиль бронефутеровки и коэффициент трения между мелющими телами и футеровкой в присутствии размалываемого материала.

Величина износа бронеплит при всех прочих равных условиях будет выше на тех трубных мельницах, где величины скольжения и удельные нормальные контактные давления между мелющими телами с размалываемым материалом и бронефутеровкой барабана будут большими. Геометрический профиль рабочей поверхности броневых плит (далее для сокращения - бронеплит) должен обеспечивать требуемую величину сцепления между бронефутеровкой и мелющей загрузкой. Необходимым условием стабильной работы мельницы является сохранение первоначального профиля бронеплит в течение достаточно продолжительного периода. Износ их поверхности способствует возникновению скольжения загрузки и уменьшению энергии мелющих тел, что, в свою очередь, вызывает дальнейший прогрессирующий износ поверхности бронеплит, снижение производительности мельницы и повышение энергозатрат, которое может достигать 20% (Ромадин В.П., Пылеприготовление, М., изд. «Энергия», 1953, с. 261).

Стремление к повышению срока службы бронефутеровки предопределяет значительные размеры бронеплиты, ее толщину. С другой стороны, повышение толщины даже на 20-40 мм приводит к снижению производительности мельницы на 7-10%. Броневые плиты не должны иметь значительных колебаний толщины по сечению, затрудняющих получение качественных отливок.

Анализ с этих позиций известных профилей бронеплит, применяемых на стадии грубого и среднего измельчения (мелющие тела - шары диаметром 60-100 мм), показывает, что обычные волнистые бронеплиты (8И 116973А, 1982, \УО 86 04267 А, 1986) не имеют достаточного коэффициента сцепления. Ступенчатые бронеплиты (О.А. Несвижский, Долговечность быстроизнашивающихся деталей цементного оборудования, «Машиностроение», М., 1968, с. 67, 8И 1724363 А1, 1988), которые при монтаже образуют каскадную футеровку «внахлест», создающую необходимый коэффициент сцепления, не обладают требуемой прочностью в связи с резкими колебаниями толщины плиты по сечению. Бронеплиты с каблучковой поверхностью (8И 315474, 1970), обладая относительно высоким коэффициентом сцепления, не обеспечивают стабильной работы мелющей загрузки. В течение 3-6 месяцев каблучки изнашиваются и забиваются осколками металла, в результате чего рабочая поверхность бронеплит становится «гладкой», увеличивая скольжение мелющей загрузки и материала.

Применение другой известной конусно-ступенчатой бронеплиты (8И 179603, 1963) в составе конусных бронефутеровок сопровождается уменьшением полезного объема трубной мельницы в зависимости от ее типоразмера на 2,5-4 м³ и соответственным снижением количества (веса) мелющих тел.

В то же время исследованиями установлено, что необходимым условием оптимального процесса помола с учетом производительности мельницы и энергозатрат на изменение дисперсности измельчаемого материала является достижение дифференциальных режимов работы мелющей загрузки: водопадного - в области грубого измельчения, смешанного - на участке среднего и каскадного - в области тонкого измельчения. По этим причинам возникает необходимость применения бронеплит других профилей в условиях тонкого измельчения, что не соответствует требованиям максимальной унификации бронеплит.

По своей технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близкой к настоящему изобретению является броневая плита для футеровки барабана трубной мельницы с мелющей загрузкой,

- 1 009145 имеющая опорное основание с выборкой и криволинейную рабочую поверхность с поперечно расположенными передним и задним подъемными выступами, считая по направлению вращения барабана, описанная в прототипе по заявке РСТ 01/06867 и аналогу-патенту ВИ 2198030 С2, 1998.

Указанная бронеплита не обеспечивает оптимальных режимов работы мелющих тел в поперечном сечении барабана мельницы, с точки зрения характера непосредственного контакта их нижнего слоя с рабочей поверхностью бронеплиты.

Это объясняется тем, что в процессе измельчения основным видом воздействия мелющих тел на материал является удар, а основным видом измельчения - дробление истиранием. В процессе работы мелющие тела распределяются по концентрическим окружностям так, что каждый ряд имеет свою траекторию движения и определенное место падения мелющих тел, где они производят разрушение материала путем удара.

При этом слой мелющих тел, прилегающих к поверхности бронеплиты, производит измельчение истиранием недостаточно эффективно в связи с тем, что профиль известной бронеплиты выполнен в продольном сечении по радиусам круговых цилиндрических поверхностей на каждом из ее участков, причем рабочая поверхность бронеплиты между выступами, являясь наиболее протяженной, практически приближается к прямолинейной поверхности. Это снижает коэффициент сцепления с ней контактирующего слоя мелющих тел, тем самым ухудшая условия более полной передачи кинетической энергии корпуса вращающегося барабана мелющим телам, а круговые цилиндрические поверхности обоих выступов способствуют больше простому перекатыванию по ним мелющих тел (шаров), чем разгону и забрасыванию их на соответствующие круговые траектории.

Задачей изобретения является повышение качества помола и уменьшение удельных энергетических затрат при гарантированном сроке службы броневой плиты.

Поставленная задача решается тем, что в броневой плите для футеровки барабана трубной мельницы с мелющей загрузкой, имеющей опорное основание с выборкой и криволинейную рабочую поверхность с поперечно расположенными передним и задним подъемными выступами, считая по направлению вращения барабана, согласно изобретению передний и задний выступы и рабочая поверхность между ними выполнены с последовательно сопряженными поверхностями второго порядка в виде соответственно параболической, эллиптической и логарифмической и цилиндрических поверхностей, при длине поверхности опорного основания и длине каждой из поверхностей второго порядка, взятых в соотношении 1:0,10:0,16:0,51 в проекции на горизонтальную плоскость, считая от переднего выступа, при этом высота Н заднего выступа равна 0,010-0,022 внутреннего диаметра барабана мельницы, а высота 11 переднего выступа составляет 0,1 высоты заднего выступа.

В известных технических решениях не обнаружены указанные отличительные признаки в их совокупности.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена броневая плита, разрез по А-А, на фиг. 2; на фиг. 2 - броневая плита, вид сверху, и на фиг. 3 - броневая плита, разрез по Б-Б, на фиг. 1. Кроме того, на фиг. 2 стрелкой В обозначено направление движения измельчаемого материала вдоль оси мельницы, а стрелкой Г - направление вращения барабана мельницы.

Броневая плита 1 (фиг. 2), считая по направлению вращения барабана мельницы, включает (фиг. 1) передний выступ 2 в виде параболической цилиндрической поверхности с длиной Ь₁ в проекции на горизонтальную плоскость, средний рабочий участок 3, имеющий вид эллиптической цилиндрической поверхности с длиной Ь₂ в проекции на горизонтальную плоскость, и задний выступ 4, имеющий восходящий разгонный участок 5, образованный логарифмической цилиндрической поверхностью с длиной Ь₃ в проекции на горизонтальную плоскость. Эти поверхности второго порядка последовательно сопряжены между собой. Бронеплита включает также монтажную опорную поверхность 6 с длиной Ь₀ в проекции на горизонтальную плоскость. Опорная поверхность бронеплиты выполнена с выборкой 7. Указанные длины опорной поверхности и криволинейных поверхностей бронеплиты взяты, считая от переднего выступа, в соотношении Т₀:Т₁:Т₂:Ьз=1:0,10:0,51:0,16.

Бронеплиты монтируют на внутренней поверхности корпуса барабана мельницы и соединяют с барабаном посредством бронеболтов (на чертеже условно не показаны), пропускаемых через отверстия 8 в теле плиты.

При работе мельницы внутримельничная загрузка увлекается в движение профилированной поверхностью футеровочных плит по ходу вращения барабана (по стрелке Г).

Линии контуров поверхностей (на фиг. 1) переднего 2 и заднего 4 выступов в виде соответственно параболы и логарифмики, а среднего участка 3 в виде эллиптической дуги обеспечивают непрерывный контакт всей рабочей поверхности бронеплиты с материалом и мелющей загрузки (без отрыва нижнего слоя мелющих тел от бронеплиты) с увеличенным и практически постоянным коэффициентом сцепления, предотвращая скольжение загрузки по бронеплите.

При этом передний 2 и задний 4 выступы при заданной их высоте, имея указанную криволинейную поверхность, являются более пологими и тем самым удлиняют средний участок поверхности плиты, не изменяя ее кривизны второго порядка.

Восходящий участок 5 поверхности заднего выступа 4, сохраняя без потери окружной скорости ин

- 2 009145 тенсивный разгон нижнего слоя мелющих тел на среднем участке бронеплиты, обеспечивает отрыв мелющих тел от заднего выступа в крайних верхних его точках и заброс их на более высокие траектории, увеличивая энергообмен в системе «бронеплита-мелющие тела-размалываемый материал».

Высота Н заднего выступа 4 определяется из условия поддержания оптимальных значений окружных скоростей загрузки для всего ряда типоразмеров трубных мельниц, находящихся в промышленной эксплуатации. При соотношении, меньшем 0,010 внутреннего диаметра барабана мельницы, не достигается водопадного режима движения мелющих тел, а при соотношении, большем 0,022, происходит подъем мелющих тел за пределы верхних расчетных траекторий их движения и заброс на противолежащую поверхность барабана.

Указанные конструктивные отличия поверхности бронеплиты и особенности динамики процесса помола по сравнению с прототипом предупреждают неравномерный износ плиты по толщине, и сохраняют ее профиль рациональным, с точки зрения энергообмена, вплоть до замены при достижении расчетно-допустимой выработки рабочей поверхности, и позволяют для отливки бронеплит применять экономически более доступные сплавы.

Выбранное оптимальное соотношение длин рабочих участков бронеплиты и высоты обоих выступов обусловлено, с одной стороны, величинами скоростей перемещения загрузки по поверхности плиты, которые должны согласовываться со скоростями вращения барабанов мельниц для поддержания перемещения мелющих тел по траекториям водопадного режима, а с другой - стандартизованными типоразмерами всего ряда трубных мельниц, при этом предельные отклонения размеров отливки определяются требуемым классом точности (ГОСТ 2009-55), а линейные размеры конструктивных элементов поверхности (их указанное соотношение) соответствуют выбранному численному соотношению.

Исследование рабочей поверхности демонтированных изношенных бронеплит показало, что мелющие тела стремятся к перемещению по поверхности плиты, образуя выработку криволинейного профиля, который соответствует элементам параболической, эллиптической и логарифмической цилиндрических поверхностей, каждая из которых имеет вполне определенную протяженность.

Броневая плита, выполненная в соответствии с настоящим изобретением, отвечает требованиям по унификации и сроку службы основных быстроизнашивающихся деталей мельницы до их замены (ГОСТ 12367-85 «Мельницы трубные помольных агрегатов. Общие технические условия.») и должна использоваться в трубных мельницах следующих типов: сырьевые мельницы с одновременной сушкой (вентилируемые) для помола сырьевых материалов при работе в замкнутом цикле; сырьевые мельницы для помола сырьевых материалов мокрым способом при работе в открытом или замкнутом циклах; цементные мельницы для помола цементного клинкера и добавок при работе в открытом или замкнутом цикле.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   Броневая плита для футеровки барабана трубной мельницы с мелющей загрузкой, имеющая опорное основание с выборкой и криволинейную рабочую поверхность с поперечно расположенными передним и задним подъемными выступами, считая по направлению вращения барабана, отличающаяся тем, что передний и задний выступы и рабочая поверхность между ними выполнены с последовательно сопряженными поверхностями второго порядка в виде соответственно параболической, эллиптической и логарифмической цилиндрических поверхностей при длине поверхности опорного основания и длине каждой из поверхностей второго порядка, взятых в соотношении 1:0,10:0,51:0,16 в проекции на горизонтальную плоскость, считая по направлению вращения барабана, при этом высота заднего выступа равна 0,010-0,022 внутреннего диаметра барабана мельницы, а высота переднего выступа составляет 0,1 высоты заднего выступа.