Стержневая мельница

ВВЕДЕНИЕ

Компания «Казахмыс ПЛС», основной деятельностью которой является производство меди, а самый ранний из активов которой был введен в эксплуатацию в 1930, является одной из ведущих международных компаний по добыче и переработке природных ресурсов. Осуществляя деятельность в Казахстане, Компания Казахмыс зарегистрирована на Лондонской и Гонконгской фондовых биржах.

Казахмыс является одной из немногих в мире полностью интегрированных производителей меди, начиная с добычи руды и заканчивая производством конечной продукции. Основная деятельность Компании включают в себя добычу и обогащение руды, выплавку и рафинирование меди, выработку тепло- и электроэнергии для собственных нужд, вспомогательные службы и коммерческую выработку электроэнергии.

«Казахмыс» владеет 17 рудниками и 10 обогатительными фабриками на территории Казахстана. Располагая достаточной природной сырьевой базой, высоким производительным потенциалом, высококвалифицированными кадрами рабочих и специалистов, корпорация имеет все возможности для дальнейшего повышения эффективности производства, внедрения новой техники и совершенствования технологических процессов, обеспечения высокого качества всех видов работ и конечного продукта.

Рациональное использование  минерально-сырьевых ресурсов, максимальное извлечение всех ценных компонентов из руд – главная задача обогатительной науки и практики.

Современные обогатительные фабрики - высокомеханизированные предприятия. Они оснащены большим числом сложных установок, машин и механизмов, составляющих в совокупности непрерывные технологические линии. Все оборудование этих линий связано между собой определенными технологическими зависимостями и предназначено для переработки или транспортировки руды и продуктов обогащения в едином технологическом процессе.

Эксплуатация оборудования в таких линиях предусматривает: контроль и регулировку производительности машин, контроль состояния смазочных систем, температуры трущихся частей механизмов и обмоток электродвигателей, предотвращение аварийных ситуаций, устранение возникающих неисправностей, пуск и останов оборудования.

Для облагораживания  или увеличения поверхности фазового контакта минерала, применяемого в том или ином процессе, его подвергают измельчению. На разных производствах измельчают твердое минеральное сырье, полуфабрикаты, а также готовую продукцию. Измельчаемые материалы по своей структуре могут быть твердыми, мягкими, хрупким, вязкими, а также обладать различными химическими свойствами. От свойств материала и заданной степени измельчения зависят продолжительность процесса и тип измельчающего оборудования. Отличают следующие виды измельчения: дробление крупное

 

(размер кусков  после измельчения 250 мм); дробление  среднее (20мм); дробление мелкое (1мм); помол грубый (0,1— 0,004мм); помол  средний (0,005—0,015 мм); помол тонкий (0,001— 0,005мм); помол коллоидный (менее 0,001 мм).

Технологическое назначение операций дробления и измельчения заключается в том, чтобы раскрыть минералы при максимально возможной крупности, при минимальном переизмельчении, т.е. осуществить принцип «не дробить ничего лишнего».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Общая часть

1. Схема цепи аппаратов.

 

Рассмотрим схему цепи аппаратов  на примере ОФ «КМЦ» Корпорации «Казахмыс». Руда в вагонах прибывает на обогатительную фабрику. Вагон заезжает в вагоноопрокид, содержимое попадает в рабочее пространство ККД 1500/180. Исходный размер сырья до 1500мм, размер же на выходе составляет 180мм. Далее руда проходит дробление в КСД и КМД. Между процессами дробления проводится грохочение. Подрешеточный продукт идет на следующую стадию, а надрешеточный возвращается на повторное дробление.

После дробления материал по конвейерам и питателям загружают в стержневые мельницы для измельчения.  После  руда проходит измельчение в шаровых  мельницах.

 

 

2. Расчет стержневой мельницы
1. Технологический расчет стержневой мельницы

 

Исходные данные для  расчета:

 

Мельница эксплуатируется  в схеме обогатительной фабрики.

Производительность фабрики  в 100% К₂О 1,2 млн.т/год.

Производительность стержневой мельницы определяется по следующей формуле:

Q = q* Vб, т/ч,

 

где q – удельная производительность мельницы, т/(ч*м³). Удельная производительность стержневой мельницы при измельчении от 10 – 15 мм до 0,8 – 1 мм составляет 5 – 7 т/(ч*м³)

Vб – рабочий объем барабана, м³.

Определяем часовую производительность фабрики по руде, по следующей формуле:

 

Q_час = А^руда_год * К/а * в,

 

где Q_час – производительность отделения измельчения фабрики за один час; а – количество рабочих дней в году, принимают а = 340дней; в – количество рабочих часов в сутки, принимают в = 22,5 часов; К – коэффициент, К = 1,15; А^руда_год –производительность фабрики по руде за год.

 

А^руда_год = А_К2О*1,583*100³/(а * е (100 - w_р)) = 1,2 *10⁶ * 1,583 * 100³/ (25% * 81,5% (100 – 0,5%)) = 9,3 * 10³ т/год

где а – содержание КС1 в исходной руде, %, по СОФ 2 среднее содержание КС1 в руде 25%; е – товарное извлечение КС1 в готовый продукт, % ; w_р – влажность руды , w_р = 0,5 %.

 

е ^КС1_сух.к-т =83%; е = е ^КС1_сух.к-т – 1,5 = 83 - 1,5 = 81,5 %

Q_час = А^руда_год * К/а * в = 9,3 * 10³ *1,15 / 340 * 22,5 = 1404,3 т/ч

 

Определим производительность одной мельницы за один час:

 

Q = Q_час/ 8 = 1404,3/8 = 176 т/ч

 

Для обеспечения заданной производительности требуется объем  барабана:

 

Vб = Q /q = 176 / 7 =25 м³

 

Используя технические  характеристики, стержневых мельниц с центральной разгрузкой, принимаем к установке стержневую мельницу МСЦ 3200х4500 с объемом барабана 32 м³. Ближайшая по размеру мельница МСЦ 2700х3600 имеет недостаточный объем барабана 17,5 м³.

Максимальная производительность выбранной мельницы составляет:

 

Q = 7 * 32 = 224 т/ч

 

Коэффициент использования  мельницы:

 

Кисп = ( 176 / 224) *100% = 78,6 %

 

В зависимости от частоты  вращения барабана различают каскадный, водопадный и смешанный режимы работ  мельниц. При каскадном режиме частота вращения барабана мала и стержни, поднимаясь на некоторую высоту вместе с барабаном, затем скатываются или сползают вниз параллельными слоями, измельчая материал главным образом истиранием. При увеличении частоты вращения барабана стержни под действием центробежной силы поднимаются выше и, достигнув определенной для каждой частоты вращения высоты, нанося удары по руде. Такой режим работы мельницы называют водопадным. Руда в этом случае измельчается главным образом за счет удара стержней и частично истирания. Смешанный режим осуществляется при переходе от каскадного режима к водопадному.

Частота вращения барабана может быть такой, когда центробежная сила достигает настолько большой  величины, что стержни не могут  оторваться от барабана и вращаются  вместе с ним. Руда при этом случае не измельчается.

Частота вращения, при  которой стержни прижимаются  центробежной силой к внутренней поверхности барабана и начинают вращаться вместе с ним, называется критической.

Критическая частота  вращения барабана мельницы определяется по диаметру барабана и равна:

 

n_кр = 42,4/√D = 42,4/√3.2 = 23.7 об/мин

 

Рабочая частота вращения составляет 75 – 85 % критической частоты  вращения, значит должна быть в пределах:

 

n_р = (0,75 – 0,85) n_кр = 17,8 – 20,1 об/мин (не более)

 

При такой частоте вращения барабана производительность и эффективность работы мельницы будут максимальными.

Установлено, что оптимальная  частота вращения барабана зависит  от степени его заполнения измельчающими  телами, которая характеризуется  коэффициентом заполнения ц. Для стержневых мельниц коэффициент заполнения ц обычно равен 0,3 – 0,4.

Коэффициент заполнения мельницы стержнями можно определить по следующей формуле:

 

ц = (4 Gст) / (гст р D² L)

 

где Gст – масса стержневой загрузки, т;

гст – насыпная масса  стержней, т/м³;

L – длина барабана, м.

Определяем массу стержней:

 

Gст = (гст р D² L)/4 = (0,3 * 6,3 * 3,14 * 3,2² *4,5) / 4 = 68 т = 68000 кг

 

Исходя из практики измельчения  сильвинитовой руды, склонной к шламообразованию принимаем стержневую нагрузку 35 т, что обеспечивает измельчение до крупности 1,25 мм.

Мельница оборудована  электродвигателем ДСП 260/39-36 мощностью 900 кВт, число оборотов 167 об/мин и  весом 15900 кг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Техническая характеристика мельницы МСЦ 3200х4500             табл 1.2.1.1.

Размер мельницы, мм:
Длина	12440
Ширина	7205
Высота	5228
Диаметр барабана внутренний, мм	3200
Длина барабана, мм	4500
Объем барабана номинальный, м3	32
Частота вращения барабана, об/мин	14,46
Мощность электродвигателя, кВт	900
Масса мельницы (без электрооборудования, смазочной станции, мелющих  тел), кг	133119
Масса вращающихся частей (без мелющих тел и измельчаемого  материала), кг	108000
Масса мелющих  тел, кг	До 70000

 

 

1.2.2. Механический расчет открытой зубчатой передачи стержневой мельницы

Исходные данные для расчета:

 

Число зубьев вал-шестерни – Z₁= 22;

Число зубьев зубвенца –  Z₂ =254;

Передаточное отношение  – U =11,245;

Модуль зацепления –  mn =20мм;

Угол зацепления –  б =20^о;

Межосевое расстояние –  а_w =2760мм.

Расчет передачи сводится к проверке прочности зубьев по контактным напряжениям у_н ≤ [у]_н , т.е. рабочее контактное напряжение должно быть меньше или равно допускаемому, в этом случае прочность зубьев в зацеплении обеспечена.

Геометрические параметры  передачи следующие:

а) делительные диаметры:

d₁ = m_n * Z₁ = 20*22 =440 мм;

d₂ = m_n * Z₂= 20*254 = 5080 мм;

 

б) диаметры вершин зубьев:

 

d_а1 =d₁ + 2m_n = 440 +2*20 = 480 мм;

d_а2 =d₂ + 2m_{n =}5080 + 2+20 = 5120 мм;

 

в) диаметры впадин зубьев:

 

d_f1 =d₁– 2.4m_n = 440 – 2.4*20= 392 мм;

d_f2 =d₂ – 2.4m_n = 5080 – 2.4*20 = 5032 мм;

 

г) ширина зубчатого венца:

колеса – В₂ = 800 мм;

шестерни – В₁ = 800 мм;

д) межосевое расстояние:

 

а_{w =} (d₁ + d₂)/2 = (440+ 5080)/2 = 2760 мм.

у_н = k* √F_t(U+1)/(B₂*d₂)*Кнб *Кнв*Кнх ≤ [у]_н.

 

где к – вспомогательный  коэффициент. Для прямозубой передачи к = 436;

F_t – окружная сила в зацеплении.

 

F_t = 2 * Т₂ * 10³ / d₂ .

 

где Т₂ = 20 т*м =20*10³ кг*м = 20*10⁴ Н*м;

 

F_t = 2 * 20 * 10⁴ * 103 / 5080 = 78,7 * 10³ Н.

U = 11.545; B₂ = 800 мм.

 

Кнб – коэффициент, учитывающий  распределение нагрузки между зубьями передачи. Для прямозубого колеса Кнб = 1,0;

Кн в– коэффициент  неравномерности нагрузки по длине  зуба. Он зависит от коэффициента ширины колеса по диаметру, т. е. от ш_Вd

 

ш_Вd = В/ d₁ = 800 /440 = 1,8

 

по табличным данным Кнв= 1,0

Кнх – коэффициент динамической нагрузки, зависящий от окружной скорости колес и степени точности передачи.

 

х = щ₂ * d₂/(2 * 10³) = р n d₂/ (30 * 2 * 10³) = 3.14 * 14.46 * 5080 / 60 * 10³ = =3.84 м/с.

 

при данной степени точности изготовления колес и х = 3,84 м/с, Кнх= 1,2.

Шестерню и колесо изготавливают из стали 45, термообработка – У + ТВЧ, т.е. улучшение с закалкой токами высокой частоты, твердость  по Роквелу 45…..53 HRC.

[у]_Н = К_HL*[у]_{HO1 ,}

 

где К_HL – коэффициент долговечности.

При длительной работе передачи К_{HL = 1.}

 

[у]_HO1 = 14HRC + 170 14 * 50 +170 = 870 Н/мм².

[у]_Н = 1 * 870 = 870 Н/мм².

у_Н = 436 * √78,7 * 10³ * (11,545 + 1)/(800 * 5080) * 1 * 1 * 1,2 = 235 Н/мм².

у_Н = 235 Н/мм² < [у]_Н = 870 Н/мм².

 

В итоге недогруз:

 

([у]_Н - у_Н)/ [у]_Н * 100% = ( 870 – 325) / 870 * 100% = 73% > 15%.

 

Следовательно можно  оставить марку стали 45, но термообработку взять – улучшенную с твердостью НВ 180.

 

[у]_НО = 1,8 НВ +67 = 1,8 * 180 + 67 = 391 Н/мм²