RU2168362C2

RU2168362C2 - Ball mill

Info

Publication number: RU2168362C2
Application number: RU99116423A
Authority: RU
Inventors: В.С. Севостьянов; С.И. Ханин; А.В. Шаталов; М.В. Гордеев; В.В. Гендриксон; Ю.В. Быков; А.А. Темников
Original assignee: Белгородская государственная технологическая академия строительных материалов
Priority date: 1999-07-28
Filing date: 1999-07-28
Publication date: 2001-06-10

Abstract

FIELD: fine disintegration of materials. SUBSTANCE: ball mill includes drum with charging and discharging portions; in both portions there are double-start screw devices made of rods and turned one relative to another by 180 degrees. Rods of double-start screw devices are mounted in openings of round stem placed one near another in special lining rings and forming screw lining with preferable leading angle equal to 10-20 degrees and with direction of helical surfaces coinciding with that of helical line of respective screwdevice. Trapezoidal plates are arranged between said rods at their working side; plates mounted on rods of screw device have openings. Level of arranging plates is limited by maximum gap between rods that is no more than weighted mean diameter of milling bodies. Air supply branch pipes are secured to rods of screw device arranged in charging portion of mill on its non-working surface. Air supply branch pipes have openings for feeding aspiration air to disintegration chamber of mill; said openings are matched with openings arranged on surface of plates along helix and oriented along rods to side of discharging portion of mill. EFFECT: intensified milling process, reduced overgrinding degree of milled material. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для тонкого измельчения материалов, в частности к шаровым мельницам, оснащенным винтовыми энергообменными устройствами, и может быть использовано в промышленности строительных материалов, в горнорудной, химической и других отраслях промышленности. The invention relates to equipment for fine grinding of materials, in particular to ball mills equipped with screw energy-exchange devices, and can be used in the construction materials industry, in mining, chemical and other industries.

Известна шаровая мельница, содержащая корпус и установленный в нем вал с перемешивающими дисками в виде половин винтовых лопастей /1/. Known ball mill containing a housing and a shaft mounted therein with mixing disks in the form of half helical blades / 1 /.

Однако данная конструкция мельницы характеризуется ограниченной зоной воздействия винтовых лопастей на шароматериальную загрузку, связанную с их длиной и необходимостью применения множества винтовых лопастей, что ведет к дополнительной нагрузке на привод мельницы. However, this design of the mill is characterized by a limited area of influence of the screw blades on the ball-shaped loading, associated with their length and the need to use many screw blades, which leads to additional load on the mill drive.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является шаровая мельница, содержащая вращающийся барабан с мелющими шарами и устройством для выравнивания загрузки барабана материалом по его длине в виде винтообразной ленты, неподвижно установленной внутри барабана, с шагом, убывающим по ходу движения материала /2/. The closest technical solution to the proposed one is a ball mill containing a rotating drum with grinding balls and a device for aligning the loading of the drum with material along its length in the form of a helical tape, fixedly installed inside the drum, with a step decreasing in the direction of movement of the material / 2 /.

Недостатком данной мельницы является то, что использование винтообразной ленты с убывающим по ходу движения материала шагом способствует концентрации мелющей загрузки в разгрузочной части мельницы, а отсутствие внутреннего рецикла шароматериальной загрузки снижает эффективность процесса измельчения. Кроме того, расположение винтообразной ленты по всей длине мельницы увеличивает гидравлическое сопротивление мельницы и снижает эффективность удаления тонкодисперсной фракции измельчаемого материала. The disadvantage of this mill is that the use of a helical tape with a decreasing step along the movement of the material contributes to the concentration of the grinding charge in the discharge part of the mill, and the absence of an internal recycle of the ball feed loading reduces the efficiency of the grinding process. In addition, the location of the helical tape along the entire length of the mill increases the hydraulic resistance of the mill and reduces the removal efficiency of the finely divided fraction of the crushed material.

Изобретение направлено на интенсификацию процесса помола и снижение переизмельчения измельчаемого материала. The invention is directed to the intensification of the grinding process and the reduction of overgrinding of the crushed material.

Это достигается тем, что в шаровой мельнице, содержащей барабан с мелющими шарами и устройством для выравнивания загрузки барабана материалом по его длине, согласно предлагаемому решению, устройство выполнено в виде двух двухзаходных винтовых устройств, установленных в загрузочной и разгрузочной частях барабана мельницы и составленных из прутков. Причем двухзаходные винтовые устройства повернуты относительно друг друга на угол 180^o, и направление винтовой линии первого, расположенного в загрузочной части, винтового устройства совпадает с направлением вращения барабана мельницы, а второго, установленного в разгрузочной части, - противоположно. При этом двухзаходные винтовые устройства выполнены из прутков, между которыми с их рабочей стороны расположены трапециевидные пластины, высота расположения которых ограничивается максимальным зазором между прутками, который не должен превышать средневзвешенного диаметра мелющих тел. Пластины, установленные на прутках первого винтового устройства, имеют отверстия, а сами прутки винтовых устройств закреплены в отверстиях стержней круглого профиля, уложенных впритык в футеровочные кольца и образующих винтовую футеровку, направления винтовых поверхностей которой совпадают с направлением винтовой линии сопряженного с ней винтового устройства. На прутках первого, со стороны загрузочной части, винтового устройства закреплены на его нерабочей поверхности воздухопроводящие патрубки с отверстиями, сопряженными с отверстиями в пластинах и направленными вдоль стержней в сторону разгрузочной части мельницы.This is achieved by the fact that in a ball mill containing a drum with grinding balls and a device for aligning the loading of the drum with material along its length, according to the proposed solution, the device is made in the form of two twin-screw devices installed in the loading and unloading parts of the mill drum and made up of rods . Moreover, the two-way screw devices are rotated relative to each other by an angle of 180 ^o , and the direction of the helix of the first screw device located in the loading part coincides with the direction of rotation of the mill drum, and the second one installed in the discharge part is the opposite. In this case, two-way screw devices are made of rods between which trapezoidal plates are located on their working side, the height of which is limited by the maximum gap between the rods, which should not exceed the weighted average diameter of the grinding media. The plates mounted on the rods of the first screw device have holes, and the rods of the screw devices themselves are fixed in the holes of the rods of the round profile, laid end to end in the lining rings and forming a screw lining, the directions of the screw surfaces of which coincide with the direction of the helix of the screw device mating with it. On the rods of the first, from the loading part, screw device, air-conducting pipes with holes mating with holes in the plates and directed along the rods towards the discharge part of the mill are fixed on its non-working surface.

Для достижения наилучшего результата угол подъема винтовой линии футеровки должен составлять 10-20^o, а отверстия воздухопроводящих патрубков и сопряженных с ними пластин располагаться, соответственно, на их поверхности по спирали на высоте, не превышающей уровень шароматериальной загрузки.To achieve the best result, the angle of elevation of the helical line of the lining should be 10-20 ^o , and the holes of the air-conducting pipes and plates connected with them should be located, respectively, on their surface in a spiral at a height not exceeding the level of ball-and-paper loading.

Использование данного изобретения обеспечивает достижение новых свойств, заключающихся:
- в интенсификации процесса помола за счет применения двухзаходных винтовых устройств и винтовой футеровки;
- в снижении переизмельчения материала, за счет своевременного удаления тонкодисперсной фракции путем подачи аспирационного воздуха непосредственно в рабочую камеру мельницы под слой измельчаемого материала при помощи воздухопроводящих патрубков с отверстиями, направленными в сторону разгрузочной части мельницы.The use of this invention provides the achievement of new properties, namely:
- in the intensification of the grinding process through the use of double-entry screw devices and screw lining;
- to reduce over-grinding of the material, due to the timely removal of the finely dispersed fraction by supplying aspiration air directly to the working chamber of the mill under the layer of crushed material using air-conducting nozzles with openings directed towards the discharge part of the mill.

Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "изобретательский уровень". This allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "inventive step".

На фиг. 1 показана шаровая мельница (продольный разрез) с винтовой футеровкой, двухзаходными винтовыми устройствами и воздухоподводящей системой; на фиг. 2 - аксонометрическая проекция мельницы; на фиг. 3- разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - развертка барабана мельницы с обозначением винтовой футеровки, футеровочных колец и следов прутков винтовых устройств, пластин и воздухопроводящих патрубков. In FIG. 1 shows a ball mill (longitudinal section) with a screw lining, two-way screw devices and an air supply system; in FIG. 2 - axonometric projection of the mill; in FIG. 3- section AA in FIG. 1; in FIG. 4 - reamer of the mill drum with the designation of a screw lining, lining rings and traces of rods of screw devices, plates and air ducts.

Шаровая мельница (фиг. 1) состоит из барабана 1, в загрузочной 2 и разгрузочной 3 частях которого установлены двухзаходные винтовые устройства 4 и 5, повернутые относительно друг друга на угол 180^o и выполненные из прутков 6 (фиг. 2). Прутки закреплены в отверстиях стержней 7, образующих винтовую футеровку 8, направления винтовых поверхностей которой совпадают с направлением винтовых линий сопряженных с ними винтовых устройств. Стержни винтовой футеровки по фрезерованным поверхностям с одной стороны уложены в футеровочные кольца 9, 10 и 11, а с обратной стороны прижаты прижимными кольцами 12, которые, например, для их крепления к барабану мельницы имеют отверстия под болтовое соединение. В местах стыковки стержней, образующих винтовые поверхности винтовой футеровки с различным ее направлением, их взаимное крепление осуществляется, например, с помощью шлицевого соединения. Стержни винтовой футеровки, уложенные впритык, своим профилем образуют желоба 13. Между прутками винтовых устройств с их рабочей стороны, например, при помощи сварки установлены трапециевидные пластины 14, высота расположения которых ограничивается максимальным зазором между прутками, который не должен превышать средневзвешенного диаметра мелющих тел. Пластины, установленные на прутках винтового устройства 4, имеют отверстия 15, а на прутках этого же устройства, также, например, с помощью сварки, закреплены на его нерабочей поверхности воздухопроводящие патрубки 16 (фиг. 3) с отверстиями, сопряженными с отверстиями в пластинах. Отверстия расположены на их поверхности по спирали и направлены вдоль стержней в сторону разгрузочной части мельницы. При этом наибольший эффект достигается при угле подъема винтовой футеровки 10-20^o и высоте отверстий воздухопроводящих патрубков и сопряженных с ними отверстий в пластинах, не превышающей уровня шароматериальной загрузки.The ball mill (Fig. 1) consists of a drum 1, in the loading 2 and unloading 3 parts of which two-way screw devices 4 and 5 are installed, rotated relative to each other by an angle of 180 ^o and made of rods 6 (Fig. 2). The rods are fixed in the holes of the rods 7, forming a screw lining 8, the directions of the helical surfaces of which coincide with the direction of the helical lines of the screw devices connected with them. The rods of the screw lining along the milled surfaces are laid on the one hand in the lining rings 9, 10 and 11, and on the reverse side are pressed by the clamping rings 12, which, for example, have bolt holes for fastening them to the mill drum. At the joints of the rods forming the helical surfaces of the screw lining with its various directions, their mutual fastening is carried out, for example, by means of a spline connection. The rods of the screw lining, laid back to back, form grooves with their profile 13. Between the rods of the screw devices from their working side, for example, trapezoidal plates 14 are installed by welding, the height of which is limited by the maximum gap between the rods, which should not exceed the weighted average diameter of the grinding media. The plates mounted on the rods of the screw device 4 have holes 15, and on the rods of the same device, also, for example, by welding, air-conducting pipes 16 (Fig. 3) with holes mating with holes in the plates are fixed on its non-working surface. The holes are located on their surface in a spiral and directed along the rods towards the discharge part of the mill. The greatest effect is achieved when the angle of elevation of the screw lining 10-20 ^o and the height of the holes of the air ducts and the holes associated with them in the plates, not exceeding the level of ball load.

Шаровая мельница работает следующим образом. Ball mill works as follows.

Измельчаемый материал через загрузочную часть 2 мельницы подается в барабан 1, заполненный шарами, где находится двухзаходное винтовое устройство 4 (фиг. 1). При вращении мельницы шароматериальная загрузка захватывается первым заходом винта и попадает на винтовую футеровку 8 (фиг. 2), состоящую из стержней 7 круглого профиля, образующие своим профилем на ее поверхности желоба 13 (фиг. 3), направление которых совпадает с направлением винтовой линии сопряженных с ними винтовых устройств. Далее шароматериальная загрузка двухзаходным винтовым устройством 4 подается в сторону разгрузочной части 3 (в направлении К (фиг. 4)), где установлено двухзаходное винтовое устройство 5, которое своим первым заходом винта возвращает обратно шароматериальную загрузку по желобам винтовой футеровки (направление N (фиг. 4)). Винтовое устройство 4 своим вторым заходом винта подхватывает и по желобам винтовой футеровки подает шароматериальную загрузку к винтовому устройству 5 (направление Р (фиг. 4)), которое, в свою очередь, вторым заходом винта возвращает загрузку в направлении первого захода винта винтового устройства 4 (направление М (фиг. 4)). Таким образом, за один оборот барабана мельницы совершается двухкратный внутренний рецикл шароматериальной загрузки, который обеспечивается двухзаходной формой винтовых устройств 4 и 5, повернутых относительно друг друга на угол 180^o и, за счет применения винтовой футеровки, с наиболее предпочтительным углом подъема 10-20^o, позволяет увеличить ее продольную скорость перемещения и интенсифицировать процесс измельчения материала.The crushed material through the boot part 2 of the mill is fed into the drum 1, filled with balls, where there is a two-way screw device 4 (Fig. 1). During the rotation of the mill, the ball-shaped load is captured by the first turn of the screw and enters the screw lining 8 (Fig. 2), consisting of rods 7 of a round profile, forming grooves 13 on their surface on its surface (Fig. 3), the direction of which coincides with the direction of the helical with them screw devices. Next, the ball-and-file loading with a two-way screw device 4 is fed to the side of the discharge part 3 (in the direction K (Fig. 4)), where a two-way screw device 5 is installed, which returns the ball-and-file loading along the grooves of the screw lining with its first turn of the screw (direction N (Fig. 4)). The screw device 4 picks up with its second turn of the screw and feeds the ball-shaped load to the screw device 5 through the grooves of the screw lining (direction P (Fig. 4)), which, in turn, returns the load in the direction of the first screw turn of the screw device 4 ( direction M (Fig. 4)). Thus, in one revolution of the mill drum a double internal ball recycling cycle is performed, which is ensured by a two-entry form of screw devices 4 and 5, rotated relative to each other by an angle of 180 ^o and, due to the use of screw lining, with a most preferred elevation angle of 10-20 ^o , allows to increase its longitudinal velocity of movement and to intensify the process of grinding material.

Изменение направления вращения барабана мельницы на совпадающее с направлением винтовой линии винтового устройства 5 и противоположное направлению винтовой линии винтового устройства 4 приведет к концентрации мелющих тел у загрузочной и разгрузочной частей мельницы и их повышенному износу. Кроме того, это затруднит прохождение материала и его разгрузку, что снизит эффективность помола. Changing the direction of rotation of the mill drum to coincide with the direction of the helical line of the screw device 5 and opposite to the direction of the helical line of the screw device 4 will lead to the concentration of grinding media at the loading and unloading parts of the mill and their increased wear. In addition, this will complicate the passage of the material and its unloading, which will reduce the grinding efficiency.

Поворот двухзаходных винтовых устройств 4 и 5 относительно друг друга на угол, отличный от 180^o, вызовет одновременное воздействие винтовых устройств на шароматериальную загрузку и ее хаотическое движение, что снизит интенсивность измельчения материала и дополнительно увеличит нагрузку на привод мельницы.The rotation of the two-way screw devices 4 and 5 relative to each other by an angle other than 180 ^° will cause the simultaneous effect of the screw devices on the ball-shaped loading and its chaotic movement, which will reduce the grinding intensity of the material and further increase the load on the mill drive.

Увеличение числа заходов винта до трех и более исключит внутренний рецикл шароматериальной загрузки и снизит интенсивность измельчения материала. При использовании однозаходной формы винтовых устройств уменьшится частота внутреннего рецикла шароматериальной загрузки, что также снизит интенсивность измельчения материала. An increase in the number of screw runs to three or more will exclude the internal recycling of ball load and reduce the grinding intensity of the material. When using a single-start form of screw devices, the frequency of the internal recycling of ball-shaped loading will decrease, which will also reduce the intensity of grinding of the material.

Изменение угла подъема винтовой футеровки в сторону уменьшения или в обратном направлении снижает интенсивность перемещения шароматериальной загрузки, что ведет к концентрации ее у загрузочной и разгрузочной частей мельницы, повышенному износу последних и износу винтовых устройств. Увеличение угла подъема винтовой футеровки (более 20^o) приводит к уменьшению полезного объема мельницы с уменьшением внутреннего диаметра, особенно в средней ее части, где дополнительно происходит концентрация шароматериальной загрузки, что ведет к ее повышенному износу и снижению пропускной способности мельницы.Changing the angle of elevation of the screw lining in the direction of reduction or in the opposite direction reduces the intensity of movement of the ball load, which leads to its concentration at the loading and unloading parts of the mill, increased wear of the latter and wear of screw devices. An increase in the angle of elevation of the screw lining (more than 20 ^° ) leads to a decrease in the useful volume of the mill with a decrease in the inner diameter, especially in its middle part, where the concentration of the ball material load additionally occurs, which leads to its increased wear and reduced throughput of the mill.

Радиальное расположение прутков двухзаходных винтовых устройств ведет к тому, что между прутками, особенно в местах крепления их с винтовой футеровкой, образуется повышенный зазор, который может привести к проходу мелющих тел через устройства. Для исключения этого между прутками с их рабочей стороны расположены трапециевидные пластины, высота расположения которых ограничивается максимальным зазором между прутками, который не должен превышать средневзвешенного диаметра мелющих тел. Использование пластин обеспечивает заданный режим воздействия мелющих тел на измельчаемый материал и дополнительно - прочность винтовых устройств. The radial arrangement of the rods of two-way screw devices leads to the fact that between the rods, especially in the places of their fastening with a screw lining, an increased clearance is formed, which can lead to the passage of grinding media through the device. To avoid this, trapezoidal plates are located between the rods on their working side, the height of which is limited by the maximum gap between the rods, which should not exceed the weighted average diameter of the grinding media. The use of plates provides a predetermined mode of influence of grinding bodies on the crushed material and, in addition, the strength of screw devices.

Одновременно с загрузкой материала в мельницу подается аспирационный воздух, поступающий по воздухоподводящему патрубку, расположенному по оси мельницы и по воздухопроводящим патрубкам 16, закрепленным на прутках двухзаходного винтового устройства 4. Через отверстия 15 в патрубках и в пластинах 14, расположенных, соответственно, на их поверхности по спирали на высоте, не превышающей уровень шароматериальной загрузки, воздушный поток направляется вдоль стержней винтовой футеровки в сторону разгрузочной части мельницы. Вместе с удаляемым воздухом из мельницы выносится тонкодисперсная фракция, соответствующая требуемой тонкости помола измельчаемого материала. At the same time as the material is loaded into the mill, suction air is supplied through an air supply pipe located along the axis of the mill and air pipes 16 fixed to the rods of a two-way screw device 4. Through holes 15 in the pipes and in the plates 14 located, respectively, on their surface in a spiral at a height not exceeding the level of ball load, the air flow is directed along the rods of the screw lining towards the discharge part of the mill. Together with the removed air from the mill, a finely dispersed fraction is brought out, corresponding to the required fineness of grinding of the crushed material.

Направление отверстий патрубков, а значит и воздушного потока, совпадающее с направлением желобов винтовой футеровки, способствует увеличению продольной скорости перемещения материала и удалению тонкодисперсной фракции материала с поверхности стержней винтовой футеровки. Изменение направления отверстий в другую сторону ведет к хаотическому движению аспирационного воздуха и снижению эффективности удаления тонкодисперсной фракции из зоны повышенного энергообмена. Расположение отверстий ниже уровня шароматериальной загрузки ведет к более интенсивному взаимодействию аспирационного воздуха с измельчаемым материалом. Это способствует своевременному удалению тонкоизмельченного материала. The direction of the nozzle openings, and hence the air flow, coinciding with the direction of the grooves of the screw lining, helps to increase the longitudinal velocity of the material and remove the fine fraction of the material from the surface of the rods of the screw lining. A change in the direction of the holes in the other direction leads to a chaotic movement of aspiration air and a decrease in the efficiency of removal of the finely dispersed fraction from the zone of increased energy exchange. The location of the holes below the ball load leads to a more intense interaction of aspiration air with the crushed material. This contributes to the timely removal of finely ground material.

Расположение отверстий на поверхности воздухопроводящих патрубков и сопряженных с ними пластин по спирали ведет к турбулизации воздушного потока, что способствует удалению из помольной камеры наиболее тонкой фракции измельчаемого материала. При ином расположении отверстий траектория полета частиц изменяется в сторону уменьшения, что ведет к выносу вместе с тонкодисперсной фракцией грубомолотого материала. The location of the holes on the surface of the air-conducting pipes and the plates associated with them in a spiral leads to turbulization of the air flow, which helps to remove the finest fraction of the crushed material from the grinding chamber. With a different arrangement of the holes, the path of the particles changes in the direction of reduction, which leads to the removal together with the fine fraction of coarsely ground material.

Таким образом, использование данного технического решения в шаровых мельницах, оснащенных винтовыми энергообменными устройствами, позволяет интенсифицировать процесс измельчения материала и снизить переизмельчение измельчаемого материала. При этом производительность мельницы увеличивается на 15%, а удельный расход электроэнергии снижается на 10%. Thus, the use of this technical solution in ball mills equipped with screw energy-exchange devices, allows to intensify the process of grinding material and to reduce the regrinding of the crushed material. At the same time, the productivity of the mill increases by 15%, and the specific energy consumption is reduced by 10%.

Источники информации
1. A.C. 1697877, В 02 С 17/16, Б.И. N 46, 1991 г.Sources of information
1. AC 1697877, B 02 C 17/16, B.I. N 46, 1991

2. А. С. 1269833, В 02 С 17/04, Б.И. N 42, 1986 г. 2. A. S. 1269833, B 02 C 17/04, B.I. N 42, 1986

Claims

1. Ball mill containing a drum with grinding balls and a device for balancing the loading of the drum with material along its length, characterized in that the device is made in the form of two twin-screw devices installed in the loading and unloading parts of the mill drum and rotated relative to each other by an angle of 180 ^o , and the direction of the helix of the first screw device located in the loading part coincides with the direction of rotation of the mill drum, and the second installed in the unloading part, p on the contrary, in this case, two-way screw devices are made of rods, between which trapezoidal plates are located on their working side, the height of which is limited by the maximum gap between the rods, which should not exceed the weighted average diameter of the grinding media, while the plates mounted on the rods of the first screw device, have holes, and the rods of screw devices themselves are fixed in the holes of rods of a round profile, laid end to end in the lining rings along the entire length of the drum and forming a screw lining, the directions of the screw surfaces of which coincide with the direction of the helical line of the screw device mating with it, and on the rods of the first screw device, air-conducting pipes with holes mating with holes in the plates and directed along the rods towards the discharge part of the mill are fixed on its idle surface .

2. The mill according to claim 1, characterized in that the angle of elevation of the helical line of the lining is 10 - 20 ^o , and the openings of the air ducts and the plates interfaced with them are arranged respectively on their surface in a spiral at a height not exceeding the level of ball load.