Трубные шаровые мельницы представляют собой базовое технологическое оборудование, применяемое для операций тонкого измельчения различных материалов в цементной, горнорудной и химической отраслях промышленности. В классическом исполнении барабан указанной мельницы ориентирован горизонтально, что создает необходимые условия для продольного транспортирования обрабатываемого материала от зоны загрузки к зоне разгрузки. Тем не менее, подобная компоновка характеризуется рядом существенных ограничений: варьирование физико-механических свойств исходного сырья (включая влажность, твердость, а также гранулометрический состав) приводит к изменению оптимальных режимов измельчения, тогда как фиксированное значение угла наклона барабана не обеспечивает возможности адаптации к указанным флуктуациям. [1]

В качестве современного технологического решения рассматривается создание мельничных агрегатов с регулируемым углом наклона барабана, что позволяет осуществлять оперативную коррекцию кинематических параметров движения как мелющих тел, так и перерабатываемого материала непосредственно в ходе рабочего цикла.

В традиционных конструкциях трубных мельниц продольное перемещение материала реализуется либо за счет создания перепада гидравлических уровней между загрузочной и разгрузочной цапфами, либо посредством применения внутренних конструктивных элементов (в частности, наклонных перегородок либо эллипсоидных сегментов). Примером могут служить известные технические решения, предполагающие монтаж наклонных эллипсоидных сегментов, формирующих винтообразные поверхности, которые инициируют встречное перемещение шарово-материальной загрузки. Однако угол наклона перечисленных устройств является фиксированным и не подлежит изменению в процессе эксплуатации мельницы. [2]

Одним из наиболее совершенных технических решений в данной области является конструкция, в которой мельница смонтирована на раме, опирающейся, с одной стороны, на подпятник скольжения, а с противоположной — на гидроцилиндры, предназначенные для варьирования угла наклона продольной оси агрегата. Соответствующая система управления включает в свой состав весовой датчик, регулятор положения рамы (угла наклона) и регулятор производительности питающего устройства.

Принцип функционирования указанной системы заключается в следующем. Датчик веса осуществляет непрерывное измерение момента массы всего измельчительного агрегата, величина которого прямо пропорциональна суммарной массе мелющих шаров и обрабатываемого материала, находящихся внутри барабана. При превышении массой измельчаемого материала заданного порогового значения регулятор формирует управляющее воздействие на гидроцилиндры, инициируя уменьшение угла наклона продольной оси мельницы относительно горизонтальной плоскости, и одновременно снижает производительность питателя. Подобное автоматическое регулирование обеспечивает поддержание оптимального режима измельчения при изменяющихся характеристиках исходного сырья. Конструктивной особенностью рассматриваемого агрегата является применение конического корпуса (выполненного в форме усеченного конуса) в отличие от традиционной цилиндрической формы барабана.

В процессе функционирования приводного двигателя регулировочный диск приводится во вращение, вследствие чего поворотные рычаги перемещаются по дугообразным направляющим элементам, что обеспечивает изменение угла наклона корпуса мельницы. Дополнительные направляющие ролики, способствуют плавности хода подвижных элементов и стабильности пространственного положения агрегата.

Величина угла наклона барабана оказывает существенное влияние на траекторию движения мелющих тел и, как следствие, на интегральную эффективность процесса измельчения. В мельнице с наклонной рабочей камерой, в отличие от традиционных конструктивных схем, шары перемещаются не только в поперечном сечении барабана, но и в продольном направлении, что обусловливает кардинальное изменение кинематики их движения.

Согласно результатам проведенных исследований, основное различие между кинетикой движения мелющих тел в мельнице, оснащенной наклонной перегородкой, и традиционными трубными мельницами заключается в несовпадении значений угла падения, линейной скорости и кинетической энергии шара при сохранении одинакового угла отрыва. Указанное обстоятельство приводит к трансформации механизма разрушения частиц обрабатываемого материала и создает предпосылки для реализации более эффективных схем измельчения.

Возможность оперативного изменения угла наклона барабана в процессе эксплуатации позволяет решить несколько взаимосвязанных технологических задач. Во-первых, это регулирование производительности мельничного агрегата: увеличение угла наклона ускоряет продольное транспортирование материала, повышая объемную производительность, однако при этом сокращается время пребывания материала в рабочей зоне мельницы и, соответственно, снижается тонкость помола; уменьшение угла наклона, напротив, увеличивает длительность пребывания обрабатываемого материала и обеспечивает достижение более высокой степени его измельчения. Во-вторых, это адаптация к изменяющимся характеристикам перерабатываемого сырья: при варьировании влажности, твердости либо гранулометрического состава исходного материала оптимальный режим работы может существенно изменяться, и регулирование угла наклона позволяет компенсировать указанные изменения без необходимости остановки технологического оборудования. В-третьих, это компенсация прогрессирующего износа футеровочных элементов: по мере износа футеровки происходит изменение коэффициента сцепления мелющих тел с внутренней поверхностью барабана, а соответствующая коррекция угла наклона дает возможность поддерживать оптимальные условия транспортировки материала на протяжении всего межремонтного периода эксплуатации. [3]

Производители мельничного оборудования отмечают, что для каждого конкретного типа измельчаемого материала значения времени помола и оптимального угла наклона барабана должны определяться экспериментальным путем. Для указанных целей могут применяться лабораторные мельницы, оснащенные системой регулирования угла наклона. [4]

Внедрение мельниц с регулируемым в процессе работы углом наклона барабана позволяет существенно повысить гибкость технологического процесса измельчения и снизить удельные энергетические затраты на единицу перерабатываемого материала, что приобретает особую актуальность в условиях нестабильности сырьевой базы и ужесточения требований к качественным характеристикам готовой продукции [5].

Литература:

1. Ханин С. И. и др. Трубная мельница. — 2006.
2. Кульгильдинов М. С., Акмолаев К. А., Кайнарбеков А. К. ББК 34. 4я73 С 90. — 2014.
3. Фенина Д. О., Веретельник А. Ф. Направление усовершенствования барабанно-шаровой мельницы //Школа молодых новаторов. — 2022. — С. 326–329.
4. Романович А. А. и др. Энергоресурсосберегающие технологии и оборудование в машиностроительной, дорожной и строительной отраслях-2024. — Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, Белгород, 26–28 сентября 2024 г.
5. Фёдоров С. М. Сравнительный анализ механики движения шаров в барабанной и вибрационной мельницах // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2005. — №. 12. — С. 208–215.