RU2185885C2

RU2185885C2 - Method of disintegration of rock and rotary mill for realization of this method

Info

Publication number: RU2185885C2
Application number: RU2000113079A
Authority: RU
Inventors: А.И. Матвеев; В.Е. Филиппов; А.Н. Григорьев
Original assignee: Институт горного дела Севера СО РАН
Priority date: 2000-05-25
Filing date: 2000-05-25
Publication date: 2002-07-27

Abstract

FIELD: disintegration of rock and ores. SUBSTANCE: proposed method includes delivery of material to revolving drum, raising it over inner surface of drum and pneumatic unloading; after separating of material from inner surface of drum, lumps are subjected to impact action by working member mounted coaxially in drum on hollow shaft for opposite rotation at speed equal to 85 to 92% of critical speed; pneumatic unloading of material is effected through holes of hollow shaft. Rotary mill has rotatable drum with guards on its inner surface, loading units and pneumatic unloading units; mounted coaxially inside drum on hollow shaft is rotor with beaters for opposite rotation at speed equal to 85 to 92% of critical speed; shaft of rotor is provided with holes for pneumatic unloading of material; helical spirals for feeding the material and discharging its coarse fractions are mounted in cavity of rotor shaft. EFFECT: enhanced efficiency of disintegration of rock. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области дезинтеграции и измельчения горных пород и руд. The invention relates to the field of disintegration and grinding of rocks and ores.

Известен способ сухого самоизмельчения кусковых материалов в барабанных мельницах, работающих в так называемом "водопадном режиме", т.е. с частотой вращения барабанов, равной 80-85% от критической частоты вращения. Наибольшее распространение из конструкций, реализирующих этот способ, получили мельницы типа "Аэрофоль". Мельница состоит из барабана, торцевых крышек с пустотелыми цапфами, подшипниковых опор и привода. Руда подается в мельницу через полость цапфы и измельчается в барабане. Измельченный материал выносится из барабана струей воздуха через другую цапфу [1]. A known method of dry self-grinding of lump materials in drum mills operating in the so-called "waterfall mode", i.e. with a rotational speed of the drums equal to 80-85% of the critical rotational speed. The largest distribution of structures that implement this method, received mills such as "Aerofol". The mill consists of a drum, end caps with hollow pins, bearing bearings and a drive. The ore is fed into the mill through the trunnion cavity and is ground in a drum. The crushed material is carried out of the drum by a stream of air through another pin [1].

Основной недостаток данных мельниц заключается в том, что они не могут быть рекомендованы для всех материалов и руд без предварительных испытаний. Для дробления самоизмельчением наиболее подходят хрупкие руды зернистого сложения. На практике для выбора процесса рудоподготовки необходимо провести полупромышленные, а лучше промышленные исследования по самоизмельчению данной руды. The main disadvantage of these mills is that they cannot be recommended for all materials and ores without preliminary testing. For crushing by self-grinding, brittle granular ores are most suitable. In practice, to select the ore preparation process, it is necessary to conduct semi-industrial, and preferably industrial, studies on the self-grinding of this ore.

В процессе дробления происходит накапливание в мельнице кусков "критического размера", т. е. кусков с размерами от 25 до 75 мм, которые слишком малы, чтобы дробить другие куски, но слишком велики и прочны, чтобы быть раздробленными крупными кусками. Для борьбы с накапливанием таких кусков в мельнице рудного самоизмельчения приходится принимать специальные меры, которые усложняют работу фабрики. В частности, для повышения энергии удара падающих кусков породы в мельнице увеличивают диаметр барабана, применяют специальные лифтеры для подъема материала до необходимой точки отрыва и увеличения эффективности удара и т.д. Эффективность дезинтеграции горных пород таким способом крайне низка, и КПД мельниц, по разным данным, не превышает 1,2%. During the crushing process, pieces of a “critical size” are accumulated in the mill, that is, pieces with sizes from 25 to 75 mm that are too small to crush other pieces, but too large and strong to be crushed into large pieces. To combat the accumulation of such pieces in an ore self-grinding mill, special measures have to be taken that complicate the work of the factory. In particular, to increase the impact energy of falling pieces of rock in a mill, the diameter of the drum is increased, special lifters are used to lift the material to the required separation point and increase impact efficiency, etc. The efficiency of rock disintegration in this way is extremely low, and the efficiency of the mills, according to various sources, does not exceed 1.2%.

Отмеченные недостатки могут быть кардинально устранены в предлагаемом способе дезинтеграции и конструкции роторной мельницы. The noted disadvantages can be radically eliminated in the proposed method of disintegration and design of a rotary mill.

Способ дезинтеграции горных пород, включающий подачу материала во вращающийся барабан, подъем его по внутренней поверхности барабана и пневматическую разгрузку, при этом куски материала, после отрыва от внутренней поверхности барабана, подвергают ударному воздействию рабочим органом, соосно установленным на полом валу в барабане с возможностью противоположного вращения со скоростью, равной 85-92% от критической, при этом пневматическую разгрузку материала осуществляют через отверстия полого вала. A method of disintegration of rocks, including feeding material into a rotating drum, lifting it along the inner surface of the drum and pneumatic unloading, while pieces of material, after being torn off from the inner surface of the drum, are subjected to impact by a working body coaxially mounted on the hollow shaft in the drum with the possibility of the opposite rotation with a speed equal to 85-92% of the critical, while pneumatic unloading of the material is carried out through the holes of the hollow shaft.

Роторная мельница для осуществления вышеуказанного способа, содержащая установленный с возможностью вращения барабан с лифтерами на внутренней поверхности, приспособления для загрузки и пневматической выгрузки материала, при этом внутри барабана соосно на полом валу установлен ротор с билами, с возможностью противоположного вращения со скоростью, равной 85-92% от критической, при этом вал ротора выполнен с отверстиями для пневматической разгрузки материала, а в его полости смонтированы винтовые спирали для подачи материала и разгрузки его крупных фракций. A rotary mill for implementing the above method, comprising a rotatably mounted drum with lifters on the inner surface, devices for loading and pneumatically unloading material, while a rotor with beats is coaxially mounted on the hollow shaft inside the drum, with the possibility of opposite rotation with a speed equal to 85- 92% of the critical, while the rotor shaft is made with holes for pneumatic unloading of the material, and screw coils are mounted in its cavity for material supply and unloading its large fractions.

Сопоставительный анализ с аналогом [1] показывает, что заявляемый способ дезинтеграции позволяет значительно увеличить эффективность помола за счет организации циркуляции горной породы, подвергающейся дезинтеграции за счет вращающегося барабана мельницы. В результате обеспечивается многократность ударного дробления горных пород, следовательно, выход мелких фракций увеличивается. Таким образом, заявляемая дробилка соответствует критерию изобретения "новизна". Comparative analysis with the analogue [1] shows that the inventive method of disintegration can significantly increase the grinding efficiency due to the organization of circulation of rock undergoing disintegration due to the rotating mill drum. As a result, the multiplicity of impact crushing of rocks is ensured, therefore, the yield of small fractions increases. Thus, the inventive crusher meets the criteria of the invention of "novelty."

Применяемый на практике способ, известный как "сухое самоизмельчение", пригоден только для хрупких материалов. При этом способе, измельчение материала происходит при водопадном режиме, т.е. число оборотов барабана составляет 80-85% от критического значения. The practical method known as "dry self-grinding" is suitable only for brittle materials. With this method, the material is ground during a waterfall regime, i.e. the drum speed is 80-85% of the critical value.

В предлагаемом способе число оборотов увеличивается до 85-92%, при этом точка отрыва частиц от внутренней поверхности барабана и их дальнейшее движение происходит по более высокой траектории, чем у прототипа (водопадный режим). Дезинтегрируемая горная масса приобретает более высокую скорость перемещения, и, что существенно, исходный материал более равномерно распределяется по внутренней стенке. Движение отдельных кусков становится относительно свободным, а траектория их движения после точки отрыва от стенки приобретает более близкую к теоретической кривую, без образования замкнутых послойно циркулирующих падающих и внутренних перекатывающихся потоков. Это существенно снижает дисбаланс мельницы в рабочем состоянии, что очень важно для уменьшения энергоемкости процесса, и кроме того, за счет противоположного вращения ротора снижаются реактивные нагрузки на опоры, т.е. уменьшаются нагрузки на фундамент. С другой стороны, шлейфовое движение материала и попадание его в зону встречного ударного воздействия дополнительно установленного и противоположно вращающегося рабочего элемента принципиально меняет характер измельчения. Эффективность дробления ударным способом является известным. Исключается образование критических классов крупности и увеличивается универсальность процесса. Его можно использовать для измельчения широкого ряда горных пород с более высокими прочностными характеристиками. Кроме того, жесткие ограничения по влажности исходной породы будут несущественны ввиду высокой степени эффективности ударного дробления и образования многократно большого количества новых поверхностей. Результаты исследований на мельницах ударного воздействия подтверждают факт возможности эффективного измельчения при влажности исходной породы до 10%. Таким образом, сравнительный анализ позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень". In the proposed method, the number of revolutions increases to 85-92%, while the point of separation of particles from the inner surface of the drum and their further movement occurs along a higher path than that of the prototype (waterfall mode). Disintegrated rock mass acquires a higher speed of movement, and, significantly, the source material is more evenly distributed on the inner wall. The movement of individual pieces becomes relatively free, and the trajectory of their movement after the point of separation from the wall becomes closer to the theoretical curve, without the formation of closed layer-by-layer circulating incident and internal rolling flows. This significantly reduces the imbalance of the mill in working condition, which is very important to reduce the energy intensity of the process, and in addition, due to the opposite rotation of the rotor, the reactive loads on the supports are reduced, i.e. foundation loads are reduced. On the other hand, the loop movement of the material and its falling into the zone of counter impact impact of an additionally installed and oppositely rotating working element fundamentally changes the nature of grinding. The impact crushing efficiency is known. The formation of critical size classes is excluded and the universality of the process increases. It can be used to grind a wide range of rocks with higher strength characteristics. In addition, severe restrictions on the moisture content of the source rock will be insignificant due to the high degree of impact crushing efficiency and the formation of a multiply large number of new surfaces. The results of studies at impact mills confirm the fact of the possibility of effective grinding at a moisture content of the source rock of up to 10%. Thus, a comparative analysis allows us to conclude that it meets the criterion of "inventive step".

Принципиальная схема конструкции роторной мельницы представлена на фиг. 1. На фиг. 2 - разрез по А-А на фиг.1. Барабан (1) мельницы смонтирован на опорах скольжения (2) и получает вращение от привода через зубчатый венец (3). Внутренняя поверхность барабана имеет лифтеры (ребра) (4) для исключения перекатывания и увеличения высоты подъема материала. Внутри барабана соосно установлен ротор (5) с билами (6), смонтированный на полом валу (7) и вращающийся на опорах качения (8) в противоположную сторону от направления вращения барабана. Материал из воронки (9) попадает во внутреннюю полость вала, которая служит каналом для подачи руды в мельницу, через загрузочное отверстие. Для облегчения перемещения материала внутри вала предусмотрена винтовая спираль (10). Вторая половина вала также полая и служит для разгрузки измельченной продукции через отверстия (11), случайно попавшие крупные фракции выводятся винтовой спиралью из полости вала (12). A schematic diagram of the design of a rotor mill is shown in FIG. 1. In FIG. 2 is a section along AA in FIG. 1. The mill drum (1) is mounted on sliding bearings (2) and receives rotation from the drive through the ring gear (3). The inner surface of the drum has lifters (ribs) (4) to prevent rolling and increase the lifting height of the material. Inside the drum, a rotor (5) with beats (6) is mounted coaxially, mounted on the hollow shaft (7) and rotating on the rolling bearings (8) in the opposite direction from the direction of rotation of the drum. Material from the funnel (9) enters the internal cavity of the shaft, which serves as a channel for supplying ore to the mill, through the loading hole. To facilitate the movement of material inside the shaft, a spiral spiral (10) is provided. The second half of the shaft is also hollow and serves to unload the crushed products through the holes (11); large fractions that accidentally fall into the shaft are removed by a helical spiral from the shaft cavity (12).

Практически роторная мельница работает следующим образом. Исходный материал равномерно подается через воронку в загрузочный патрубок и при помощи спирального транспортера через отверстия в роторе попадает в полость барабана. Вращение барабана происходит в субкритическом режиме. Куски породы равномерно разбрасываются с помощью бил вращающегося ротора. При этом происходит удар кусков с футерованной внутренней поверхностью барабана и с частью материала, вращающейся вместе с барабаном. Порода под действием центробежной силы прижимается к внутренней стенке барабана и поднимается до тех пор, пока не достигнет точки отрыва. Барабан вращается в субкритическом режиме, и частицы после отрыва описывают параболическую траекторию и попадают на лицевую сторону бил ротора, который вращается противоположно барабану. Основное разрушение горной породы происходит под воздействием ударов бил. Дополнительное разрушение создается в результате отбрасывания обломков породы билами, в том числе и поступающего исходного материала, на поверхность барабана. Во всех случаях динамическое воздействие на горную породу сопровождается ударами кусков породы с друг другом (самоизмельчение), что существенно повышает эффективность дезинтеграции и снижает износ поверхности рабочих органов. Такой процесс будет происходить на внутренней поверхности барабана, футерованной обломками, так как вращение барабана происходит в субкритическом режиме, и также на поверхности ударных бил, где с одной стороны поступает исходная горная порода, а с другой на нее падают обломки пород, оторвавшиеся от внутренней поверхности мельницы. Куски пород, траектория которых не пересекается с зоной ударного действия бил, падают на поверхность барабана и снова возвращаются в процесс. Таким образом, вращающийся барабан выполняет очень важную роль: создает режим циркуляции и обеспечивает равномерную шлейфовую подачу горной породы на ударные поверхности бил ротора. Practically rotary mill operates as follows. The source material is uniformly fed through the funnel into the loading nozzle and through a spiral conveyor through the holes in the rotor enters the drum cavity. The rotation of the drum occurs in subcritical mode. Pieces of rock are evenly scattered using the beats of a rotating rotor. In this case, the pieces are hit with the lined inner surface of the drum and with a part of the material rotating together with the drum. The rock, under the action of centrifugal force, is pressed against the inner wall of the drum and rises until it reaches the separation point. The drum rotates in a subcritical mode, and after separation the particles describe a parabolic trajectory and fall on the front side of the rotor beat, which rotates opposite to the drum. The main destruction of the rock occurs under the influence of blows. Additional destruction is created as a result of the rejection of rock fragments by bills, including incoming feed material, onto the surface of the drum. In all cases, the dynamic impact on the rock is accompanied by impacts of pieces of rock with each other (self-grinding), which significantly increases the efficiency of disintegration and reduces wear on the surface of the working bodies. Such a process will occur on the inner surface of the drum lined with debris, since the rotation of the drum takes place in a subcritical mode, and also on the surface of impact drums, where on the one hand the initial rock enters, and on the other, debris falling off the inner surface mills. Pieces of rocks, the path of which does not intersect with the impact zone of the beat, fall on the surface of the drum and again return to the process. Thus, the rotating drum plays a very important role: it creates a circulation mode and provides uniform loop feed of rock to the impact surfaces of the rotor beat.

Измельченный материал удаляется из полости барабана пневматическими методами за счет отсасывания мелкой фракции через отверстия (перфорацию) на валу ротора с другой стороны. В результате вращения бил центробежные силы отбрасывают воздух к поверхности барабана. В результате этого в центральной части полости барабана формируется зона разрежения, а по периферии - зона повышенного давления. Эффект разрежения будет способствовать подхвату тонко измельченного материала воздушными потоками через отверстия на валу ротора. Крупные фракции материала, случайно попавшие через отверстия в полость вала, будут выводиться из нее винтовой спиралью и возвращаться в загрузочное устройство. The crushed material is removed from the drum cavity by pneumatic methods due to the suction of the fine fraction through the holes (perforation) on the rotor shaft on the other hand. As a result of the rotation, centrifugal forces beat air to the surface of the drum. As a result of this, a rarefaction zone is formed in the central part of the drum cavity, and a pressure zone is formed on the periphery. The rarefaction effect will contribute to the capture of finely ground material by air flows through the holes on the rotor shaft. Large fractions of the material that accidentally fall through the openings into the shaft cavity will be removed from it by a helical spiral and returned to the loading device.

Возможность реализации способа и создание нового типа мельниц с ударными элементами внутри подтверждается инженерными расчетами. Мельница может быть спроектирована для измельчения горных пород с максимальной крупностью до 300 мм. При этом диаметр барабана будет на уровне 2000 до 2200 мм, а длина не более 1,5 м. Производительность мельницы за счет нового способа может быть увеличена в 1,5-3 раза. Повышение потребления энергии за счет дополнительного привода вращения полого вала ротора может быть частично компенсировано снижением нагрузки на вращение менее разбалансированного барабана в рабочем положении, за счет увеличения скорости вращения и более равномерного распределения материала по внутренней поверхности барабана. Также экономический эффект предлагаемой технологии измельчения складывается за счет достижения высокой степени дробления в одном аппарате и в отказе от стадий среднего и мелкого дробления в технологической цепи, например, рудоподготовки в обогащении. The possibility of implementing the method and the creation of a new type of mills with impact elements inside is confirmed by engineering calculations. The mill can be designed for grinding rocks with a maximum particle size of up to 300 mm. In this case, the diameter of the drum will be at the level of 2000 to 2200 mm, and the length will be no more than 1.5 m. The productivity of the mill due to the new method can be increased by 1.5-3 times. The increase in energy consumption due to the additional rotation drive of the hollow shaft of the rotor can be partially compensated by a decrease in the load on the rotation of a less unbalanced drum in the working position, due to an increase in the rotation speed and a more uniform distribution of material on the inner surface of the drum. Also, the economic effect of the proposed grinding technology develops due to the achievement of a high degree of crushing in one apparatus and in the rejection of the stages of medium and fine crushing in the technological chain, for example, ore preparation in beneficiation.

Источники информации
1. Перов В.А. и др. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. - М.: Недра, 1990, с.181.Sources of information
1. Perov V.A. etc. Crushing, grinding and screening of minerals. - M .: Nedra, 1990, p. 181.

Claims

1. The method of disintegration of rocks, including feeding material into a rotating drum, lifting it along the inner surface of the drum and pneumatic unloading, characterized in that the pieces of material after separation from the inner surface of the drum are subjected to impact by a working body coaxially mounted on the hollow shaft in the drum with the possibility of opposite rotation at a speed equal to 85-92% of the critical, while pneumatic unloading of the material is carried out through the holes of the hollow shaft.

2. A rotary mill for implementing the method according to claim 1, comprising a rotatably mounted drum with lifters on the inner surface, a device for loading and pneumatically unloading material, characterized in that a rotor with beats is installed coaxially on the hollow shaft with the chisels opposite rotation at a speed equal to 85-92% of the critical one, while the rotor shaft is made with holes for pneumatic unloading of the material, and screw spirals are mounted in its cavity for feeding the material and unloading dressing his major factions.