EA028170B1 - Electromagnetic ball mill - Google Patents
Electromagnetic ball mill Download PDFInfo
- Publication number
- EA028170B1 EA028170B1 EA201501007A EA201501007A EA028170B1 EA 028170 B1 EA028170 B1 EA 028170B1 EA 201501007 A EA201501007 A EA 201501007A EA 201501007 A EA201501007 A EA 201501007A EA 028170 B1 EA028170 B1 EA 028170B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- drum
- electromagnet
- ball mill
- electromagnetic ball
- electromagnets
- Prior art date
Links
Landscapes
- Crushing And Grinding (AREA)
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к устройству для измельчения материалов во вращающемся барабане ферромагнитными мелющими телами и может быть использовано в процессах подготовки сырья к обогащению, а также в строительной, химической и др. отраслях промышленности.
Известна шаровая мельница, включающая цилиндрическую камеру, смонтированную с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси цилиндра, множество стальных шаров в камере, причем камера выполнена из парамагнитного материала, шары выполнены из ферромагнитного материала, снаружи камеры установлен по меньшей мере один магнит, магнитные силовые линии которого направлены в камеру и который является подвижным относительно камеры между множеством положений на соответствующей дуге, центр кривизны которой находится на оси вращения камеры [И8 5383615, МПК В02С 17/00, 24.01.1995].
Известна электромагнитная шаровая мельница, состоящая из трубчатого корпуса и передаточного механизма, причем на внешней стороне трубчатого корпуса установлены от 2 до 3 электромагнитов, при этом один из электромагнитов напрямую соединен источником питания, а остальные электромагниты соединены через силовые реле времени [СИ101708477, МПК В02С 17/00, 19.05.2010].
Недостатком известного устройства является слабое действие электромагнитов на мелющие тела, определяемое значительным расстоянием между ними. Кроме того, отсутствие жесткой синхронизации воздействия магнитного поля и углового положения трубчатого корпуса не позволяет обеспечить высокую эффективность помола.
В качестве прототипа была выбрана электромагнитная шаровая мельница, которая содержит футерованный барабан с ферромагнитными шарами, источник магнитного поля, скользящие контакты, узел коммутации и средства для выгрузки и разгрузки материалов, причем барабан выполнен с расположенными в шахматном порядке отверстиями, а источник магнитного поля - в виде закрепленных с наружной стороны барабана электромагнитов, сердечники которых размещены в отверстиях барабана и выведены под футеровку, а обмотки подключены через скользящие контакты к узлу коммутации с возможностью срабатывания в зоне нижней половины барабана [8И1694220, МПК В02С 19/18, 05.07.88].
Недостатком устройства по прототипу является низкая эффективность измельчения, обусловленная малой скоростью изменения магнитного поля. Для эффективного управления процессом необходима четкая временная синхронизация изменения магнитного поля электромагнитов с угловым положением этого электромагнита на вращающемся барабане относительно вектора силы тяготения. Серийные электромагниты имеют большую индуктивность (десятки Генри и более) и длительное (единицы секунд) время коммутации (включения и выключения) магнитного поля. Для реализации в описанных конструкциях мельниц требуемое время их коммутации должно быть существенно меньше, например для применения в мельнице диаметром 3 м время коммутации не должно превышать 0,05 с. Наличие токов Фуко в монолитном сердечнике ограничивает скорость коммутации электромагнитов, что препятствует эффективному управлению движением мелющих тел, ухудшает эффективность измельчения и обуславливает высокое удельное потребление энергии на измельчение и высокую скорость износа мелющих тел. Ускорение работы электромагнитов, то есть уменьшение времени коммутации поля путем увеличения тока коммутации с помощью диодов или использования второго источника питания приводит к очень громоздкой плохо реализуемой конструкции с низким КПД и не решает в полной мере задачу увеличения скорости коммутации электромагнита. При этом увеличиваются потери энергии на коммутацию электромагнита, что уменьшает эффект от применения электромагнитной шаровой мельницы.
Кроме того, электромагнитная шаровая мельница по прототипу обладает низкой надежностью, что обусловлено низкой надежностью системы коммутации магнитного поля, так как выход из строя хотя бы одной обмотки электромагнита приводит к прекращению работы всего электромагнита. Низкую надежность электромагнитной шаровой мельницы по прототипу также придает используемая в ее составе контактная система питания электромагнитов.
Реализация контактной системы питания электромагнитов, описанной в прототипе, затруднена большим количеством контактных пар и высокими требованиями к токам и напряжениям, которые должны передавать контактные пары. Для реализации прототипа необходимо использовать количество пар токосъемных контактов, соответствующее количеству электромагнитов, так как электромагниты, расположенные на барабане мельницы, находятся в разных угловых положениях, для каждого требуется свое питание. Реализация контактной коммутации, описанной в прототипе, затруднена тем, что изоляция подвижных контактов должна выдерживать повышенное напряжение, образующееся при отключении электромагнита, а допустимый ток должен быть выбран с учетом реактивного характера нагрузки. Размещение такого числа шин с учетом их электрических характеристик крайне тяжело конструктивно, дорого в реализации, такая конструкция имеет низкую надежность и опасна для персонала.
Техническая задача - создание электромагнитной шаровой мельницы, которая имеет большую производительность измельчения при одновременном повышении надежности ее работы и повышении безопасности ее эксплуатации.
Технический результат - повышение производительности измельчения электромагнитной шаровой мельницы за счет оптимизации траекторий движения мелющих тел и уменьшения паразитного трения мелющих тел, обеспечивается своевременной коррекцией движения мелющих тел за счет увеличения
- 1 028170 скорости изменения магнитного поля, создаваемого электромагнитами электромагнитной шаровой мельницы, при одновременном повышении надежности работы электромагнитной шаровой мельницы и повышении безопасности ее эксплуатации.
Сущность заявляемого устройства заключается в следующем.
Электромагнитная шаровая мельница содержит блок управления, футерованный барабан мельницы с ферромагнитными мелющими телами, снабженный равными посадочными отверстиями, которые расположены равномерно на линиях, образующих барабан, центральные углы расположения посадочных отверстий в каждом сечении барабана, перпендикулярном его оси вращения и проходящем через центр соответствующего посадочного отверстия, равны между собой, средства для загрузки и разгрузки материалов, источники магнитного поля в виде закрепленных в посадочных отверстиях электромагнитов, сердечники которых выполнены с возможностью формирования магнитного поля внутрь барабана и защищены футеровкой, средство питания электромагнитов. В отличие от прототипа, сердечник каждого электромагнита представляет собой набор отдельных металлических пластин, выполненных из материала с полем насыщения не менее 1,5 Тл, разделенных слоем электроизоляционного материала, или выполнен монолитным из магнитного материала с полем насыщения не менее 1,5 Тл и электропроводностью не более 50 см/м, сердечник каждого электромагнита снабжен обмоткой, выполненной в виде по крайней мере двух или более отдельных секций, при этом блок управления расположен на барабане и состоит из отдельных модулей управления, каждый из которых подключен к отдельной секции обмотки сердечника электромагнита и к средству питания электромагнитов.
Посадочные отверстия могут быть расположены в шахматном порядке. Возможны иные варианты расположения посадочных отверстий, например угловое смещение центрального угла разметки отверстий между рядами электромагнитов, может определяться по формуле: а=360/п-к, где η - число электромагнитов в каждом сечении электромагнитной шаровой мельницы, перпендикулярном его оси вращения и проходящем через центр соответствующего посадочного отверстия, к - число рядов электромагнитов, расположенных вдоль барабана.
Количество посадочных отверстий на линиях, образующие барабан, равно между собой, центральные углы расположения посадочных отверстий в каждом сечении барабана, перпендикулярном его оси вращения и проходящем через центр соответствующего посадочного отверстия, равны между собой. Выполнение этого требования позволяет сбалансировать нагрузку на опорные элементы заявляемой мельницы, а также выровнять распределение магнитного поля внутри барабана, что обеспечивает увеличение производительности электромагнитной шаровой мельницы.
Питание блока управления осуществляется через средство питания электромагнитов, обеспечивающее подачу электрической энергии на барабан.
Средство питания электромагнитов может быть выполнено в виде любых систем подачи электропитания на барабан, например серийные контактные шины типа И10/25 С-6, бесконтактные токосъемники Р1СН-ир5СР8-Ри в комплекте с кабелем НР25 СР8-РЬ-25 или системы питания ОЬЕУ, разработанные институтом ΚΑΙ8Τ (Южная Корея) или иных средств аналогичного назначения.
Количество секций обмотки каждого электромагнита зависит от диаметра барабана электромагнитной шаровой мельницы с учетом электрических характеристик полупроводниковых мостовых коммутаторов, на которых построен модуль управления.
Предпочтительно количество секций обмотки каждого электромагнита при использовании электромагнитной шаровой мельницы с барабаном диаметром от 1 до 5 м составляет от 5 до 30 штук, что определяется расчетным путем, исходя из необходимой величины магнитного поля. Использование большего числа секций обмотки каждого электромагнита и соответствующего количества модулей управления позволяет создать магнитное поле большей величины при выполнении требований по скорости коммутации этого поля. Такое решение дороже, оно уместно для электромагнитных шаровых мельниц больших диаметров (4-5 м). Уменьшение количества секций обмотки каждого электромагнита ограничено электрическими характеристиками полупроводниковых мостовых коммутаторов, входящих в состав модулей управления, поэтому количество секций не может быть очень малым. Кроме того, при уменьшении количества секций резко возрастает индуктивность единичной секции и время коммутации. Например, для электромагнитной шаровой мельницы диаметром 1 м предпочтительное число секций обмотки каждого электромагнита составляет 5-7 секций. Уменьшение числа секций обмотки каждого электромагнита в конечном итоге приведет к увеличению времени коммутации магнитного поля, это приведет к движению мелющих тел по траекториям, отличным от оптимальных, что приведет к уменьшению производительности работы электромагнитной шаровой мельницы, увеличению расхода энергии на измельчение и уменьшению эффективности измельчения.
Математическое моделирование процессов в электромагнитной шаровой мельнице показало, что эффект от увеличения количества электромагнитов более 4 электромагнитов в каждом поперечном сечении барабана незначителен. Для удешевления конструкции возможно уменьшить количество электромагнитов (до 1-2 шт.), но это приведет к тому, что после прохождения электромагнита зоны подъема в этой зоне успевает сформироваться мертвая зона, состоящая из малоподвижных мелющих тел, слои которых проскальзывают друг о друга, потребляя значительную долю энергии, подводимой к валу элек- 2 028170 тромагнитной шаровой мельницы. Расход энергии на измельчение электромагнитной шаровой мельницы и производительность измельчения с одним электромагнитом в каждом поперечном сечении барабана будет на 15% меньше, чем у обычной электромагнитной шаровой мельницы, но на 70% больше, чем у электромагнитной шаровой мельницы с 4 электромагнитами в каждом поперечном сечении барабана. При увеличении количества электромагнитов остаточные эффекты мертвой зоны сохраняются, но все менее выражено. Из экономических соображений предпочтительным количеством электромагнитов в каждом поперечном сечении барабана для крупных мельниц (диаметром 4-5 м) является 4-5 электромагнитов, а для средних мельниц (диаметром 1-3 м) является 3-4 электромагнита. Таким образом, каждое сечение барабана, перпендикулярное его центральной оси, в отдельности предпочтительно содержит 3-5 посадочных отверстий для электромагнитов.
Монолитный сердечник электромагнита может быть выполнен из магнитного материала, обладающего полем насыщения не менее 1,5 Тл и электропроводностью не более 50 см/м, например из феррита или иного магнитного материала, обладающего полем насыщения не менее 1,5 Тл и электропроводностью не более 50 см/м.
Пластины сердечника электромагнита могут быть выполнены из металла, обладающего полем насыщения не менее 1,5 Тл, например электротехнической стали, альсифера, низконикелевого пермаллоя, пермендюра, сплавов НИасЫ Ме1а1§ Ппстс1. Уйторетт. Толщина каждой пластины предпочтительно составляет от 0,05 до 0,35 мм, преимущественно 0,1-0,2 мм Чем больше толщина пластин, тем больше токов внутри сердечника, а следовательно, дольше время коммутации. Толщина пластин не может быть меньше, чем 0,05 мм, серийно такие пластины почти не производят, кроме того при использовании особо тонких пластин начинает падать магнитное поле из-за увеличения доли изоляции в общем сечении сердечника. Толщина каждой пластины не может быть более 0,35 мм, поскольку из-за недопустимого увеличения вихревых токов, которые возрастают пропорционально квадрату толщины пластины. В качестве электроизоляционного материала может быть использовано лаковое покрытие из электроизоляционного лака или слоя из бумаги, возможно применение иных решений. Толщина электроизоляционного материала предпочтительно до 0,01 мм, что определено опытным путем. Увеличение толщины электроизоляционного материала приводит к сокращению удельного содержания металла в составе сердечника, что уменьшает величину магнитного поля и понижает производительность электромагнитной шаровой мельницы в целом.
Футеровка электромагнита может быть выполнена плоской, частью продолжения футеровки барабана или иной формы.
Равномерное расположение посадочных отверстий на линиях, образующих барабан, и выполнение центральных углов расположения посадочных отверстий в каждом сечении барабана, перпендикулярном его оси вращения и проходящем через центр соответствующего посадочного отверстия равными между собой позволяет обеспечить баланс заявляемой электромагнитной шаровой мельницы и снизить динамические нагрузки на ее опоры, а также выровнять распределение магнитного поля внутри барабана, что обеспечивает увеличение производительности электромагнитной шаровой мельницы. Таким образом, равномерное расположение посадочных отверстий на линиях, образующих барабан, и выполнение центральных углов расположения посадочных отверстий в каждом сечении барабана, перпендикулярном его оси вращения и проходящем через центр соответствующего посадочного отверстия равными между собой является необходимым конструктивным условием для работы электромагнитной шаровой мельницы по назначению.
Известно применение секционированных обмоток в грузоподъемных электромагнитах [патент на изобретение 2111914, МПК В66С 1/06, 08.12.1995]. Секционирование в этих устройствах используется для организации теплосъема с обмоток, активно выделяющих тепло во время работы. Обмотки подключаются последовательно и подключаются двухпроводным кабелем к одному блоку управления, расположенному стационарно, в отличие от грузоподъемного электромагнита, перемещаемого в рабочей зоне, поэтому с точки зрения способа создания магнитного поля несколько (обычно 6-8 шт.) секций представляют собой одну катушку.
В заявляемом устройстве выполнение обмотки каждого сердечника в виде отдельных секций, подключение каждой из секций к отдельному модулю управления позволяет уменьшить коммутационные перегрузки коммутирующих элементов, и тем самым обеспечить увеличение скорости коммутации магнитного поля до величин, требуемых алгоритмом управления, одновременно увеличить надежность мельницы за счет резервирования основных элементов системы коммутации магнитного поля, включающей блок управления и электромагниты, так как выход из строя одной секции обмотки электромагнита или связанного с ней модуля управления не приводит к прекращению работы всего устройства. Кроме того, наличие серий отдельных блоков, состоящих из секции обмотки электромагнита и модуля управления для данной секции, позволяет регулировать магнитное поле по ступенчатому и знакопеременному законам за счет коммутации части отдельных блоков. Такой режим работы требует меньшего расхода энергии, повышает производительность электромагнитной шаровой мельницы и имеет более простую реализацию, чем плавное изменение тока в обмотках одного электромагнита.
В патенте на изобретение КП2536886 [патент на изобретение КП2536886, МПК В02С 19/00, В02С
- 3 028170
13/00, 08.07.2013], показано, что для обеспечения оптимального движения мелющих тел необходимо обеспечить рассчитанный закон изменения магнитного поля во времени, жестко синхронизировав его с вращением барабана мельницы. Регулирование магнитного поля электромагнитной шаровой мельницы по ступенчатому и знакопеременному законам осуществляется так, что первый импульс характеризуется знакопеременным магнитным полем, который начинают подавать при угловом положении электромагнита от -60 до -30°, считая центральный угол от вектора, направленного из оси вращения барабана вертикально вниз, второй импульс характеризуется постоянным магнитным полем, который начинают подавать при угловом положение электромагнита от 0 до 30°, а заканчивают подавать при угловом положении электромагнита от 110 до 165°. Заявляемые устройства позволяет реализовать требуемый закон изменения магнитного поля.
Выполнение сердечника электромагнита в виде набора отдельных металлических пластин с полем насыщения не менее 1,5 Тл, разделенных слоем электроизоляционного материала, или выполнение сердечника электромагнита монолитным из магнитного материала с полем насыщения не менее 1,5 Тл и электропроводностью не более 50 см/м обеспечивает уменьшение времени переходных процессов при включении и выключении магнитного поля за счет уменьшения токов Фуко, препятствующих изменению магнитного поля. Это позволяет увеличить скорость коммутации магнитного поля до требуемых алгоритмом управления величин, то есть увеличить скорость реакции магнитного поля на команды управления.
Время выключения и включения серийных электромагнитов (например, ПМ26, М-63) с литым сердечником не нормируется, но по опытным данным часто составляет 5-20 с. Для уменьшения времени коммутации штатная схема подключения включает элементы ускорения работы и перемагничивания обмотки электромагнита. Таким способом время коммутации уменьшают до 2-3 с, при этом значительная часть энергии, запасенной в электромагните, рассеивается на специальных резисторах. Электромагнит, аналогичный по габаритам серийному ПМ26, выполненный в соответствии с заявляемым устройством, имеет время коммутации менее 0,05 с.
Выполнение сердечника в виде набора отдельных металлических пластин с полем насыщения не менее 1,5 Тл, разделенных слоем электроизоляционного материала, или монолитным из магнитного материала с полем насыщения не менее 1,5 Тл и электропроводностью не более 50 сим/м позволяет достичь схожих значений технического результата, но по сравнению с выполнением с традиционным литым сердечником позволяет уменьшить время переходных процессов при включении и выключении магнитного поля с 2-3 до 0,05 с и менее за счет уменьшения токов Фуко. Такое отличие является необходимым условием для применения электромагнитов в конструкции электромагнитной шаровой мельницы.
Увеличение скорости коммутации магнитного поля до требуемых алгоритмом управления величин позволяет синхронизировать изменение магнитного поля электромагнитов с угловым положением данного электромагнита относительно вектора силы тяготения с заданной точностью, что обеспечивает движение мелющих тел по оптимальным траекториям и уменьшает непроизводительное трение слоев мелющих тел друг о друга. Реализация оптимальных алгоритмов работы значительно уменьшает затраты энергии на измельчение, повышает производительно электромагнитной шаровой мельницы благодаря своевременному и точному воздействию магнитного поля на мелющие тела.
Повышение производительности работы электромагнитной шаровой мельницы, уменьшение расхода энергии на измельчение электромагнитной шаровой мельницы достигается за счет обеспечения своевременного воздействия магнитного поля на мелющие тела, обеспечения движения мелющих тел по оптимальным траекториям и исключение непроизводительного трения слоев мелющих тел друг о друга. В результате большая доля энергии, подводимой к заявляемой электромагнитной мельнице, расходуется на удары по измельчаемой породе, что обеспечивает увеличение полезного эффекта - выхода годного продукта.
Размещение блока управления на барабане и разбиение обмотки каждого электромагнита на секции упрощает конструкцию блока управления, уменьшая длину линий связи от модулей управления до секций обмотки сердечников, снижает требования как к линиям связи, так и к коммутирующим элементам, а также повышает общую надежность электромагнитной шаровой мельницы и повышает безопасность ее эксплуатации. В отличие от прототипа, для питания блока управления достаточно только одной пары контактов, причем реактивная составляющая на шине питания мала. Таким образом, размещение блока управления на барабане является обязательным конструктивным элементом, без которого параметры заявляемой электромагнитной мельницы будут значительно хуже, так как мельница с блоком управления, расположенным на земле, должна иметь большое количество контактных пар подачи питания на барабан, предъявляя высокие требования к токам и напряжениям, которые должны передавать контактные пары. Для реализации прототипа необходимо использовать количество пар токосъемных контактов, соответствующее количеству электромагнитов, так как электромагниты, расположенные на барабане мельницы, находятся в разных угловых положениях, для каждого требуется свое питание. Размещение большого числа шин с учетом их электрических характеристик крайне тяжело конструктивно, дорого в реализации, такая конструкция имеет низкую надежность и опасна для персонала.
Повышенная надежность мельницы с блоком управления, расположенном на подвижном корпусе,
- 4 028170 определяется тем, что для питания такой системы требуется только одна контактная пара и нагрузка имеет минимальную реактивную составляющую. Кроме того, в предлагаемой системе органично реализуется резервирование блоков управления, выход из строя единичных блоков не приводит к отказу всего электромагнита.
Опытные исследования показали, что материал монолитного сердечника должен обладать полем насыщения не менее 1,5 Тл и материал пластин сердечника должен обладать полем насыщения не менее 1,5 Тл, для создания сильного магнитного поля. В случае применения материала монолитного сердечника с полем насыщения менее 1,5 Тл и материала пластин сердечника с полем насыщения менее 1,5 Тл, эффект от действия электромагнитов будет меньше и значительно уменьшится производительность электромагнитной шаровой мельницы, увеличивается расход энергии на измельчение.
Материал монолитного сердечника должны обладать электропроводностью не более 50 см/м, так как в таком сердечнике не смогут возникнуть токи такой величины, чтобы существенно повлиять на время коммутации магнитного поля. В случае если электропроводность будет больше 50 см/м, то время коммутации магнитного поля будет возрастать, кроме того, сам сердечник начнет нагреваться, как следствие заявляемые электромагнитные шаровые мельницы не смогут работать по назначению.
Заявляемое устройство в сравнении с прототипом обладает рядом отличительных признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию новизна.
При реализации изобретения по прототипу было выявлено, что электромагнитные шаровые мельницы имеют высокую эффективность измельчения при диаметре мельницы менее 200 мм. При увеличении диаметра мельницы по прототипу эффективность уменьшалась. При диаметре барабана 1,2 м эффективность применения электромагнитов при измельчении отсутствовала. Анализ причин выявил недостаточное быстродействие электромагнитов, то есть скорость коммутации магнитного поля. Электромагниты малого размера достаточно успешно коммутировались обычным механическим прерывателем, но при увеличении размера электромагнитной шаровой мельницы в 6 раз, индуктивность электромагнита увеличивалась в 216 раз, кроме того, возрастали требования к величине магнитного поля, эти требования совместно резко ограничили скорость коммутации электромагнитов. Практический интерес направлен на электромагнитные шаровые мельницы диаметром барабана 2 м и более. Разработанная математическая модель и работа на экспериментальной установке показали, что заявляемые электромагнитные шаровые мельницы могут быть успешно применены при диаметре барабана более 1 дм, что определяет внесение существенных улучшений в области техники - устройств для измельчения материалов во вращающемся барабане ферромагнитными мелющими телами.
Выполнение обмотки каждого сердечника в виде отдельных секций, подключение каждой из секций к отдельному модулю управления и выполнение сердечника электромагнита в виде набора отдельных металлических пластин, разделенных слоем электроизоляционного материала, или выполнение сердечника монолитным из магнитного материала с полем насыщения не менее 1,5 Тл и электропроводностью не более 50 см/м, а также расположение блока управления на барабане электромагнитной шаровой мельницы позволяет добиться синергетического эффекта, обеспечив возможность увеличения производительно электромагнитной шаровой мельницы промышленных размеров по измельчению.
Таким образом, заявляемое изобретение отвечает критерию изобретательский уровень.
Заявляемое устройство может быть применено в промышленности и реализовано с помощью известных продуктов и способов, а значит отвечает критерию патентоспособности промышленная применимость. Заявляемое устройство поясняется следующими чертежами:
фиг. 1 - общий вид электромагнитной шаровой мельницы (пример 1);
фиг. 2 - развертка барабана электромагнитной шаровой мельницы (пример 2);
фиг. 3 - развертка барабана электромагнитной шаровой мельницы (пример 3);
фиг. 4 - поперечное сечение А-А электромагнитной шаровой мельницы (пример 1);
фиг. 5 - функциональная схема подключений блока управления электромагнитной шаровой мельницы (примеры 1-4);
фиг. 6 - общий вид траекторий движения мелющих тел в электромагнитной шаровой мельнице (примеры 1-4).
Пример 1.
Электромагнитная шаровая мельница содержит футерованный барабан 1 с ферромагнитными мелющими телами (не показаны на чертежах), имеющий диаметр 1 м и подключенный к приводу 2 с возможностью вращения вокруг продольной оси.
Барабан 1 в каждом сечении барабана 1, перпендикулярном его оси вращения, в отдельности снабжен четырьмя равными по размеру посадочными отверстиями (не обозначены на чертежах). Посадочные отверстия расположены в шахматном порядке. Общее число посадочных отверстий на электромагнитной шаровой мельнице - 8 шт. Количество посадочных отверстий на линиях, образующие барабан, равно между собой. Электромагнитная шаровая мельница также содержит средство для загрузки материалов 3 и средство для разгрузки материалов 4, источники магнитного поля в виде закрепленных в посадочных отверстиях электромагнитов 5, а также блок управления 6.
Сердечники 7 электромагнитов 5 направляют магнитное поле внутрь барабана 1. Таким образом, в
- 5 028170 каждом посадочном отверстии закреплен один электромагнит 5, сердечник 7 которого защищен футеровкой 8. Электромагниты 5 выполнены равными.
Внутренняя поверхность барабана 1 снабжена футеровкой 9. Барабан 1 установлен на опорах 10.
Блок управления 6 содержит датчик синхронизации 11, устройство связи с наземным блоком управления 12 через линию связи 13, устройство формирования команд управления 14, мостовые коммутаторы 15, а также средство питания электромагнитов 16. Датчик синхронизации 11, устройство связи с наземным блоком управления 12, устройство формирования команд управления 13, мостовые коммутаторы 14, средство питания электромагнитов 15 расположены в герметичном ударопрочном корпусе (не обозначен на чертежах).
Устройство связи с наземным блоком управления 12 через линию связи 13 подключено к наземному блоку управления 17, а также подключено к устройству формирования команд управления 14. Устройство формирования команд управления 14 подключено к датчику синхронизации 11 и подключено к каждому мостовому коммутатору 15. Каждый мостовой коммутатор 15 содержит датчик мониторинга 18, сигналы которого передаются через устройство формирования команд управления 14 и устройство связи с наземным блоком управления 12 на наземный блок управления 17.
Средство питания электромагнитов 16 выполнено в виде скользящих электроконтактов, подключено к каждому электромагниту 5 и питает каждый мостовой коммутатор 15, устройство формирования команд управления 14 и датчик синхронизации 11.
Каждый сердечник 7 снабжен обмоткой 19, выполненной в виде четырех отдельных секций 20. Блок управления 6 расположен на барабане 1, каждый мостовой коммутатор 15 подключен к отдельной секции 20 обмотки 19. Датчик мониторинга 18 для каждой секции 20 обмотки 19 предназначен для непрерывной диагностики работоспособности секции 20 обмотки 19 электромагнита 5 и режимов ее работы.
Сердечник 7 каждого электромагнита 5 представляет собой набор отдельных металлических пластин 21 из электротехнической стали марки 3415 или 3411 с полем насыщения 1,5 Тл толщиной 0,1 мм, разделенных слоями электроизоляционного материала в виде лакового покрытия толщиной 0,1 мкм.
Пример 2.
Устройство электромагнитной шаровой мельницы по примеру 2 схоже с электромагнитной шаровой мельницей по примеру 1. Однако, посадочные отверстия расположены так, как это показано на фиг.
2. Общее число электромагнитов на электромагнитной шаровой мельнице - 8 шт.
Пример 3.
Устройство электромагнитной шаровой мельницы по примеру 3 схоже с электромагнитной шаровой мельницей по примеру 1. Однако посадочные отверстия расположены так, как это показано на фиг.
3. Общее число электромагнитов на электромагнитной шаровой мельнице - 6 шт.
Пример 4.
Устройство электромагнитной шаровой мельницы по примеру 4 схоже с электромагнитной шаровой мельницей по примеру 2.
Отличие заключается в том, что сердечник 7 каждого электромагнита 5 выполнен монолитным из феррита с полем насыщения 1,5 Тл и электропроводностью 50 см/м.
Принцип работы заявляемого устройства заключается в следующем.
Руда поступает в барабан 1 с ферромагнитными мелющими телами через средство для загрузки материалов 3. Привод 2 обеспечивает вращательное движение барабана 1.
Датчик синхронизации 11 формирует тактовые импульсы, жестко привязанные к угловому положению барабана 1, на основании которых устройство формирования команд управления 14 по заданному алгоритму выдает команды генерации импульсов включения и выключения секций 20 каждого электромагнита 5. Алгоритм может быть скорректирован оператором через наземный блок управления 17 и линию связи 13. Мостовые коммутаторы 15 преобразуют эти импульсы в токи включения и выключения соответствующей секции 20 электромагнита 5.
Устройство формирования команд управления 14 опрашивает встроенные датчики мониторинга 18, контролирующие режим работы каждой секции 20 электромагнита 5. На основании информации от датчиков мониторинга 18 устройство формирования команд управления 14 создает файл состоянии секции 20 и передает его через устройство связи с наземным блоком управления 12 на наземный блок управления 17. Оператор имеет возможность в реальном режиме времени контролировать работоспособность и режим работы каждой секции 20 электромагнитов 5.
Средство питания электромагнитов 16 запитывает всю аппаратуру, размещенную на барабане 1, получая электроэнергию через устройство связи с наземным блоком управления 12 от наземного блока управления 17.
Датчик синхронизации 11 непрерывно определяет угловое положение барабана 1 по отношению к вектору тяготения и синхронизирует работу устройства формирования команд управления 14, которое на основании углового положения барабана 1 формирует сигнал управления каждой секцией 20 электромагнита 5.
Магнитное поле, формируемое электромагнитами 5, воздействует на ферромагнитные мелющие те- 6 028170 ла и обеспечивает их движение по определенной траектории (фиг. 6 - линия ВЕ).
Сердечники 7 электромагнитов 5 направляют созданное обмотками 19 магнитное поле внутрь барабана 1, обеспечивая эффективное взаимодействие этого поля с мелющими телами.
Футеровка 9 защищает сердечники 7 и обмотки 19 электромагнитов 5 от повреждений.
Измельченный продукт удаляется из барабана 1 через средство для разгрузки материалов 4.
В ходе разработки предлагаемых решений было проведено сравнение скорости включения и выключения магнитного поля серийного электромагнита ДИМ 70-63, оборудованного штатной схемой питания, и электромагнитов согласно заявляемому устройству (пример 1 и пример 4), имеющих размеры, аналогичные ДИМ 70-63.
Результаты измерений, выполненных одним датчиком, представлены в табл. 1.
Без устройств ускорения коммутации, расположенных в штатной схеме питания электромагнита ДИМ 70-63, время включения составило 8 с, а выключения - 12 с.
Траектории движения электромагнитной шаровой мельницы по прототипу представлена на фиг. 6 линии ΛΌ и АС. Множество ударов мелющих тел осуществляется о футеровки 8 и 9, обеспечивая высокую скорость износа футеровок 8 и 9.
Заявляемая электромагнитная шаровая мельница позволяет двигаться мелющим телам по траектории (фиг. 6 - линия ВЕ), что позволяет увеличить энергию ударов мелющих тел и направить их на обрабатываемую породу.
Для отладки аппаратных режимов и изучения производительности заявляемой электромагнитной шаровой мельницы были изготовлены модели электромагнитной шаровой мельницы по примеру 2 и примеру 4 диаметром барабана 1 - 1 м. Длины мельниц 0,8 м. Барабан 1 каждой электромагнитной шаровой мельницы загружен стальными мелющими телами 050 мм - 1,2 т. В ходе экспериментов обрабатывалась титано-магнетитовая руда крупностью 5 мм с Качканарского рудника, а также медно-цинковая руда Карабашского месторождения. Время обработки во всех экспериментах было фиксировано 30 мин.
Сравнение эффективности работы электромагнитных шаровых мельниц осуществлялось путем проведения четырех экспериментов на каждом из двух видах сырья:
в одном опыте (опыт 1) электромагниты были отключены, и электромагнитная шаровая мельница работала в водопадном режиме, моделируя работу обычной электромагнитной шаровой мельницы;
в другом опыте (опыт 2) электромагнитная шаровая мельница по прототипу, в качестве электромагнитов использовались изделия ДИМ 70-63;
в третьем опыте (опыт 3) использовалась заявляемая электромагнитная мельница с двумя электромагнитами, выполненными шихтованными, причем режимы работы были предварительно оптимизированы для конкретного сырья;
в четвертом опыте (опыт 4) использовалась заявляемая электромагнитная мельница с двумя электромагнитами с монолитным сердечником, причем режимы работы были предварительно оптимизированы для конкретного сырья.
Результаты сравнения приведены в табл. 2.
Из табл. 1 и 2 видно, что реализация заявляемого устройства позволяет уменьшить удельный расход энергии на измельчение электромагнитной шаровой мельницы в 2,13 раза, в случае измельчения качканарской руды (магнитная порода содержит железо), и в 1,4 раза в случае с измельчением Карабашской руды (содержит медь), тем самым повышая производительность электромагнитной шаровой мельницы в среднем в 1,5 раза.
Как видно из табл. 2, применение стандартных электромагнитов (опыт 2) дает некоторый эффект по увеличению выхода годного материала по сравнению с опытом 1, но расход энергии на измельчение в этом случае возрастает. Это происходит из-за того, что время коммутации (2-3 с) электромагнитов с литыми сердечниками существенно превышает период оборота электромагнитной шаровой мельницы по прототипу (1,8 с), поэтому включения и отключения электромагнитов происходят хаотично, никак не привязаны к угловому положению. Кроме того, ввиду задержек исполнения команд на включение и отключение электромагнитов фактически электромагниты большую часть времени находились в полувключенном состоянии. Экономически такой режим не представляет интереса.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет достичь технический результат - повышение производительности измельчения электромагнитной шаровой мельницы за счет оптимизации траекторий движения мелющих тел и уменьшения паразитного трения мелющих тел обеспечивается повышением скорости изменения магнитного поля и обеспечением возможности ступенчатого регулирования величины магнитного поля электромагнитов шаровой мельницы по оптимальным законам, при одновременном повышении надежности работы электромагнитной шаровой мельницы и повышении безопасности ее эксплуатации.
- 7 028170
Таблица 1
Таблица 2
Сырьё № опыта Расход Э/энергии КВт-час Выход годного, класс 74The claimed invention relates to a device for grinding materials in a rotating drum by ferromagnetic grinding media and can be used in the preparation of raw materials for enrichment, as well as in the construction, chemical and other industries.
A ball mill is known, including a cylindrical chamber mounted to rotate around the horizontal axis of the cylinder, a plurality of steel balls in the chamber, the chamber being made of paramagnetic material, balls made of ferromagnetic material, at least one magnet is installed outside the chamber, the magnetic field lines of which are directed into the chamber and which is movable relative to the chamber between a plurality of positions on a corresponding arc, the center of curvature of which is on the axis of rotation of the chamber [I8 5383615, IPC В02С 17/00, 01/24/1995].
Known electromagnetic ball mill, consisting of a tubular housing and a transmission mechanism, and on the outer side of the tubular housing are installed from 2 to 3 electromagnets, while one of the electromagnets is directly connected by a power source, and the rest of the electromagnets are connected through power time switches [SI101708477, IPC V02C 17 / 00, 05/19/2010].
A disadvantage of the known device is the weak effect of electromagnets on grinding media, determined by the significant distance between them. In addition, the lack of tight synchronization of the magnetic field and the angular position of the tubular body does not allow for high grinding efficiency.
As a prototype, an electromagnetic ball mill was chosen, which contains a lined drum with ferromagnetic balls, a magnetic field source, sliding contacts, a switching unit and means for unloading and unloading materials, the drum being made with staggered holes and the magnetic field source in in the form of electromagnets fixed on the outside of the drum, the cores of which are placed in the holes of the drum and brought out under the lining, and the windings are connected through sliding contacts to switching evil to actuate in the lower half area of the drum [8I1694220 IPC V02S 19/18, 05.07.88].
The disadvantage of the prototype device is the low grinding efficiency due to the low rate of change of the magnetic field. Effective process control requires a clear time synchronization of changes in the magnetic field of electromagnets with the angular position of this electromagnet on a rotating drum relative to the gravitational force vector. Serial electromagnets have a large inductance (tens of Henry or more) and a long (units of seconds) switching time (on and off) of the magnetic field. For the implementation of the mills in the described designs, the required commutation time should be significantly less, for example, for use in a mill with a diameter of 3 m, the commutation time should not exceed 0.05 s. The presence of Foucault currents in a monolithic core limits the switching speed of electromagnets, which impedes the effective control of the movement of grinding bodies, impairs the efficiency of grinding and causes a high specific energy consumption for grinding and a high wear rate of grinding bodies. Acceleration of the operation of electromagnets, that is, reduction of the switching time of the field by increasing the switching current using diodes or using a second power source, leads to a very cumbersome poorly implemented design with low efficiency and does not fully solve the problem of increasing the switching speed of an electromagnet. At the same time, the energy losses due to switching of the electromagnet increase, which reduces the effect of the use of an electromagnetic ball mill.
In addition, the electromagnetic ball mill of the prototype has low reliability, due to the low reliability of the switching system of the magnetic field, since the failure of at least one winding of the electromagnet leads to the cessation of the entire electromagnet. The low reliability of the electromagnetic ball mill according to the prototype is also given by the contact electromagnet power supply system used in its composition.
The implementation of the contact power system of electromagnets, described in the prototype, is complicated by a large number of contact pairs and high requirements for currents and voltages that contact pairs must transmit. To implement the prototype, it is necessary to use the number of pairs of current-collecting contacts corresponding to the number of electromagnets, since the electromagnets located on the mill drum are in different angular positions, each requires its own power supply. The implementation of the contact switching described in the prototype is complicated by the fact that the insulation of the movable contacts must withstand the increased voltage generated when the electromagnet is turned off, and the permissible current must be selected taking into account the reactive nature of the load. Placing such a number of tires, taking into account their electrical characteristics, is extremely structurally difficult, expensive to implement, this design has low reliability and is dangerous for personnel.
The technical task is the creation of an electromagnetic ball mill, which has a large grinding performance while improving its reliability and increasing the safety of its operation.
The technical result is an increase in the grinding efficiency of an electromagnetic ball mill by optimizing the trajectories of the grinding media and reducing parasitic friction of the grinding media, is provided by timely correction of the movement of grinding media by increasing
- 1 028170 the rate of change of the magnetic field created by the electromagnets of the electromagnetic ball mill, while improving the reliability of the electromagnetic ball mill and increasing the safety of its operation.
The essence of the claimed device is as follows.
The electromagnetic ball mill comprises a control unit, a lined mill drum with ferromagnetic grinding media, provided with equal seating holes that are evenly spaced on the lines forming the drum, central angles of the mounting holes in each section of the drum perpendicular to its axis of rotation and passing through the center of the corresponding landing hole are equal to each other, means for loading and unloading materials, magnetic field sources in the form of fixed in landing holes Holes of electromagnets, the cores of which are made with the possibility of forming a magnetic field inside the drum and are protected by a lining, a means of supplying electromagnets. Unlike the prototype, the core of each electromagnet is a set of individual metal plates made of a material with a saturation field of at least 1.5 T, separated by a layer of electrical insulation material, or made of a monolithic magnetic material with a saturation field of at least 1.5 T and electrical conductivity no more than 50 cm / m, the core of each electromagnet is equipped with a winding made in the form of at least two or more separate sections, while the control unit is located on the drum and consists of separate modules control, each of which is connected to a separate section of the winding of the core of the electromagnet and to the power supply of electromagnets.
Landing holes can be staggered. Other options for the location of the mounting holes are possible, for example, the angular displacement of the central angle of the marking of the holes between the rows of electromagnets can be determined by the formula: а = 360 / п-к, where η is the number of electromagnets in each section of the electromagnetic ball mill perpendicular to its axis of rotation and passing through the center of the corresponding landing hole, k is the number of rows of electromagnets located along the drum.
The number of bore holes on the lines forming the drum is equal to each other, the central angles of the bore holes in each section of the drum perpendicular to its axis of rotation and passing through the center of the corresponding bore hole are equal. The fulfillment of this requirement allows you to balance the load on the supporting elements of the inventive mill, as well as to align the distribution of the magnetic field inside the drum, which increases the productivity of the electromagnetic ball mill.
The power supply to the control unit is through an electromagnet power supply unit, which supplies electric energy to the drum.
The electromagnet power supply can be made in the form of any power supply systems for the drum, for example, serial contact buses of the type И10 / 25 С-6, contactless current collectors Р1СН-ir5СР8-Ри complete with cable НР25 СР8-РЬ-25 or power supply systems ОЬЕУ, developed Institute ΚΑΙ8Τ (South Korea) or other means of similar purpose.
The number of winding sections of each electromagnet depends on the diameter of the drum of the electromagnetic ball mill, taking into account the electrical characteristics of the semiconductor bridge switches on which the control module is built.
Preferably, the number of winding sections of each electromagnet when using an electromagnetic ball mill with a drum with a diameter of 1 to 5 m is from 5 to 30 pieces, which is determined by calculation, based on the required magnitude of the magnetic field. Using a larger number of winding sections of each electromagnet and the corresponding number of control modules allows you to create a magnetic field of a larger magnitude when fulfilling the requirements for the switching speed of this field. Such a solution is more expensive, it is appropriate for electromagnetic ball mills of large diameters (4-5 m). The decrease in the number of winding sections of each electromagnet is limited by the electrical characteristics of the semiconductor bridge switches included in the control modules, so the number of sections cannot be very small. In addition, with a decrease in the number of sections, the inductance of a single section and the switching time sharply increase. For example, for an electromagnetic ball mill with a diameter of 1 m, the preferred number of winding sections of each electromagnet is 5-7 sections. A decrease in the number of winding sections of each electromagnet will ultimately lead to an increase in the time of switching the magnetic field, this will lead to the movement of grinding media along different paths from the optimal ones, which will lead to a decrease in the performance of the electromagnetic ball mill, an increase in the energy consumption for grinding and a decrease in the grinding efficiency.
Mathematical modeling of processes in an electromagnetic ball mill showed that the effect of increasing the number of electromagnets over 4 electromagnets in each cross section of the drum is negligible. To reduce the cost of the design, it is possible to reduce the number of electromagnets (up to 1-2 pcs.), But this will lead to the fact that after passing the electromagnet of the lift zone, a dead zone has time to form in this zone, consisting of inactive grinding media, the layers of which slip against each other, consuming a significant proportion of the energy supplied to the shaft of the electromagnetic 2,081,170 electromagnetic ball mill. The energy consumption for grinding an electromagnetic ball mill and grinding performance with one electromagnet in each cross section of the drum will be 15% less than a conventional electromagnetic ball mill, but 70% more than an electromagnetic ball mill with 4 electromagnets in each cross section of the drum . With an increase in the number of electromagnets, the residual effects of the dead zone persist, but are less and less pronounced. For economic reasons, the preferred number of electromagnets in each drum cross section for large mills (4-5 m in diameter) is 4-5 electromagnets, and 3-4 electromagnets for medium mills (1-3 m in diameter). Thus, each section of the drum, perpendicular to its Central axis, individually preferably contains 3-5 landing holes for electromagnets.
The monolithic core of the electromagnet can be made of magnetic material having a saturation field of at least 1.5 T and conductivity of not more than 50 cm / m, for example, from ferrite or other magnetic material having a saturation field of at least 1.5 T and conductivity of not more than 50 cm / m.
The plates of the core of the electromagnet can be made of metal with a saturation field of at least 1.5 T, for example, electrical steel, alsifer, low nickel permalloy, permendure, alloys Nyasa Me1a1§ Ppsts1. Witorett. The thickness of each plate is preferably from 0.05 to 0.35 mm, preferably 0.1-0.2 mm. The greater the thickness of the plates, the more currents inside the core, and therefore longer switching time. The thickness of the plates cannot be less than 0.05 mm, such plates are almost not produced in series, moreover, when using especially thin plates, the magnetic field begins to fall due to an increase in the fraction of insulation in the total cross section of the core. The thickness of each plate cannot be more than 0.35 mm, because of the unacceptable increase in eddy currents, which increase in proportion to the square of the plate thickness. As an electrical insulating material, a varnish coating of an electrical insulating varnish or a layer of paper may be used; other solutions may be used. The thickness of the insulating material is preferably up to 0.01 mm, which is determined empirically. An increase in the thickness of the insulating material leads to a decrease in the specific metal content in the core, which reduces the magnitude of the magnetic field and reduces the performance of the electromagnetic ball mill as a whole.
The lining of the electromagnet can be made flat, part of the continuation of the lining of the drum or other shape.
The uniform arrangement of the bore holes on the lines forming the drum, and the implementation of the central angles of the bore holes in each section of the drum perpendicular to its axis of rotation and passing through the center of the corresponding bore holes equal to each other, allows to balance the claimed electromagnetic ball mill and reduce dynamic loads on its bearings , as well as align the distribution of the magnetic field inside the drum, which provides an increase in electromagnetic performance th ball mill. Thus, the uniform arrangement of the bore holes on the lines forming the drum, and the fulfillment of the central angles of the bore holes in each section of the drum perpendicular to its axis of rotation and equal to each other through the center of the corresponding bore hole, is a necessary constructive condition for the electromagnetic ball mill to work as intended .
It is known the use of partitioned windings in hoisting electromagnets [patent for invention 2111914, IPC B66C 1/06, 12/08/1995]. Partitioning in these devices is used to organize heat removal from windings that actively generate heat during operation. The windings are connected in series and connected with a two-wire cable to a single control unit located stationary, in contrast to a lifting electromagnet moving in the working area, therefore, from the point of view of the method of creating a magnetic field, several (usually 6-8 pcs.) Sections are one coil.
In the claimed device, the execution of the winding of each core in the form of separate sections, the connection of each section to a separate control module can reduce the switching overload of the switching elements, and thereby provide an increase in the switching speed of the magnetic field to the values required by the control algorithm, while simultaneously increasing the reliability of the mill due to redundancy the main elements of the magnetic field switching system, including the control unit and electromagnets, since the failure of one section the winding of the electromagnet or the associated control module does not stop the operation of the entire device. In addition, the presence of a series of individual blocks, consisting of a section of an electromagnet winding and a control module for this section, allows you to adjust the magnetic field according to stepwise and alternating laws due to the switching of part of the individual blocks. This mode of operation requires less energy consumption, increases the performance of an electromagnetic ball mill and has a simpler implementation than a smooth change in current in the windings of one electromagnet.
In the patent for the invention of KP2536886 [patent for the invention of KP2536886, IPC V02C 19/00, V02C
- 3,028,170
13/00, 07/08/2013], it is shown that in order to ensure the optimal movement of grinding media, it is necessary to ensure the calculated law of magnetic field change in time, strictly synchronizing it with the rotation of the mill drum. The magnetic field of the electromagnetic ball mill is regulated according to stepwise and alternating laws so that the first pulse is characterized by an alternating magnetic field, which starts to be applied at an angular position of the electromagnet from -60 to -30 °, counting the central angle from the vector directed vertically downward from the rotation axis of the drum , the second pulse is characterized by a constant magnetic field, which starts to be supplied at an angular position of the electromagnet from 0 to 30 °, and ends up to be given at an angular field zhenii electromagnet 110 to 165 °. The inventive device allows you to implement the required law of change of the magnetic field.
The implementation of the core of the electromagnet in the form of a set of separate metal plates with a saturation field of at least 1.5 T, separated by a layer of electrical insulation material, or the execution of the core of the electromagnet monolithic of magnetic material with a saturation field of at least 1.5 T and an electrical conductivity of not more than 50 cm / m provides reducing the time of transient processes when turning on and off the magnetic field due to the reduction of Foucault currents that impede the change in the magnetic field. This allows you to increase the switching speed of the magnetic field to the values required by the control algorithm, that is, to increase the reaction rate of the magnetic field to control commands.
The time of switching off and on of serial electromagnets (for example, PM26, M-63) with a cast core is not standardized, but according to experimental data it often makes 5-20 s. To reduce the switching time, the standard wiring diagram includes elements for accelerating the work and magnetization reversal of the electromagnet winding. In this way, the switching time is reduced to 2-3 s, while a significant part of the energy stored in the electromagnet is dissipated by special resistors. An electromagnet, similar in size to the serial PM26, made in accordance with the claimed device, has a switching time of less than 0.05 s.
The implementation of the core in the form of a set of separate metal plates with a saturation field of at least 1.5 T, separated by a layer of electrical insulation material, or monolithic of magnetic material with a saturation field of at least 1.5 T and an electrical conductivity of not more than 50 sim / m, allows achieving similar technical values result, but compared with the performance with a traditional cast core, it allows to reduce the time of transient processes when turning on and off the magnetic field from 2-3 to 0.05 s or less due to the reduction of Foucault currents. This difference is a prerequisite for the use of electromagnets in the construction of an electromagnetic ball mill.
An increase in the magnetic field switching speed to the values required by the control algorithm allows synchronizing the change in the magnetic field of electromagnets with the angular position of this electromagnet relative to the gravitational force vector with a given accuracy, which ensures the movement of grinding media along optimal paths and reduces the unproductive friction of the layers of grinding media against each other. The implementation of optimal work algorithms significantly reduces the energy costs of grinding, increases the productivity of the electromagnetic ball mill due to the timely and accurate action of the magnetic field on the grinding media.
Increasing the performance of the electromagnetic ball mill, reducing the energy consumption for grinding the electromagnetic ball mill is achieved by ensuring timely exposure of the magnetic field to the grinding media, ensuring the movement of the grinding media along the optimal paths and eliminating unproductive friction of the layers of grinding media against each other. As a result, a large proportion of the energy supplied to the inventive electromagnetic mill is spent on impacts on the crushed rock, which provides an increase in the useful effect - the yield of the product.
Placing the control unit on the drum and dividing the winding of each electromagnet into sections simplifies the design of the control unit by reducing the length of the communication lines from the control modules to the core winding sections, reduces the requirements for both communication lines and switching elements, and also increases the overall reliability of the electromagnetic ball mill and increases the safety of its operation. Unlike the prototype, only one pair of contacts is enough to power the control unit, and the reactive component on the power bus is small. Thus, the placement of the control unit on the drum is a mandatory structural element, without which the parameters of the inventive electromagnetic mill will be much worse, since the mill with the control unit located on the ground must have a large number of contact pairs for supplying power to the drum, making high demands on currents and voltages that contact pairs must transmit. To implement the prototype, it is necessary to use the number of pairs of current-collecting contacts corresponding to the number of electromagnets, since the electromagnets located on the mill drum are in different angular positions, each requires its own power supply. Placing a large number of tires, taking into account their electrical characteristics, is extremely structurally difficult, expensive to implement, this design has low reliability and is dangerous for personnel.
Increased reliability of the mill with a control unit located on a movable housing,
- 4 028170 is determined by the fact that for supplying such a system only one contact pair is required and the load has a minimum reactive component. In addition, the proposed system organically implements redundancy of control units; failure of individual units does not lead to a failure of the entire electromagnet.
Experimental studies have shown that the material of the monolithic core must have a saturation field of at least 1.5 T and the material of the core plates must have a saturation field of at least 1.5 T to create a strong magnetic field. In the case of using a monolithic core material with a saturation field of less than 1.5 T and core plate material with a saturation field of less than 1.5 T, the effect of the action of electromagnets will be less and the performance of the electromagnetic ball mill will decrease significantly, the energy consumption for grinding will increase.
The material of the monolithic core should have an electrical conductivity of not more than 50 cm / m, since currents of such a magnitude cannot occur in such a core to significantly affect the switching time of the magnetic field. If the conductivity is greater than 50 cm / m, then the switching time of the magnetic field will increase, in addition, the core itself will begin to heat up, as a result, the claimed electromagnetic ball mills will not be able to work as intended.
The inventive device in comparison with the prototype has a number of distinctive features, which allows us to conclude that the proposed solution meets the criterion of novelty.
When implementing the invention according to the prototype, it was revealed that electromagnetic ball mills have high grinding efficiency with a mill diameter of less than 200 mm. With increasing diameter of the mill according to the prototype, the efficiency decreased. With a drum diameter of 1.2 m, the effectiveness of the use of electromagnets during grinding was absent. An analysis of the reasons revealed the insufficient speed of the electromagnets, that is, the switching speed of the magnetic field. Small-sized electromagnets were successfully switched by a conventional mechanical chopper, but with an increase in the size of the electromagnetic ball mill by 6 times, the inductance of the electromagnet increased by 216 times, in addition, the requirements for the magnitude of the magnetic field increased, these requirements together sharply limited the speed of switching of electromagnets. Practical interest is directed to electromagnetic ball mills with a drum diameter of 2 m or more. The developed mathematical model and work on the experimental setup showed that the inventive electromagnetic ball mills can be successfully applied with a drum diameter of more than 1 dm, which determines the introduction of significant improvements in the field of technology - devices for grinding materials in a rotating drum with ferromagnetic grinding bodies.
The implementation of the winding of each core in the form of separate sections, the connection of each section to a separate control module and the implementation of the core of the electromagnet in the form of a set of separate metal plates separated by a layer of electrical insulation material, or the core is made monolithic of magnetic material with a saturation field of at least 1.5 T and electrical conductivity of not more than 50 cm / m, as well as the location of the control unit on the drum of an electromagnetic ball mill allows you to achieve a synergistic effect, providing the possibility of increasing the productivity of an electromagnetic ball mill of industrial sizes for grinding.
Thus, the claimed invention meets the criterion of inventive step.
The inventive device can be applied in industry and implemented using known products and methods, and therefore meets the patentability criterion of industrial applicability. The inventive device is illustrated by the following drawings:
FIG. 1 is a general view of an electromagnetic ball mill (example 1);
FIG. 2 - reamer of the drum of an electromagnetic ball mill (example 2);
FIG. 3 - sweep of the drum of an electromagnetic ball mill (example 3);
FIG. 4 is a cross section AA of an electromagnetic ball mill (Example 1);
FIG. 5 is a functional diagram of the connections of the control unit of an electromagnetic ball mill (examples 1-4);
FIG. 6 is a general view of the motion paths of grinding media in an electromagnetic ball mill (examples 1-4).
Example 1
The electromagnetic ball mill contains a lined drum 1 with ferromagnetic grinding bodies (not shown in the drawings), having a diameter of 1 m and connected to the drive 2 with the possibility of rotation around a longitudinal axis.
The drum 1 in each section of the drum 1, perpendicular to its axis of rotation, is separately equipped with four equally sized landing holes (not indicated in the drawings). Landing holes are staggered. The total number of landing holes in an electromagnetic ball mill is 8 pcs. The number of landing holes on the lines forming the drum is equal to each other. The electromagnetic ball mill also contains means for loading materials 3 and means for unloading materials 4, magnetic field sources in the form of electromagnets fixed in the mounting holes 5, and also a control unit 6.
The cores 7 of the electromagnets 5 direct the magnetic field inside the drum 1. Thus, in
- 5 028170 each electromagnet is fixed one electromagnet 5, the core 7 of which is protected by a lining 8. The electromagnets 5 are made equal.
The inner surface of the drum 1 is provided with a lining 9. The drum 1 is mounted on supports 10.
The control unit 6 contains a synchronization sensor 11, a communication device with a ground control unit 12 through a communication line 13, a control command generation device 14, bridge switches 15, and an electromagnet power supply 16. A synchronization sensor 11, a communication device with a ground control unit 12, a device the formation of control commands 13, bridge switches 14, the power supply of the electromagnets 15 are located in a sealed shockproof housing (not indicated in the drawings).
A communication device with a ground control unit 12 through a communication line 13 is connected to a ground control unit 17, and also connected to a control command generation device 14. A control command generation device 14 is connected to a synchronization sensor 11 and connected to each bridge switch 15. Each bridge switch 15 contains a monitoring sensor 18, the signals of which are transmitted through the control command generation device 14 and a communication device with the ground control unit 12 to the ground control unit 17.
The power supply of the electromagnets 16 is made in the form of sliding electrical contacts, connected to each electromagnet 5 and feeds each bridge switch 15, a control command generation device 14 and a synchronization sensor 11.
Each core 7 is equipped with a winding 19, made in the form of four separate sections 20. The control unit 6 is located on the drum 1, each bridge switch 15 is connected to a separate section 20 of the winding 19. The monitoring sensor 18 for each section 20 of the winding 19 is designed for continuous diagnosis of the health of the section 20 windings 19 of electromagnet 5 and its operating modes.
The core 7 of each electromagnet 5 is a set of individual metal plates 21 made of electrical steel grade 3415 or 3411 with a saturation field of 1.5 T of a thickness of 0.1 mm, separated by layers of electrical insulation material in the form of a varnish coating with a thickness of 0.1 μm.
Example 2
The electromagnetic ball mill device of Example 2 is similar to the electromagnetic ball mill of Example 1. However, the seating holes are located as shown in FIG.
2. The total number of electromagnets in an electromagnetic ball mill is 8 pcs.
Example 3
The electromagnetic ball mill device of Example 3 is similar to the electromagnetic ball mill of Example 1. However, the seating holes are located as shown in FIG.
3. The total number of electromagnets in an electromagnetic ball mill is 6 pcs.
Example 4
The electromagnetic ball mill device of example 4 is similar to the electromagnetic ball mill of example 2.
The difference is that the core 7 of each electromagnet 5 is made of monolithic ferrite with a saturation field of 1.5 T and an electrical conductivity of 50 cm / m.
The principle of operation of the claimed device is as follows.
The ore enters the drum 1 with ferromagnetic grinding media through a means for loading materials 3. The drive 2 provides rotational movement of the drum 1.
The synchronization sensor 11 generates clock pulses that are rigidly tied to the angular position of the drum 1, on the basis of which the control command generation device 14, according to a predetermined algorithm, gives commands to generate on and off pulses of sections 20 of each electromagnet 5. The algorithm can be adjusted by the operator through the ground control unit 17 and communication line 13. The bridge switches 15 convert these pulses into on and off currents of the corresponding section 20 of the electromagnet 5.
The control command generation device 14 interrogates the built-in monitoring sensors 18 that control the operation mode of each section 20 of the electromagnet 5. Based on the information from the monitoring sensors 18, the control command generation device 14 creates a state file of the section 20 and transfers it through the communication device with the ground control unit 12 to the ground control unit 17. The operator has the ability in real time to monitor the performance and operation mode of each section 20 of the electromagnets 5.
The power supply of the electromagnets 16 energizes all the equipment located on the drum 1, receiving electricity through a communication device with the ground control unit 12 from the ground control unit 17.
The synchronization sensor 11 continuously determines the angular position of the drum 1 with respect to the gravitational vector and synchronizes the operation of the control command generation device 14, which, based on the angular position of the drum 1, generates a control signal for each section 20 of the electromagnet 5.
The magnetic field generated by the electromagnets 5 acts on the ferromagnetic grinding media 6 028170 l and ensures their movement along a certain path (Fig. 6 - line BE).
The cores 7 of the electromagnets 5 direct the magnetic field created by the windings 19 into the drum 1, ensuring the effective interaction of this field with grinding media.
The lining 9 protects the cores 7 and the windings 19 of the electromagnets 5 from damage.
The crushed product is removed from the drum 1 through a means for unloading materials 4.
During the development of the proposed solutions, a comparison was made of the speed of turning on and off the magnetic field of a serial electromagnet DIM 70-63, equipped with a standard power supply circuit, and electromagnets according to the claimed device (example 1 and example 4), having dimensions similar to DIM 70-63.
The results of measurements performed by one sensor are presented in table. one.
Without switching acceleration devices located in the standard power supply circuit of the DIM 70-63 electromagnet, the turn-on time was 8 s and the turn-off time was 12 s.
The trajectory of the electromagnetic ball mill of the prototype is shown in FIG. 6 lines ΛΌ and AC. Many strokes of grinding media are carried out on the linings 8 and 9, providing a high wear rate of the linings 8 and 9.
The inventive electromagnetic ball mill allows the grinding bodies to move along the trajectory (Fig. 6 - line BE), which allows to increase the energy of the impacts of the grinding bodies and direct them to the processed rock.
To debug hardware modes and study the performance of the inventive electromagnetic ball mill, models of the electromagnetic ball mill were made according to Example 2 and Example 4 with a drum diameter of 1 - 1 m. Mill lengths were 0.8 m. Drum 1 of each electromagnetic ball mill was loaded with 050 mm steel grinding media - 1.2 tons. In the course of the experiments, titanium-magnetite ore with a grain size of 5 mm from the Kachkanarsky mine was processed, as well as copper-zinc ore from the Karabash deposit. The processing time in all experiments was fixed 30 min.
Comparison of the performance of electromagnetic ball mills was carried out by conducting four experiments on each of two types of raw materials:
in one experiment (experiment 1), the electromagnets were turned off, and the electromagnetic ball mill worked in a waterfall mode, simulating the operation of a conventional electromagnetic ball mill;
in another experiment (experiment 2) an electromagnetic ball mill according to the prototype, products DIM 70-63 were used as electromagnets;
in the third experiment (experiment 3), the inventive electromagnetic mill with two electromagnets made in batch was used, and the operating modes were previously optimized for a specific raw material;
in the fourth experiment (experiment 4), the inventive electromagnetic mill with two electromagnets with a monolithic core was used, and the operating modes were previously optimized for a particular raw material.
The comparison results are given in table. 2.
From the table. 1 and 2 it can be seen that the implementation of the claimed device allows to reduce the specific energy consumption for grinding an electromagnetic ball mill by 2.13 times, in the case of grinding Kachkanar ore (magnetic rock contains iron), and 1.4 times in the case of grinding Karabash ore ( contains copper), thereby increasing the productivity of the electromagnetic ball mill by an average of 1.5 times.
As can be seen from the table. 2, the use of standard electromagnets (experiment 2) gives some effect on increasing the yield of suitable material compared to experiment 1, but the energy consumption for grinding in this case increases. This is due to the fact that the switching time (2-3 s) of electromagnets with cast cores significantly exceeds the period of revolution of the electromagnetic ball mill according to the prototype (1.8 s), therefore, the on and off of the electromagnets occur randomly, are not tied to the angular position . In addition, due to delays in the execution of commands to turn electromagnets on and off, in fact, most electromagnets were in a half-turned state. Economically, such a regime is not of interest.
Thus, the claimed invention allows to achieve a technical result - increasing the grinding performance of an electromagnetic ball mill by optimizing the trajectories of the grinding media and reducing the parasitic friction of grinding media is provided by increasing the rate of change of the magnetic field and providing the possibility of stepwise regulation of the magnetic field of the electromagnets of the ball mill according to optimal laws, while improving the reliability of the electromagnetic ball mill and improving the safety of its operation.
- 7,028,170
Table 1
table 2
Raw materials No. of experience Energy / kW consumption Hourly yield, class 74Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201501007A EA028170B1 (en) | 2015-10-26 | 2015-10-26 | Electromagnetic ball mill |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201501007A EA028170B1 (en) | 2015-10-26 | 2015-10-26 | Electromagnetic ball mill |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201501007A1 EA201501007A1 (en) | 2017-04-28 |
| EA028170B1 true EA028170B1 (en) | 2017-10-31 |
Family
ID=58762725
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201501007A EA028170B1 (en) | 2015-10-26 | 2015-10-26 | Electromagnetic ball mill |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA028170B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108236992A (en) * | 2018-01-19 | 2018-07-03 | 平罗县祥美化工有限公司 | Boiling type ball mill |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4134557A (en) * | 1976-09-29 | 1979-01-16 | I.O.S. Industria Ossidi Sinterizzati S.R.L. | Device for propelling grinding bodies in a grinding mill |
| SU1694220A1 (en) * | 1988-07-05 | 1991-11-30 | Уральский научно-исследовательский и проектный институт медной промышленности "УНИПРОМЕДЬ" | Electromagnetic ball mill |
| JPH1190256A (en) * | 1997-09-19 | 1999-04-06 | Yaskawa Electric Corp | Electromagnetic ball mill device |
| RU2395887C2 (en) * | 2005-06-27 | 2010-07-27 | Сименс Акциенгезелльшафт | Direct drive for powerful drives |
| US20130166237A1 (en) * | 2010-09-14 | 2013-06-27 | Christoph Huber | Determining the Fineness of a Ground Material, in Particular an Ore, in a Mill |
-
2015
- 2015-10-26 EA EA201501007A patent/EA028170B1/en active IP Right Revival
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4134557A (en) * | 1976-09-29 | 1979-01-16 | I.O.S. Industria Ossidi Sinterizzati S.R.L. | Device for propelling grinding bodies in a grinding mill |
| SU1694220A1 (en) * | 1988-07-05 | 1991-11-30 | Уральский научно-исследовательский и проектный институт медной промышленности "УНИПРОМЕДЬ" | Electromagnetic ball mill |
| JPH1190256A (en) * | 1997-09-19 | 1999-04-06 | Yaskawa Electric Corp | Electromagnetic ball mill device |
| RU2395887C2 (en) * | 2005-06-27 | 2010-07-27 | Сименс Акциенгезелльшафт | Direct drive for powerful drives |
| US20130166237A1 (en) * | 2010-09-14 | 2013-06-27 | Christoph Huber | Determining the Fineness of a Ground Material, in Particular an Ore, in a Mill |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108236992A (en) * | 2018-01-19 | 2018-07-03 | 平罗县祥美化工有限公司 | Boiling type ball mill |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201501007A1 (en) | 2017-04-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2009093183A3 (en) | Modular electromagnetic device with reversible generator-motor operation | |
| CN106825192A (en) | A kind of electromagnetism Deep forming device and method | |
| CN103546001B (en) | A kind of hydraulic generator rotor lifting positioner and localization method thereof | |
| CN104276506A (en) | High-temperature-resistant electric control hoisting electro permanent magnet | |
| CN106002278A (en) | Iron product machining device | |
| EA028170B1 (en) | Electromagnetic ball mill | |
| CN104924323A (en) | Robot collision prevention sensor | |
| JP6998072B2 (en) | Online inspection system and control method for ball mill operation status using intelligent materials | |
| CN203209171U (en) | Miniature portable strong magnetic separator for experiments | |
| CN102060226A (en) | Elevator for automatically adjusting self-counterweight balance force | |
| CN204038593U (en) | A kind of automatic material haulage equipment | |
| CN203095379U (en) | Environmentally-friendly electro-permanent magnetic lifting electromagnet | |
| CN105262314B (en) | A kind of live spindle electro-magnetic braking device | |
| CN103985602A (en) | Alternating current contactor E type iron core | |
| CN206311544U (en) | A kind of wheeled workpiece magnetizing device | |
| CN201776286U (en) | Ring-shaped roller mould induction heating device on cold-rolling tube mill | |
| CN203845464U (en) | Electromagnetic particle conveyor | |
| CN105270871A (en) | Weight reduction heavy-duty transferring platform with controllable hybrid force of permanent magnets and electromagnets | |
| CN106185561B (en) | A kind of magnetic levitation elevator and suspension control system and suspension control method | |
| KR20170101440A (en) | Load test apparatus | |
| CN201809025U (en) | Electromagnetic braking electromagnet | |
| CN203949823U (en) | A kind of fixture for frictional experiment under magnetic environment | |
| CN106198254A (en) | Gas generator shell stud detecting tool | |
| CN207189715U (en) | A kind of automatic switching control equipment of charge and discharge rotating mechanical arm | |
| CN101226813B (en) | V-shaped demagnetizing device for macrotype bearing ring odd magnetic pole unit and demagnetizing method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KG TJ TM |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): KZ RU |
|
| NF4A | Restoration of lapsed right to a eurasian patent |
Designated state(s): KZ RU |