Мельница самоизмельчения консольного типа

На рис. 1, 2, 3, 4 показаны фотографии работающих мельниц самоизмельчения с размерами барабана D х L = 1,7 х 0,8; 3,0 х 1,1; 4,0 х 1,12; 5,02 х 1,33. Представленные разработки, несомненно, являются инновационными, и вот почему. Прежде всего, конфигурация барабана, имеет совершенно нетипичное соотношение диаметра к длине (D:L), оно составляет 3,75–8,8, причем для мелких машин диаметром от 3-х до 5-ти метров этот параметр 3,75–4,45, а для мельниц большого диаметра 8–17 м соотношение составляет уже 5,53–8,8. Для конкурентных мельниц диаметром 10–13 м этот показатель находится в пределах 1,9–2,2. Позже попробуем обосновать преимущество высокого значения соотношения D:L.

Второй инновационный компонент разработки — это необычная конструкция футеровки, мы назвали её каблучковой по аналогии с элементами дамских туфель. Необычная конструкция футеровки не главное её достоинство — применение для некоторых руд (например, кимберлиты) дали колоссальные показатели: прирост производительности до 80% и снижение энергозатрат до 55%. Более подробно каблучковая футеровка будет рассмотрена ниже.

Рис.1 DхL = 1.7 х 0.8

Третье инновационное решение, которое является неотъемлемой частью нашей мельницы, это разгрузочная решётка. Чрезвычайно малый объём проведенных по решётке НИР и ОКР в России и мире в какой-то степени оправдывает их низкую эффективность, что и послужило основной причиной перехода на малоэффективную разгрузку через горловину (сливной тип разгрузки). Более подробно наша разгрузочная решётка будет рассмотрена ниже, в самостоятельном разделе.

Рис.2 DхL = 3.0 х 1.1

Четвёртая инновационная составляющая разработки — это отсутствие необходимости использования уникальных станков для изготовления наших крупногабаритных мельниц, что делает их недосягаемыми (в наше время и в обозримом будущем) по скорости изготовления, доставки к месту эксплуатации с мельницами уважаемых конкурентов.

Пятое — на базе принципиального решения, а именно консольного крепления барабана, появляется возможность создания уникальных модификаций, таких как двухконсольные мельницы, где оба барабана работают в режиме самоизмельчения или шаровом режиме, либо один барабан работает как первичная мельница, а второй — как шаровая мельница. И всё это на одном валу и на одной раме.

Рис.3 DхL = 4.0 х 1.12

Шестое — эти мельницы работают на подшипниках качения, используя либо консистентную смазку (при диаметре барабана до 8 метров), либо местную циркуляционную смазку (при диаметре свыше 8 метров). В любом случае мощные маслостанции и уникальные по сложности подшипники скольжения, как для мельниц конкурентов, для наших не требуются.

Седьмое инновационное решение — наличие собственной несущей рамы, что для монтажа мельницы позволяет использовать натуральную подложку (ровный участок земли) для мелких мельниц, либо бетонную подложку (300–500 мм) для крупных мельниц. А в два раза меньшая масса мельниц при одинаковой производительности по сравнению с конкурентными мельницами позволяет смонтировать их и на металлических высотных конструкциях. И, что ещё важно, установка мельницы в горизонтальном положении до десятых долей градуса не является обязательной.

 

Восьмое инновационное решение — обеспечение прямого привода (без венцовой шестерни) для мельниц до 1000 кВт и применение небольшой (до четырёх метров) венцовой шестерни для мельниц свыше 1000 кВт.Краткая история развития техники и технологии самоизмельчения

Рис.4 DхL = 5.02 х 1.33

Появление первых мельниц самоизмельчения в рудной отрасли следует отнести к 1890 году [1], хотя в английской керамической промышленности они стали известны в 1870 году [2]. Первая промышленная мельница, очень напоминающая современные, изготовлена в 1932 году. Патент на неё получил норвежский инженер A.D. Hadsel. Диаметр мельницы составлял 7320 мм при ширине 900 мм и мощности привода 100 л. с. Максимальная крупность куска в загрузке мельницы составляла 300 мм [1].

В 1934 году появилась мельница H. Hardinge, изготовленная по лицензии A.D. Hadsel. С тех пор, когда речь идёт о мельницах самоизмельчения, её родоначальником считается H.Hardinge. В последующие годы, особенно после первого применения мельницы самоизмельчения (фабрика Vassbov, Швеция) начинается настоящий ажиотаж: создаётся огромное количество специальных компаний и исследовательских учреждений, выпускающих новые конструкции элементов мельниц и испытывающих их.

В СССР работа над созданием мельниц самоизмельчения, исследованием процесса измельчения начались лишь в 1963 году, когда за рубежом было внедрено уже около 400 мельниц. Институты Механобрчермет, Ленинградский Механобр, Гипронеметаллонеруд, Якутнипроалмаз, Иргиредмет, ВНИИ цветмет за короткое время (1963–1980 гг.) выполнили огромный объём работ как теоретического, так и прикладного характера. Было создано несколько полупромышленных установок в Усть-Каменогорске, Иргиредмете, ВНИИ цветмете, в институте Якутнипроалмаз, на Новокриворожском ГОКе. Это время освоения уникальной техники в горнорудной отрасли, многообещающей техники. Оно характеризуется жаркими дискуссиями на конференциях, в научных статьях, конечно, и в кулуарах.

Рождаются научно-инженерные школы, привлекаются в огромных количествах выпускники горных институтов Ленинграда, Свердловска, Москвы, Красноярска, Иркутска. Мне выпало удивительное по интересу и по значимости инженерное дело — начать свой профессиональный путь в институте Якутнипроалмаз, в лаборатории А.Б. Лейтеса — выдающегося инженера и учёного. Именно под его руководством и с его изобретательской подачи была построена вторая в СССР крупная (D x L = 5,0 x 2,3 м) мельница самоизмельчения. Её внедрение на фабрике №2 стало заметным событием не только в алмазодобывающей отрасли, но также послужило толчком к последующему внедрению мельниц диаметром 7,0; 9,0; 10,5 м. В 1973 году на Ингулецком ГОКе впервые была внедрена секция самоизмельчения на базе МБ 90 х 30 с доизмельчением промпродуктов в рудногалечной мельнице (безшаровое дробление-измельчение и доизмельчение). Данные по испытанию этой секции легли в основу проекта Лебединского ГОКа.

В середине 1970-х годов появилась концепция отрицательного влияния на показатели измельчения «критической» крупности. Это та крупность, которая чрезвычайно плохо поддаётся измельчению и в силу своей незначительной крупности и массы не способна выступать в качестве мелющего тела. Из результатов исследований стало известно, что её крупность составляет 50–70 мм. Борьба с «критической» крупностью приняла мировой масштаб. Из всего многообразия технологических приёмов борьбы наиболее востребованным оказалось добавление крупных шаров в мельницы самоизмельчения, из-за этого их название поменялось на мельницы полусамоизмельчения. В настоящее время около 90–96% мельниц в мире работают в режиме полусамоизмельчения, причём полученная из разгрузки мельницы «критическая» крупность додрабливается в дробилке, а продукт дробления возвращается в мельницу. Также необходимо отметить, что если на заре этого процесса добавка шаров составляла 3–5%, то сейчас не редкость — 10%, 15%, 18% и более. По сути, идёт приближение к шаровым мельницам, тем более что крупность исходного куска 130–160 мм теперь считается оптимальной. Пожалуй, одним из апологетов классического самоизмельчения остается алмазодобывающая отрасль — всё-таки специфика не позволяет добавлять шары. Кстати сказать, крупность исходного куска на алмазных фабриках составляет 600–1200 мм и далеко не на всех фабриках применяется первичное дробление. Но вот, например, Ингулецкий и Лебединский ГОКи — как они-то выдерживают давление конъюнктуры — понять сложно, но вызывает уважение.

Конструкция мельницы самоизмельчения консольного типа

На рис. 5 показана мельница с размерами барабана D x L = 4,0 x 1,4 м. Видно, что мельница имеет свою несущую раму, на которой смонтирован соединённый с тихоходным валом редуктора привод, состоящий из вала, закреплённого на двух подшипниковых опорах, зубчатой муфты, насаженной на один конец вала.

Рис. 5. Мельница самоизмельчения консольного типа с размерами барабана 4.0 х 1.12 м

Быстроходный вал редуктора связан с электродвигателем посредством гидравлической муфты. На другом конце вала закреплён барабан мельницы. Как видно на фотографии, передний торец барабана имеет отверстие для загрузки руды. Для проведения каких-либо ремонтных или профилактических работ отверстие увеличивается до двух метров, что позволяет выполнить, например, перефутеровку в течение суток, тем более что для режима самоизмельчения мы предлагаем поставить лёгкую резиновую футеровку каблучкового типа. Более подробные данные о конструкции каблучковой футеровки и технологических показателях, достигаемых с ее помощью, будут показаны дальше. На рис. 6 показаны основные монтажные и транспортные узлы мельницы самоизмельчения консольного типа, а на рис. 7 — последовательность монтажных работ.

Рис.6. Монтажные и транспортные узлы мельницы самоизмельчения консольного типа с размерами барабанов 5.0 х 1.33 м

Как упоминалось выше, консольные мельницы самоизмельчения имеют нетипичное соотношение диаметра к длине (D x L). Что даёт увеличение этого параметра? Попробуем разобраться. В работе [3], являющейся настольной книгой горного инженера-технолога, отмечено, что из-за колоссальной разницы в содержании крупного класса (речь идёт о шаровых мельницах) в загрузочной и разгрузочной частях барабанной мельницы, эффективность измельчения меняется от максимума к минимуму. Поэтому, как считают уважаемые авторы, «было бы идеальным измельчение вести в мельницах настолько коротких, что материал подвергался бы минимально необходимому количеству ударов, и весь образовавшийся готовый продукт сразу же удалялся из мельницы». Казалось бы, очевидное утверждение, однако на практике оно практически не используется.

Рис.7. Последовательность монтажных работ мельницы самоизмельчения с размером барабана 5.0 х 1.33 м

К настоящему времени разработчики измельчительной техники так и не определились в части оптимизации соотношения диаметра барабана мельницы к его длине (D:L). На практике этот показатель колеблется от 0,3 до 3, причём, наибольшее расхождение наблюдается для мельниц само- и полусамоизмельчения. Например, для североамериканского континента характерно D:L = 2,5–3,0, для скандинавских стран — 0,9–1,1, для Южной Африки — 0,3–0,5. Для шаровых мельниц этот показатель более унифицирован и составляет 0,7–0,9 (редко встречается 0,3 и 1,1). Хотя, на наш взгляд, именно для шаровых мельниц он несомненно важен. Но мы сейчас рассматриваем мельницы самоизмельчения, заглянуть во чрево которых весьма интересно. Во-первых, бросается в глаза (особенно в длинных южноафриканских мельницах), что на первом метре от загрузки мельницы материалом видны следы работы кусков руды — видна характерная гранулометрия — есть крупные, средние и мелкие и очень мелкие куски, окатанные, дроблёные. Далее, через 1,5 метра и на всю длину (описание мельницы самоизмельчения диаметров 4 м и длиной 10 м) превалирует окатанная галя размером 50–80 мм без видимых следов дробления.

Убедительная картина, позволяющая сделать однозначный вывод — работа дробления-измельчения проходит эффективно на расстоянии 1–1,5 м от загрузки мельницы, последующая длина обеспечивает, в основном, истирающий режим, малоэффективный для сформированной гали и малоэффективный с точки зрения использования подводимой мощности.

Этот эффект был хорошо изучен советским исследователем С. М. Гольдманом на примере изучения самоизмельчения в мельнице «Аэрофол». Используя отражательные кольца на торцах мельницы, он увеличил производительность мельницы на 23% и снизить удельные энергозатраты на 10–16% [4].

Исследователь объяснил это снижением продольной сегрегации, утрированную картину которой мы показали при описании южноафриканской мельницы. В таблице 1 приведены данные значений D:L для некоторых зарубежных мельниц с размерами барабанов от 5,49 х 1,83 до 13,42 х 7,01 м [5], а также для отечественных мельниц компаний «ТЯЖМАШ», «УРАЛМАШ» и «ТТД». Как видно из таблицы с ростом размеров мельницы снижаются значения D:L для зарубежных мельниц, компаний «ТЯЖМАШ» и «УРАЛМАШ», в то время как этот показатель для мельниц компании «ТТД» растет.

С учётом постулата наших корифеев [3], выше процитированного, а также известной зависимости производительности от диаметра барабана в степени 2,6, а от длины в степени 0,8–1,0 [5] очевидно, что выгодно иметь большой диаметр и малую длину.

Почему не делают? Этот вопрос и нас мучил долгое время. Может зарубежные исследователи знают что-то такое, а нам не показывают? Да нет, все гораздо проще: просто нет в достаточном количестве станков, которые бы расточили 12 или 14 м.





Рис.8. Изготовление крупной мельницы самоизмельчения западного производителя

Необходимых станков в мире два или три. Были бы станки — делали бы мельницы большого диаметра и маленькой длины. Посмотрите на рис. 8, как растачивают барабаны и к ним крышки — картина многоговорящая. Ну а куда тогда… компания «ТТД» с диаметрами 15, 17 и 20 м. У неё есть такие станки? Нет, конечно, у нас нет таких станков, но у нас есть техническое решение, позволяющее делать мельницы указанных размеров, используя рядовые станки. По крайней мере, мельницы диаметром 5 м мы не растачиваем.

Теперь хотелось бы несколько слов сказать о предельном диаметре. В работе [6] приведены доказательства о существовании «критического» диаметра, был определен его размер, который составляет 11 м. Работа большая, интересная, насыщенная данными и графиками.

Однако сделанные выводы, на наш взгляд, требуют корректировки. Во-первых, снижение некоторой эффективности измельчения не связано с ростом диаметра, а связано с ростом длины, как следует из формулы [5]. Во-вторых, резкий спад производства мельниц диаметром 11 м и более не связан с увеличением диаметра, а находился в зависимости от успеха разработки и изготовления надёжного кольцевого привода. Поскольку обечайка мельницы, где располагается привод, не допускает ни малейшего прогиба, то конструкция обечайки усилена за счёт утолщения и применения соответствующих сталей. Отсюда и масса. Несомненно, предел диаметру когда-нибудь настанет, но какой он будет — 30 или 120 м, пока сказать возможно только теоретически. По крайней мере, расчёт даёт оптимистический прогноз, что мельница диаметром 20 метров при длине 3 м обеспечит производительность на 22% больше, чем уже существующая самая большая мельница в мире 13,42 х 7,01 м, а с учётом каблучковой футеровки и новой разгрузочной решётки прирост составит 45–55%. Кроме того, существует двухконсольная компоновка (рис. 9), где на одном валу располагаются с двух сторон два барабана. Возможно, что для крупных мельниц этот вариант компоновки будет наиболее оптимальным. Ниже показаны сравнительные характеристики мельницы двухконсольной компании «ТТД» и зарубежной, на сегодня самой крупной мельницы.

Рис. 9. Мельница ТТД, двухконсольная с размерами барабана 17.6 х 4 м

Необходимо также сказать о длине рабочей части мельницы, чем она регламентируется. Мы предлагаем использовать простые критерии. Первое — максимальное исключение продольной сегрегации, как это сделано по рекомендации С. М. Гольдмана [4], т. е. внедрение отражательных колец.

Рис. 10. Мельница зарубежная с размерами барабана 13.4 х 7.0 м

Второе — исходить из крупности максимального куска в питании мельницы. Например, на нашей пилотной установке мы применяем мельницу с размерами барабана 1,2 х 0,3 м, крупность максимального куска в питании составляет 200 мм. К настоящему времени проведено около 50-ти технологических испытаний измельчаемости различных руд, причём более половины из них на счету «МЕХАНОБ РИНЖИНИРИНГ». На основании этих испытаний выполнены полноценные расчёты промышленных технологий, часть из которых подтверждена промышленным внедрением. По нашим расчётам, удельные технологические показатели, полученные в нашей «укороченной» мельнице самоизмельчения, значительно выше, чем на традиционных мельницах полусамоизмельчения. Следовательно, технические решения, принятые нами при конструировании консольной мельницы, верны.

При конструкторских проработках консольных мельниц различных диаметров нами большое внимание уделялось и уделяется прочностным расчётам силовых элементов мельницы. Для этого были приглашены специализированные компании, владеющие современными приёмами расчёта. На основании их теперь мы знаем, что срок службы вала мельницы составляет 58 лет, а срок службы самого нагруженного подшипника качения — 22 года. На рис. 11 показаны результаты расчета барабана и вала консольной мельницы с размером барабана 5,0 х 1,33 м методом конечных элементов. Поскольку такие мельницы работают — одна 10, другая 7 лет, будем считать, что расчёт выполнен правильно.
  Рис.11. Расчёт прочностных показателей барабана и вала мельниц самоизмельчения консольного типа с размером барабана 5.0 х 1.33 м

Каблучковая футеровка для мельницы самоизмельчения

На рис. 12 и рис. 13 показана конструкция каблучковой футеровки, из которой понятно, что часть загрузки, представленной средними и крупными кусками руды, за счёт каблуков разной высоты поднимаются наверх, скатываются или летят на противоположную стенку, на нижележащие куски, дробя и истирая их и себя. Мелкие же куски, имеющие размеры меньше чем размеры между каблуками, просасываются меду ними и находятся всегда внизу, подвергаясь ударам более крупных кусков. Такое простое описание не раскрывает всей сложности динамики процесса, но всё же даёт о нём некоторое представление.

Рис. 12. Экспериментальная футеровка

Впервые каблучковая футеровка была испытана в 1986–1989 гг. при технологических исследованиях алмазоносной руды месторождения им. М. В. Ломоносова на северо-востоке Архангельской области.

Основная концепция футеровки и дальнейшее технологическое воплощение, прежде всего, предусматривали повышение сохранности алмазов в процессе дезинтеграции руды в мельницах самоизмельчения. Однако, как показали последующие испытания, роль каблучковой футеровки в механизме измельчения руды оказались шире. Так, в период обработки 6000 тонн технологических проб в мельнице с размерами барабана 2,1 х 0,7 м было установлено, что её производительность на 50–70% выше, а удельные энергозатраты на 30–40% ниже расчётных. Полученные показатели, в том числе и по сохранности алмазов, оказались настолько неординарные, что потребовали тщательной проверки в специализированных условиях и с привлечением соответствующего персонала. Такими условиями в те далекие времена обладал институт Якутнипроалмаз. Благодаря директору института В. А. Смольникову — неравнодушному человеку, прекрасному специалисту, к сожалению, рано ушедшему, были проведены сравнительные испытания футеровок — стандартной и каблучковой (рис. 12), смонтированных на мельнице с размерами барабана 2,3 х 0,7 м.

Каблучковая футеровка была выполнена из стали, а стандартная — из резины. Результаты представлены в протоколе.

Протокол испытаний производительности мельницы, оснащённой каблучковой футеровкой

Как видно из пожелтевшего со временем протокола, производительность мельницы, оснащённой каблучковой футеровкой, на 84% выше, а энергозатраты на 32% ниже по сравнению с мельницей, оснащённой стандартной футеровкой. В связи с более низкой, на доли процента, сохранности алмазов-индикаторов высокая комиссия решила продолжить испытания в следующем году. Действительно, через год испытания повторились, но уже каблучковая футеровка была выполнена из резины. Не буду утомлять читателя таблицами с гранулометрическими составами, тем более что материалы были опубликованы [7]. Скажу только, что по результатам испытаний при отработке 94 т на эксперимент производительность мельницы с каблучковой футеровкой увеличилась на 47,4%, а энергозатраты снизились на 28,7%. Был 1991-й год. По результатам испытаний было принято решение провести промышленные испытания на фабрике №8, где параллельно стояли две мельницы самоизмельчения 7,0 х 2,3 м, на которые подавалась одна и та же руда. Идеальный случай, если бы не срок проведения испытаний — 1999 г. В апреле-мае 1999 г. были проведены сравнительные промышленные испытания резиновой каблучковой футеровки (рис. 13) со стандартной — также резиновой. Как видно из диаграмм, скорость питателя, подающего руду в мельницу, оснащённую каблучковой футеровкой, приблизительно в 2–2,5 раза превышает скорость питателя мельницы, оснащённой стандартной футеровкой. Работа в таком режиме продолжалась сутки, затем скорости питателей сравнялись, что и побудило остановить мельницу для осмотра. Осмотр показал, что большая часть крупных (около 90%) и часть средних каблуков были срезаны по закладному диску. Выполненный неправильно диск, края которого не были завальцованы, сработал как нож. В составленном протоколе совместно с работниками фабрики было указано, что производительность мельницы с каблучковой футеровкой была стабильно выше на 30–35%. Нашей компании было рекомендовано для завершения испытаний изготовить и поставить на фабрику плиты с крупными каблуками из металла, что и было выполнено в 2000-м году. По независящим от нас причинам, установка футеровки несколько раз переносилась. А в 2017-м году на фабрике уже, наверное, и не осталось работников, кто участвовал в испытании футеровки. Плиты пошли на металлолом, резина, думаю, на дачи.

Рис. 13. Футеровка на мельницы 7.0х2.3

Так бесславно закончилась история внедрения одной из ярких разработок — каблучковой футеровки в «АЛРОСЕ», которая бы «взорвала» всю технологию, изменила экономику как за счёт снижения эксплуатационных затрат, так и за счёт значительного повышения стоимости конечного продукта. В 1995–1996 гг. были проведены испытания каблучковой футеровки на кимберлитах трубки Premier (ЮАР). Основной целью работы, проведённой в исследовательской лаборатории компании «Англо-Америкен Корпорейшин», была оценка основных технологических показателей (производительности и удельных энергозатрат) работы мельницы самоизмельчения с размерами барабана 1,8 х 0,5 м, оснащённой металлической стандартной и каблучковой футеровками. Всего было проведено восемь экспериментов (четыре со стандартной футеровкой и четыре с каблучковой). В каждом эксперименте участвовало 13 т руды.

По сводным данным, полученным в результате экспериментов, производительность мельницы, оснащённой каблучковой футеровкой увеличилась на 75,7%, а энергозатраты на тонну руды снизились на 55%. Для продолжения испытаний компания изготовила первую в алмазной промышленности ЮАР мельницу самоизмельчения с размерами барабана 3,66 х 1,58 м с традиционными резиновыми футеровками и традиционной решёткой. Мне удалось лишь заставить работать решётку, которая при наличии ячеек размером 60 х 60 мм не пропускала кусочки и 10 мм. В последующий период и без моего участия компания провела эксперимент по самоизмельчению кимберлитов с подсадкой имитаторов алмазов крупностью 20 х 30 мм, выполненных из высокопрочной керамики.

В таблице 2 приведены сводные данные по испытаниям каблучковой футеровки.

Новая решетка для мельниц самоизмельчения

В патентной и специальной литературе вопросу влияния параметров разгрузочной решётки на показатели самоизмельчения уделено мало внимания, тогда как, на наш взгляд, её роль весьма существенна.

Нижеприведенные факты являются убедительной иллюстрацией к этому. В середине 1990-х годов мне пришлось анализировать работу вновь изготовленной мельницы самоизмельчения с размерами барабана 3,66 х 1,9 м корпорации De Beers. Решётка в ней была смонтирована таким образом, что при размерах ячейки 60 х 60 мм в разгрузке можно было зафиксировать крупность не более 10 мм.

Изменение расположения, количества и размеров разгрузочных ячеек по площади решётки позволяет получить совершенно разные гранулометрические характеристики конечного продукта. При «правильных» геометрических параметрах разгрузочных ячеек производительность или пропускная способность мало зависит от площади «живого» сечения решётки.

Рис. 14. Стандартная футеровка, используемая на зарубежных мельницах

Эти и некоторые другие обстоятельства послужили основой к постановке специальных исследований, для чего был изготовлен стенд и заготовлена искусственная смесь, состоящая из фракций различной крупности, а также крупные куски керамики, имитирующие алмазы, как по конфигурации, так и по плотности.

Основной задачей в период исследований была оценка влияния параметров решётки на её пропускную способность. Изучалось влияние как конструктивных параметров (конфигурация и размеры отверстий, их расположение по площади, конструкция лифтёров), так и технологических (содержание тонкого класса в мельнице, коэффициент заполнения, площадь «живого» сечения, относительная скорость вращения барабана мельницы).

Рис.15. Фрагмент решетки мельницы 7.0х2.3м, алмазная фабрика Якутии (поздний вариант)

Отдельный этап был связан с изучением выхода крупных имитаторов алмазов. На рис. 15 показана традиционная решётка, широко используемая в мельницах само-, полусамоизмельчения. Обращает на себя внимание, что вся доступная поверхность занята разгрузочными ячейками, что говорит о главной цели — добиться максимальной площади «живого» сечения. Благодаря масштабу в виде двух операторов, видна ширина отражательных лифтёров, их соответствие решётчатым элементам (вставам). Не очень ошибусь, если скажу, что ширина между лифтерами в средней части равна 450–550 мм. Добавлю, что высота лифтёров составляет 400–450 мм, а толщина встава — 100–120 мм, при этом разгрузочные ячейки расположены параллельно обечайке или, если быть строгим, перпендикулярно образующей.

Рис.16. Фрагмент решётки мельницы 7.0 х 2.3 м, алмазная фабрика Якутии (ранний вариант)

Рассмотрим еще два типа решётки (рис. 15 и 16), установленные на мельнице с размером барабана 7,0 х 2,3 м на одной из алмазных фабрик в разное время. Видно (рис. 17), что у части вставов ячейки выполнены в «ёлочку», а небольшая часть — с круглыми отверстиями. В более позднем варианте (рис. 16) уже отказались от «ёлочки» и круглых отверстий, но хорошо видно старание конструктора обеспечить максимальную площадь «живого» сечения. Такая же решётка (рис. 18) была установлена на мельницу, работающую на высокоглинистом сырье.

Рис.17. Фрагмент решётки мельницы 5.0 х 2.3 м, алмазная фабрика, Архангельская обл.

Видно, что около 90% площади ячеек забиты сырьём. На рис. 19 показана решётка с направляющими, выполненными вдоль естественного движения рудной загрузки. Инновационное решение, придуманное работниками Лебединского ГОКа, показало положительные результаты. Пропускная способность такой решётки с площадью «живого» сечения 1 м2 была равноценна пропускной способности решётки с площадью «живого» сечения 3,5 м2. На рис. 20 показан фрагмент решётки, сконструированной в компании «ТТД», и установленной на мельнице самоизмельчения с размерами барабана 5,0 х 1,33 м.

Рис.18. Фрагмент решётки мельницы 7.0 х 2.3 м, железорудная фабрика

Что здесь мы видим? Мы не видим лифтёров, потому, что их нет. Мы с трудом можем рассмотреть на поверхности фрагмента разгрузочные ячейки. Чтобы их рассмотреть вынуждены сделать сноску. Ячеек действительно мало, но пропускная способность чрезвычайно высока. Следует обратить внимание на расположение ячеек — они все расположены радиально. Также следует заметить, что ячейки защищены каблучками, как и вся поверхность решётки. Надо сказать, что все перечисленные конструктивные особенности появились в результате исследований, о которых говорилось выше. Поскольку всё же в площади статьи мы ограничены, да и читателю будет не очень интересно читать весь отчёт, приведу лишь основные выводы, ссылаясь на рис. 21, показывающий фрагмент экспериментальной разгрузочной решётки.

Рис.19. Разгрузочная решётка для консольной мельницы 5.0 х 1.33 м

Несколько слов об экспериментальной решётке. Она условно поделена на два пояса, как это часто бывает в реальных мельницах. Каждый пояс состоит из нескольких рядов, в каждом из которых выполнены ячейки — круглые (сектор А), перпендикулярно расположенные к образующей (сектор В), наклонные под углом 45 градусов, причём для одних наклон выполнен в сторону вращения барабана, для других — в противоположную (сектор С и С1), радиальные (сектор Д). Для каждого геометрического типа было испытано два вида ячеек — удлинённый тип (б), напоминающий реально используемый в промышленных мельницах, и инновационный (а) или просто новый.

Рис.20. Экспериментальная решётка с инновационными и удлинёнными стандартными ячейками

Итак, основные выводы по исследованиям решётки:
• наименьшей пропускной способностью обладают круглые отверстия;
• наибольшую пропускную способность имеют радиально расположенные ячейки;
• пропускная способность удлинённых и коротких (инновационных) отверстий независимо от геометрической конфигурации ячеек отличается в 6–8 раз в пользу инновационных;
• для наклонных щелей, чей наклон выполнен в сторону вращения барабана мельницы, пропускная способность в 3–4 раза выше, чем для противоположно наклонных;
• пропускная способность щелей, находящихся за лифтёром по ходу вращения барабана (теневая зона), в 5–6 раз ниже, чем тех, которые находятся до лифтёра.

Рис.21 Экспериментальная решётка с инновационными (а) и удлинёнными стандартными ячейками (б)

Попробуем теперь, с позиции наших знаний, разобрать работу решётки, представленную на рис. 17. Как видно, решётка, в основном, обеспечена наклонными щелями с шириной 25 мм и отдельными вставами с круглыми отверстиями диаметром 50 мм для вывода крупных алмазов. Наклонные щели, примыкающие к лифтёру по ходу вращения (вращение в данном случае против часовой стрелки), должны бы обеспечить достаточно активную разгрузку готового продукта. Однако в силу того, что они находятся в тени лифтёра, их активность на 35–40% занижена. Вторая часть наклонных щелей также имеет низкую эффективность разгрузки, поскольку её наклон выполнен в противоположную от необходимой сторону. Что касается круглых отверстий, то их пропускная способность в отличие от остальных итак самая низкая, а с учётом толщины решётчатой плиты, вероятность вывода через неё алмазов крупностью 40–50 мм минимальна.

Рис. 22. Выход алмазов-имитаторов через различные уровни разгрузочной решётки с инновационными ячейками

Как показали исследования, на выход алмазов-индикаторов по разным уровням решётки существенно влияет содержание мелкого (для алмазных фабрик -1+0,5 мм) класса в мельнице, рис. 22. При его содержании 10% около 97% (рис. 22 А) имитаторов разгружается через периферический пояс (уровни 9, 10, 11, 12) и только 3% через уровень 5. Увеличение содержания этого класса всего лишь до 30% (рис. 22 В) способствовало выходу имитаторов через внутренний пояс на 35%, а при увеличении мелкого класса до 60%, выход через внутренний пояс составил уже 65% (рис. 22 Б). И при содержании мелкого класса 80% выход имитаторов через внутренний пояс составил 73% (рис. 22 Г), причём через периферические пояса 11, 12 не вышло не одного, а через 10-й — только один имитатор.

Почему я пишу об этом так подробно, да потому что вышеизложенное напрямую связано с сохранностью алмазов, соответственно с его стоимостью. При небольших содержаниях мелкого класса большинство алмазов попадают на периферию, на «пяту», где попадают под удар кинематически активных кусков. При высоких содержаниях мелкого класса алмазы уходят в зону внутреннего пояса, где и разгружаются. Те кристаллы, которые по каким-то причинам не вышли, будут крутиться внутри мельничной загрузки, не подвергаясь ударным нагрузкам.

Из всего сказанного следует сделать выводы.
• Нельзя работать только через периферический пояс — такие примеры на некоторых алмазных фабриках существуют. В этом случае в мельнице всегда в избытке мелкого класса, который вытесняет алмазы на внутренний пояс, но там-то решёток нет. Казалось бы, хорошо — все алмазы сидят внутри мельничной загрузки, но с учётом нестабильности процесса у них всегда есть шанс попасть на периферию и там получить повреждение;
• Отверстия в решётке должны быть щелевыми с определенным соотношением между геометрическими параметрами (не круглыми и не квадратными) и располагаться вдоль радиуса;
• Вся поверхность решётки должна быть оснащена каблуками — чрезвычайно эффективная защита, причем в районе наибольшего износа (пояса 5–9) необходимо располагать крупные каблуки;
• Нет необходимости ставить задачу достижения максимальной площади «живого» сечения, «правильные» ячейки обеспечат максимальную пропускную способность;
• Максимальный эффект достигается при совместном использовании каблучковой футеровки и инновационной решётки.

Рис.23. Зарубежная мельница с решёткой с ячейкой круглого сечения

В завершении хотелось бы показать решётку, разработанную западной компанией (рис. 23). Как видно, все ячейки выполнены круглыми. А мы с вами уже знаем, что разгрузочные ячейки круглого сечения обладают самой низкой пропускной способностью (в 3–5 раз ниже любой щелевидной ячейки). Это ещё раз подтверждает, что исследования параметров решётки не проводились в должном объёме и в этой компании.

Заключение

Несмотря на обширный материал, представленный в настоящей статье, часть исследований, испытаний, разработок, идей, наверное, не удалось донести до читателя. Если тематика заинтересовала, прошу не стесняться обращаться. Резюмируя статью, понимаешь, что проделана огромная работа по созданию совершенно новой мельницы самоимельчения. Выполнены теоретические расчёты, проделано колоссальное количество конструкторских и экспериментальных работ, выполнено практическое применение, внедрено и пусть ещё очень мало мельниц, но все они, от самой маленькой (1,7 х 0,8), работающей в геологической экспедиции в Якутии до, пока, самой большой (5,0 х 1,33), работающей в компании РУСАЛ, оправдали наши надежды.

Чрезвычайно важно, что мы, пожалуй, впервые в мире создали мельницу в комплексе с её внутренними элементами — футеровкой и решёткой — отсюда и её фантастическая эффективность. Мы проработали, в надежде на заказы, крупные мельницы с обоснованными планируемыми показателями существенно выше показателей, которые обеспечивают западные мельницы.

Список литературы
1. E. C. Bond. An expert reviews the design and evolution of early autogenous grinding systems. Engineering and Mining J., 1964, №8, рр. 105–111.
2. H. S. Giesser/Tube milling practice. Engineering and Mining J., 1914, feb., p.463
3. С. Е. Андреев, В. В. Зверевич, В. А. Перов. Дробление, измельчение и грохочение. Издательство «Недра», М., 1969 г.
4. С. М. Гольдман, Э. Д. Клюева, К. Г. Френкель. «Влияние типа футеровки торцевых стенок мельницы «Аэрофол» на показатели ее работы». Тр. института «Механобр», Л., 1975. Вып. 140
5. Яшин В. П. Исследование закономерностей мокрого самоизмельчения руд в мельницах типа «Каскад». Дисс., канд. техн. наук. Л., ЛГИ им. Плеханова, 1969 г.
6. А. В. Бортников, А. Д. Самуков (НПК «Механобр-техника»), В.Ф. Баранов (ЗАО «Механобр-инжиниринг»). Обогащение руд, №6, 2004.

Текст: В. Г. Кочнев, генеральный директор ЗАО «Техника и Технология Дезинтеграции»

Новости по теме

08 декабря 2017

Оборудование ПАО «Уралмашзавод» для технологического комплекса обжиговой машины №3 ПАО «Михайловский ГОК»

Одним из стратегических направлений развития ПАО «Уралмашзавод» является реализация комплексных проектов в сфере создания новых и реконструкции ...

Читать...