Глава 8

Глава 8

Вибрационные мельницы

8.1. Конструкция вибрационной мельницы

Вибрационные мельницы используются для тонкого помола. В них основными механизмами воздействия на измельчаемый материал является удар и раскалывание. Ускорение мелющих тел при этом в десять раз превышает ускорение силы тяжести, принципиально возможное в традиционных шаровых мельницах. В результате этого измельчаемые частицы приобретают в основном осколочную форму, вследствие чего повышается активность продукта. Такие мельницы используются для домола цемента, измельчения известково-песчаных смесей, золы-уноса, руд, керамической шихты. На базе мельниц такого типа может быть реализована концепция цементного завода будущего [106], при которой помольные установки, измельчающие покупной клинкер, будут работать непосредственно у строителей. В этом случае может быть реализована гибкая система производства марок цемента, а стадия хранения измельченного продукта с потерей им активности будет исключена.

Рисунок 8.1. – Мельница СВМ-160, где

1 -блок помольных камер, 2 – вибратор, 3 – двигатель, 4 – муфта, 5 – рама мельницы, 6 – станция смазки.

 

ООО «Опытный завод со специальным бюро» выпускает вибрационные мельницы непрерывного действия СВМ-160 и СВМ-320 с производительностью по кварцевому песку 2,6 и 5,2 т/час соответственно. На рисунке 8.1, приведен общий вид мельницы СВМ-160.

Мельница состоит из двух цилиндрических горизонтальных камер, расположенных одна под другой и объединенных траверсами с дебалансным вибратором. При вращении вала этого вибровозбудителя камеры приводятся в поступательное движение по траектории, близкой к круговой. Движение от стенок камеры передается мелющим телам, в зонах контакта между телами происходит измельчение частиц материала. Частота колебаний составляет 16,5 Гц. Устройство ЭКОФОР подключается к корпусу верхней камеры мельницы.

Ниже представлены результаты исследований по интенсификации вибрационных мельниц нескольких конструкций с использованием технологии электронейтрализации.

8.2. Помол химически осажденного мела

В течение 2000 года были проведены многочисленные опыты по тонкому измельчению химически осажденного мела, применяемого в качестве наполнителя при производстве красок. Использовалась модельная, вибрационная мельница БГМ-5/5 с объемом 3 дм³, периодического действия. Гранулометрический состав измельченных порошков определялся на анализаторе «МОПВидеоплан» производства ФРГ.

Опыты показали, что без специальных приемов измельчить мел тоньше 30 мкм (при продолжительности измельчения 30 мин) не удается. При более длительном помоле происходит агрегирование частиц, налипание материала на шары, и измельчение практически прекращается.

После подключения устройства ЭКОФОР шары и барабан очистились от налипшего материала, и мел начал измельчаться до 10-15 мкм. Дальнейшее измельчение происходило только с добавкой интенсификатора помола, который совместно с устройством ЭКОФОР сдвигали начало агрегирования частиц, обладающих развитой, механически активированной поверхностью.

Из таблицы 8.1. и 8.2. видно, что при одинаковых режимах измельчения (опыты 1 и 3) крупность продукта составили менее 14 мкм по 5% остатку в опыте 1 и менее 7 мкм в опыте 3, который был проведен с подключением устройства ЭКОФОР. Эффективность измельчения с устройством существенно возрасла. Результаты дифференциальных и интегральных распределений частиц продукта приведены в таблицах 8.1. и 8.2.

 

Таблица 8.1. – Результаты помола мела без ЭКОФОР

Классы крупности,

мкм

Выход (%) классов для проб №
1 2
Дифф. Интегр. Дифф. Интегр.
-20 +16 2,2 100
-16 +14 1,88 97,8
-14 +12 4,04 95,92
-12 +10 2,26 91,88 1,78 100
-10 +9 1,94 89,63 1,64 98,22
-9 +8 2,61 87,69 3,65 96,58
-8 +7 2,3 85,08 3,22 92,93
-7 +6 6,65 82,78 2,79 89,71
-6 +5 11,82 76,13 1,57 86,92
-5 +4 7,37 64,31 3,22 85,35
-4 +3 8,24 56,94 11,51 82,13
-3 +2 13,3 48,7 21,8 70,62
-2 +1 24,4 35,4 31,9 48,82
-1 +0 11 11 17,73 17,73
Итого: 100 100
Удельная

поверхность,

см2

12330 13520
Время

измельчения,

мин

60 60
Добавка

инт., %

1,0 1,4

 

В опыте 2 добавка интенсификатора составила 1,4%, и был получен продукт крупностью мельче 9 мкм, а в опыте 3 с устройством ЭКОФОР крупность продукта составила менее 7 мкм при расходе интенсификатора 1,0%. Следовательно, устройство позволило снизить его расход для тонкого помола в 1,4-1,5 раза.

Сравнение опытов 1 и 4 показывает, что при прочих одинаковых условиях и одинаковой крупности готового продукта подключение устройства позволило в опыте 4 снизить время измельчения с 60 до 40 минут, то есть увеличить производительность мельницы в 1,5 раза.

 

Таблица 8.2 – Результаты помола мела с ЭКОФОР

Классы

крупности,

мкм

Выход (%) классов для проб №
3 4 5
Дифф. Интегр. Дифф. Интегр. Дифф. Интегр.
-20 + 16 0,98 100
-16 + 14 4,95 99,02
-14 + 12 1,47 94,07
-12 + 10 2,17 92,6
-10 + 9 1,03 90,43 2,7 100
-9 + 8 0,92 89,4 2,38 97,3
-8 + 7 5,08 100 1,63 88,48 1,07 94,92
-7 + 6 8,93 94,92 0,71 86,85 3,26 93,85
-6 + 5 4,53 85,99 2,99 86,14 2,07 90,59
-5 + 4 6,8 81,46 3,92 83,15 7,9 88,52
-4 +  3 10,1 74,66 9,52 79,23 6,58 80,62
-3 + 2 13,05 64,56 12,78 69,71 11,97 74,04
-2 + 1 34,41 51,51 40,78 56,93 45,89 62,07
-1 + 0 17,10 71,1 16,15 16,15 16,18 16,18
Итого: 100 100 100
Удельная

поверхность,

см2

14900 14800 15000
Время

измельчения,

мин

60 40 60
Добавка

инт, %

1,0 1,0 1,0

 

В опыте 5 был получен самый тонкий продукт, содержащий 80% класса мельче 4 мкм и 60% мельче 2 мкм, что не получалось без устройства. Таким образом, устройство ЭКОФОР, нейтрализующее электрический заряд измельчаемого материала, позволяет достигнуть сверхтонкого измельчения химически осажденного мела.

8.3. Помол гранулированной серы

Исходный материал – сера гранулированная (ТУ 2112-016-00148599-01) и белая сажа БС-100 (ГОСТ 18307), как интенсификатор.

 

Таблица 8.3. – Результаты помола серы гранулированной

Номер

пробы

Масса

загрузки

материала,

кг

Продолжительность
помола, мин.
Содержание фракции, %
+160 мкм +71 мкм
Серия 1 без ЭКОФОР, содержание белой сажи 0,2%, помол не происходил из-за налипания материала на мелющие тела.
Серия 2 с ЭКОФОР, содержание белой сажи 0,2%
1.0 3,6 0 100 100
1.1 3,6 2 23,2 54,6
1.2 3,53 4 3,65 27,9
1.3 3,46 6 0,15 14,3
1.4 3,39 10 следы (агрегаты) 8,8
Серия 3 без ЭКОФОР, содержание белой сажи – 0,5%
3.0 3 0 100 100
3.1 2,93 5 0,2 26,5
3.2 2,86 10 0,5

(неизмельченные

частицы и

агрегаты)

16
Серия 4 с ЭКОФОР, содержание белой сажи – 0,5%
2.0 3 0 100 100
2.1 2,93 5 0,15 19
2.2 2,86 10 0,2 (агрегаты) 9,8
образец заказчика 0 9,7

 

Помол производился на лабораторной вибрационной мельнице СВМ-3 с мелющими телами в виде стальных цилиндров 15 х 15 мм, масса загрузки мелющих тел 36 кг. Результаты измельчения представлены в таблице 8.3., а      зависимость остатков на сите 0071 продуктов помола от времени измельчения на рисунке 8.2.

Рисунок 8.2. – Помол серы гранулированной

 

Испытания показали, что требуемое заказчиком качество помола гранулированной серы 9,7% на сите 71 мкм при добавке белой сажи 0,2 % и 0,5% без подключения устройства ЭКОФОР не удовлетворялся. При 0,2% помол не происходил из-за налипания на мелющие тела, а при 0,5% требуемая тонина не достигалась. При использовании устройства ЭКОФОР помол при подаче белой сажи 0,2% удовлетворял требованию заказчика, а подача её в количестве 0,5 % являлась избыточной.

8.4. Помол полистирола ПСН

Исходный материал – полистирол ПСН суспензионный, низковязкий, саженаполненный. Помол производился в лабораторной вибромельнице СВМ – 04 со стальными мелющими телами –  шарами диаметром 10-12 мм. Масса загруженных мелющих тел 0,3 кг. Амплитуда колебаний – 5 мм.

Результаты измельчения представлены в таблице 8.4. и на рисунке 8.3.

Таблица 8.4. – Помол полистирола ПСН

Номер пробы Масса загрузки материала, г Продолжительность помола, мин. Удельная поверхность, см2
Серия 1 без ЭКОФОР
1.0 20 0 0
01.янв 20 10 2670
01.фев 20 30 3485 с агрегацией
Серия 2 с ЭКОФОР
2.0 20 0 0
02.янв 20 10 2990
02.фев 20 30 4260
02.мар 20 60 4785

Рисунок 8.3. – Помол полистирола ПСН

Достижение удельной поверхности уровня 3485 см2/г при помоле без устройства происходило с агрегацией материала, а с устройством даже на уровне 4785 см2/г агрегация не наблюдалась.Рисунок 8.3. – Помол полистирола ПСН

При продолжительности помола 30 мин. увеличение удельной поверхности при помоле с устройством составило 775 см2/г, что свидетельствовало не только о повышении качества помола, но и о возможном значительном увеличении производительности мельницы с получением более качественного порошка.

8.5. Помол кокса непрокаленного

Исходный материал – кокс непрокаленный. Помол производился на лабораторной вибромельнице СВМ – 3 с мелющим шарами диаметром 10-20 мм. Масса загрузки мелющих тел составляла 36 кг.

 

Таблица 8.5. –  Результаты помола кокса непрокаленного

Номер пробы Масса загрузки материала, кг Продолжительность помола, мин. Содержание фракции +63 мкм, %
Серия 1 без ЭКОФОР
1.0 1,95 0 93,9
1.1 1,95 2,5 40,2
1.2 1,91 5 19,9
1.3 1,87 10 6,6
1.4 1,83 20 1,5
Серия 2 с ЭКОФОР
2.0 2 0 93,9
2.1 2 5 16,5
2.2 1,96 10 2,8
2.3 1,92 20 0,1

При продолжительности помола непрокаленного кокса 10 мин. улучшение остатка на сите 63 мкм, как это показано в таблице 8.5. с использованием устройства составило 2,8%, что свидетельствовало о возможности увеличения производительности мельницы у заказчика.

Зависимость содержания фракции + 63 мкм от времени помола представлена на рисунке 8.4.

Рисунок 8.4. – Помол кокса непрокаленного

8.6. Помол доломита

Помол доломита производился на лабораторной вибрационной мельнице СВМ-3 с мелющими стальными шарами 10-20 мм. Масса загрузки мелющих тел составляла 36 кг.

Результаты измельчения представлены в таблице 8.6. и рисунке 8.5.

При помоле доломита без использования устройства агрегация измельченного порошка начиналась уже через 5 мин. При использовании устройства агрегация не наблюдалась даже при продолжительности помола 20 мин. и остаток на сите уменьшался.

Доломитовая мука используется в сельском хозяйстве для раскисления почвы. Как правило, доломит поступает на мельницу во влажном состоянии. Основная трудность в его помоле заключатся в агрегации порошка. Необходима его дезагрегация, что и выполняет устройство ЭКОФОР.

 

Таблица 8.6. – Результаты помола доломита

Номер пробы Масса загрузки материала, кг Продолжительность помола, мин. Содержание фракции +63 мкм, %
Серия 1 без ЭКОФОР
1.0 3,26 0 97,4
01.янв 3,26 2,5 42
01.фев 3,21 5 20,1(агрегаты)
01.мар 3,11 10 9,3(агрегаты)
01.апр 3,06 20 5,2(агрегаты)
Серия 2 с ЭКОФОР
2.0 3,26 0 97,4
02.янв 3,26 5 14
02.фев 3,11 10 7,3
02.мар 3,06 20 4,6


Рисунок 8.5. – Помол доломита

 

В ноябре 1998 года в Финляндии на фирме Dolomittikakki OY производительность мельницы, которая не справлялась с помолом влажного доломита, удалось с помощью устройства увеличить в пять раз и довести до 20 т/час.  Испытания были продолжены на фирме SAXO OY, где производительность мельницы доломитовой муки была увеличена с 36 до 45 т/час.

8.7. Помол полифосфата аммония

Исходный состав – полифосфат аммония, зерновой состав – менее 1мм, влажность – около 0%. Результаты интенсификации помола представлены в таблице 8.7. и рисунке 8.6.

 

Таблица 8.7. – Результаты помола полифосфата аммония

Номер пробы Масса загрузки материала, кг Продолжительность помола, мин. Содержание фракции +100 мкм, %
Серия 1 без ЭКОФОР
1.0 30 0 100
01.янв 30 1 52
01.фев 30 3 30
Серия 2 с ЭКОФОР
2.0 30 0 100
02.янв 30 1 44
02.фев 30 3 22

Рисунок 8.6. – Помол полифосфата аммония

Помол производился в лабораторной вибромельнице СВМ – 04. Мелющие тела – стальные цилиндры диаметром 12 мм. Масса загрузки мелющих тел 0,3 кг. Амплитуда колебаний – 5 мм.

Результаты испытания показывают, что помол полифосфата аммония идет с подключением устройства ЭКОФОР интенсивнее, остаток на сите 100 мкм уменьшен на 8%.

8.8. Помол керамической шихты

В 2001 году на АООТ «Абразивный завод «Ильич» были проведены испытания на тороидальной вибрационной шаровой мельнице МВШ – 2,0 по помолу керамической шихты Б6 с использованием устройства ЭКОФОР.

Исследовалась кинетика достижения удельной поверхностью шихты требуемого значения 4500 см2/г. Производительности этой мельницы не хватало для выполнения программы по выпуску специальной керамики. Ставился вопрос о приобретении еще одной мельницы.

Экспериментально было установлено, что подключение устройства ЭКОФОР к тороидальной вибрационной мельнице, как это следует из таблицы 8.8., позволило уменьшить время измельчения керамической шихты Б6 с 6 до 1 часа, хотя для однородного смешивания порошка целесообразно оказалось продлить смешивание  ещё на 1 –  2 часа.

 

Таблица 8.8. – Результаты помола керамической шихты

Время

помола, час

Удельная поверхность, см2
Без ЭКОФОР С ЭКОФОР
1 опыт 2 опыт 3 опыт 4 опыт
1 4881
2 5107
3 5300
4 3300 3000 5545 4958(агрегация)
6 4500 4219(агрегация) 4561(агрегеция)