Шаровая мельница: принцип работы, устройство и резиновая футеровка

В шаровой мельнице измельчение делают сами шары: барабан поднимает их по стенке, они срываются и падают на материал, а в нижней части загрузки перекатываются и истирают его. Скорость вращения подбирают так, чтобы шары не прилипали к стенке центробежной силой и при этом поднимались достаточно высоко для водопадного или смешанного режима.

Критическая скорость задаёт режим вращения

Критической называют скорость, при которой шар прижимается к стенке и вращается вместе с барабаном, не отрываясь. Для барабана с внутренним диаметром D в метрах она равна n кр ≈ 42,3 / √D об/мин. Рабочую скорость принимают долей от неё, обычно 65–80 %.

Пример: мельница с внутренним диаметром 3,6 м. Критическая скорость 42,3 / √3,6 ≈ 22,3 об/мин, при 75 % рабочая скорость около 16,7 об/мин. Если футеровка изношена и внутренний диаметр вырос на 100 мм, критическая скорость снижается, и шары при тех же оборотах падают уже по другой траектории. Поэтому толщина футеровки влияет на работу мельницы, а не только на защиту барабана.

Когда шары падают прямо на футеровку, минуя загрузку, они бьют по плитам и лифтерам, ломают шары и плиты. Это происходит при слишком высоких лифтерах, слишком высокой скорости или малой загрузке. Оператор слышит такой режим по звонким ударам, и на резиновой футеровке он особенно разрушителен.

Барабан, цапфы и привод составляют устройство мельницы

Устройство шаровой мельницы в общих чертах одинаково у всех изготовителей:

• барабан: стальная обечайка с торцевыми крышками, внутри футеровка;
• полые цапфы на торцах, через которые входит питание и выходит продукт; цапфы лежат в подшипниках скольжения или качения;
• загрузочное устройство: воронка, улитковый или барабанный питатель;
• разгрузочное устройство: у мельниц с центральной разгрузкой просто горловина, у мельниц с разгрузкой через решётку торцевая решётка с пульпоподъёмными лопастями;
• привод: двигатель, редуктор, венцовая шестерня на барабане или безредукторный привод у крупных машин;
• бутара на разгрузочной цапфе у части мельниц, которая отсеивает скрап и обломки шаров.

Мельницы различают по способу разгрузки: МШЦ с центральной разгрузкой, когда пульпа переливается через горловину, и МШР с разгрузкой через решётку, где уровень пульпы ниже и измельчение идёт быстрее, с меньшим переизмельчением. По среде их делят на мокрые и сухие. Мокрые работают на рудных фабриках, сухие на цементных заводах и в производстве стройматериалов.

Футеровка защищает барабан и поднимает шары

Футеровка выполняет две задачи: принимает удары и истирание, которые иначе достались бы обечайке, и через выступы-лифтеры поднимает загрузку на нужную высоту. Лифтеры чередуются с плитами, их высота и шаг определяют траекторию шаров.

Стальная футеровка из марганцовистой или хромомолибденовой стали работает на крупных шарах и крупном питании, где удар сильный. Резиновая футеровка состоит из плит и лифтеров, отформованных из износостойкой резины, часто с металлической арматурой внутри лифтеров для жёсткости. Она в несколько раз легче стальной, гасит шум и меняется быстрее, потому что элементы легче. Комбинированная, резинометаллическая, сочетает резиновые плиты и лифтеры со стальными вставками на рабочей грани.

Общие правила выбора под абразив и влажность те же, что у резиновой футеровки бункеров, а у мельницы решающими становятся размер шаров и температура.

Резину выбирают по размеру шаров и температуре

Схема выше показывает порядок выбора. Первый вопрос о диаметре шаров: резиновые элементы рассчитаны на определённую энергию удара, и при крупных шарах рабочая поверхность режется и вырывается кусками. Ориентир, который встречается у изготовителей футеровки: резина применяется при шарах до 60–80 мм, выше ставят сталь или резинометаллические элементы. Точное ограничение задаёт изготовитель футеровки для своей смеси.

Второй вопрос о температуре пульпы и масле. Износостойкие смеси на натуральном каучуке работают при обычной температуре мокрого измельчения; для процессов с нагревом и для сухого помола с высокой температурой материала резину не применяют или выбирают специальные марки. Масла и реагенты на нефтяной основе в мельницу попадают редко, но если попадают, натуральный каучук набухает, и это указывают в заявке.

Какая футеровка лучше для шаровой мельницы?

Футеровка шаровой мельницы выбирается по размеру шаров, крупности питания и температуре. Для мельниц второй стадии и доизмельчения с шарами среднего размера резиновая футеровка служит не меньше стальной, весит в несколько раз меньше и снижает шум. Для мельниц первой стадии с крупными шарами и тяжёлым ударом ставят стальную или резинометаллическую футеровку, а резину оставляют на торцах и в разгрузочной части.

Резиновые детали мельницы стоят не только на барабане

Кроме плит и лифтеров барабана, эластомер работает в нескольких узлах:

• торцевые плиты загрузочной и разгрузочной крышек, сегменты решётки разгрузки и пульпоподъёмные лопасти;
• футеровка горловин цапф и загрузочной воронки, через которые идёт поток питания;
• уплотнительные шайбы под гайками болтов крепления футеровки снаружи барабана;
• уплотнения между вращающейся цапфой и неподвижным загрузочным или разгрузочным патрубком;
• манжеты и уплотнения подшипников цапф, защищающие смазку от пульпы;
• сита бутары на разгрузке, резиновые или полиуретановые панели.

Шайбы болтов футеровки держат пульпу внутри барабана

Уплотнительные шайбы болтов кажутся мелочью, но через изношенную шайбу пульпа выходит наружу и размывает отверстие в обечайке. Устройство и материалы таких шайб, работающих под головкой и гайкой, описывают обрезиненные шайбы, для мельницы к этому добавляется постоянная вибрация и абразив. Их меняют при каждой перефутеровке, а не по остатку.

Почему изнашивается футеровка мельницы неравномерно?

Футеровка мельницы изнашивается неравномерно, потому что нагрузка распределена по длине барабана по-разному. У загрузочного торца куски питания крупнее, и удары сильнее. В средней части лифтеры стираются истиранием, а у разгрузки работает решётка, которую забивают обломки шаров. Поэтому плиты и лифтеры заказывают не одним комплектом на весь барабан, а по зонам с разным запасом.

Перефутеровку планируют по высоте лифтеров

Состояние футеровки отслеживают по высоте лифтеров и толщине плит, которые замеряют на плановых остановках в нескольких сечениях барабана. Пример расчёта: новый лифтер высотой 150 мм, допустимый остаток 60 мм, за 1 000 часов он теряет 15 мм. Тогда запас по износу 90 мм хватит примерно на 6 000 часов, и комплект нужно заказать заранее, с учётом срока изготовления и доставки.

Такая запись помогает и при заказе у нового изготовителя: если известна скорость износа старой резины, после установки новой партии сразу видно, лучше она или хуже. Без исходной цифры сравнить нельзя.

Детали мельницы делают формованием и обрезиниванием

Наша компания производит резиновые и резинометаллические детали для ремонта мельниц по чертежу, эскизу, фото или образцу. Сюда входят торцевые плиты и сегменты решёток, футеровка горловин, уплотнения цапф, манжеты подшипниковых узлов, уплотнительные шайбы болтов футеровки и резинометаллические элементы с арматурой. Плиты и лифтеры прессуют в форме, поэтому для новой геометрии сначала нужна оснастка.

Для расчёта присылают типоразмер мельницы и способ разгрузки, чертёж или изношенный элемент, фото раскладки футеровки, размеры и шаг отверстий под болты, количество элементов на барабан и диаметр шаров. Мелкие детали вроде шайб и колец уплотнений проще заказать по образцу. Делаем стандартные шайбы и кольца по размеру и нестандартные детали по чертежу, эскизу, фото или образцу, плоские прокладки удобно оформить по чертежу. Единичный заказ от 1 шт. возможен, его сумма начинается с 9 000 ₽ с НДС. Если исходный профиль лифтера неизвестен из-за износа, указывают его по чертежу изготовителя мельницы или по неизношенному элементу с торца, и это отмечают в КП как данные заказчика.