Дробилки, мельницы, измельчители

направления технического перевооружения дробильно-измельчительных комплексов

31 Май 2009 мельницы барабанные

Ретроспективный взгляд на состояние рудоподготовительных процессов позволяет сделать вывод о том, что главные направления их развития со временем существенно меняются. В 1970-х годах главными были дальнейшее усовершенствование технологии и оборудования процессов измельчения, увеличение единичных размеров барабанных мельниц, переход на самоизмельчение и его интенсификацию, разработка принципиально новых методов и средств рудо-подготовки.

Позже, в 1980-х годах, получили распространение новые процессы разрушения и направления технического перевооружения дробильно-измельчительных комплексов, которые предусматривали не только усовершенствование различных типов дробилок и рост их мощности, увеличение размеров барабанных мельниц первичного самоизмельчения (до 300—400 м³) и шаровых мельниц (до 220—320 м³), но и обновление другого сопутствующего оборудования. Одновременно планировался переход на комбинированные технологии подготовки руды с использованием первичных само-, полусамо- и шарового измельчения, получение продуктов с узкой гранулометрической характеристикой, создание и внедрение в промышленность измельчения взрывом, получение стабильных средних размеров кусков, предварительную концентрацию для разработки систем управления гранулометрическим составом и прочностью горной массы в условиях сквозной ресурсосберегающей технологии дезинтеграции.

Среди других направлений следует отметить новые методы и технологии селективного разрушения материалов, разработка теоретической базы, техники и технологии уменьшения прочности, выборочного разрушения и классификации с использованием рациональных видов сдвиговых, растягивающих и других усилий, эффектов механической активации, химического, ультразвукового, электроимпульсного и других влияний на процесс дезинтеграции материалов.

Предполагалось создание и использование энергонапряженных измельчительных аппаратов ((мельницы струйные, планетарные и вибропланетарные, центробежные, башенные, динамического самоизмельчения и др.). Уделялось внимание и разработке средств интенсификации измельчения в барабанных мельницах за счет оптимизации траектории движения измельчающих тел, использования футеровок интенсивного перемешивания и магнитного влияния, повышения пропускной способности мельниц.

В конце 1980-х годов радикальных изменений в технике и технологии измельчения не произошло. Вообще эволюционный процесс усовершенствования существующей техники был направлен на снижение капитальных и энергетических затрат. Интенсификация процессов измельчения в барабанных мельницах осуществлялась путем оптимизации траекторий движения и новых форм измельчающих тел, использования устройств разрушения застойных зон. Совершенствование технологических схем подготовки руды улучшает состояние в области переработки сырья, но имеет ограниченные возможности [15]. Повышение показателей работы мельниц достигается и за счет усовершенствования конструкции разгрузочных узлов.

Увеличение размеров мельниц также способствовало качественному усовершенствованию систем их приводов, опорных подшипников и футеровок. Вместе с тем это снизило скорость вращения двигателей и заметно ухудшило технико-экономические показатели привода. Для мельниц мощностью 4 МВт и выше практически невозможно создание однодвигательных приводов за исключением безредукторных электрических с низкочастотными преобразователями и сниженными экономическими показателями. Улучшение возможно за счет применения многодвигательного варианта, но это сопровождается некоторым снижением КПД двигателей и проблемами выравнивания их нагрузок.

С ростом единичной производительности мельниц четко прослеживается ухудшение показателей энергоотдачи. Критический анализ перспективности этой тенденции выполнен в работе [15]. Установлено, что если для мельниц МШР, МШЦ и МСЦ с увеличением объема барабанов тенденция возрастания энергонапряжения еще не исчерпала себя, то для мельниц ШБМ объемом более 19—26 м³ наблюдается стабилизация, а для мельниц самоизмельчения ММС объемом более 180 м³ — даже уменьшение этой величины. Одновременно с этим энергонапряжение шаровых и стержневых мельниц не превышает 40 кВт/м³, а мельниц самоизмельчения — 25 кВт/м³. Вероятность существенного увеличения этого показателя, как и снижения металлоемкости с дальнейшим ростом объемов, признана малой. Для угольных мельниц она и в дальнейшем будет близкой к 2 т/м³, а для остальных типов мельниц — к 4 т/м³.

Возрастание энергоотдачи (кВт/т) мельниц с металлической измельчающей средой имеет место только для мельниц объемом до 40—60 м³. Это же явление наблюдается и для мельниц самоизмельчения, но большей частью объемом до 160 м³. С дальнейшим повышением объемов энергоотдача стабилизируется или же темп ее роста значительно снижается. Для мельниц самоизмельчения объемом более 160 м³ темп не только замедляется, но и можно ожидать «возрастания массы» каждого кВт установленной мощности. Таким образом, увеличение объема мельниц с металлической измельчающей средой не может повысить энергоотдачу более 8—10 кВт/т, а для мельниц самоизмельчения может даже несколько ухудшить или (в лучшем случае) стабилизировать показатель энергоотдачи.

Достигнутые объемы и мощность мельниц уже почти исчерпали свои возможности как с точки зрения существенного уменьшения удельных объемов, так и площадей производственных помещений. Проф. С. Ф. Шинкоренко установил, что для шаровых мельниц с повышением их диаметра имеет место тенденция к увеличению капитальных и приведенных затрат. Для измельчения без шаров он предсказал снижение указанных затрат при возрастании диаметра мельниц до 9 м и обосновал существование тенденции улучшения эффективности измельчения с возрастанием диаметра. Вместе с тем ученый отрицает идею сверхразмеров мельниц самоизмельчения, которые, по его мнению, имеют границу в зависимости от характеристик измельчаемого сырья.

Что касается шаровых мельниц, то увеличение их размера не повышает эффективность измельчения даже при коррекции размеров измельчающих тел. Так, по данным Новокриворожского ГОКа, переход от шаровой мельницы с диаметром 3,6 м к мельнице с диаметром 4,5 м ухудшает удельные расходы шаров и футеровки на 35 % (при применении шаров диаметром 125 мм) и на 100 % — диаметром 60—80 мм.

Испытания мельниц самоизмельчения диаметром 7 и 9 м в условиях Лебединского ГОКа подтвердили увеличение удельного расхода футеровки (диаметр — 9 м) на 35—40 %. С учетом всех аспектов тенденции возрастания размеров мельниц проф. С. Ф. Шинкоренко рекомендует ограничить объем мельниц самоизмельчения до 700 м³ (мощность 19 МВт), а объем шаровых мельниц с низким уровнем слива — 200 м³ (мощность 5,2 МВт) [169]. Кроме того, сделан вывод, что в каждом конкретном случае существует размер мельницы, превышение которого уменьшает эффективность измельчения. Справедливость рекомендаций подтверждается, например, результатами испытаний на фабрике Bougainville, где увеличение размера привело к снижению производительности на 18 %, а эффективности — на 33 %.

Одной из характерных тенденций развития измельчительного оборудования является распространение самоизмельчения. Его очевидное преимущество по сравнению с измельчением металлическими шарами или стержнями состоит в исключении использования измельчающих тел, уменьшении аппаратного железа в полученных продуктах, как правило, в лучшем раскрытии минералов, повышении (при определенных условиях) эффективности и производительности мельниц при увеличении их размеров. Применение самоизмельчения иногда сопровождается усовершенствованием технологии обогащения. Однако одновременно с преимуществами самоизмельчение имеет такие недостатки, как относительное снижение энергонапряженности и удельной производительности, появление критических классов крупности, повышение энергозатрат и др. В связи с этим применяют различные методы улучшения процесса самоизмельчения и повышения производительности на 30—40 %.

Продолжался интенсивный поиск новых энергонапряженных конструкций измельчительного оборудования, учитывающих преимущества известных решений и исключающих их недостатки, а также позволяющих существенно увеличить удельные показатели по сравнению с традиционными мельницами. Поиск проходил в различных направлениях: создание мельниц вибрационных и центробежных, планетарных и струйных, башенных и динамического самоизмельчения, валковых, Снайдера и др. Преимущества этих мельниц описаны выше, известны также и их недостатки.

Так, использование вибрационных мельниц характеризуется трудностями обеспечения их надежности, равномерной и беспрерывной разгрузки. Имеет место сильное нагревание, вибрация и сегрегация внутримельничной загрузки. Повышение производительности вибрационных барабанных мельниц ограничено, а увеличение их мощности ухудшает удельные показатели. Такие мельницы целесообразно использовать для получения тонких и сверхтонких продуктов.

К характерным недостаткам центробежных мельниц следует отнести их низкую надежность, быстрый износ и резкое снижение основных показателей с повышением мощности. Вместе с тем построены достаточно мощные образцы этих мельниц. Для получения тонких продуктов эти мельницы неэффективны.

Использование планетарных мельниц сопровождается значительным увеличением затрат на измельчающие тела и футеровку. Конструкция мельниц довольно сложная, есть трудности в обеспечении надежности, повышенное нагревание, прослеживается невозможность питания мельниц сырьем больших размеров.

Относительно использования струйных мельниц существуют разные точки зрения. Так, расчетная эффективность измельчения водоструйной мельницы по сравнению с шаровой может быть значительно выше. Подобный вывод сделан и относительно газоструйного метода измельчения железной руды. Отмечено, что смета измельчения уменьшается в 1,1—1,3 раза. По данным бывшего ВНИИНСМ, расчетная смета измельчения для газоструйной мельницы в 4 раза ниже, чем для шаровой мельницы, и в 2,5—4 разы ниже, чем для пароструйной.

Эффективность применения струйных мельниц обеспечивается определенными технологическими преимуществами. Еще один существенный недостаток струйных мельниц — невозможность измельчения сырья большого размера. В целом, учитывая технические трудности их эксплуатации, в ближайшее время вряд ли будут созданы мельницы производительностью выше нескольких десятков тонн за час в одном агрегате.

Башенные мельницы целесообразно использовать для материалов с относительно низкой прочностью, что связано с незначительным давлением на измельчаемое сырье. Этот же недостаток присущ и определенным модификациям мельниц динамического самоизмельчения «МАЯ».

В последние годы интенсивное развития получила тенденция применения и усовершенствования модификаций валковых мельниц. Из различных сообщений выясняется, что с их помощью можно увеличить производительность шаровых мельниц от 10 до 100 %. Использование валковых мельниц дает возможность снизить удельные затраты в последующих стадиях от 10 до 55 %. Наблюдается стремление усовершенствовать конструкцию и технологию применения валковых мельниц за счет дальнейшего повышения давления на измельчаемое сырье, применения воды в процессе измельчения, многоразового сжатия сырья в различных направлениях в условиях сверхвысокого давления. Тенденция в целом перспективная, хотя и с определенными недостатками. Это касается износа рабочей поверхности, непосредственно участвующий в измельчении, необходимости применения дополнительных стадий измельчения в шаровых мельницах. Что касается других методов и технологий измельчения, то они недостаточно изучены и для больших производительностей не распространены.

Таблица 7.1.

Изменение удельных показателей измельчения (%) за счет внедрения новых средств и методов

Достигнутое улучшение удельных показателей измельчения за счет внедрения новых средств или методов представлено в табл. 7.1. Видно, что среди известных средств и технологий снижения удельных энергозатрат наибольшую эффективность имеют технология CQ+ и значительные сжатия в различных направлениях в валковых мельницах. Обоснован и вывод о положительном влиянии процессов трения, нагревания, вибрационного измельчения. Относительно технологии CQ+ следует отметить, что из доступных литературных источников трудно сделать достаточно взвешенный вывод относительно производительности и других показателей измельчения, особенно учитывая малую достигнутую единичную производительность (0,12 т/ч).

Следует учесть, что использование валковых мельниц со сверхвысоким давлением и готовым продуктом в виде брикетов требует дополнительной стадии измельчения в обычных шаровых мельницах с соответствующими потерями энергии.

Популярность: 65% [?]

Теги: башенные, динамического самоизмельчения, мельницы струйные, планетарные и вибропланетарные, центробежные