Технические науки, отраслевое машиностроение

Семененко Д.В., Петров О.А., Ткачук А.П., Кирвель А.А.

Белорусский государственный технологический университет

Исследование процесса измельчения в вертикальных

планетарных мельницах с внешней обкаткой барабанов

Процесс измельчения сырьевых материалов является одним из наиболее энергоемких во многих отраслях промышленности. В этой связи разработка и исследование новых, а также совершенствование уже существующих конструкций помольных агрегатов является актуальной задачей. Одним из типов измельчителей, обладающих хорошими технико-экономическими показателями, являются планетарные мельницы [1-4]. Однако на сегодняшний день эти агрегаты мало изучены, что является одной из причин сдерживающих их широкое внедрение в различные отрасли промышленности.

В лабораторной практике наибольшее распространение получили планетарные мельницы с вертикальным расположением барабанов. Такая же конструкция помольного агрегата была выбрана для проведения экспериментальных исследований. Причем помолы проводились в мельнице с внешней обкаткой барабанов по неподвижной кольцевой поверхности. В качестве измельчаемого материала был выбран гипсовый камень с размером частиц 3-5 мм. При этом длительность его помола составляла 1 мин. В качестве мелющих тел были выбраны шары диаметром 18 мм. Диаметр помольной камеры составлял 100 мм. Степень загрузки барабанов шарами и материалом в большинстве случаев была равной 50%, а угловая скорость барабанов 180 рад/с.

Параметрами, от которых зависит эффективность процесса измельчения в планетарных мельницах и требующими экспериментального исследования, являются соотношение объемов материала и мелющих тел в барабане, степень загрузки барабанов материалом и помольными телами, угловая скорость барабанов, размеры помольных тел (шаров).

Начальным этапом работы было определение влияния на эффективность процесса помола соотношения объемов материала V_М и мелющих тел V_Ш в барабане, связь между которыми была установлена с помощью параметра с = V_М/V_Ш. За эффективность измельчения принята доля материала Е, прошедшего через сито с размером ячейки 100 мкм, которая определялась с помощью ситового анализа. Полученные результаты (таблица 1) показали, что чем больше шаров в помольной камере, тем выше значение исследуемого параметра.

Таблица 1

Параметр	с
	1	2	3	4	5
Е, %	71,5	60,4	50,9	41,2	34,7

После проведения серии помолов были получены порошки, для которых в последствии определялась удельная поверхность S_УД, значения которой отображены в таблице 2.

Таблица 2

Параметр	с
	1	2	3	4	5
SУД, см^2/г	5585	5151	4617	4022	3290

Стоит отметить, что чем больше масса мелющих тел загружена в барабаны, тем выше динамические нагрузки на подшипники мельницы. Поэтому возникла необходимость определить наиболее рациональное соотношение объемов материала и мелющих тел, при котором достигается высокая эффективность процесса помола при максимальном использовании объема барабана и минимальном количестве шаров. Для выполнения поставленной задачи был введен новый параметр q, представляющий собой удельную производительность (соотношение объемов готового продукта (частиц размером менее 100 мкм) и барабана (q = (V_Г.П./V_Б)×100%)). Полученные результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3

Параметр	с
	1	2	3	4	5
q, %	17,9	20,1	19,1	16,5	14,5

Из таблицы 3 видно, что наилучшие результаты достигаются при с =2..3. Однако при с = 3 нагрузки на подшипники будут значительно меньше, чем при с = 2. Поэтому с точки зрения эксплуатационных показателей планетарной мельницы значение с = 3 является наиболее рациональным. В этой связи дальнейшие экспериментальные исследования осуществлялись при этом соотношении объемов материала и мелющих тел.

Важным параметром, влияющим на процесс измельчения, является степень загрузки барабанов е материалом и мелющими телами. Для ее исследования была проведена серия помолов, результаты которых представлены в таблице 4. Они свидетельствуют о том, что максимальная эффективность достигается при величине е = 50%.

Таблица 4

Параметр	е, %
	30	40	50	60	70	80	90
Е, %	39,2	47,6	50,9	49,6	47,9	46	42,6

Еще одним параметром, от которого зависит эффективность процесса измельчения, является угловая скорость барабанов w. Ее величина оказывает наибольшее влияние на раздавливающую и истирающую способность мелющих тел. При проведении помолов величина угловой скорости изменялась от 100 до 180 рад/с (таблица 5). Результаты проведенных исследований показали, что с увеличением w эффективность процесса измельчения линейно возрастает.

Таблица 5

Параметр	w, рад/с
	100	120	140	160	180
Е, %	14,9	23,2	32,6	41,9	50,9

Таким образом, результаты проведенных исследований в очередной раз подтвердили высокую эффективность процесса измельчения в вертикальных планетарных мельницах и позволили установить наиболее рациональные параметры мелющей загрузки.