/
Текст
в. И. А К У Н О В
СТРУЙНЫЕ
МЕЛЬНИЦЫ
ЭЛЕМЕНТЫ
ТЕОРИИ И РАСЧЕТА
Издание 2-е, переработанное
Издательство „МАШИНОСТРОЕНИЕ"
к Москва 1967
Во многих отраслях промышленности вопросы измельчения
материалов играют очень важную роль (при производстве ла¬
ков, красок, ядохимикатов, цемента, пищевых продуктов, син¬
тетических волокон и др. материалов).
Струйные мельницы, обеспечивающие очень высокую тон¬
кость помола, позволяют сочетать различные технологические
операции: сушку, разделение, смешение, увлажнение, синтез,
катализ и др.
В книге приводятся теоретические и экспериментальные
данные по струйным мельницам отечественного и зарубежного
производства.
Книга предназначена для инженерно-технических работни¬
ков, конструирующих, проектирующих, изготовляющих и
эксплуатирующих струйные мельницы в различных областях
промышленности.
Рецензент инж. С. Б. Хейфец
Редактор инж. Н. Ю. Благосклонова
ПРЕДИСЛОВИЕ
Основой технического прогресса во многих отраслях промыш¬
ленности (химической, стройматериалов и др.) становится со¬
вершенствование технологических процессов, приближение их к
научно обоснованной оптимальной технологии с использованием
тонко- и сверхтонко измельченных материалов. При эгом одно
из главных требований к измельчителям — минимальное загряз¬
нение измельчаемого материала продуктами износа, которое
в ряде случаев определяет самую возможность применения та¬
ких тонкоизмельченных материалов, как красители, пигменты,
твердые смазочные материалы, ионообменные смолы, ряд ме¬
таллов и их окислов, компоненты полупроводниковых материа¬
лов и многие другие.
Предлагаемая вниманию читателей книга впервые обобщает
результаты экспериментальных исследований -в области струй¬
ных мельниц, а также разработанные автором элементы теории
измельчителей и методы расчета различных типов струйных
мельниц.
Перспективность применения нового типа мельниц в различ¬
ных областях техники тонкого измельчения очевидна. Это под¬
тверждается как заграничным опытом, так и быстро расширяю¬
щимся использованием отечественных струйных измельчителей,
разработанных под руководством автора.
Место струйных мельниц в ряду других измельчителей было
установлено автором на основе статистического анализа суще¬
ствующих измельчителей при помощи предложенных им пока¬
зателей удельной энергонапряженности и удельной производи¬
тельности. Экспериментально показано, что принцип высоко¬
скоростного самоизмельчения позволяет во много раз умень¬
шить удельный износ измельчителя. В результате увеличивается
долговечность мельницы и уменьшается загрязнение измельчен¬
ного материала продуктами износа — «намолом». В сотни раз
повышается удельная производительность измельчителей, умень¬
шаются их размеры, появляется возможность использовать для
футеровки высокопрочные материалы, которые из-за высокой
стоимости и хрупкости не могли быть использованы в обычных
измельчителях.
3
Для эффективного самонзмельчения, как было показано мно¬
гочисленными исследованиями, необходимы высокие скорости,
порядка 400—500 м!сек и выше. Эти скорости могут быть легко
достигнуты при условии ускорения частиц в струях сжатого
газа со сверхзвуковыми параметрами истечения, направленных
навстречу или под углом друг к другу. Применение газовых
струй в качестве ускорителей частиц позволяет отказаться от
измельчителей-машин « перейти к измельчителям-аппаратам
без движущихся частей.
Струйная мельница представляет собой аппарат с весьма
сложным рабочим процессом, что обусловлено одновременным
измельчением, разделением, осаждением готового продукта с
очисткой отработавшего энергоносителя от пыли. Это обстоя¬
тельство осложняет не только теоретическое рассмотрение ра¬
бочего процесса, но и экспериментальное установление опти¬
мального режима работы, при котором продукт заданной дис¬
персности получается с минимальной затратой энергии и
средств. Как известно, количественная теория измельчения
(хотя бы формально математическая) до сих пор не разрабо¬
тана из-за специфической сложности процесса разрушения в
измельчителях.
В помольной камере струйной мельницы происходит одно¬
временное измельчение и разделение образующихся полидис-
персных фаз в вихревых потоках. Газодинамика подобных си¬
стем только начинает развиваться.
Особое место занимают вопросы, относящиеся к теории из¬
мельчителей, — их долговечность и надежность, удобство ре¬
монта (восстановление) и др. Предложенный автором метод
моделирования струйных мельиин, позволяет выявить законо¬
мерность образования рядов измельчителей.
Основной частью работы являются экспериментальные иссле¬
дования в области противоточных воздухо- и пароструйных
мельниц, позволившие автору установить область рациональ¬
ного применения этих мельниц, а также основные положения
технологии тонкого измельчения с их помощью. Следует также
отметить разработку инженерной методики расчета струйных
мельниц, получившую признание.
Заслугой автора и организованного им коллектива сотруд¬
ников надо признать создание у нас в СССР ряда противоточ¬
ных и других струйных мельниц производительностью от 0,25
до 5 т/ч. Предлагаемая книга завершает первый, но несомнен¬
но важный этап развития ряда конструкций струйных мельниц
и анализа их работы в разных отраслях производства.
Академик П. А. РЕБИНДЕР
ВВЕДЕНИЕ
Струйные мельницы для тонкого и сверхтонкого измельче¬
ния все шире внедряются в различные отрасли нашей промыш¬
ленности. Многие десятки опытных установок отечественного
производства успешно эксплуатируются в течение ряда лет.
Вводятся в действие установки, приобретенные за рубежом.
В Советском Союзе с 1965 г. начато серийное производстве
струйных мельниц. Это производство не может успешно разви¬
ваться без разработки новых положений теории измельчения
и измельчителей, газодинамики существенно запыленных пото¬
ков, теории ударного измельчения и износа, пылеразделения
и т. п.
Теория струйных мельниц еще отстает от требований прак¬
тики. В советской и зарубежной литературе почти нет исследо¬
ваний по теории, конструированию и технологическому приме¬
нению струйных мельниц. Восполнению этого пробела посвя¬
щена настоящая работа.
Надо отметить, что первоочередной интерес представляет
рассмотрение современного уровня развития теорий измельче¬
ния, измельчителей и, в частности, струйных мельниц.
Естественно начать это рассмотрение с вопроса о законо¬
мерностях измельчения. Зависимость энергозатрат от дисперс¬
ности продукта измельчения и измельчаемого материала при¬
нято называть законом измельчения. Известно более двух де¬
сятков таких законов. Так, наряду с классическими законами
Риттингера и Кирпичева—Кика, в литературе обсуждаются
законы Бонда, Чарльза, Шрекенбаха и многих других иссле¬
дователей. Особое место занимает закон П. А. Ребиндера.
Многозначность указанных зависимостей, а также другие фак¬
торы, не учитываемые в теории измельчения, привели к тому,
что ни один из известных законов измельчения практически не
применяется. В промышленности удельные энергозатраты опре¬
деляют обычно путем натурных испытаний измельчителей. При
этом остаются неясными степень соответствия полученного ре¬
зультата оптимуму, вопросы о минимальной стоимости измель¬
чения, о конструктивном соответствии измельчителя требова¬
ниям технологического процесса, о пути рационального измене-
S
гия конструкции измельчителя. Все эти вопросы приходится
решать эмпирически, часто в течение многих лет.
В отличие от теории измельчения, теория измельчителей
должна устанавливать оптимальные методы измельчения и наи¬
более рациональные конструкции измельчителей, позволяю¬
щие получить заданный продукт с минимальной затратой
средств.
Эта задача значительно шире задачи теории измельчения и
требует при решении учета закономерностей износа и ценооб¬
разования. В результате для теории измельчителей должна
быть разработана рациональная классификация измельчителей,
однозначно определяющая зависимость конструкции измельчи¬
теля от твердости, дисперсности и других физико-механических
и технико-экономических показателей измельчаемого продукта.
Полностью классификация измельчителей не разработана, что
затрудняет объективную оценку нового вида измельчителей —
струйных мельниц, выявление областей их рационального при¬
менения и путей дальнейшего развития. Для решения этой за¬
дачи, необходима разработка теории самих струйных мельниц,
что, как было указано выше, осложнено почти полным отсут¬
ствием работ, посвященных данному вопросу. Отличительной
особенностью струйных мельниц является использование для
разгона частиц материала потоков газа со сверхзвуковыми ско¬
ростями истечения и самоизмельчение при соударениях этих
частиц. Это позволяет резко повысить удельную производитель¬
ность мельниц, снизить их удельный износ <и создает другие
технологические преимущества.
Возникает необходимость решения комплекса технико-эко¬
номических вопросов, связанных с теорией измельчителей.
Состояние теории струйных мельниц, о которой говорилось
выше, определило объем и направление исследований, прове¬
денных автором настоящей работы. Предстояло в некоторой
степени восполнить пробел в теории струйных мельниц, обосно¬
вать их место в ряду других измельчителей, выявить тенденции
развития конструкции этих мельниц, проанализировать сущест¬
вующие серийные образцы по фирменным каталогам и обзор¬
ным статьям, вкрапленным в периодическую литературу. Эта
работа, так же как и систематические исследования опытных
установок со струйными мельницами, была проведена во Все¬
союзном научно-исследовательском институте тонкого измель¬
чения (ВНИИТИ) и во Всесоюзном научно-исследовательском
институте новых строительных материалов (ВНИИТСМ) Ака¬
демии строительства и архитектуры СССР в 1956—1964 гг.
В первом издании настоящей книги [11] основное внимание
было уделено струйным мельницам для сверхтонкого измельче¬
ния материалов с плоской и трубчатой помольными камерами.
Противоточные струйные мельницы были рассмотрены лишь в
6
первом приближении. За последние годы, при эксплуатации
опытных образцов серийной противоточной мельницы типа
ЗС-06 производительностью 0,3—0,5 т/ч для тонкого измельче¬
ния продукта (остаток 1—5% на сите 0060) и опытных образ¬
цов мельниц типа 6С производительностью до 5 г/ч, были на¬
коплены данные, свидетельствующие о перспективности проти-
воточных струйных мельниц для тонкого измельчения дешевых,
многотоннажных и абразивных материалов (руд, энергетиче¬
ского топлива, строительных материалов и т. п.). Была показа¬
на возможность также и сверхтонкого измельчения материалов
на противоточных мельницах при технико-экономических пока¬
зателях, приближающихся к показателям струйных мельнип г
плоской «ли трубчатыми помольными камерами.
Ввиду изложенного, а также учитывая, что в области теории
и практики струйных мельниц для сверхтонкого измельчения
за последние годы существенных изменений не произошло, в
настоящем издании основное внимание уделено противоточным
струйным мельницам.
Глава I
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕЙ
О ПРОБЛЕМЕ ТОНКОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ
Тонкое измельчение сырья и полуфабрикатов, служащее од¬
ним из основных методов совершенствования существующих
и создания новых технологических процессов, проникло в на¬
стоящее время практически во все отрасли промышленности
и народного хозяйства. Вместе с тем внедрение этой прогрес¬
сивной технологии сопряжено с некоторыми трудностями.
Известно, что с увеличением дисперсности продукта произ¬
водительность измельчителя резко снижается при одновремен¬
ном повышении энергозатрат, износа измельчителя и стоимости
измельчения.
Приведем несколько цифр. Уже в 1950 г. на измельчение во
всем мире было затрачено более 100 млрд. квт-ч электроэнер¬
гии [72]. Если учесть, что при тонком измельчении энергозат¬
раты возрастают пропорционально квадрату удельной поверх¬
ности продукта [67] и что к 1970—1980 гг. объем промышлен¬
ного производства в мире возрастет вдвое по сравнению е
I960 г., то легко подсчитать, что при условии удвоения удель¬
ной поверхности измельченных продуктов суммарные энерго¬
затраты достигнут к указанной дате 800 млрд. квт-ч, или 50%
мирового производства электроэнергии [22].
К сожалению, тонкое измельчение связано не только со зна¬
чительными энергозатратами, но и с большими потерями каче¬
ственных сталей в результате износа измельчителей. При сред¬
нем удельном износе, равном 0,02 кг/квт-ч [43], суммарный го¬
довой износ составит к указанной дате 15 млн. т. В денежном
выражении годовые затраты на измельчение составят около
24 млрд. руб., из которых более 50% придется на долю Совет¬
ского Союза и стран народной демократии.
Следовательно, тонкое измельчение представляет собой
крупную технико-экономическую проблему, методы и сроки ре¬
шения которой, несомненно, окажут значительное влияние на
развитие многих отраслей промышленности [9].
8
Прежде чем перейти к систематическому изложению совре¬
менного состояния техники измельчения, необходимо отметить
следующие парадоксальные обстоятельства. Так, к.п.д. совре¬
менного измельчителя с мелющими телами, например шаровой
мельницы, равен 0,05% [40]. Это значит, что практически вся
энергия, потребляемая измельчителем, затрачивается вхоло¬
стую, переходя в тепло и рассеиваясь в пространстве.
Далее, как правило, твердость всех мелющих тел и других
органов измельчителей в несколько раз меньше твердости из¬
мельчаемого материала, что приводит к неоправданно высокому
износу и уменьшению долговечности измельчителя.
Наконец, скорости воздействия на измельчаемый материал
ничтожно малы по сравнению с оптимальными, ввиду того что
по условиям долговечности и усталостной прочности конструк¬
ционных материалов, применяемых в измельчителях, динамиче¬
ские нагрузки в них должны быть небольшими.
Совокупность перечисленных факторов ограничивает удель¬
ную производительность измельчителей. Так, у современной
шаровой мельницы эта величина не превышает обычно 0,1 т/ч
на тонну веса мельницы. Низкая удельная производительность
определяет значительные габариты, вес и стоимость измельчи¬
телей и их низкую экономичность.
Решение проблемы требует устранения перечисленных недо¬
статков. Для перехода от измельчения «мягким — твердого» к
измельчению «твердым — твердого» или «твердым — мягкого»
можно использовать принцип самоизмельчения, когда роль ме¬
лющего тела играют куски или частицы материала, сталкиваю¬
щиеся друг с другом, или применять футеровки и мелющие
тела из очень твердых материалов, например минерало- и ме¬
таллокерамики.
Первая возможность реализуется с меньшими затратами,
но связана с существенным изменением конструкции измельчи¬
теля; вторая — экономически оправдана при условии, что абсо¬
лютные размеры измельчителя невелики, в противном случае
технико-экономические показатели измельчителя оказываются
неблагоприятными вследствие значительной стоимости твер¬
дых материалов.
При переходе к высоким скоростям измельчения (до не¬
скольких сотен метров в секунду) можно использовать для ме¬
ханического ускорения частиц измельчаемого материала вра¬
щающиеся ускорители — лопасти, чаши и т. п. или струи сжа¬
того воздуха, пара, газа. Высокие скорости воздействия позво¬
ляют повысить к.п.д. измельчителя, его удельную производи¬
тельность и энергонапряженность. Это, в свою очередь, позво¬
ляет уменьшить размеры измельчителя, применять для его фу¬
теровки твердые материалы, снизить до минимума загрязнение
измельчаемого материала продуктами износа. ’
Ф
При оценке путей развития конструкции измельчителя сле¬
дует иметь в виду обстоятельство, которое часто не оценивается
в должной степени. Обычно предполагается, что измельчитель
работает в оптимальном режиме, при котором продукт задан¬
ной дисперсности получается при минимальной себестоимости.
К сожалению, это предположение далеко от действительности.
Оптимальный режим может быть достигнут сравнительно
Просто при условии оснащения одного или группы измельчи¬
телей самонастраивающейся кибернетической машиной [43], оп¬
ределяющей и поддерживающей оптимальный режим их ра¬
боты в условиях неизбежных колебаний физико-механических
свойств измельчаемого материала, параметров рабочего про¬
цесса, изменения режима измельчения вследствие износа из¬
мельчителя и т. п.
Не менее важны с точки зрения экономичности работы из¬
мельчителя его надежность и долговечность, в особенности при
большой производительности.
Развитие современного машиностроения показывает, что
комплексу изложенных требований в большей степени отвечает
измельчитель, не имеющий движущихся частей. К таким аппа¬
ратам, в частности, относятся струйные мельницы [10].
Струйные мельницы определились как самостоятельная
группа измельчителей с широким диапазоном дисперсности го¬
тового продукта. Области применения мельниц этого типа охва¬
тывают большинство отраслей промышленности. Достаточно
указать, что на струйных мельницах было успешно измельчено
более 1000 различных продуктов. О размахе применения этих
мельниц можно судить по списку фирм, выпускающих их в
США [11].
Вместе с тем нет сведений о работах в области механики
этих мельниц и методики их расчета, что, по-видимому, объяс¬
няется специфичностью материалов, измельчаемых на струйных
мельницах.
Струйные мельницы изготовлялись сначала в США и не
продавались за границу. Лишь в 1955—1956 гг. английская
фирма Берк и К° предложила СССР струйные мельницы с
плоской горизонтальной камерой [52], предназначенные для
сверхтонкого помола двуокиси титана.
В 1957 г. фирма Макро Редакшн процессис лимитед [53]
поставила в СССР две струйные мельницы с вертикальными
трубчатыми камерами.
Струйные мельницы с плоскими горизонтальными камерами
диаметром 200 и 50 мм изготовляются в ГДР [63]. Образец
такой мельницы поставлен в СССР в 1958 г. Кроме того, струй¬
ные мельницы изготовляются в ФРГ и других странах.
Разработка отечественных струйных мельниц, их теории и
методов расчета была начата в СССР в 1955 г. во Всесоюзном
Ю
научно-исследовательском институте новых строительных мате¬
риалов — ВНИИНСМе.
Разработке элементов механики и методики расчета предше¬
ствовало экспериментальное исследование образцов мельнии.
Уже при испытаниях опытного образца мельницы с плоской
горизонтальной камерой выяснилось, что изучение рабочего
процесса и создание теории этих мельниц сопряжено со значи¬
тельными трудностями ввиду недостаточной изученности во¬
просов, относящихся к аэродинамике существенно запыленных
потоков. Кроме того, разработка общей теории мельницы за¬
трудняется существенными различиями физико-механических
свойств измельчаемых материалов, их электризацией в потоках
газов и т. п.
В настоящее время разработаны элементы теории и мето¬
дика расчета струйных мельниц с плоской, трубчатой и проти-
воточно-эжекторной помольными камерами. Некоторые образ¬
цы этих мельниц, изготовленные опытным заводом
ВНИИНСМа, переданы в серийное производство в 1964 г.
Удовлетворительные результаты измельчения значительного
числа материалов позволяют наметить области применения
струйных мельниц.
ОБЗОР СОВРЕМЕННОЙ ТЕОРИИ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕЙ
Теория измельчителей включает круг вопросов и проблем,
связанных с исследованием путей и возможностей совершенст¬
вования существующих и создания новых методов измельчения
и соответствующих измельчителей. Целью этих исследований
является снижение стоимости измельчения, уменьшение удель¬
ных затрат энергии, износа и металлоемкости измельчителей,
увеличение их долговечности и удобство эксплуатации.
Пути повышения экономичностей процессов измельчения сле¬
дующие:
снижение удельных затрат энергии и ее стоимости;
уменьшение удельного износа измельчителей;
уменьшение металлоемкости и габаритов измельчителей;
автоматизация установления и поддержания оптимальны*
режимов эксплуатации измельчителей.
Учитывая, что стоимость основной массы измельчаемых
материалов — руд черных и цветных металлов, энергетического
твердого топлива, продукции, производимой промышленностью
строительных материалов и горно-химического сырья — сравни¬
тельно невысока, технико-экономический фактор играет особую
роль в теории измельчителей.
Решение поставленной задачи основывается на исследова¬
ниях по совершенствованию существующих и созданию новьщ
методов измельчения и конструкций измельчителей.
II
Принято объединять понятиями — «теория измельчения» ис¬
следования, касающиеся первой части задачи, и «теория измель¬
чителей», исследования, относящиеся к решению второй задачи.
Как будет показано ниже, это подразделение вызывает возра¬
жения принципиального и методологического характера.
Указанное «расщепление» теории измельчителей оправды¬
вается специфичностью развития проблемы.
Богатейший опыт, накопленный человечеством в области
разработки методов и конструкций измельчителей, сравнительно
небольшой объем перерабатываемой продукции и невысокая
твердость большинства измельчаемых материалов (злаки,
корма и т. п.), позволяли до последнего времени осуществлять
измельчение с приемлемыми технико-экономическими показате¬
лями.
С другой стороны, слабая изученность твердого тела и ме¬
тодов оценки дисперсности продуктов явились в свое время
значительным препятствием при попытках решения фундамен¬
тальных задач теории разрушения и диспергирования. Доста¬
точно отметить, что такие вопросы, как физически обоснован¬
ные методы измерения дисперсности и гранулометрии измель¬
ченных материалов, влияние объемно-напряженных состояний
на характер разрушения, влияние макродефектов и среды на
прочность твердого тела, закономерность износа измельчителя,
и т. п., были разработаны лишь за последние два-три десяти¬
летия. Попытки установления основной закономерности теории
измельчения — зависимости вновь образованной поверхности
от энергии, затраченной при измельчении, предпринятые впер¬
вые почти столетие назад, основывались на умозрительных и
весьма упрощенных представлениях о твердом теле и его раз¬
рушении и, естественно, не получили признания. Теория измель¬
чителей продолжала развиваться на основе часто эмпирических
данных, практически без использования результатов теории
измельчения. Последнее оправдывается рядом причин, на одной
рцз которых следует остановиться.
В литературе известны три «основных» закона измельчения:
Риттингера, Кика и Бонда и около двух десятков частных зако¬
нов измельчения [29, 37, 54, 80, 72]. Каждый из этих законов
выведен на основе экспериментальных исследований, и тем не
менее аналитические выражения зависимости удельных энерго¬
затрат А от величины образованной поверхности S' различны.
Различия эти достигают трех порядков. Было известно, напри¬
мер, что закон Кика близок к условиям грубого дробления, за¬
кон Риттингера —- тонкого измельчения, а закон Бонда — для
зоны дисперсностей, лежащих между указанными обла¬
стями [37]. Однако, поскольку количественно обоснованных по¬
нятий «грубое», «среднее» и «тонкое» измельчение не было, то
не было также оснований для уверенного применения перечис¬
.12
ленных эмпирических зависимостей, не обладающих основным
отличием всякого истинного закона — инвариантностью по от¬
ношению к условиям эксперимента. Дело не только во внешнем
проявлении этого несоответствия между различными «законами
измельчения». Это несоответствие указывает на существование
более глубокого противоречия, позволяющего поставить под
■сомнение само существование «закона измельчения» в обще¬
принятом понятии этого термина.
В самом деле, если рассмотреть результаты интегрирования
эмпирического уравнения Чарльза—Рундквнста [42, 54]
dA = — Cd— ,
Ът
где А — работа;
б — размер частицы;
т и С — коэффициенты,
з
то ряду дискретных значений т = 1, 2 и — соответствуют
5,
Ак = (— С — Кк 'п — - ■— закон Кика,
J б А б2
Ar = (— С — Kr(— М — закон Риттингера,
J б2 \ В. О, /
6,
Ав = [ — С — = Кв(~т= 5=) ~закон Бонда.
J JL \ у в2 у Ч /
81 g 2
Приближенное значение интеграла может быть записано в
виде
а=т.
График значений Л — f(62) при переменном т, представлен¬
ный на рис. 1, наглядно свидетельствует о непрерывном изме¬
нении т с уменьшением 62, что соответствует непрерывному
изменению «закона измельчения». Более того, практически в
подавляющем большинстве случаев уже исходный материал
состоит из частиц различного размера, следовательно, каждая
частица измельчается по своему «множеству законов». Поэтому
для описания закономерностей измельчения необходимо опе¬
рировать понятиями конечной математики и вариационной ста¬
тистики. Попытка выражения этой зависимости посредством
элементарных гладких аналитических функций вряд ли осуще¬
ствима. Но дело не только в математическом аппарате, приме¬
13
няемом для описания. Законами принято обозначать однознач¬
ные зависимости между величинами, характеризующими явле¬
ние или процесс, причем эти зависимости должны быть инва¬
риантны по отношению к системе отсчета.
В данном случае зависимости многозначны и не
инвариантны по отношению к условиям эксперимента. В самом
деле, любой физический прибор или устройство, примененные
для исследований зависимости энергозатрат от величины обра-
Рис. 1. Зависимость энергозатрат A—f(S) от дисперс¬
ности продукта по Чарльзу
зованной поверхности, являются измельчителем. Объемно-на¬
пряженное состояние измельчаемого материала, определяющее
процесс его измельчения, зависит как от конструктивного уст¬
ройства, так и от размеров измельчителя. Следовательно, закон
измельчения определяется не только прочностными показате¬
лями измельчаемого материала, но и конструкцией измельчи¬
теля, а также его размерами. Поясним эту мысль примером.
Предположим, надо разрушить ударом падающего шара стек¬
лянный кубик с размером ребра 1 см. Очевидно, что эффект
измельчения будет зависеть от размера шара, разрушающего
кубик. При недостаточно большом размере шара кубик вообще
не будет разрушаться. Если постепенно увеличивать массу
шара, то начнет расти эффективность разрушения. В дальней¬
шем увеличение массы шара будет зависеть от заданной дис¬
персности продукта. Если требуемая дисперсность достигнута,
то дальнейшее увеличение массы приведет к снижению эффек¬
тивности процесса, так как часть кинетической энергии шара
будет тратиться непроизводительно [7]. Очевидно, каждый ме¬
тод измельчения « каждый измельчитель обладает определен-
14
ным оптимумом, при котором энергия, затрачиваемая на обра¬
зование единицы новой поверхности, минимальна. Этот опти¬
мум зависит также от размеров измельчаемой частицы. Следо¬
вательно, при измельчении полидисперсного материала должна
существовать область оптимумов, или, вернее, область динами¬
ческих оптимумов.
Между тем обычные законы измельчения не учитывают ни
конструкции измельчителя, ни степени оптимизации его работы.
В самом деле, известно, например, что при измельчении на
крупной шаровой мельнице цементного клинкера затрачивается
около 40 квт-ч на тонну продукта с удельной поверхностью
3000 см2/г. Но очевидно, что эта цифра отображает минималь¬
ный расход энергии при рационально выбранных размерах
барабана мельницы (диаметр и длина), размеров, формы и ве¬
сового соотношения мелющих тел и т. п. Любое отступление от
указанного оптимума влечет за собой увеличение удельного рас¬
хода энергии и изменение «закона измельчения». Следователь¬
но, с практической точки зрения представляют интерес не про¬
сто установление зависимости энергозатрат от величины обра¬
зованной поверхности, а оптимизация этой зависимости.
Решение этой задачи, относящейся к проблеме вариационной
статистики и динамического программирования, требует прин¬
ципиально нового подхода.
Становится очевидным, что каждый измельчитель и каждый
физический прибор, применяемый для установления закона
измельчения, характеризуется параметрами, описывающими
различные оптимумы в зависимости от исходной и конечной
дисперсности измельчаемого материала, его прочностных пока¬
зателей и предыстории механических воздействий (взрывное
дробление на карьере, предварительное дробление, влияние
длительного пребывания на открытом воздухе и т. п.). Очевидно,
в зависимости от конкретных прочностных показателей мате¬
риала и его исходной дисперсности существует также опти¬
мальная дисперсность продукта, при получении которого за¬
траты энергии минимальны. Дальнейшее измельчение на дан¬
ной машине уже неэффективно, так как ведет к повышению
удельных энергозатрат. Это положение известно в теории из¬
мельчителей как оптимизация процесса измельчения путем
многостадийного измельчения.
Таким образом, исследования процессов измельчения како¬
го-либо материала на одном измельчителе в широком диапа¬
зоне дисперсностей приводит к определению не «закона измель¬
чения», а некоторой функции, представляющей собой измене¬
ние условий измельчения при увеличении дисперсности про¬
дукта, а следовательно, и исходного материала, так как при
многократном измельчении продукт при каждой следующей
стадии измельчения становится исходным материалом. При
15
непрерывном процессе этот переход перестает быть дискрет¬
ным, и явление еще более осложняется тем, что продукт пере¬
мешивается с исходным материалом.
Разумеется, изложенное вовсе не означает, что закономер¬
ности измельчения не должны исследоваться. Необходимо бо¬
лее конкретно сформулировать задачи теории измельчения н
учитывать их принципиально статистическо-вариационный ха¬
рактер.
В свете изложенного, по-видимому, наиболее поразительна
экспериментально установленная линейная зависимость обра¬
зованной поверхности от величины энергозатрат, известная как
закон Риттингера. Линейность конечного результата процесса,
обладающего принципиально нелинейными характеристиками,
свидетельствует о существовании фундаментальной закономер¬
ности, основанной на принципе наименьшего действия. Из об¬
щих соображений теории устойчивости следует, что эксперимен¬
тально установленная линейная зависимость Л =/((Д5/), являю¬
щаяся огибающей семейство характеристик, описывающих раз¬
личные стадии процесса, должна обладать определенной устой¬
чивостью. Это соображение подтверждается эксперименталь¬
ными исследованиями [67], свидетельствующими о существо¬
вании в области высоких дисперсностей зависимости вида Л =
= Д(А5')2. Интерес представляют и исследования закономер¬
ностей образования зернового состава продуктов измельчения,
известные как исследования кинетики измельчения. Эти зави¬
симости, имеющие статистическую природу, следует также рас¬
сматривать в непосредственной связи с конструкцией измель¬
чителя и режимом его работы.
Особую ценность приобретают исследования закономерно¬
стей деформации и разрушения твердых тел, в которых влия¬
ние конструкции измельчителя на исследуемый процесс мини¬
мально или исключено вовсе. Так, влияние макродефектов и
дислокаций на прочность твердых тел, приводящее к масштаб¬
ному упрочнению частиц и их избирательному измельчению,
может быть исследовано при упругих деформациях твердых
тел, когда разрушение с образованием полидисперсного про¬
дукта исключено. То же относится к исследованиям влияния
на измельчение поверхностно-активных веществ — понизителей
твердости. Эти закономерности могут исследоваться и при упру¬
гих деформациях твердых гел.
«Пограничными» в смысле влияния конструкции измельчи¬
теля на процесс деформации и разрушения являются исследо¬
вания процессов разрушения твердых тел при ударе о плиту
«ли друг о друга [46, 47, 50, 58, 61, 76, 78, 79]. При оценке ре¬
зультатов этих экспериментов единственной инвариантой слу¬
жит скорость удара, а не работа удар а или количество движе¬
ния, как это считалось при интерпретации опытов Кика по1
16
разрушению шаров при их падении на жесткую плиту
[62, 77, 50].
В этом отношении особую ценность представляют идеи и:
экспериментальные исследования акад. П. А. Ребиндера, пока¬
завшего, что процесс упругой деформации тела характери¬
зуется наведением в толще указанного тела новой поверхности
(трещины), развивающейся из макродефектов. Эти трещины
обладают способностью самозаживления при съеме деформи¬
рующего усилия [35, 38, 46]. При некоторой предельной объемной
концентрации трещин в теле образуется минимум одна тре-.
шина с размером, большим критического, что ведет к разру-.
шению тела. Это состояние отвечает предельной энергии упру--
гих деформаций. Тело при разрушении распадается на частщ
которые после снятия нагрузки подвергаются релаксации,—
наведенные в толще кусков трещины смыкаются, а энергия
аннигилированной поверхности переходит в тепло. Часть новой
поверхности, образующаяся на поверхностях раздела между
кусками, не может аннигилировать и остается необращенной.
Следовательно, между процессами упругой деформации и раз¬
рушения с точки зрения образования поверхности разницы не-
существует. Это позволяет рассматривать процесс разрушения
как следствие перенапряжения тела, а величину вновь образо¬
вавшейся поверхности считать пропорциональной величине энер¬
гии перенапряжения А^ в отличие от энергии упругих дефор¬
маций А'у. Тогда энергетический баланс процесса разрушения
записывается в виде «закона Ребиндера»:
а' = л;+л;
или, относя к объему тела,
а2
A = Ay+As = -^+KRbS', (1)
где оР — предельное напряжение упругих деформаций;
Е — модуль Юнга;
Kr — коэффициент Ребиндера, представляющий собой
затрату работы на образование единицы новой по¬
верхности;
S' — удельная поверхность в см2/см3=см~1.
Установленная акад. П. А. Ребиндером зависимость важна
тем, что позволяет рассматривать процесс измельчения как еди¬
ное целое и в то же время анализировать раздельно упругую
деформацию и собственно измельчение — образование новой
поверхности.
Рассматривая работу образования новой поверхности As
как полезную работу, а работу упругих деформаций Ау — как
17
потери, можно сформулировать понятие коэффициента полез¬
ного действия процесса измельчения:
Лр I
гц = — = 1 • (2)
As + АУ , АУ
As
Из рассмотрения выражения (2) следует, что с целью по¬
вышения к. п. д. процесса следует по возможности увеличи¬
вать As, т. е. разрушать тело с максимальным перенапряже¬
нием. Этот вывод полностью подтверждается последними экс¬
периментами Райнерса и Беренса [50, 77], которыми показано,
что оптимальная скорость ударного разрушения лежит в ин¬
тервале 200—300 м/сек, т. е. на порядок превышает скорости,
развиваемые в существующих измельчителях с мелющими те¬
лами.
Процесс аннигиляции трещин, наведенных в толще твердого
тела при его упругой деформации, в реальных условиях несо¬
вершенен. Молекулы внешней среды и коагулирующие дефек¬
ты, проникая в такие трещины, экранируют молекулярные си¬
лы, пытающиеся вновь сомкнуть образовавшуюся трещину,
в результате чего она смыкается неполностью. В результате
при следующем деформировании с неизменной величиной и
энергией деформирующего усилия длина и вновь образованная
поверхность трещины возрастают и при достаточном числе
переменных циклов нагрузки тело разрушается, хотя величина
напряжений значительно ниже значения предела упругих на¬
пряжений а„. Это явление известно как усталостное разруше¬
ние и может быть значительно усилено, если деформирование
производится в среде поверхностно-активного вещества, моле¬
кулы которого стремятся проникнуть в трещины, наведенные
при деформации. Применение поверхностно-активных веществ,
теория которых разработана акад. П. А. Ребиндером [38], име¬
ет большое практическое значение. Действие поверхностно-ак¬
тивных веществ становится заметным ввиду многократного
повторения актов измельчения, а также ввиду снижения интен¬
сивности процессов коагуляции частиц измельченного мате¬
риала.
Решение второй части поставленной выше задачи — созда¬
ние новых конструкций измельчителей — основывается на ис¬
следованиях:
областей рационального применения измельчителей в зави¬
симости от их конструкции;
методов повышения износостойкости измельчителей;
методов повышения надежности, долговечности и удобств
эксплуатации измельчителей;
методов автоматического определения и поддержания опти¬
13
мальных .режимов работы измельчителей посредством самона¬
страивающихся кибернетических машин.
Приходится констатировать, что отсутствие достаточно стро¬
го сформулированных задач теории измельчителей не позволяет
решать проблему как единое целое.
Рис. 2. Логическая схема теории измельчителей
Из рассмотрения схемы, представленной на рис. 2, видно,
что теория измельчителей включает сложные разделы, изучение
которых требует создания некоторых предпосылок, в частности
обязательного учета физико-химических и физико-механических
свойств измельчаемых материалов, конструктивных показате¬
лей и помольных характеристик измельчителей, а также ком¬
плекса технико-экономических показателей, в том числе влияния
износа на измельчитель и измельчаемый продукт и зависимости
стоимости последнего от стоимости затрачиваемой энергии.
В настоящее время общая задача теории измельчителей не
может быть решена в полном объеме. Поэтому представляют
19
интерес частные н косвенные решения, полученные на основе
рассмотрения общих свойств н нормирующих факторов множе¬
ства существующих измельчителей, оптимизированных в тече¬
ние длительной промышленной эксплуатации.
В истории развития различных наук большое значение
имеют классификации, позволяющие выявлять скрытые зако¬
номерности на основе формально логических построений. По¬
этому естественно также стремление создания классификации
измельчителей.
ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКИЕ КЛАССИФИКАЦИИ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕЙ
Рациональная классификация любых машин — преобразо¬
вателей энергии, в том числе измельчителей, должна точно оп¬
ределять области применения каждой из них. Понятно, что чем
больше факторов, определяющих место машины в ряде других
машин, учитывается классификацией, чем выше точность опре¬
деления этого места, тем более совершенна принятая класси¬
фикация. Естественно, что при возникновении простейших клас¬
сификаций учитывается какой-либо один более или менее эле¬
ментарный признак.
Примером такого решения для интересующего нас случая
может служить распространенная в литературе классификация
измельчителей, в основу которой положена дисперсность из¬
мельчаемого материала: дробилки — для крупного, среднего
и мелкого дробления, мельницы — для грубого, тонкого и
сверхтонкого помола [33, 40, 43, 72]. Такая классификация не
может считаться удовлетворительной прежде всего потому, что
не позволяет провести сравнительную оценку измельчителей.
При наличии большого количества измельчителей и необ¬
ходимости выбора одного из них для данного конкретного слу¬
чая, например для тонкого измельчения вяжущего материала
или угля, руководствуются не классификацией, описанной выше,
а соображениями инженерной интуиции на основании сугубо
субъективных соображений. Если выбор измельчителя произ¬
водят по эксплуатационным данным, достаточно надежным и
применимым к конкретным условиям, можно рассчитывать на
удовлетворительный результат принятого решения. При необ¬
ходимости же оценить перспективу применения измельчителя,
существенно отличающегося от общепринятых, например по
конструкции, решение задачи становится неопределенным; чаще
всего это приводит к отказу от новой, прогрессивной конструк¬
ции лишь потому, что нет критериев, позволяющих оценить
измельчитель хотя бы в общих чертах.
Классификация же, построенная на основе какого-либо вто¬
ростепенного признака, не способствует нахождению оптималь¬
ного решения. Неопределенность возникает и при оценке из-
20
мельчнтеля новой конструкции или при предварительной оценке
возможности применения измельчителя известной уже конст¬
рукции в новой области измельчения. В результате иногда от¬
вергаются и длительное время не находят признания прогрес¬
сивные конструкции; вместе с тем на исследование или даже
применение бесперспективной конструкции затрачиваются зна¬
чительные средства и силы.
О формальном и поверхностном характере классификации
измельчителей по зонам дисперсности свидетельствует разли¬
чие в количественной оценке категорий дробления и измельче¬
ния, существующее в литературе.
У различных авторов количественная оценка понятий гру¬
бое, среднее и мелкое дробление, тонкое и сверхтонкое измель¬
чение колеблется в весьма широких пределах, в зависимости
от принятого данным автором чередования измельчителей, рода
измельчаемого материала и т. п. Не существует единства и в
оценке такого важного с точки зрения классификации показа¬
теля, как прочность или твердость измельчаемого матери¬
ала [47]. В одних случаях твердость материала оценивается по
шкале Мооса, в других — по значениям предельного напряже¬
ния при одноосном сжатии материала.
Некоторые авторы считают возможным введение понятия
мягких, средней прочности и твердых пород с соответствую¬
щими значениями предельного напряжения на сжатие, рав¬
ными 100, 100—500 и более 500 кГ/см2. Другие применяют
понятия слабых, средних и крепких пород с предельным на¬
пряжением на сжатие, соответственно равным 200—1200, 1200—■
2400 и 2400—4000 кГ/см2.
Столь широкие диапазоны колебаний величин, определяю¬
щих качественно однозначные понятия, свидетельствуют лишь
о том, что классификация измельчителей по дисперсности не
учитывает прочности измельчаемого материала. Это является
следствием отсутствия физико-механического обоснования клас¬
сификации измельчителей по дисперсности материала. Анало¬
гичные феноменологические классификации по тому или «ному
внешнему признаку, не связанному органически с энергетикой,
конструкцией и областью применения измельчителя, явля¬
ются произвольными « могут быть построены в различных
вариантах.
Так, если принять за основу классификации один из конст¬
руктивных признаков, например устройство мелющих тел, то
можно получить классификацию, приведенную на рис. 3. В ней
измельчители разделены на две группы: с мелющими телами
и без них. Далее, измельчители первой группы разделяются на
трн подгруппы, а измельчители без мелющих тел — на четыре.
Количество подгрупп и признаки, по которым производятся
группировки, остаются произвольными. Следовательно, эта
21
Без мелющих тел
С механическими
ускорителами частиц
С ускорением частиц сжатым
газом или ларом
Кавитационные с возбужде¬
нием колебаний
Дробилки
Мельницы
отражатель¬
ная
«Hazemag»
гравитаци¬
онная
«Aerofull-
rnill»
отражатель¬
ная
центробеж¬
«New
Hollahd»
ные
«Anzamill»
магнито-
стрикцион-
ным
пьезоэлек¬
трическим
электроди¬
намическим
(искровым)
механическим
Коллоидная
с зазором
Коллоидная
с зубчатым
колесом
с дроблением
с солле
Лаваля
с отража¬
телем
с дроблением
сбросом
давления
Струйные
отражательные
с ллоской
горизонтальной
камерой
с инжекторной
прозивоточной
камерой
с вертикальной
трубчатой камерой
с размольной
трубой
Рис. 3. Феноменологическая классификация измельчителей
классификация является просто графической схемой с перечис¬
лением групп существующих измельчителей. Научное н при¬
кладное ее значение ничтожно. В самом деле, приведенная схе¬
ма не позволяет определить области применения измельчителей
с учетом их конструктивных признаков и технико-экономиче¬
ских показателей. Отсутствие рациональной классификации
измельчителей, т. е. классификации, определяющей их место
в различных областях измельчения с учетом физико-механиче¬
ских свойств измельчаемого материала и комплекса технико-
экономических показателей, объясняется особенностями разви¬
тия теории измельчения и измельчителей.
Существует, например как самостоятельное направление
специализация по измельчению твердого топлива, называемая
«пылеприготовлением» [40]. Существуют и другие направления,
разрабатывающие вопросы дробления и тонкого помола строи¬
тельных материалов, дробления и помола руд, тонкого и сверх¬
тонкого измельчения материалов химической, пищевой, легкой
и др. отраслей промышленности.
В каждой из отраслей создаются измельчители примени¬
тельно к собственным нуждам, со «своей» теорией измельчения
и своей классификацией. Этим объясняется продолжающийся
около столетия бесплодный спор между сторонниками «зако¬
нов» измельчения Риттингера и Кирпичева—Кика, а также от¬
сутствие единой рациональной классификации измельчителей.
За последние два-три десятилетия в связи с непрерывным повы¬
шением дисперсности материалов, применяемых в промышлен¬
ности, создание единой теории измельчения и измельчителей
стало необходимостью. В 1944 г. акад. П. А. Ребиндером был
установлен обобщенный закон измельчения. Этой же необходи¬
мостью обусловлены поиски критериев, которые могли бы быть
положены в основу рациональной классификации измельчи¬
телей.
КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕЙ ПО А. Ф. ТАГГАРТУ
Приближением к решению проблемы создания классифи¬
кации, учитывающей при определении места измельчителя
несколько существенных факторов, служит приведенная в
табл. 1 классификация, предложенная А. Ф. Таггартом [43].
Согласно этой классификации измельчители разделяются на
три группы в соответствии со значениями относительной скоро¬
сти движения мелющих тел: малой, средней и большой. Ока¬
зывается, что этим скоростям движения соответствуют способы
измельчения, т. е. характер нагружения частиц измельчаемого
материала.
Кроме того, А. Ф. Таггарт считает, что с относительными
скоростями и способом измельчения связаны типы материалов,
24
■наиболее пригодных для измельчения в данных мельницах.
В табл. 1 приводятся также типы мельниц, входящих в каждую
из трех групп и некоторые технико-экономические показатели.
Таблица 1
Классификация мельииц для сухого измельчения по А. В. Таггарту [43]
Показатели
Класс Г
Класс II
1
Класс III
Относительная
скорость
Способ измель¬
чения
Малая
Нажатием, ударом
Средняя
Нажатием, истира¬
нием
Большая
Ударом, срезывани¬
ем, истиранием
Типы мельниц
Шаровая, галечная,
трубная, стерж¬
невая периодиче¬
ского действия,
бегуны
Валки, кольцевые
мельницы, шаро¬
вые, центробеж¬
ные мельницы,
жернова
Молотковые, Диско¬
вые, струйные,
дезинтеграторы
Типы материа¬
лов, наиболее
пригодных для
измельчения в
данных мель¬
ницах
Твердые, абразив¬
ные, хрупкие
Средней твердости,
неабразивные,
хрупкие
Мягкие и хрупкие
или мягкие и не¬
абразивные, во¬
локнистые
Преимущества
Небольшие эксплу¬
атационные рас¬
ходы ; постепен¬
ное увеличение
эффективности;
минимальное за¬
грязнение про¬
дукта; легкость
контроля и экс¬
плуатации
Небольшой расход
мощности; неболь¬
шая площадь, за¬
нимаемая машиной
Небольшие перво¬
начальные затра¬
ты; низкий рас¬
ход мощности;
небольшая пло¬
щадь, занимаемая
машиной
Недостатки
Большие первона¬
чальные затраты;
во многих случа¬
ях значительный
расход мощности;
большая занимае¬
мая площадь
Большие эксплуата¬
ционные расходы;
постепенное паде¬
ние эффективно¬
сти
Очень большие экс¬
плуатационные
расходы; посте¬
пенное падение
эффективности;
продолжительные
простои
Классификация Таггарта ценна тем, что позволила связать
конструктивные показатели измельчителей с областью приме¬
нения.
25
Основным недостатком принятой классификации является
необоснованность выбора в качестве критерия сравнения отно¬
сительной скорости мелющих тел, не говоря уже о том, что поня¬
тия скоростей «малая», «средняя» и «большая» без указании
числовых значений снижают во многом точность классифика¬
ции. Рассмотрение конкретных типов измельчителей, включен¬
ных Таггартом в отдельные классы, вызывает возражения.
Так, если согласиться с тем, что бегуны обладают малой
относительной скоростью движения мелющих тел и поэтому
применимы для измельчения твердых абразивных материалов,
то непонятно, почему шаровая, галечная, трубная и другие
гравитационные мельницы отнесены к I классу; скорость дви¬
жения мелющих тел в этих мельницах достаточно велика. Да¬
лее, нельзя согласиться, что скорости движения валков жерно¬
вов и кольцевых или шаровых центробежных мельниц имеют
величины одного порядка. Наконец, нельзя согласиться с тем,
что струйные мельницы и пальцевые дезинтеграторы относятся
к одной группе, предназначенной для измельчения мягких не¬
абразивных материалов. Литературные данные и опыт показы¬
вают, что струйные мельницы успешно применимы в первую
очередь при помоле твердых и хрупких материалов [49, 55, 56].
Вызывают возражения характеристики классов, приведенные в
табл. 1 как преимущества и недостатки.
Все эти замечания свидетельствуют о том, что построение
классификации по признаку относительной скорости движения
мелющих тел неудачно, так как величина относительной скоро¬
сти не является определяющим фактором.
При построении рациональной классификации измельчите¬
лей, т. е. машин, преобразующих энергию механическую в энер¬
гию поверхности, необходимо нахождение показателей, имею¬
щих энергетические размерности. Ознакомление с литератур¬
ными данными [40] показывает, что для отдельных типов из¬
мельчителей такие показатели уже предложены, правда, пока¬
затели эти применяют в большинстве случаев к измельчителям,
используемым для измельчения одного или нескольких мате¬
риалов, близких по размолоспособности.
Так, для оценки молотковых дробилок при измельчении ка¬
менного угля применяют понятие удельной загрузки ротора,
представляющей отношение мощности N, потребляемой дро¬
билкой, к площади поперечного сечения ее ротора:
руд = квт/м2, (3)
где D — диаметр ротора;
L — активная длина ротора.
Физического истолкования понятия удельной загрузки не
дается; очевидно, что показатель этот косвенно свидетельствует
о мощности или работе на единицу поперечного сечения ротора
■>6
и поэтому является энергетическим. К сожалению, невозможно
непосредственно применять его к другим измельчителям, так
как неизвестно, чему в каждом отдельном случае соответствует
площадь поперечного сечения ротора.
Шаровые мельницы, являющиеся более распространенным
и изученным типом измельчителя, характеризуются несколь¬
кими показателями, которые могут быть отнесены к энергети¬
ческим. Так, в некоторых случаях применяется понятие метал¬
лоемкости, равной отношению веса мельницы к установленной
мощности ее двигателя:
или удельной мощности, представляющей собой величину,
обратную металлоемкости:
Эти два показателя также относятся к энергетическим и,
как будет показано ниже, заслуживают особого внимания.
К сожалению, в литературе не дается физическое истолкование
понятий формул (4) и (5), поэтому их значение остается неяс¬
ным.
Далее применяется понятие удельной производительности,
представляющей собой отношение производительности мель¬
ницы к объему ее корпуса при продукте заданной дисперсности
или на единицу приращения удельной поверхности:
Наконец, надо упомянуть о коэффициенте использования
мелющих тел, представляющем собой отношение производи¬
тельности мельницы к весу мелющих тел:
Бее эти коэффициенты по своей природе являются энерге¬
тическими и поэтому могли бы служить основой при разра¬
ботке рациональной классификации. Вопрос о том, какому
27
(4)
Рм = квт/т.
ГМ
(5)
(7)
(6)
П = м
уд VM*S'
(8)
(9)
именно коэффициенту следовало бы отдать предпочтение, за¬
висит в первую очередь от степени его совершенства, т. е. от
степени универсальности применительно ко всему ряду измель¬
чителей.
Следовательно, возникает необходимость перспективной
оценки предложенных показателей. В действительности каждый
из показателей предлагался применительно к одному типу из¬
мельчителей и поэтому представлял ограниченный интерес.
В самом деле, понятие удельной производительности в соответ¬
ствии с выражением (6) не могло быть применено к щековым
или молотковым дробилкам, а понятие удельной загрузки ро¬
тора [формула (3)] — к шаровым или роликовым мельницам;
коэффициент использования мелющих тел [формула (9)] не мог
быть применен к дробилкам или струйным мельницам и т. д.
Понятия металлоемкости [выражение (4)] и удельной мощности
[равенство (5)] предлагались для характеристики шаровых
мельниц, и возможность их применения для оценки измельчи¬
телей других типов оставалась неясной, так как показатели эти
не получили достаточного физического истолкования.
Между тем именно с обоснования такого показателя дол¬
жна начаться разработка рациональной классификации.
Но прежде чем перейти к анализу существующих измельчи¬
телей, необходимо внести определенность в отношении основ¬
ных показателей, характеризующих прочность твердых тел. Для
иллюстрации этого обратимся к таблице твердости Мооса [47].
Известно, что по этой таблице наиболее твердым телом яв¬
ляется алмаз. Логически само понятие твердости предопреде¬
ляет существование по крайней мере менее твердого, а в об¬
щем случае и более твердого тела.
По Моосу более твердым является тело, которое при цара¬
пании оставляет след на менее твердом теле. Если два тела
имеют одинаковую твердость, они не должны царапать друг
друга. Следовательно, алмаз не может царапать алмаз. Это
положение логично, однако противоречит опыту, согласно кото¬
рому известно, что алмаз можно не только царапать, но и со-
шлифовывать и резать другим алмазом, а при определенных
условиях—и алюминием. Для этого надо применить высоко¬
дисперсный алмазный порошок, частицы которого более твер¬
ды, чем обрабатываемый крупный кристалл. Это общеизвестно;
однако возникает вопрос о том, для каких условий сохраняет
свою силу шкала Мооса? Ведь эти условия не оговорены. Раз¬
вивая эту мысль, можно обратиться к следующему, более кон¬
трастному примеру. Известно, что твердость железа во всех
случаях значительно выше твердости резины. Вместе с тем
также хорошо известно, что долговечность резинового протек¬
тора значительно превышает долговечность железного обода,
что объясняется более высокой прочностью резины. Следова¬
28
тельно, прочность и твердость являются различными показате¬
лями; между тем в литературе они часто употребляются как
синонимы.
Учитывая изложенное, представляется целесообразным пе¬
рейти в следующем разделе настоящей работы к попытке каче¬
ственного « количественного определения основных прочност¬
ных показателей твердых тел.
Перейдем к рассмотрению существующих методов измель¬
чения основных и новых, а также измельчителей, работа кото¬
рых основана на этих методах.
Из схемы, приведенной на рис. 3, видно, что в настоящее
время основным и доминирующим видом измельчения на всех
стадиях этого процесса является измельчение посредством ме¬
лющих тел.
Измельчители, оснащенные металлическими, а в некоторых
случаях неметаллическими мелющими телами, можно разде¬
лить на две группы; с ведомыми мелющими телами и не за¬
крепленными мелющими телами. В свою очередь, ведомые
мелющие тела могут быть закреплены жестко или шарнирно.
Энергия сообщается мелющим телам посредством силы тяже¬
сти или центробежными, пульсирующими и вибрационными си¬
лами. Мелющие тела могут примыкать друг к другу и к кор¬
пусу измельчителя или находиться на некотором удалении одно
от другого и от корпуса измельчителя. Так как конструкции
измельчителей с мелющими телами общеизвестны, подробное
описание их может быть опущено.
Конструктивное устройство измельчителей позволяет созда¬
вать в частицах измельчаемого материала раздавливающие,
изгибающие, срезающие, сдвигающие и ударные нагрузки.
Скорости воздействия мелющих тел на измельчаемые глыбы
или частицы лежат в диапазоне 2—40 м/сек, а напряжения —
в пределах 500—700 кг/мм2.
Ввиду значительных инерционных, динамических и ударных
нагрузок мелющие тела и футеровки рабочих поверхностей
должны обладать достаточной ударной вязкостью. Известно,
что вязкостью называют величину, обратную хрупкости. Послед¬
няя растет вместе с твердостью, которая определяет износо¬
стойкость конструкционного материала. Следовательно, изно¬
состойкость мелющих тел и футеровки измельчителей с мелю¬
щими телами в принципе ограничена некоторой минимальной
вязкостью мелющих тел, что исключает практически примене¬
ние для изготовления последних металло- и минералокерамнче-
ских материалов высокой твердости и хрупкости. К тому же
эти керамические материалы отличаются высокой стоимостью.
К сожалению, твердость большинства многотоннажных и
дешевых материалов значительно выше твердости металличе¬
ских конструкционных материалов, из которых изготовляются
2^
мелющие тела и футеровка измельчителей. Поэтому в боль¬
шинстве случаев приходится измельчать твердый материал ме¬
нее твердым мелющим телом и футеровать измельчитель менее
твердым материалом. Естественно, что при этом измельчитель
интенсивно изнашивается (потери металла 1 —10 кг на тонну
продукта в зависимости от его твердости и дисперсности), и
для обеспечения необходимой долговечности (срока непрерыв¬
ной работы) приходится футеровать измельчитель массивными
плитами и непрерывно пополнять убыль мелющих тел. Из из¬
ложенного следует также, что измельчители с ведомыми ме¬
лющими телами (роликовые, катковые, молотковые и т. п.)
вообще не пригодны для измельчения таких абразивных ма¬
териалов, как руды, энергетическое топливо, строительные ма¬
териалы, ибо обеспечение их долговечной работы при условии
постоянства помольных характеристик исключено ввиду высо¬
кого темпа износа [43].
В измельчителях с мелющими телами не могут быть развиты
скорости разрушения, приближающиеся к оптимальным.
Наконец, измельчители с мелющими телами приводятся
в действие от электродвигателя. Учитывая, что электрическая
энергия является наиболее дорогой и дефицитной, производство
и канализация которой связаны с потерей более 80% тепловой
энергии [34], следует отметить и эту отрицательную особен¬
ность измельчителей с мелющими телами.
За последние десятилетия были предложены принципиально
новые методы измельчения:
а) измельчение частиц при ударе о жесткое препятствие;
б) самоизмельчение при соударениях кусков и частиц из¬
мельчаемого материала;
в) кавитационное измельчение в жидкости посредством ме¬
ханического возбуждения гидравлических ударов;
г) кавитационное измельчение в жидкости посредством воз¬
буждения ультразвуковых колебаний;
д) ударное измельчение посредством удара, возбуждаемого
в жидкости искровым разрядом;
е) измельчение сбросом давления (внезапное понижение
внешнего давления), при котором частицы разрушаются от
вскипания жидкости, находящейся в трещинах частицы.
Для решения центральной задачи — измельчения дешевых,
твердых и многотоннажных материалов, применение кавитаци¬
онного метода исключается ввиду значительных потерь на де¬
формацию жидкости и еще более низкого к. п. д. энергетиче¬
ской цепочки. Кроме того, в кавитационных измельчителях с
механическим возбуждением сравнительно низкочастотных ко¬
лебаний посредством вращающегося зубчатого колеса кавита-
тия активно разрушает это возбуждающее колесо. Поэтому
долговечность таких измельчителей, известных в литературе,
30
как коллоидные мельницы, ничтожна. Но, и в случаях измель¬
чения сравнительно небольших количеств дорогих материалов
возникает необходимость очистки измельченного материала от
продуктов износа измельчителя.
Измельчение искровым разрядом или посредством электро¬
гидр авлического эффекта пока не оправдало надежд, возлагав¬
шихся на этот способ. Эксперименты показали, что эффектив¬
ное электроискровое измельчение требует проведения процесса
в герметичной оболочке, в соответствии с общеизвестными по¬
ложениями теории взрыва. Однако прочность такой оболочки
определяется пределом усталости и практически достигается в
течении десятков минут, после чего капсула разрушается. Вы¬
яснилось также, что явления усталости развиваются и в емко¬
стях разрядного контура, которые также быстро выходят из
строя. К этому следует добавить необходимость разделения
продукта в жидкости, сушки продукта и повышенной опасности
обслуживания ввиду высокого напряжения разрядного контура.
Измельчение сбросом давления было объектом исследова¬
ний в течение длительного времени и не дало положительных
результатов. Бесперспективность этого метода для измельчения
слаботрещиноватых материалов и тонкого измельчения оче¬
видна. Более перспективным представляется измельчение по¬
средством удара о жесткое препятствие и самоизмельчение при
соударениях кусков или частиц материала.
Резкое снижение удельного износа и возможность приме¬
нения вместо дорогой и дефицитной электроэнергии более де¬
шевых видов энергии выгодно отличает метод самоизмельчения
от обычного метода с применением металлических мелющих
тел. В современной технике уже получили признание некоторые
конструкции измельчителей, основанных на самоизмельчении.
Это рудно-галечные мельницы «AerofuII» и «Cascad», отража¬
тельные дробилки «Hazemag» и «Gedarapids», центробежная
самофутерующаяся мельница «Anza-МШ», а также струйные
мельницы с отражателями и без отражателей. Не имея возмож¬
ности остановиться на подробном описании всех перечисленных
мельниц ввиду ограниченного объема книги, рекомендуем чи¬
тателям по первым трем типам литературу [3, 61, 72] и рассмот¬
рим более подробно класс струйных мельниц.
ИДЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ДЕФОРМИРОВАНИЯ
И РАЗРУШЕНИЯ ХРУПКОГО ТВЕРДОГО ТЕЛА
Определения
Современные представления о реальном твердом теле поз¬
воляют рассматривать его как некую пространственную струк-
ТУРУ> подчиненную вероятностно-временным закономерностям
[25, 28, 36, 46]. Показано, что такое тело характеризуется
31
наличием системы пространственных микро-и макродефектов,
статистически распределенных в толще и частично выходящих
на поверхность тела. Возникающие вследствие теплового дви¬
жения молекул и механических напряжений дефекты обладают
высокой подвижностью и способны к коагуляции и аннигиляции.
Прочность, т. е. сопротивляемость реального твердого тела раз¬
рушению, из-за влияния указанных дефектов снижается в 100—
1 ООО раз против прочности идеального твердого тела, структура
которого не нарушена дефектами [35, 46]. Процесс деформации
реального твердого тела сводится к увеличению размеров и ко¬
личества дефектов. При достижении определенной плотности
.дефектов в теле возникает трещина с размерами, превышаю¬
щими критический. Далее рост трещины протекает самопроиз¬
вольно и тело разрушается [46]. Это явление представляет собой
потерю прочностной устойчивости.
При деформациях, не достигающих предела, или упругих
деформациях, объемная плотность дефектов определяет некую
объемную плотность упругих деформаций. При уменьшении или
съеме внешней нагрузки трещины в толще тела смыкаются,
а энергия аннигилированных поверхностей переходит в тепло.
Этот процесс несовершенен, при съеме нагрузки трещины смы¬
каются неполностью. Поэтому при периодической нагрузке с
каждым последующим циклом количество дефектов в теле уве¬
личивается, а прочность тела падает. Это явление, известное
как усталостное понижение прочности, может быть резко уси¬
лено применением поверхностно-активных веществ, которые
проникая в трещины, экранируют молекулярные силы, стремя¬
щиеся их сомкнуть, и резко снижают прочность. Это явление,
известное как «эффект Ребиндера», широко используется в тех¬
нике.
Если телу сообщить энергию А, превышающую предельную
энергию упругих деформаций Ау, оно разрушится с образова¬
нием новой поверхности AS', величина которой оказывается
пропорциональной избытку энергии, сообщенной телу:
Эта зависимость может быть записана в виде, впервые
предложенном акад. П. А. Ребиндером:
На основе изложенного можно построить схему замещения
реального твердого тела, поведение которого интерпретируется
графиком, приведенным на рис. 4.
При упругой деформации тела с исходной поверхностью
(10)
А = Ау + KRAS' = Ay + As.
(П)
(12)
.32
где у — удельный вес;
6о — характеристический линейный размер.
Описывающая состояние тела точка Sq движется по орди¬
нате (Sp, 1) и достигает точки 1 при предельном упругом де¬
формировании.
Зависимость между работой
упругих деформаций Ау, предель¬
ным напряжением ар и модулем
упругости Е может быть записа¬
на формулой
, , с2
(So, 1) = тАу = т . (13)
Если сообщить телу при по¬
мощи удара энергию А^>АУ, оно
разрушится с образованием но¬
вой поверхности;
Л S'=Si — So,
где S|— поверхность тела после
разрушения.
Показано, что при средних
степенях перенапряжения, величина AS' прямо пропорциональна
значению
As =KHAS' = Kr(S[— S;). (14)
На диаграмме
As = (S, —So) tg a,
следовательно,
tg o. = Kr (15)
представляет собой работу образования единицы поверхности.
Эта работа, очевидно, не зависит от стадии деформации и со¬
храняет свое значение как при упругой деформации, так и при
необратимом образовании новой поверхности.
Очевидно, процесс упругой деформации можно представить
как образование некой внутренней поверхности, величина кото¬
рой определяется соотношением
Ау = KrSb = (Ss, S0) tg я. (16)
Для построения S’g необходимо продолжить луч (/, 2) до
пересечения с осью абсцисс.
Как видно из графика, работа деформации затрачивается
на образование внешней Sj и внутренней Se поверхностей:
А = Ау-{- As",
первая из которых необратима, а вторая обратима.
2 В. И Акунов 33
Рис. 4. Диаграмма деформации
твердого хрупкого тела
Необходимо подчеркнуть, что продуктом или результатом
разрушения тела является вновь образованная поверхность. Из¬
ложенное позволяет сформулировать ряд определений пара¬
метров процесса разрушения.
Так, коэффициентом полезного действия процесса измельче¬
ния следует обозначить отношение энергии /4S, затрачиваемой
на образование новой поверхности к энергии А, сообщенной
телу:
Из этого выражения следует, что величина его может быть
изменена путем: увеличения степени перенапряжения тела и
энергии Ав, например при высокоскоростном ударном измель¬
чении; уменьшения энергии упругих деформаций Ау, сниже¬
нием ае, что может быть достигнуто применением 'поверхно¬
стно-активных веществ. Предпочтителен первый из них. Сле¬
дует, однако, отметить, что существует определенный оптимум
и в отношении повышения скорости ударного разрушения [32,
62, 50, 77, 25]. Это связано с .необходимостью развития процес¬
са роста трещин во времени. При недостатке времени микро¬
дефекты не успевают мигрировать в область крупных трещин
и прочность тела возрастает.
Прочность тела является функцией его абсолютных разме¬
ров и растет с уменьшением их. Это явление, известное как
масштабное упрочнение [31, 36, 50], обусловлено уменьшением
максимальной длины трещины, которая может возникнуть в те¬
ле, вследствие чего прочность последнего возрастает. Кроме того,
прочность зависит от температуры, геологической предыстории
и других факторов.
Становится очевидным, что этот параметр является сложной
функцией множества переменных. В то же время общеизвестно,
что энергия, затрачиваемая при измельчении единицы материа¬
ла в данных неизменных условиях, остается постоянной в пре¬
делах статистических флюктуаций эксперимента. Поэтому це¬
лесообразно попытаться построить систему параметров, харак¬
теризующих прочность тела, на показателях процесса его из¬
мельчения, тем более, что зачастую продукт измельчения полу¬
чается не за одну, а за несколько последовательных стадий,
что позволяет сократить до минимума образование переизмель-
ченной фракции и получить продукт с заданным зерновым со¬
ставом. Производительность измельчителя следует оценивать н:>
величине поверхности, образованной в единицу времени:
71s AS 1
As + АУ j ■ Ау
A s
(17)
34
Назовем эту величину нормальной производительностью, в
отличие от весовой, представляющей количество измельченного
продукта, образованного в единицу времени:
Пс = т/ч. (18)
Эти величины связаны отношением
n's = nGbS'xn'0Si. (19)
где S j — удельная поверхность продукта.
Прочность материала, следует оценивать, на основании из¬
ложенного, как энергию, затрачиваемую на образование едини¬
цы новой поверхности:
Пр = Мдж/м1. (20)
Назовем эту величину нормальной прочностью, в отличие от
оесовой прочности, представляющей затрату энергии на полу¬
чение единицы веса продукта:
Аз = Мдж/т. (21)
Весовую прочность обычно называют удельными энергоза¬
тратами-, однако это название представляется неудачным, оно
не отражает сущности процесса.
Величины прочностей связаны соотношением
П'р8 = ■ (22)
Следует заметить, что размерность нормальной прочности
П’ и твердости НВ совпадают. Твердость НВ, представляю-
ps
шая собой прочность поверхностного слоя, не адэкватна проч¬
ности на измельчение П' Так, известно, что капли переохлаж-
*s
денного стекла обладают высокой прочностью П' . В то же
ps
время достаточно нанести на поверхность такой капли цара¬
пину с затратой весьма малой работы, как капля рассыпается
в пыль, что должно свидетельствовать о ее низкой проч¬
ности.
С другой стороны, твердость резины весьма низка, а проч¬
ность ее весьма высока.
2* 35
Весовая прочность твердого тела аналогична понятию вяз¬
кости для жидкости н позволяет определить хрупкость,- как
величину, обратную прочности:
хп — ; хп — —1 • (23)
ра Ас ps nPs v '
Степень измельчения обычно характеризуют удельной по¬
верхностью материала:
S' --- см2/г,
yV
S' = — см*/см2.
V
Эта величина не связана с интенсивностью процесса и не
характеризует его. Представляется рациональным выражение
степень измельчения, как отношение прироста поверхности к ее
исходному значению
S’ — Sn
/., = -L - . (24)
S'
При упругой деформации, когда SJ —5^ =0, 1д = 0.
При разрушении тела S', — S'0>0 и /д >0.
Ниже показано, что установленные практически стадии из¬
мельчения — от грубого дробления до сверхтонкого измельче¬
ния — образуют последовательность значений 1а, отличаю¬
щихся примерно на порядок. Это позволяет предложить деся¬
тичную систему степеней измельчения:
I. Грубое дробление 0</л< 1;
II. Дробление 1</а<Д0;
III. Измельчение 10</A<;100;
IV. Тонкое измельчение 100</а< 1000;
V. Сверхтонкое измельчение /л>Ю00.
Преимущество применения безразмерных показателей оче¬
видно. Далее будет предложен ряд других безразмерных пока¬
зателей. Из табл. 2 следует, что с увеличением степени измель¬
чения 1.1 нормальная прочность материала П'р , т. е. работа
образования единицы новой поверхности, уменьшается. Такой
вывод противоречит обычным представлениям об увеличении
энергозатрат с ростом дисперсности продукта, поэтому оста¬
новимся на этом более подробно.
36
Уменьшение Пр с увеличением 1л представляет собой за¬
кономерность, которая обнаруживается при переходе or одной
стадии измельчения к другой в реальных условиях. Это обстоя¬
тельство является результатом непрерывного роста размера и
массы мелющего тела измельчителя по отношению к размеру
и массе частицы измельчаемого материала.
Таблица2
Основные энергетические и дисперсионные показатели различных стадий
измельчения твердых и хрупких материалов
Линейный раз¬
мер частиц
в мм
Удельная по¬
верхность
в м2
Удельные
энергозатра -
ты
Безразмер¬
ный коэф¬
фициент
измельче¬
ния
Относи¬
тельный
к. п. д.
измельче¬
ния
Стадия измельчения
исходного ма¬
териала 8j
«С
СЗ
Е-
X
>»
Et
С
с.
с
исходная 5
0
продукта S[
=!
■S’®
' СО
- &
£5
о
ю m
i л.
К (D
О
н со
В t 5
* а 5
<2 о
Ж
*1*
I. Грубое дробле¬
ние
2000
200
1
10
0,2
0,02
9
0,001
II. Дробление . .
. 200
20
10
100
4,0
0,04
9
0,001
III. Измельчение .
20
0,2
100
ю4
20
0,002
100
0,01
IV. Тонкое измель¬
0,002
чение ....
2
0,02
1000
105
200
100
0,1
V. Сверхтонкое
измельчение
0,2
0,0002
104
10'
2000
0,0002
1000
1
Так, при дроблении размеры дробилки и дробимой глыбы
имеют один порядок величины:
6м
В шаровой мельнице размеры мелющих тел в сотни и ты¬
сячи раз больше размеров измельчаемых частиц, следова¬
тельно, энергия, сообщаемая дробилкой дробимой глыбе, не
намного превышает энергию упругих деформаций, а к. п. д.
процесса тр- минимален. В шаровой мельнице энергия мелю¬
щего тела в тысячи и десятки тысяч раз больше энергии упру¬
гих деформаций измельчаемой частицы, поэтому соответствен¬
но выше и г|„ а П' соответственно ниже.
s
Следует подчеркнуть, что исследования затрат энергии на
образование продукта в зависимости от его дисперсности имеют
смысл лишь при условии, что получение продуктов различных
37
дисперсностей осуществляется в оптимальных условиях на из¬
мельчителях оптимальных конструкций.
Если проводить исследования на одном и том же измельчи¬
теле, в неизменных условиях, то получается зависимость, вы¬
ражающая степень несоответствия данного измельчителя пере¬
менным условиям измельчения. Именно поэтому эти зависи¬
мости, известные как «законы измельчения», не получили прак¬
тического применения.
Если принять за единицу к. п. д. сверхтонкого измельчения
Tj*iv =1, то относительный к. п. д. грубого измельчения соста¬
вит всего tj*j =0,00Е Вообще с переходом от одной стадии из¬
мельчения к следующей значение относительного к. п. д. изме¬
няется примерно на порядок. Соответственно различные стадии
измельчения могут характеризоваться следующими значения¬
ми относительного к. п. д. измельчения
• *
Стадия измельчения тц Пр
I. Грубое дробление 0,0001 Л0 000
11. Дробление 0,001 1000
III. Измельчение 0,01 100
IV.'Тонкое измельчение 0,1 10
V. Сверхтонкое измельчение .... 1 *-5 1
Если принять за единицу прочности материала при сверх¬
тонком измельчении П'р v =1, то относительная прочность ма¬
териала Я* будет возрастать примерно на порядок при nepe¬
rs
ходе к каждой следующей стадии измельчения и составит при
грубом дроблении 10 000.
Удельная производительность измельчителя, характеризую¬
щая интенсивность его работы, представляет собой отношение
его нормальной производительности П'8 м2/ч к весу измель¬
чителя G*:
17ys = м2/ч-т\ (25)
она может быть выражена также через весовую производи¬
тельность:
Пус = -^ т/ч-т. (26)
Относительная производительность измельчителя может
быть представлена как отношение веса материала, выданного
измельчителем за единицу времени, к весу самого измельчи¬
теля:
Я'* = . (27)
:>8
Значениям Я'* будут соответствовать градации безразмер¬
ной производительности измельчителей Я:
/7'* >1 — высокая производительность,
Я'* «1 — средняя производительность,
77'* < 1 — низкая производительность.
Относительная прочность измельчаемого материала опреде¬
ляется отношением
П; = П'Рзм/ПРзФ, (28)
где Г1’р^л — прочность измельчаемого материала;
П 'р ф — прочность футеровки.
Соответственно материал будет называться высокопрочным
при /7* > 1, средней прочности — при /7* «1, малопрочным—■
при Пр <1. При измельчении материалов с Я* >1 — абразив¬
ный износ, с Я* «1 — малоабразивный износ, с Я* <1 — не¬
абразивный износ.
Стоимость измельчения принято выражать как стоимость по¬
лучения единицы веса заданного продукта; соответственно ве¬
совая стоимость измельчения выразится отношением
Сизг = руб/г. (29)
с °м
Как и в предыдущих случаях, правильнее определять стои¬
мость измельчения или нормальную стоимость измельчения как
стоимость образования единицы новой поверхности:
с' = —и*-- руб/м2. (зо)
5 ад
Опытным путем установлено, что весовая стоимость измель¬
чения равна удвоенной стоимости удельных энергозатрат:
Сиз- Щ,Ао, (31)
О
где Яэ — стоимость единицы электроэнергии.
Следовательно, с увеличением степени измельчения /д, ве¬
совая стоимость возрастает:
С'и3г = КгАа. (32)
О
Нормальная стоимость измельчения, наоборэт, уменьшается
с увеличением степени измельчения
Таблица 3
Определения и размерности некоторых параметров процесса измельчения
Параметр
Аналитическое выражение параметра
К. п. д. процесса измельчения
Производительность измельчителя:
нормальная в м21ч
весовая в т/ч
Прочность при измельчении:
нормальная в квт-ч!м2
весовая в квт-ч/т
Хрупкость:
нормальная в м2!квт-ч
весовая в mjквт-ч
Твердость поверхности в t вт-ч/м2
Степень измельчения
Измельчение:
1. Дробление
II. Тонкое дробление
III. Измельчение
IV. Тонкое измельчение
V. Сверхтонкое измельчение
Относительный к. п. д. измельчения
Относительная прочность на измель¬
чение
Удельная производительность:
нормальная в м21ч-т
весовая в м2/ч-т
r,i~ As + Ay
ns
17' _
ис — -
П = —
S CA,Si
л—А
G~ GM
Х^=(\У1
XpG = Ис)-1
НВ~ AS,
S1 — so
А~ s'
о < iA < 1
\<iA< ю
ю < iA < юо
loo < iA < looo
iA > looo
Y> i‘V
41 - у
. HpSN
ps~ ri
V
ns
n«s=~G^
, no
40
Продолжение табл. 3
Параметр
Аналитическое выражение параметра
Относительная производительность
Относительная прочность измельчае¬
мого материала
Стоимость измельчения:
нормальная в руб/м2
весовая в py6jm
Относительная стоимость измельчения
Обозначения: НВ — прочность поверхност
Ац — работа образования ц
]д = 0 — упругая деформация.
Относительная производительность: /7'* 5
низкая.
Относительная прочность измельчаемого
*
лоабразивный материал, „ Пр < 1— неабраз]
GM
П'* = ~
ъ
п’
П--
/->' Сиз
из 1
3 ад
Л Сиз
изс~ См
4 Gu3
LU3- .
GM
ного слоя;
р.рапины;
*1—высокая, /7'*»1— средняя, П'*<1—
* * *
материала: /7^:-1 —абразив, Прм\ — ма-
4ВНЫН материал.
Относительные стоимости измельчения целесообразно пред¬
ставить как отношение стоимости измельчения единицы веса
данного продукта С'из к стоимости единицы веса продукта С'м:
С;,3 = ^; (34)
См
соответственно стоимость измельчения будет высокой при
С‘з>1, средней при С*изх 1, низкой при С*3 <1.
Из формулы (34) следует, что наиболее высокой будет стои¬
мость измельчения дешевых продуктов. Если учесть, что эта
группа продуктов отличается многотоннажностью, становится
очевидным, что наиболее жесткие требования по экономично¬
сти следует предъявлять к измельчителям для диспергирования
таких продуктов, как энергетическое топливо, руды, строитель¬
ные материалы, нерудные ископаемые и химическое сырье.
Определения и размерности некоторых параметров процесса
измельчения приведены в табл. 3.
41
ОСНОВНАЯ ЗАДАЧА ТЕОРИИ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕЙ
И ЕЕ АНАЛИЗ
Рассмотрение современного состояния теории измельчителей
позволяет сформулировать ее основную задачу:
Определение оптимальных методов измельчения, конструк¬
ций соответствующих измельчителей и режима «х работы, поз¬
воляющих осуществить при минимальной стоимости измельче¬
ние данного материала с получением продукта определенной
дисперсности, зернового состава и степени загрязнения продук¬
тами износа измельчителя.
Наряду с этой, существует ряд частных задач теории из¬
мельчителей, к которым относятся:
установление области оптимального применения измельчи¬
телей в зависимости от их конструкции;
определение оптимальных методов и пределов совершенст¬
вования помольных характеристик измельчителей определен¬
ных конструкций;
оценка перспектив применения и развития новых методов
измельчения и соответствующих измельчителей.
Разумеется, при необходимости выбора измельчителей из
существующих задача значительно упрощается. С большими
трудностями связано решение задачи, включающей в себя так¬
же выбор оптимального метода измельчения «ли нескольких
методов. Выбор затрудняется исторически обусловленным доми¬
нирующим положением измельчителей с мелющими телами «от¬
носительно слабой разработкой принципиально новых методов
измельчения.
Ниже будут изложены некоторые решения описанных задач.
ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
СУЩЕСТВУЮЩИХ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕЙ
Рассмотрение идеализированной схемы деформации и раз¬
рушения твердых хрупких тел и система предложенных пара¬
метров, характеризующих процессы работы различных измель¬
чителей, позволяют анализировать совокупность существующих
измельчителей по следующим показателям:
степени измельчения материала 1л\
к. п. д. процесса измельчения тр;
прочности измельчаемого материала П'р ;
стоимости измельчения единицы продукта С'из.
Попытки классификации измельчителей по первому пара¬
метру 1а известны и рассмотрены нами в разделе, посвящен¬
ном обзору современного состояния техники тонкого измельче¬
ния. Оценка измельчителя по степени измельчения продукта не¬
достаточна. В самом деле, при этом остается неясным вопрос
42
об оптимальной величине 1л и влиянии этого параметра на тех¬
нико-экономические показатели процесса в целом.
Многочисленные попытки классификации измельчителей по
к. п. д. гц также не могут дать удовлетворительного решения
задачи, так как эта величина — переменная даже при условии
измельчения определенного материала на данном измельчи¬
теле.
Классификация измельчителей по прочности измельчаемого
материала П'р представляется более надежной, поскольку эта
величина однозначно определяет стоимость измельчения, рав¬
ную, как будет показано ниже, удвоенной стоимости энергии,
затраченной на образование единицы новой поверхности (для
оптимальных условий работы измельчителя). К сожалению, ве¬
личина Пр не учитывает непосредственно конструкции измель¬
чителя и, в частности, таких важнейших экономических показа¬
телей, как долговечность и износостойкость (под этими терми¬
нами следует в данном случае понимать способность измельчи¬
теля сохранять свои помольные характеристики на определен¬
ном интервале износа). Поэтому представляется целесообраз¬
ным рассмотрение попытки классификации измельчителей по
стоимости измельчения С'из, которая учитывает весь комплекс
конструкционных и технологических показателей измельчителя
при измельчении любых материалов.
Рассмотрим основные технико-экономические показатели
процесса измельчения. •
Известно, что основная масса дешевых и абразивных мате¬
риалов измельчается путем механического деформирования.
Ограничимся рассмотрением этого доминирующего метода из¬
мельчения.
Стоимость измельчения единицы веса или объема мате¬
риала
Сиз ~ С А + Ср + Со + Стк,
гдеСд — стоимость энергии, затрачиваемой на измельчение;
С'0 — стоимость ремонтных работ;
С'а — амортизационные отчисления;
С'тк — затраты, связанные с необходимостью технологиче¬
ской корректировки продукта (очистка от загрязне¬
ний, удаление закрупнений или перензмельченного
продукта).
Обычно, при измельчении дешевых, многотоннажных мате¬
риалов, таких, как руды, энергетическое топливо, строительные
43
материалы и т. п., технологическая корректировка не произво¬
дится; тогда
С„з — С а + Ср + Са- (35)
Рассмотрим слагаемые правой части выражения (35). Стон-
» » А
мость энергии СА определяется величиной прочности П' = -
«S'
в Мдж/м2 или удельных затрат энергии Лс в Мдж'т и ценой
энергии Ц'э руб/Мдж:
С А = Ас Из руб/т или руб/м2. (36)
В свою очередь, удельные энергозатраты А'а определяются:
а) коэффициентом полезного действия процесса измельче¬
ния
_ 4s
^ + Ау
где — работа перенапряжения измельчаемой частицы, за¬
трачиваемая на образование новой поверхности, в
кет • ч/м3;
Ау — работа упругих деформаций измельчаемой частицы,
приводящая к ее разрушению, в кет ■ ч/м3.
В предыдущем разделе было показано, что величина тр
прямо пропорциональна степени перенапряжения измельчаемой
частицы As и обратно пропорциональна числу последователь¬
ных разрушающих воздействий в процессе разрушения частицы
до заданной дисперсности.
В самом деле, максимальное значение тр будет отвечать
случаю минимальных энергозатрат на упругие деформации,
т. е. однократному воздействию, при условии получения про¬
дукта заданной дисперсности и зернового состава. Обычно, при
единичном воздействии это условие невыполнимо и требуется
несколько последовательных воздействий и даже стадий из¬
мельчения, что приводит к увеличению доли Av и снижению тр.
Очевидно, оптимальное значение тр отвечает минимально необ¬
ходимому числу стадий или циклов деформации измельчаемого
материала.
б) Коэффициентом полезного действия энергетической це¬
почки привода измельчителя
(37)
где »р,.. ., т)„ — частные к. п. д. ступеней преобразования
энергии.
В случае использования электрического приводного двига¬
теля, питающегося от тепловой электростанции (рис. 5) величп-
44
на »]а=0,1-^0,2 [34], следовательно, 80—90% тепловой энергии,
подведенной к топке парового котла на ТЭЦ, теряется по пути
к электродвигателю. Это обстоятельство следует иметь в виду
при оценке действительных затрат энергии и ее стоимости. По-
видимому, электрическая энергия является самой дорогой,
в) Коэффициента полезного действия измельчителя
представляющего собой отношение работы, сообщенной мелю¬
щим телам измельчителя Аи к работе, потребляемой привод-
Рис. 5. Схемы энергетических цепочек струйной
и шаровой мельниц
ным электродвигателем измельчителя А; тогда работа, затра¬
чиваемая на образование единицы веса или объема продукта,
А А
Аа = = — Мдж/т, Мдж/мъ. (39)
Г‘Ъ гИг1ич',з
Работа, затрачиваемая на образование единицы поверхно¬
сти,
ПРЗ
Hpsz= Мдж/м2. (40)
rii'iu3ri3
Цена энергии Цэ руб/квт • ч, является постоянной и уста¬
навливается в государственном порядке.
45
На основе изложенного стоимость энергозатрат может быть
представлена следующим выражением:
АМЭ
<41>
В общем случае, при измельчении произвольного материала
на измельчителе любой конструкции, абсолютное значение С'А.
определяется прочностью измельчаемого материала Пр , сте¬
пенью измельчения 1А, зоной диспергирования AS'=S2—5| ,
твердостью футеровки рабочих поверхностей измельчителя Нф,
степенью соответствия конструкции измельчителя условиям из¬
мельчения данного материала Киз, к. п. д. измельчителя т)из.
и тому подобными показателями. Совокупность указанных по¬
казателей определяет в конечном счете прочность П’ в
s
кет • ч/м2 или удельные энергозатраты AG в кет • ч/т, а также
удельный износ измельчителя И' в т/т.
В общем виде зависимость имеет вид
С а = <Pi (HPS, AS , Нф, Киз, tj э,...), (42)
Непосредственное аналитическое решение этой зависимости
затруднительно. Поэтому рассмотрим упрощенную задачу.
При измельчении данного материала на измельчителе задан¬
ной конструкции с получением продукта определенной дисперс¬
ности и зернового состава значения -ds, тц, i]3 и т]из должны
быть постоянными и выражение (42) получит вид
С а = Ка = const. (43)
Стоимость ремонтных работ С'р может быть представлена
как функция веса измельчителя 6’е, прочности измельчаемого
материала ПРз, твердости футеровки Нф, степени измельче¬
ния 1А и зоны дисперсностей AS'=S'2 — SJ, формы частиц Кф
измельчаемого материала, определяющей его абразивные свой¬
ства, кратности циркуляции материала через мельницы Кцир >
площади изнашиваемых поверхностей SU3li, скорости движе¬
ния материала в измельчителе WM и т. п.
В общем случае эта зависимость имеет вид
с; = ф2 (GF1, n'PS, Нф, AS', Кф, Кчир...). (44)
Непосредственное решение этой зависимости также затруд¬
нительно. Поэтому, как и в предыдущем случае, рассмотрим
упрощенную задачу: измельчение данного материала на из¬
мельчителе заданной конструкции с получением продукта оп
46
ределенной дисперсности и зернового состава. Принимая все
величины, заключенные в скобку в правой части равенства
{44), кроме веса Gi, постоянными, можно написать:
= (45)
Е
С увеличением веса измельчителя Gv длительность его не¬
прерывной работы между двумя ремонтами возрастает, что сни¬
жает стоимость ремонтных работ за единицу времени эксплуа¬
тации. Уменьшение же веса измельчителя, наоброт, увеличи¬
вает стоимость ремонтных работ.
Амортизационные отчисления С'а пропорциональны весу из¬
мельчителя Gi и определяются его долговечностью D0 и це¬
ной тонны конструкции Цк.
С; = Фз(Ое, Цк, D0). (46)
В свою очередь, долговечность обратно пропорциональна
темпу износа измельчителя:
т/ц, (47 а)
где ДИ — потеря веса;
т — длительность эксплуатации.
При измельчении данного материала на измельчителе задан¬
ной конструкции с получением продукта определенной дисперс¬
ности и зернового состава, величины Цк и D0 будут постоян¬
ными и зависимость (46) получит вид
С а = KaGs, (47 6)
тогда в соответствии с выражениями (43), (45) и (476)
Сиз = Ка + KpCnl + KaGz. (48)
Зависимость
C'„ = f«h) (49)
характеризуется экстремальным значением — минимумом стои¬
мости измельчения С' при некотором оптимальном весе из-
mln
мельчителя Gsopt (рис. 6). Формально минимальная стои¬
мость измельчения С'из может быть получена из условия
mln
Непосредственное аналитическое решение уравнений (49) и
(50) в общем виде, для множества различных измельчителей и
материалов, с получением ряда продуктов различной дисперс¬
ности и грансостава, связано с большими трудностями. Поэто¬
му целесообразно исследование возможностей косвенного ре¬
шения поставленной задачи. В отраслях промышленности в про¬
цессе длительной эксплуатации различных измельчителей про¬
исходит непрерывное совершенство¬
вание как конструкций, так и режи¬
ма эксплуатации, с постоянным сни¬
жением стоимости измельчения.
Сущность этого процесса сводится
к эмпирической оптимизации каж¬
дой конструкции в отдельности и
всей совокупности измельчителей в
целом. Важно подчеркнуть, что оп¬
тимизируется комплекс конструк¬
тивных и технико-экономических
показателей измельчителей.
Совокупность существующих из¬
мельчителей, оптимизируемых в те¬
чение многих десятков лет в сотнях
различных технологических процес¬
сов, играет роль своеобразного ме¬
ханического интегратора, на кото¬
ром методом последовательных
приближений решается основная
задача теории измельчителей.
Оптимизируются:
а) установленная мощность Рн,
приводного двигателя измельчи¬
теля, с учетом пускового режима;
б) вес измельчителя Gs .
в) конструктивные решения его Киз\
г) режимы эксплуатации измельчителя, темпы износа и т. п.
Рассмотрим эти пункты более подробно.
В процессе длительной эксплуатации измельчителя с уче¬
том условий пуска установленная мощность его приводного
двигателя Рн должна принять значение, соответствующее ми¬
нимальной стоимости измельчения С . В самом деле, при
згп1п
оснащении измельчителя двигателем избыточной мощности
(рис. 7) P„>73Hopt стоимость измельчения возрастет за счет
низкого cos ф и к. п. д. двигателя вследствие недогрузки по¬
следнего. Стоимость измельчения возрастает и при оснащении
измельчителя двигателем недостаточной мощности ^>«<PKopt-
В этом случае сказывается падение производительности из-
Рис. 6. Интегральная
зависимость стоимости
измельчения от стоимости
энергозатрат, ремонтных
работ и амортизационных
отчислений. Затраты:
/ — на энергию; II — на амор¬
тизацию; III — на ремонт;
IV — суммарные
48
мельчптеля, а также рост удельных затрат на ремонт и амор¬
тизацию.
Так же происходит оптимизация веса измельчителя Gs
(рис. 8). Если Gs>G'vop(, то стоимость измельчения будет вы¬
ше оптимальной за счет больших амортизационных отчислений.
В случае, когда вес измельчителя меньше оптимума, Gx <
<Gbopl, стоимость измельчения превысит оптимальную за счет
более высоких затрат на ремонтные работы.
Рис. 7. Зависимость стоимости
измельчения от установленной
мощности приводного
дв игате л я измел ь ч ител я
Рис. 8. Зависимость стоимости
измельчения от веса
измельчителя
Зависимость стоимости измельчения от установленной мощ¬
ности приводного двигателя и веса измельчителя может быть
представлена выражением
С« = Л(РК. Gs). (51)
Минимальное значение стоимости измельчения определяют
из условий
дСиа - о- дСиз = о
дРн ~ U* dGz U-
Зависимость (51) приведена на рис. 9. Положение экстре¬
мальной точки а характеризуется значениями PHopV Giopt ,
С'иэ , а также лучом ои с углами а и (3
inin
Как это видно из построения,
Р
О. = arc tg = arc tg Э'ори (53)
ropt
49
тде
Э' — квт/т
1
(54)
гпредставляет собой энергонапряженность измельчителя, один
из его наиболее характерных параметров.
Длина луча оа! выражает в некотором масштабе стоимость
.измельчения и при постоянных РHopt и Gsopt зависит только от
•стоимости энергии.
Рис. 9. Зависимость стоимости измельчения
от установленной мощности приводного
Двигателя и веса измельчителя
Следовательно, в этом случае величина угла р определяется
ценой энергии Цэ. Последняя обычно постоянна, следовательно,
оптимальное решение задачи С'из является единственным.
mln
При изменении условий эксплуатации измельчителя данной
конструкции, например изменении дисперсности исходного ма¬
териала и продукта, его прочности и т. п., оптимальные ^значе¬
ния Рн, Gz и С’из также изменяются. Для анализа этой зави¬
симости используем понятие удельной производительности П8у
или Р^оу, представляющей собой отношение производительности
измельчителя к его весу:
n'Sy = м2/ч • т (55)
50
или
пг
Псу = —— т[ч ■ т.
@из
(56):
Учитывая, что производительность измельчителя П' прямо'
пропорциональна мощности его двигателя Рн, можно напи¬
сать:
П' = КаР»
(57 >
где Ка = —; величина, обратная удельным энергозатратам.
Аа
Подставляя значение Рн из выражения (57) в выражение’
(54), получим
Э' =
Рн
= АП у,
Э' = АП у, II у =
Э'
(58>,
Обычно для измельчителя данной конструкции при измель¬
чении определенного материала в заданной зоне дисперсностей
величина удельных энергозатрат определяется конструкцией
измельчителя и в первом приближении может считаться по¬
стоянной. Следовательно, энергонапряженность Э' определяет
удельную производительность измельчителя П'у .
Учитывая, что энергонапряженность Э' представляет собой
отношение установленной мощности Рн приводного двигателя
измельчителя к его весу G'z ; необходимо отметить, что при оп¬
тимизации Рн и Gs происходит также оптимизация Э' и
Это показано на рис. 10 и 11, на которых минимальной стои¬
мости измельчения С'из соответствуют оптимальные и
П'у , характеризующие измельчитель данной конструкции при
измельчении определенного материала в заданной области дис¬
персности. Зависимость стоимости измельчения от удельных
энергонапряженности и производительности получит вид
С'из = Р2(Э', n’yS). (59).
Минимальная стоимость измельчения может быть определе¬
на из условий
nr’ an’
= 0. (60)
51-
Как это видно из рис. 12, экстремальная точка а характери¬
зуется значениями Э'ы, Г7'3 и С' .
opt’ >'iopt изт
Величина угла е характеризует прочность материала или
удельные энергозатраты измельчения:
Э' Рн Gr
tge = ——;— = —— . Мдж/т, (61)
П,
ys
П„
tg г = <4g Квт ■ ч/т, ИЛИ tg £ = Пр s Мдж.
лг.
(62)
Величина угла характеризует стоимость энергии. При опти¬
мальных cKpt и П
■^-vopt
величина С' может изменяться лишь
Рис.10. Зависимость стоимости
измельчения от удельной
энергонапряженности
и веса измельчителя
Рис. 11. Зависимость
стоимости измельчения
от удельной производительности
измельчителя
за счет изменения угла При постоянной цене энергии £ =
=const значение С' будет единственным. Назовем взличи-
»п J
ны tg е и tg | характеристическими показателями измельчите¬
ля. Для каждой конструкции измельчителя должны существо¬
вать оптимальные значения iCpt, и С'из .
Если измельчитель применяется для измельчения различных
по прочности материалов с получением продуктов различной
дисперсности, то каждой паре Э' и П’3 будет соответствовать
определенное Сиз . Сравнивая значения полученных Сиз ^ ,
для разных измельчителей в разных областях измельчения,
можно выбрать абсолютные минимумы С^3^, которые и опре¬
деляют область наиболее рационального применения измельчи-
52
теля данной конструкции. Следовательно, решение общей зада¬
чи теории измельчителей должно представить ряд экстремаль¬
ных значений функции Cu's 17 /п/ п' 4
вням (60).
Рассмотрим эту задачу
более подробно. Как это
следует из выражения
УЦ = —4“ (63)
I + -:
Га
при /А -* ОО Уц ->■ 1
1а 0 гц -> 0,
определяющего значения
к. п. д. процесса измельче¬
ния, отдельные стадии из¬
мельчения должны характе¬
ризоваться различными г),-.
В самом деле, при дробле¬
нии, когда размер глыбы
соизмерим с размерами
дробилки, измельчение ведется с минимальной работой пере¬
напряжения Л8; соответственно, значение тр ‘ будет минималь¬
ным.
При тонком измельчении размеры и вес мелющего тела —
шара, стержня, катка — в тысячи и десятки тысяч раз больше
размера измельчаемой частицы. Соответственно изменяется
П' и т]Т (рис. 13). Следовательно, к. п. д. измельчителей для
тонкого измельчения значительно выше, чем к. п. д. дробилок.
Это подтверждается данными, приведенными в табл. 2, состав¬
ленной применительно к реальным условиям измельчения гор¬
ных пород средней твердости. Как видно из таблицы, удельные
энергозатраты при грубом дроблении составляют 0,02 кет • ч/м2,
г при сверхтонком измельчении 0,0002 кет- ч/м2. Увеличение тр
с ростом степени измельчения 1Л показывают выражения
Лу = (StH + S0) tg я; = AS' tg a.
Подставляя эти значения в формулу (2) и преобразуя ее,
получим
AS' _ 1
r,l~ ^+(s„ + s,j - s;.-s, •
AS'
— r2\j , и Sy ), отвечающих усло-
Рис. 12. Зависимость стоимости
измельчения от удельной
энергонапряженности и удельной
производительности измельчителя
53
Заметим, что
Ia =
AS'
5e„—S0
se»~so
Пр *3,ВМвя/мг
Отсюда следует, что с увеличением дисперсности прочность-
материала и удельные энергозатраты, а следовательно, и стои¬
мость измельчения уменьшаются*
что свидетельствует об относитель¬
но высоком совершенстве измельчи¬
телей для тонкого измельчения, в
частности шаровых мельниц. С дру¬
гой стороны, это свидетельствует о
бесперспективности попыток суще¬
ственного улучшения их энергети¬
ческих и экономических показате¬
лей, близких к пределу. Отсюда
процесс измельчения должен ха¬
рактеризоваться:
зависимостью прочности мате¬
риала от степени измельчения
0,015
001
0,005
0,003
0,001
'
.. ...
%
'—
(64>
зависимостью прочности мате¬
риала от к.п.д. процесса измельче¬
ния
01
0.5
(65>
Рис. 13. Зависимость
действительных удельных
энергозатрат от приведенного
к. п. д. измельчителя:
1 — дробление, Jm « 10; 2 — из¬
мельчение. Jtn » 100; 3 — тонкое
зависимостью к.п.д. процесса
измельчения от степени измельче¬
ния
'Чг =!0л)-
т
Для измельчителя определенной
конструкции зависимости (64) и (65) имеют характер, пред¬
ставленный на рис. 14 и 15. Зависимость (66) представляет со¬
бой пучок прямых, одна из которых характеризует данный из¬
мельчитель (рис. 16).
На рис. 17 представлена зависимость
ПР8 —f (jAt rli)
для измельчителей различных конструкции.
(67)
54
Проекции характеристик АВ и CD различных измельчите¬
лей с d и а Ь на плоскость Пр^*, а'Ь' и c'd' на плоскость
Лр81а н й"'° и ь'"° на плоскость /Лт] * представляют собой
зависимости (64), (65) н (66) для измельчителей различных
конструкции. ^
W
Рис. 14. Зависимость
удельных энергозатрат
от степени измельчения
Рис. 15 Зависимость удельных
энергозатрат от степени измельчения
для нормального ряда измельчителей
Как это следует из диаграммы, положение характеристики
измельчителя характеризуется углом
ф = arc tg —. (68)
При одинаковых значениях /д величина П'р , а следова¬
тельно, и стоимость помола, а также т]* будут различны для
различных измельчителей.
Очевидно, для каждого измельчаемого материала в опреде¬
ленном интервале Sj—S'0 должна существовать единственная
характеристика, т. е. режим работы, при котором П'
и т)г = тах.
Из изложенного следует, что известная в литературе задача
о законе измельчения, т. е. зависимости энергозатрат от дис¬
персности измельчения продукта,
A = f(bS% (69)
является некорректной. Нельзя рассматривать процесс «змель-
55
чения материала, не учитывая конкретных конструкции и ре¬
жима работы измельчителя.
Ниже, при рассмотрении зависимости удельных энергоза¬
трат от дисперсности продукта, будет показано, что эта задача
имеет локальное значение
в случае необходимости
оценки влияния измене¬
ний помольных характе¬
ристик измельчителя при
его работе в области оп-
приведенного к. п, д.
измельчителя от степени
измельчения материала
Рис. 17. Зависимость
удельных энергозатрат
от приведенного к. п. д.
измельчителя и степени
измельчения
тимума, например с изменением дисперсности исходного мате-
риала или продукта. Указанная задача относится скорее к мо¬
делированию процесса измельчения при работе в условиях,
близких к оптимуму.
В предыдущем разделе было показано, что условием пере¬
хода от измельчителя одной конструкции к измельчителю дру¬
гой конструкции с одновременным изменением прочности из¬
мельчаемого материала и степени измельчения, а вместе с ней
и дисперсности продукта служит увеличение к. п. д. процесса
измельчения при уменьшении исходной дисперсности измельчае¬
мого материала. Вместе с тем должна существовать некоторая
зона, в которой применение измельчителя данной конструкции
предпочтительно. Это обстоятельство должно характеризоваться
устойчивостью решения общей задачи теории измельчителей в
указанной зоне. Решение этой задачи позволит объяснить при¬
чины длительного сосуществования измельчителей более 100
56
различных конструкций, а также доминирующего положения
каждого из них в определенной области измельчения.
Как это следует из табл. 4, удельные энергозатраты при
грубом дроблении П' =0,02 кет -ч/м2 против IV =
S PS
= 0,0002 кет -ч/м2 при сверхтонком измельчении. Энергонапря¬
женность для указанных случаев равна соответственно Э'=
= 1,2 квт/т и Э'=7,0 квт/т, а удельные производительности
=60 м2/ч-т и П'8х =35 000 Л12/ч*г. Если принять стоимость
измельчения при дроблении С'из1 =1, то при сверхтонком из¬
мельчении C'U3V =0,001. Важно отметить, что с увеличением
удельных энергонапряженности и производительности стоимость
измельчения монотонно снижается. Это условие практически
единственно приемлемое для обоснования всех видов измельчи¬
телей.
Таблица 4
Энергетические и технико-экономические показатели
различных стадий измельчения
Стадия измельчения
А
в кет/т
в Мдж[мг
П3у
в мг/ч - г
С
I. Грубое дробление
1,2
2- Ю~2'
60,0
1
II. Дробление
2,8
4-10-2
70,0
0,5
III. Измельчение
4,6
2-10-3
2300,0
ОД
IV. Тонкое измельчение
7,0
2-10-3
2300,0
0,01
V. Сверхтонкое измельчение ....
7
2-10—4
3500,0
0,001
Учитывая, что стоимость измельчения пропорциональна ве¬
личине удельных энергозатрат, приходим к выводу, что осуще¬
ствление плотного ряда измельчителей возможно лишь при
монотонном и однозначном изменении их удельных энергона¬
пряженности, производительности и стоимости измельчения.
Следовательно, при эмпирической оптимизации измельчителей
по стоимости измельчения, путем подбора рациональных кон¬
струкций измельчителей и увеличения к. п. д. процесса измель¬
чения, числа одновременно измельчаемых частиц, а также
уменьшения удельного износа измельчителя, происходит норми¬
57
чителеи в нормальном ряде,
Сиз
рование всего семейства существующих измельчителей, что
позволяет построить их нормальный ряд. Размещение измель-
представляющем собой рацио¬
нальную классификацию измель¬
чителей, должно соответствовать
монотонному уменьшению стои¬
мости измельчения или монотон¬
ному возрастанию их удельной
энергонапряженности и произво¬
дительности. Рассмотрим это бо¬
лее подробно.
Зависимость стоимости из¬
мельчения от мощности привод¬
ного двигателя Рн, веса измель¬
чителя Gs , его энергонапряжен-
ности Э' и удельной производи¬
тельности Г1 Sy (рис. 18) отлича¬
ется при грубом дроблении (кри¬
вая /) более крутой характери¬
стикой, чем при дроблении 2,
измельчении 3 и тонком измель¬
чении 4.
Выше было показано, что с
увеличением Э', П3уУ /А, а также
дисперсности продукта удельные
энергозатраты уменьшаются. На
рис. 19 представлена зависи¬
мость удельной энергонапряжен-
кости Э' от удельной производительности П'в для шести (/—6)
различных значений угла г. Как видно из графика, с увеличе¬
нием Э' и ПSy величина е непрерывно уменьшается. Заметим,
что величина в выражает удельные затраты энергии на образо¬
вание единицы новой поверхности или прочность измельчаемого
материала:
Sj/,rn,^S,'
Рис. 18. Зависимость стоимости
измельчения от удельных
показателей измельчителя
для различных стадий
измельчения:
1 — дробление; 2 — тонкое дробление;
3 — измельчение; 4 — тонкое измель¬
чение
tge =
П
Sy
Мдж/м2.
tGv AS
Зависимость С'из от Э’ и П3у представлена огибающей, про¬
ходящей через точки 1—6 (на рис. 20), отвечающие различ¬
ным значениям угла е. Проекция сгибающей на плоскость С'из Э'
представлена на рис. 21 для четырех стадий измельчения:
/— грубое дробление, II— дробление, III — измельчение,
IV — тонкое измельчение.
При малых значениях степени измельчения и Э'у т. е. при
грубом дроблении, стоимость измельчения высока. С увеличе-
58
Рис. 19. Зависимость удельной энергонапряженности
от удельной производительности для ряда измельчителей
Рис. 20. Зависимость стоимости измельчения
■от удельной энергонапряженности и удельной производительности
для нормального ряда измельчителей
59
нием степени измельчения и Э' стоимость измельчения умень¬
шается вследствие увеличения к.п.д. измельчения гц.
Рассмотрим условия перехода от одного измельчителя к
другому. Как следует из рис. 21, ряд измельчителей характе¬
ризуется оптимумами Oi, 02, 03 и 04, которым соответствуют
стоимости измельчения С' , С' , С' и С' , а также
UJmx UJmt Uim 4
Рис. 21. Зависимость оптимальных значений стоимостей
измельчения от энергонапряженности
для нормального ряда измельчителей
частные оптимальные энергонапряженности Зр Э'2, Э3 и 3’,
соответствующие определенным конструкциям измельчи¬
телей.
Предположим, что в процессе оптимизации измельчителя /,
характеристическая точка а переместилась по кривой / в точку
0\. В дальнейшем, при увеличении удельной энергонапряжен¬
ности, точка а начнет перемещаться вверх, т. е стоимость из¬
мельчения будет возрастать. Поэтому целесообразно перейти по
горизонтали 0\1 на кривую //, т. е. перейти от одной конструк¬
ции измельчителя к другой, более приспособленной к изменив¬
шейся дисперсности и прочности продукта.
В процессе оптимизации измельчителя II характернстшш
ская точка будет перемещаться по ветви характеристики в
точку 02, после чего также следует перейти по горизонтали
022 к измельчителю III другой конструкции и далее по прямой
Оз—3 к измельчителю IV. Следовательно, становится очевид¬
ной экономическая целесообразность многостадийного измель¬
чения, которое должно осуществляться на измельчителях раз¬
личных конструкций.
60
Для оценки статистической устойчивости измельчителя рас¬
смотрим элемент ряда (рис. 22). Как видно из рисунка, устой¬
чивость измельчителя может быть представлена как отношение
изменения стоимости из¬
мельчения при переходе от
измельчителя / к измельчи¬
телю //:
= Сиз , Сиз п
к соответствующему прира¬
щению удельной энергонап¬
ряженности
•'optl •
tg©
д Э'
(70)
Рис. 22. Диаграмма статистической
устойчивости измельчителя
по стоимости измельчения
Из выражения (70) сле¬
дует, что с увеличением
энергонапряженности стати¬
ческая устойчивость измель¬
чителя возрастает. Очевид¬
но также, что экономичный
режим эксплуатации из¬
мельчителя отвечает не¬
сколько заниженным против оптимума энергонапряженности и
удельной производительности, с учетом флюктуаций прочности
продукта.
Работа с Э'~>Э\ и /7’ >/7с экономически нецелесо-
opt -it'opt
образна. Этим следует объяснить безуспешность многочислен¬
ных попыток применения измельчителей, конструкции которых
не отвечают условиям измельчения дешевых и абразивных ма¬
териалов для диспергирования, например руд железа и цветных
металлов, кварцевого песка, цементного клинкера, каменных
углей и т. п. Столь же бесперспективна попытка форсирования
измельчителей, например повышения их энергонапряженности
против оптимальной. Приведенный выше анализ относится
к различным стадиям измельчения какого-либо одного мате¬
риала с определенной степенью твердости или абразивности И.
Группа измельчителей, применяемых для измельчения материа¬
ла с данной степенью абразивности Н, составляет период нор¬
мального ряда.
Число периодов нормального ряда будет соответствовать
гоадациям абразивности: высокой НЬа, средней На и малой
Н ма. С уменьшением прочности на измельчение Пр (или
удельных энергозатрат на образование единицы новой поверх-
61
31 ости) н величины абразивности Н угла е будут уменьшаться,
■что будет сопровождаться переносом полюсов пучков прямых
Рис. 23. Диаграмма периода ряда измельчителей
по прочности измельчаемых материалов
■из точки Oi в 02, Оз и т. д. Это будет сопровождаться (рис. 23,
24) увеличением оптимальных удельных энергонапряженностей
Э\ , Э'0 ,3, и удельных производительностей /7~„
Плах тпах ‘’шах 1 Л'тах1
Рис. 24. Диаграмма стоимости измельчения
для периода измельчителей
П' и //’ Соответствующая зависимость стоимости
^Ущах 2 *Ушах 3
измельчения С^3 от Э' и Я^у представлена на рис. 24 и харак¬
теризует определенный метод измельчения.
62
Второй метод измельчения может получить признание, оче¬
видно, при условии, что соответствующие измельчители будут
Рис. 25. Зависимость удельной энергонапряжен¬
ности от удельной производительности для двух
периодов ряда измельчителей
обладать более высокими удельными энергонапряженностямга
и производительностями П'5у. Взаиморасположение двух мето-
Рис. 26. Диаграмма стоимости измельчения для двух
периодов нормального ряда измельчителей
дов измельчения, I и II, представлено на плоской и простран¬
ственной диаграммах нормального ряда (рис. 25 и 26). Ме¬
тод III измельчения может быть расположен по отношению к.
63:
методу II аналогичным способом при условии монотонного
снижения стоимости измельчения Сиз. Каждый период нор¬
мального ряда измельчителей состоит из четырех или пяти сту¬
пеней, в соответствии с числом стадий измельчения: грубое
дробление, дробление, измельчение, тонкое измельчение и сверх¬
тонкое измельчение. На рис. 27 представлена плоская диаграм¬
ма нормального ряда для двух методов измельчения I н II,
каждый период которых разбит условно на четыре ступени
1—4 (тонкое и сверхтонкое измельчение объединены для упро¬
щения схемы). Как видно из рисунка, каждому методу измель-
Рис. 27. Двухмерная диаграмма нормального ряда
измельчителей Э' — Д/7 Пр, Jn):
/ — дробление; 2 — тонкое дробление; 3 — измельчение; 4 — тон¬
кое измельчение; — прочные материалы; На — полупрочные
материалы; Нма — мягкие материалы
чения соответствуют три периода или 12 ступеней измельче¬
ния.
Следовательно, каждому методу измельчения должно со¬
ответствовать 12 основных конструкций измельчителей, что
близко к действительности.
Возвращаясь к рассмотрению диаграммы нормального ряда,
представленного на рис. 28 в виде трехмерной зависимости
стоимости измельчения С’из от Э' и П'3 заметим, что для каж¬
дого метода измельчения существуют предельные значения Э'
и и соответствующая минимальная стоимость измельчения
€4
С' . Эти предельные значения соответствуют условиям из-
и т
мельчения материала с минимальной структурной прочностью.
Для повышения экономичности и снижения стоимости измель¬
чения необходимо изменить метод измельчения, например, пе¬
рейти от применяемого обычного измельчения посредством
мелющих тел к самоизмельчению. При этом последователь¬
ность периодов рядов /, II и III повторяется, но со значительно
Рис. 28. Трехмерная диаграмма нормального ряда из¬
мельчителей для периодов рядaCu3=f(9/, П', Пр, Jд).
Обозначения см. в подписи к рис. 27
большими значениями Э' и П’5у и, следовательно, меньшими
С'из (Рис- 27 и 28). В процессе оптимизации измельчителя дан¬
ной конструкции при измельчении материала определенной
прочности достигается минимум стоимости измельчения, харак¬
теризующий определенную дисперсность исходного материала
и продукта измельчения. Если тот же материал измельчить до
большей дисперсности продукта, то приходится изменять кон¬
струкцию измельчителя, что позволяет повысить к. п. д. процесса
измельчения, удельные энергонапряженность и производитель¬
ность и снизить удельные энергозатраты и стоимость измельче¬
ния. При измельчении материала меньшей прочности также
необходимо изменять конструкцию измельчителя так, чтобы
•стоимость измельчения монотонно убывала. При измельчении
малопрочных материалов достигается предельный минимум
стоимости измельчения для данного метода измельчения.
3 В. И. Акунов gc
Дальнейшее снижение стоимости измельчения требует изме¬
нения метода измельчения. В этом случае последователь¬
ность построения ряда измельчителей для метода II аналогич¬
на с последовательностью построения измельчителей для ме¬
тода I.
Учитывая, что удельная производительность П'8у измельчи¬
теля может быть определена с меньшей точностью, следует
производить выбор измельчителя для данного материала в за¬
данном диапазоне дисперсностей на основе величины опти¬
мальной удельной энергонапряженности Э'. Из 'изложенного
следует, что для снижения стоимости измельчения С'из необ¬
ходимо:
1) уменьшить стоимость энергозатрат С\ снижением стои¬
мости электрической энергии или применением более дешевых
видов энергии; увеличением к. п.д. процесса измельчения т]г-
и уменьшением удельных энергозатрат Ас или П' ; увеличе-
PS'
нием к. п. д. энергетической цепочки привода измельчителя т]э;
2) уменьшить стоимость ремонтных работ С'р выбором из¬
мельчителя с максимально устойчивыми по износу помольными
характеристиками, долговечной, надежной, ремонтоспособной
и удобной в эксплуатации конструкцией; устойчивость помоль¬
ных характеристик определяется величиной изменения произво¬
дительности, энергозатрат, зернового состава и дисперсности
продукта по мере износа измельчителя;
3) уменьшить амортизационные отчисления С'а снижением
веса и габаритов измельчителя, что должно сочетаться с обес¬
печением достаточной долговечности измельчителя. Необхо¬
димо применение более износостойких материалов для футе¬
ровки и более прочных конструкционных материалов для несу¬
щих конструкций и других узлов измельчителя. Если учесть, что
это допустимо для измельчителей любых конструкций, очевид¬
но, что описанная выше структура ряда измельчителей не
изменяется при замене существующих конструкционных и футе-
ровочных материалов другими, более прочными. Применение
последних изменит лишь абсолютные значения стоимости из¬
мельчения С'из.
При построении зависимости
следует учесть также, что для всех оптимизированных измельчи¬
телей, независимо от их конструкций в области применения, су¬
ществует соотношение
Cus= F2{3'-n’s>)
(71)
Сиз — 2АСЦЭ,
(72)
66
т. е. стоимость измельчения равна удвоенной стоимости
энергии.
Указанное соотношение представляет значительный 'интерес,
являясь дополнительным условием, определяющим положение
геометрического места частных
•оптимумов стоимостей измельче- ,
яия для нормального ряда из- ш
мельчителей. В самом деле, из
формулы (72) следует, что
^5— = 2 = const. (73)
Это позволяет построить зави¬
симость стоимости измельчения
от цены энергии и удельных энер¬
гозатрат (рис. 29). При работе в
неоптимальных условиях стои¬
мость измельчения, выраженная
посредством стоимости затрачен¬
ной энергии,
Сиз = NC'3„ = NriPsU3, (74)
где А'>2.
Значение N—2 для оптимизированного измельчителя свиде¬
тельствует о существовании закономерности, определяющей
экстремальные значения решения статистической вариационной
задачи, описывающей характеристики нормального ряда опти¬
мизированных измельчителей. Указанная зависимость харак¬
теризует, например, технологический процесс производства
электроэнергии на ТЭЦ, производств чугуна, клинкера и т. п.
Во всех этих случаях, стоимость продукта равна удвоенной
стоимости затраченной энергии и топлива (табл. 5). Следова¬
тельно, семейство существующих измельчителей, оптимизиро¬
ванных в течение длительного периода промышленной эксплуа¬
тации при измельчении материалов различной твердости и по¬
лучении продуктов различной дисперсности, должно быть нор¬
мализовано по минимуму стоимости измельчения. Универсаль¬
ным показателем измельчителя любой конструкции, однозначно
определяющей область его рационального применения, являет¬
ся удельная энергонапряженность, представляющая собой отно¬
шение установленной мощности двигателя измельчителя к его
весу.
Классификация существующих и эмпирически оптимизи¬
рованных измельчителей по их энергонапряженности должна
привести к образованию нормального ряда-
3* 67
Рис. 29. Зависимость стоимости
измельчения от удельных энерго-
затрат Сиз = 2Ц3ПРз
Таблица 5
Распределение годовых денежных расходов
при различных технологических процессах
Элементы затрат в %
Процессы
Топлнво и
электро¬
энергия
Аморти¬
зационные
отчисления
Заработная
плата
Прочие
расходы
Производство электрической энергии
на ТЭЦ
50
12
16
22
Производство паро-газовой смеси на
СПГГ (свободный поршневой гене¬
ратор газа)
52
7,5
7,3
33,2
Измельчение цементного клинкера на
шаровых мельницах
48
10
13
29
Производство чугуна
50
—
—
50
Измельчение подмосковного каменного
угля на шаровых мельницах . . .
37,0
32,6
5,8
24,6
Измельчение кварцевого песка на
струйных мельницах
45
12
40
3
Измельчение цирконового концентрата
на струйных мельницах
43
10
7
40
Производство цемента
45
10
14
31
Из вышеизложенного следует, что оптимальный новый метод
измельчения должен отличаться меньшей стоимостью получения
данного продукта, а соответствующие измельчители — боль¬
шими удельными энергонапряженностями и удельными произ¬
водительностями. Дополнительным условием является возмож¬
ность получения измельченного продукта с минимальным за¬
грязнением его в процессе измельчения, а также возможность
регулирования зернового состава продукта измельчения.
В результате нормирование измельчителей и создание нор¬
мального ряда явится решением как общей, так и частных
задач теории измельчителей.
НОРМАЛЬНЫЙ РЯД ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕЙ.
АНАЛИЗ ОСНОВНОЙ ЗАДАЧИ ТЕОРИИ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕЙ
МЕТОДОМ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
Впервые нормальный ряд измельчителей был исследован
нами в 1957 г. [5]. Ниже приводится краткое изложение резуль¬
татов этой работы. В табл. 6 приведены удельные энергонапря¬
женности Э' и весовые удельные производительности fl'Gy
и более 65 различных измельчителей (см. приложение 1). Сле¬
дует отметить, что четкая однозначная связь между конструк-
68
Таблица 6
Нормальный ряд измельчителей
Труп-
па
Измельчители
Конструктивная схема и
принцип работы
Область применения
VIII
Струйные мельни¬
цы
Измельчители сухого помола
без мелющих тел (ударное из¬
мельчение)
Сухое сверхтон¬
кое измельчение
твердых, полу¬
твердых и мягких
материалов
VII
Виброкавитацион-
ные мельницы
Измельчители мокрого помола
без мелющих тел (вибрационное
измельчение)
Тоже, что груп¬
па VIII, но мо¬
крое измельчение
VI
Пневматические
мельницы
Измельчители с одним непо¬
движным мелющим телом.
Измельчение ударом
Сухое тонкое из¬
мельчение полу¬
твердых и мягких
материалов
V
Высокоскорост¬
ные молотковые
мельницы ударного
действия
Измельчители с жестко или
шарнирнозакрепленными мелю¬
щими телами, отделенными друг
от друга воздушным зазором,
исключающим их соприкоснове¬
ние.
Измельчение ударом или раз¬
давливанием.
Высокие скорости движения
мелющих тел
Тонкое измельче¬
ние полутвердых и
мягких материалов
IV
Отражательные
вибрационные дро¬
билки; вибрацион¬
ные мельницы;
среднеходовые вал¬
ковые мельницы
То же, что и группа V, но
мелющие тела могут соприка¬
саться
Грубое измельче¬
ние и тонкое дроб¬
ление полутвердых
материалов
III
Шаровые и труб¬
ные мельницы
Измельчители с незакреплен¬
ными мелющими телами, сопри¬
касающимися и перемещающи¬
мися в помольном объеме под
действием сил тяжести или
центробежных сил. Измельчение
ударом. Скорости движения по¬
вышенные
Тонкое измель¬
чение и среднее
дробление твердых
материалов
69
Продолжение табл. 6
Груп¬
па
Измельчители
Конструктивная схема и
принцип работы
Область применения
II
Конусные, ще-
ковые и валковые
дробилки
Измельчители с шарнирно или
жестко закрепленными мелющи¬
ми телами, отделенными воздуш¬
ным зазором друг от друга.
Измельчение раздавпиванием
и истиранием с малыми скоро¬
стями
Грубое дробление
твердых материалов
I
Бегуны
То же, но с мелющими тела¬
ми, непосредственно соприкаса¬
ющимися
Измельчение и
перемешивание сме¬
сей с твердыми и
абразивными ком¬
понентами
цией измельчителя, областью его рационального применения
и оптимальной энергонапряженностью может быть установле¬
на, если исходить из величины удельной энергонапряженности
Э'. При построении ряда по весовой удельной производительно-
ети /7ду зависимость не может быть строго установлена, что
еледует объяснить весьма широкими пределами каталожных
данных о производительности измельчителей, зависящих от
дисперсности исходного и конечного продукта, его прочностных
показателей и т. п.
Графически данные табл. 6 приведены на рис. 30. По оси
ординат отложены порядковые номера измельчителей (согласно
приложению 1), а по оси абсцисс — логарифмы энергонапря¬
женностей измельчителей. Возрастающий ряд порядковых номе¬
ров измельчителей, отложенных по оси ординат, отвечает ряду
минимальных стоимостей измельчения, уменьшающихся с уве¬
личением порядкового номера и Э'. Следовательно, по орди¬
нате в некотором масштабе отложена величина, обратная стои¬
мости измельчения С" Из графика видно, что энергонапря¬
женность существующих измельчителей лежит в пределах от
0,62 до 2000 кет т и более. Если этот интервал разбить на
группы по какому-либо одному признаку, например назначению
измельчителей или их конструктивному устройству, все осталь¬
ные признаки группы совпадают (табл. 6), что подтверждает
полученный выше вывод о существовании жесткой взаимоопре-
деляемости конструкции измельчителя с областью его рацио¬
нального применения и оптимальным режимом работы. Как вид¬
но из табл. 6 и рис. 30, наименьшая энергонапряженность соот¬
ветствует измельчителям, применяемым для измельчения и дли¬
70
тельного перемешивания вязких смесей с высокопрочными, аб¬
разивными компонентами. Далее следует грубое дробление
высокопрочных материалов, тонкое измельчение и среднее дроб¬
ление высокопрочных материалов, грубое измельчение и тонкое
Рис. 30. Диаграмма статистического нормального ряда
измельчителей
дробление прочных материалов и, наконец, сухое тонкое измель¬
чение прочных и малопрочных материалов. Следовательно, чем
прочнее материал и интенсивнее измельчение, тем меньше дол¬
жна быть энергонапряженность измельчителя.
Вместе с тем измельчители VII и VIII групп, отличающиеся
наибольшей энергонапряженностью, применяются для тонкого
и сверхтонкого измельчения высокопрочных материалов. Для
71
объяснения указанного обстоятельства необходимо обратиться
к конструкции этих измельчителей. Из диаграммы видно, что
конструкция измельчителей I—III групп для измельчения вы¬
сокопрочных и абразивных материалов характеризуется нали¬
чием мелющих тел, воздействующих раздавливанием, истира¬
нием и ударом с относительно малыми скоростями на измель¬
чаемый материал.
Для измельчителей IV—V групп, применяемых при измель¬
чении прочных и малопрочных материалов, характерно повы¬
шение скорости движения мелющих тел.
Для VI группы характерно измельчение ударом о неподвиж¬
ное мелющее тело.
Группы VII и VIII характеризуются отсутствием мелющих
тел. При сухом помоле измельчение происходит при соударениях
частиц измельчаемого материала. При мокром помоле измель¬
чение осуществляется 1под действием на материал гидравличе¬
ских ударов высокой частоты (кавитация). Мелющие тела в
обычном смысле этого слова в данном случае также отсутст¬
вуют.
К конструктивным особенностям измельчителей, характери¬
зующим различные группы, надо отнести и способы крепления
мелющих тел, а также возможность их механического контак¬
тирования одного с другим (табл.6).
Там, где по условиям технологии такой контакт необходим
(группа I), энергонапряженность минимальна.
С увеличением энергонапряженности возможность взаим¬
ного контакта мелющих тел предотвращается зазором, образо¬
ванным слоем измельчаемого материала или конструктивно.
Необходимо заметить, что в ряде групп присутствуют измель¬
чители, которые по своей энергонапряженности относятся к
высшим или низшим группам вследствие особенностей техно¬
логии измельчения некоторых материалов.
Например, в группе II присутствует одна мельница, отно¬
сящаяся по конструктивному признаку к группе I, и три мель¬
ницы из группы III.
Присутствие в группе II измельчителей-мельниц № 5, 9 и 12,
принадлежащих по конструктивным признакам к группе III
и предназначенных для работы с более высокой энергонапря¬
женностью, объясняется тем, что это мельницы сухого помола
с кремневыми футеровкой и мелющими телами. Повышенный
износ таких мельниц ввиду низкой прочности футеровки и ме¬
лющих тел обусловливает снижение энергонапряженности с
целью сохранения темпа износа на уровне оптимальных тех¬
нико-экономических показателей. Жерновая мельница № 16,
принадлежащая по конструкции к группе I, имеет повышенную
энергонапряженность и оказалась в группе II потому, что она
применяется для помола малопрочных материалов (талька.
72
зерна и т.п.), что уменьшает удельный износ. В группе III на¬
ходятся четыре измельчителя, относящиеся по энергонапряжен¬
ности к группе II и работающие, следовательно, в облегченных
условиях. Количество измельчителей высших групп в группе V
равно одному. Это — дезинтегратор, применение которого
для измельчения высокопрочных материалов явно нерацио¬
нально.
В группе IV, в которой осуществляется мелкое дробление и
грубое измельчение прочных материалов, находится пять пред¬
ставителей низших групп и три — высших. Для этой группы
конструкции измельчителей не играют особой роли, поэтому
различные конструкции представлены в ней примерно одинако¬
вым числом типов. Однако и в этом случае приоритет сохранен
за измельчителями, конструкция которых обладает преимуще¬
ствами при измельчении высокопрочных абразивных мате¬
риалов.
В группе V измельчителей для тонкого измельчения проч¬
ных и малопрочных материалов число представителей других
групп снижается с восьми до четырех. Это значит, что некото¬
рые конструкции измельчителей обладают рядом преимуществ.
В группе VI число представителей других групп падает до
двух, а в группах VII и VIII представителей других групп нет.
Приведенные данные позволяют сделать следующие предвари¬
тельные выводы:
1) дробление и тонкое измельчение высокопрочных абразив¬
ных материалов производят на измельчителях с диелющими
телами с удельной энергонапряженностью не выше 4,4 квт/т
(группы I—III);
2) измельчение малопрочных материалов проиаводят на из¬
мельчителях с мелющими телами с энергонапряженностью от 4,4
до 37 квт/т (группы IV—VI);
3) мокрое и сухое, тонкое и сверхтонкое измельчение вы¬
сокопрочных, абразивных материалов производят на измельчи¬
телях без мелющих тел (группы VII и VIII) с энергонапряжен¬
ностью от 37 до 2000 квт/т\
4) измельчение без мелющих тел позволяет осуществлять
дробление с энергонапряженностью 6,95 квт]т '(отражательные
дробилки фирмы Hazemag) при максимально допустимой
энергонапряженности 1,35—1,5 квт/т для обычных дробилок с
мелющими телами;
5) с повышением энергонапряженности конструктивная
схема исполнения мелюших тел изменяется от ведомых с жест¬
ким закреплением к самоустанавливающимся и незакреплен¬
ным; далее следуют конструкции с одним неподвижным мелю¬
щим телом и, наконец, в наиболее энергонапряженных струй¬
ных мельницах измельчение производят без мелющих тел, пу¬
тем взаимодействия кусков измельчаемого материала;
73
6) по мере повышения энергонапряженности измельчение
раздавливанием и срезом постепенно заменяется ударным из¬
мельчением с одновременным возрастанием скорости удара.
Далее из рассмотрения нормального ряда можно заметить,
что:
а) повышение энергонапряженности с увеличением размера
машины характерно для всех измельчителей, применяемых для
тонкого измельчения высокопрочных материалов (табл. 7);
Таблица 7
Измельчители с энергоиапряженностью, возрастающей при увеличении
производительности и размеров
№ по при¬
ложению
1
Наименование измельчителя
№ по при¬
ложению
1
Наименование измельчителя
1
Бегуны
24
Шаровые мельницы мокрого по¬
5
Стержневые мельницы сухого
мола
помола
28
Вальцовые среднеходовые мель¬
; э
Галечные мельницы сухого по¬
ницы
мола
45
Шахтная мельница
12
Галечны1 конические мельницы
53
Быстроходная кольцевая мель¬
сухого помола
ница
18
Короткие шаровые мельницы
57
Тарельчатая отражательная
19
Многокамерные трубные мель¬
мельница
ницы
59
Виброкавитационная мельница
20
Конические шаровые мельницы
6} понижение энергонапряженности с увеличением размера
машины характерно для машин грубого и среднего дробления
высокопрочных материалов и для мельниц (табл. 8), приме¬
няемых при измельчении малопрочных материалов (каменный
уголь, известняк, органические продукты);
в) энергонапряженность остается постоянной у валковых,
отражательных, некоторых щековых и молотковых дробилок,
а также жерновых, роликовых и центробежных мельниц, при¬
меняемых для тонкого дробления и тонкого измельчения мадо-
прочных материалов. Исключение в этой группе составляют от¬
ражательные дробилки, которые применяют для измельчения
множества материалов различной прочности. В табл. 9 приве¬
дены измельчители с примерно постоянной энергонапряжен¬
ностью.
Наиболее многочисленной является группа измельчителей с
убывающей энергонапряженностью, представленная в табл. 8.
Несколько замечаний о причинах, обусловливающих харак¬
терную для каждой группы зависимость энергонапряженности
от производительности и размера измельчителя.
П
Таблица 8
Измельчители с энергонапряжениостью, убывающей по мере роста
производительности и размера
м?
по прило¬
жению 1
Наименование измельчителя
О
е; —
0.2
с 5
Яёк
Наименование измельчителя
3
Щековые дробилки с простым
14
Конусные дробилки с закреп¬
качанием щеки
ленным вертикальным валом
4
Конусные дробилки с длинным
15
Конусные дробилки крупного
подвесным валом
дробления
6
Щековые дробилки с плоскими
17
Дробилка с нижней осью кача¬
плитами
ния щеки
7
Щековые дробилки ОСТ 3427
21
Грибовидная дробилка Урал-
и 3428
машзавода
10
Конусные дробилки Уралмаш-
23
Грануляторы Саймонса
завода
25
Конусные дробилки среднего
11
Дробильные валки
дробления
27
Короткоконусные дробилки
48
Аэрсбильные мельницы
ОСТ 3432'
49
Вибромельницы ВНИИТИСМ
29
Роликовые мельницы с верти¬
50
Молотковые дробилки вторично¬
кальными кольцами
го дробления
34
Крестовые мельницы «Симплекс»
51
Молотковые дробилки ОСТ 3436
36
Щековые дробилки со сложным
52
То же ОСТ 3435
качанием щеки
54
Быстроходные многорядные
37
Короткоконусные дробилки
кольцевые мельницы
46
Быстроходные молоткогыэ мель¬
60
Коллоидные мельницы
ницы типа «Коллдис»
Таблица 9
Измельчители с постоянной энергонапряженностыс, не зависящей
от производительности и размера
о
ч —
ёе
ci
2с S
Наименование измельчители
О
К —
а|
«Si о 2
с *
Наименование измельчителя
2
Валковые дробилки
32
Щековая дробилка со сложным
8
Гладкие быстроходные валки
качанием щеки
10
Валковые дробилки ОСТ/НКТП
38
Среднеходовая роликовая мель¬
3435
ница с прижимными роликами
16
Жерновые мельницы
39
Отражательные дробилки
22
Чашечные шаровые мельницы
42
Молотковые дробилки завода
фирмы Гильденбрандт
им. Эрнста Тельмана
26
Корзиночны - дезинтеграторы
43
Молотковые дробилки первич¬
31
Щековые дробилки с одной рас¬
ного дробления
порной плитой
47
Молотковые дробилки Выксун¬
ского завода
У мельниц для тонкого измельчения высокопрочных мате¬
риалов рост энергонапряженности с увеличением размеров
75
объясняется уменьшением относительного веса деталей, не уча¬
ствующих непосредственно в процессе измельчения.
У 'измельчителей для грубого и среднего дробления высоко¬
прочных материалов, наоборот, с увеличением размеров отно¬
сительный вес деталей, не участвующих в измельчении, увели¬
чивается, что приводит к понижению энергонапряженности.
Наконец, у машин, применяемых для тонкого дробления или
измельчения прочных и малопрочных материалов энергонапря¬
женность постоянна, так как относительный вес деталей не за¬
висит от их размеров.
Из нормального ряда следует, что максимальное значение
энергонапряженности Э для измельчителей с мелющими телами
составляет 25 квт/т. Далее располагаются струйные мельницы
с энергонапряженностью до 2000 квт/т, что достигается за
счет использования нового метода измельчения — самоизмель-
чения. Использование самоизмельчения позволяет также су¬
щественно повысить максимальную энергонапряженность, на¬
пример, отражательных дробилок «Hazemag» и «Gedarapids»
и машины для тонкого измельчения. Самоизмельчение при¬
меняют в барабанных мельницах без мелющих тел, в так
называемых гравитационных барабанных мельницах, известных
в литературе под фирменными названиями «Aerofull» и «Kas-
kad». Эти машины значительно экономичнее шаровых мельниц
и находят все более широкое применение [3, 61]. Однако им
присущ конструктивный недостаток—громоздкость. Так, уже
теперь диаметры барабанов мельниц «Aerofull» достигают 9—
13 м, чем вызываются высокая стоимость конструкции, значи¬
тельные затраты на сооружение производственных зданий и
др. Мельницы «Aerofull», несомненно, лучше обычных шаровых
мельниц, но это — не мельницы будущего.
Самоизмельчение применяют также в центробежных само-
футерующихся мельницах, в которых измельчение произво¬
дится ударом кусков измельчаемого материала о слой такого
же материала, удерживаемого центробежной силой на рабочей
поверхности ротора мельницы. К таким мельницам относится
мельница «Anza-Mill», выгодно отличающаяся по своему уст¬
ройству от всех известных мельниц этого типа, но также не
являющаяся перспективной. Неизбежный и статистически не¬
равномерный износ ротора, особенно заметный при больших
окружных скоростях, уже при сравнительно небольшом деба¬
лансе вызывает значительные усилия, расшатывающие машину,
что выводит ее из строя. Практически приходится останавли¬
вать машину и заменять ротор через каждые 2—3 ч.
Из рассмотрения нормального ряда, представляющего собой
рациональную классификацию измельчителей, необходимость
создания которой отмечалась неоднократно [43], следует, что
для каждой области измельчения существует определенная
конструкция измельчителя, являющаяся оптимальной. Приме¬
нение измельчителя другой известной конструкции, не в соот¬
ветствии с нормальным рядом, бесперспективно; оно приводит
лишь к повышению стоимости измельчения по сравнению со
стоимостью, достигаемой на измельчителе оптимальной конст¬
рукции. Далее из нормального ряда следует, что увеличение
энергонапряженности измельчителя путем форсирования ре¬
жима его работы также нецелесообразно; оно тоже увеличивает
стоимость измельчения. Последняя возрастает и при понижении
энергонапряженности против оптимума вследствие падения
удельной производительности.
Для каждого измельчителя существуют также определен-
I ный интервал удельных производительностей и их оптималь-
I ное значение. Например, для шаровых мельниц, при получении
стандартного цемента П'ау =0,112 т/т-ч. Значит, оптимальный
вес шаровой мельницы производительностью 100 т/ч должен со¬
ставлять
Gs =-^ = 900 7.
opf 0,112
Нормальный ряд позволяет установить области рациональ¬
ного применения существующих измельчителей, а также оце¬
нить перспективы применения новых измельчителей, отличаю¬
щихся как конструктивным устройством, так и методами из¬
мельчения. Это освобождает от больших затрат труда и средств
при предварительной оценке измельчителей, являющихся прин¬
ципиально бесперспективными. Примерами могут служить виб¬
рационные мельницы, представляющие собой по конструкции
шаровые мельницы, работающие с пятикратным перенапряже¬
нием; дезинтегратор, используемый в технологии силикатного
бетона, и катковая мельница для помола руды. Остановимся
на вибромельнице. Метод подведения энергии к мелющим те¬
лам посредством вибратора не имеет каких-либо преимуществ,
наоборот, он вызывает значительные конструктивные осложне¬
ния. Как видно из нормального ряда (приложение 1), макси¬
мальная энергонапряженность шаровых, а следовательно, и ви¬
брационных мельниц должна составлять около Э^ах = 3,5-ь
=4 квт/т. Фактически у вибрационных мельниц Э'вибр =25 кет/г,
следовательно, вибромельницы непригодны для тонкого помола
высокопрочных и абразивных материалов. С целью обеспече¬
ния экономичной долговечности, они должны быть утяжелены
в 5 раз. Но при этом вибромельницы не могут конкурировать
с шаровыми мельницами, которые конструктивно проще, и на¬
дежнее, что предопределяет более низкую стоимость помола в
них. Вибромельницы экономически неоправданы и для помола
прочных и малопрочных материалов; в этом случае предпоч-
77
тенье следует отдать более компактным дешевым и надежным
молотковым измельчителям. То же можно заметить и о средне¬
ходовых шаровых, роликовых и других мельницах, отличаю¬
щихся повышенной против оптимума энергонапряженностью.
Следовательно, измельчители следует применять лишь в
строгом соответствии с нормальным рядом. Доминирующее
положение измельчителя в нормальном ряде свидетельствует о
высоком конструктивном и эксплуатационном совершенстве
его, завоеванном в ожесточенной конкуренции с другими из¬
мельчителями менее совершенных конструкций. Технико-эконо¬
мические показатели измельчителей-доминантов жестко заданы
и не могут быть существенно изменены. Если показатели этих
измельчителей экономически неприемлемы, задача может быть
решена лишь путем изменения метода измельчения. Нормаль¬
ный ряд облегчает решение указанной задачи, позволяя выявить
перспективные измельчители новых типов. Так, например, отра¬
жательные дробилки фирмы Hazemag и Gedarapids должны
располагаться во II группе нормального ряда; между тем эти
дробилки, отличающиеся высокой Э', фактически находятся в.
IV и V группах. Ознакомление с работой этих дробилок пока¬
зывает, что она основана на принципе высокоскоростного удар¬
ного самоизмельчения, позволяющего резко снизить удельные
затраты энергии и удельный износ или при том же удельном
износе значительно повысить энергонапряженность, что обус¬
ловливает повышение экономичности.
Прежде чем перейти к дальнейшему изложению, приведем
цитату из одного наиболее содержательного источника данных
по измельчителям — «Справочника по обогащению полезных
ископаемых» А. Ф. Таггарта [43].
«Обычно быстроходные и движущиеся с умеренными скоростями мель¬
ницы применяют для материалов, измельчаемость которых близка к таковой
для нвзестняков или выше в тех случаях, когда к тонкости измельчения не
предъявляются высокие требования, напротиз, конические и цилиндрические
мельницы применяются по большей части для более твердых материалов и
во всех случаях, когда требуется получить тончайшие продукты (если только
материал не чрезвычайно хрупкий).
Сравнительно тихоходные конические и цилиндрические мельницы пред¬
ставляют собой единственный тип машины, пригодных для эффективного из¬
мельчения твердых и абразивных материалов.
Центробежные шаровые мельницы широко распространены и успешно-
работают на мягких материалах.
Эксплуатационные расходы при измельчении твердых и абразивных мате¬
риалов весьма велики, а замена изношенных частей представляет значитель¬
ные трудности, так как при этом надо производить частичную разборку ма¬
шины.
Роликовые мельницы широко применяют для измельчения материалов
мягких а средней твердости, не абразивных. Твердые и абразивные материалы
быстро портят гладкую поверхность колец и роликов, вследствие чего умень¬
шается производительность и возникают сильные вибрации.
Бегуны применяют главным образом в глиняной и керамической промыш¬
ленности для смешения глин, измельчения шамота, кварца и других материа-
78
лев, которые приходится загружать в сравнительно больших кусках и кото¬
рые в то же время опасно загрязнить частицами материала—продуктами
износа мелющих тел и корпуса. Существует общее правило, согласно которому
не следует применять молотковые дробилки для измельчения материалов,
содержащих более 5% свободного абразивного (кремнистого) материала.
Использование мельниц с определенной траекторией измельчающих тел,
I работающих ча умеренных скоростях, можно было бы не ограничивать из¬
мельчением мягких и хрупких материалов, если бы абразивные частицы не из¬
нашивали рабочих частей так быстро и производительность не падала бы так
резко.
Дезинтеграторы применяют обычно для разбивания комьев высушенной
глины, а также для дробления очень мягких и очень хрупких материалов.
Однако для тонкого измельчения мягких неабразивиых материалов мель¬
ницы с постоянной траекторией мелющих тел более пригодны, так как рас¬
ходуют меньше энергии. Остальные же эксплуатационные расходы в этом слу¬
чае не играют роли. Производительность машины на единицу ее веса и на
! единицу затраченной мощности увеличивается с увеличением скорости движе-
I ния частей. Это особенно справедливо при грубом измельчении (первая
I стадия и предварительное измельчение) и, вероятно, справедливо также для
тонкого измельчения, если для этой цели будут применены быстроходные ап¬
параты.
С другой стороны, износ рабочих поверхностей при больших скоростях
и при данной степени измельчения значительно выше, чем при малых. Это уве¬
личение износа возрастает непропорционально, так как абразивное действие
измельчаемого материала на рабочие поверхности с увеличением скорости
резко увеличивается».
Приведенная цитата свидетельствует о том, что группировка
измельчителей по областям применения в соответствии с табл. 6
совпадает с наблюдающимся в действительности распределе¬
нием их по этим областям. Следовательно, полученное решение
задачи нормальный ряд не случайно.
О попытках рациональной классификации измельчителей
мы уже упоминали в обзоре современного состояния техники
тонкого измельчения.
Необходимо более подробно рассмотреть влияние износа на
технико-экономические показатели измельчителей и, в частно¬
сти, на образование нормального ряда.
ИЗНОС ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕЙ КАК НОРМИРУЮЩИЙ ФАКТОР
Выше отмечалось, что износ является одним из важных
технико-экономических показателей всякого измельчителя.
Естественно, что износ тесно связан с удельной энергонапря¬
женностью измельчителя.
В самом деле, для измельчителя одной и той же конструк¬
ции увеличение энергонапряженности приводит к росту удель¬
ной производительности. Это, в свою очередь, вызывает увели¬
чение абсолютного износа измельчителя (в единицу времени),
при условии, что при неизменной дисперсности величина из¬
носа на единицу веса продукта постоянна. Следовательно, уве¬
личение энергонапряженности приводит к росту темпа износа
измельчителя. В свою очередь, темп износа определяет дли-
тельность службы измельчителя, межремонтные сроки, стои¬
мость футеровки и ремонтных работ н т. п. Следовательно,
энергонапряженность определяет комплекс технологических
характеристик измельчителей.
Рассмотрим несколько подробнее процессы износа. Выше
было показано, что энергозатратами As на собственно измельче¬
ние материала можно пренебречь.
Если принять за продукт измельчения металлический поро¬
шок, образующийся при износе измельчителя, то количество
этого порошка и его дисперсность будут, очевидно, пропорцио¬
нальны количеству измельченного материала.
Ограничимся рассмотрением измельчения абразивных хруп¬
ких материалов. Можно считать дисперсность металлического
пс-рошка, полученного при износе измельчителя, не зависящей
от его конструкции. Если учесть, что все измельчители для
абразивных материалов изготовляют из сталей с примерно
одинаковыми прочностными характеристиками, приходим к вы¬
воду, что все измельчители для помола абразивных материалов
могут условно рассматриваться как машины, производящие
один « тот же продукт по характеру и дисперсности — тонко¬
дисперсный стальной порошок, что позволяет сравнивать из¬
мельчители друг с другом непосредственно, отвлекаясь от их
конструктивных различий и областей применения. Отсюда ис¬
ходными положениями для построения рациональной класси¬
фикации могут служить:
а) удельная энергонапряженность
Р
Эуд = ~— квт/т-,
б) относительный износ
#0= ——— г/Мдж.
Термин относительный удельный износ или относительный
износ означает износ металла в г/квт-ч или кг/квт-ч энергии,
потребляемой измельчителем.
Величина относительного износа может быть определена в
каждом конкретном случае путем пересчета удельного износа,
т. е. износа в граммах или килограммах на единицу веса про¬
дукта.
Уточняя понятие относительного износа, отметим, что он
означает вес изношенного металла, т. е. износ нетто на киловатт-
час без учета веса изношенной детали, сменяемой при ремонте.
Следует отметить, что вопросы износа измельчителей, несмотря
на их очевидную важность, изучены относительно слабо. Дан¬
ные по износу редко встречаются в периодической литературе;
80
в заводских каталогах и проспектах, а также в нормах » стан¬
дартах данные по износу, как правило, не приводятся. Поэтому
более или менее полное исследование этого аспекта проблемы
пока не представляется возможным. Данный анализ служит
лишь первым приближением.
Выше указывалось, что стоимость измельчения продукта
складывается из двух примерно равных частей: стоимости элек¬
троэнергии и стоимости ремонтных работ, связанных с износом
измельчителей. Следовательно, зная, например, энергозатраты
на единицу продукта и стоимость киловатт-часа, можно с до¬
статочной для первого приближения точностью определить
стоимость измельчения продукта. Стоимость измельчения вхо¬
дит в стоимость продукта, которая, в свою очередь, является
в данных условиях (отрезок времени и отрасль промышленно¬
сти) величиной постоянной. В самом деле, нельзя предполо¬
жить, что в одной и той же отрасли промышленности может
длительно существовать разница в стоимости продукта, вызван¬
ная разностью затрат на измельчение. При возникновении по¬
добного положения обмен информацией или конкуренция (для
капиталистических стран) приводят к заимствованию более
усовершенствованного и менее дорогого способа измельчения
и стоимость измельчения выравнивается.
Одна и та же стоимость измельчения при постоянной стои¬
мости электроэнергии должна привести к одним и тем же рас¬
ходам на износ. Последнее, в свою очередь, при одних и тех же
удельных расходах, например в рублях на килограмм изношен¬
ного металла, должно привести к одному и тому же удельному
износу в кг/квт-ч.
Это положение подтверждается литературными данными.
Так, Бонд характеризует износ, как величину, постоянную для
определенных областей измельчения — дробления и тонкого
измельчения. Данные по износу, согласно Бонду, приведены в
табл. 10. Точки, соответствующие данным этой таблицы, нане¬
сены на график (рис. 31). Эти данные не вызывают сомнений
в отношении их достоверности, но они весьма ограничены.
Поэтому была предпринята попытка сбора и систематиза¬
ции данных, охватывающих более широкий круг измельчите¬
лей, с дифференциацией по каждому из них в отдельности.
В процессе ознакомления с литературными источниками
было установлено парадоксальное обстоятельство. Оказалось,
что износ измельчителей изучен крайне слабо, по-видимому,
меньше, чем в какой-либо из других отраслей машиностроения.
В литературе износоустойчивость измельчителей чаще всего
указывается в часах, днях и даже годах службы. Этот показа¬
тель весьма приближенный и пригоден лишь для сравнения
измельчителей, работающих в идентичных условиях при оди¬
наковом 'исходном и конечном продукте.
«I
Таблица 10
Здв сншггь огнэ:игельчэга ипэ:а ог эчаагэчачэячсшнэсти измельчителя
Группа измельчителей
Энер-онапрн-
зкенность
в кет/т
Относитель¬
ная износо¬
стойкость
в Мдж1кг
Относитель¬
ный износ
в кг/Мдж
Грубое дроблениг
2,3
33
0,0114
Тонкое дробление . . .
4,5
66
0,0152
Молотковые дробилки .......
Мокрое измельчение:
6,95
4,5
11
0,091
шары и стержни
15,4
0,065
футеровка
Сухое измельчение:
4,5
66
0,0152
шары и стержни
77
0,013
футеровка
330
0,003
Вибромельница
20
30
0,0334
Шахтные мельницы
12,2
0,04
Далее, приводятся данные по износу, отнесенному к тонне
продукта; при этом в некоторых случаях дисперсность продук¬
та указывается, в некоторых же отсутствует [72]. Наиболее пол-
АС,«г/т N
0,56
о,чъ
0,40
0,51
m
VII
W
•
V
N
§ 0^4
1'ё 0,16
Л W
В
ш
—•
•
п
•
•
I
•
•
-
-Z
-1
LgmCp
Рис. 31. Зависимость удельного износа от энергонапряженности
для измельчителей нормального ряда
ные данные приведены, по-видимому, А. Ф. Таггартом. На
рис. 31 видно, что удельный износ для различных измельчителей
лежит в пределах от 0,04 до 0,4 кг на тонну измельчаемого про¬
дукта. Среднее значение износа (нетто) составляет для боль¬
шинства измельчителей 0,25 кг/г при измельчении материалов
■с различными физико-механическими свойствами и различной
дисперсностью измельченных продуктов. Данные, приведенные
на рис. 32 и 33, свидетельствуют о том же. Характеристические
?2
точки большинства измельчителей располагаются в области
сравнительно малого радиуса. Отдельные выбросы свидетель¬
ствуют о том, что измельчители несовершенны с конструктив¬
ной точки зрения (молотковые дробилки). В некоторых случаях
повышенный износ является следствием активного воздействия
среды (мокрый помол) на измельчитель. Из рис. 33 видно так-
м/кбтч
900
800
7 00
ЩбОО
га
'3 500
-О
*о
§
е
53
400
1 *
СЭ
100
100
3
•
-31- -
1
а
>
6«
чь
1 •
• >5а
1
г
4 8 12 кбт/т
Энерго напряженность
Рис. 32, Зависимость относительного
износа от энергонапряженности:
1 — грубое дробление; 2 — тонкое дробле¬
ние; 3 — молотковые дробилки; 4 — мок¬
рое измельчение: а — шары н стержни,
б — футеровка; 5 — сухое нзмельченне:
а — шары н стержии. б — футеровка; 6 —
вибромельницы; 7 — шахтные мельницы
310
280
| 240
>23
| 200
СЭ
«о
«п
га
§
160
120
80
40
• 5В
2
р 46 .
1
4а ,
1* •
6<
4 8 12 16 кВт/г
Энергонапряженность
Рис. 33. Зависимость относительной
износостойкости от энергонапряжен¬
ности:
/ — грубое дробление; 2 — тонкое дробле*
нне; 3 — молотковые дробилки; 4 — мок*
рое нзмельченне: а — шары и стержни,
б — футеровка; о — сухое измельчение:
а — шары н стержни, б — сухое измель*
чение; 6 — внбромельинцы
же, что с увеличением энергонапряженности удельный износ
возрастает. Можно ли сочетать это обстоятельство с положе¬
нием о постоянстве износа?
Выше указывалось, что затраты на измельчение складыва¬
ются примерно поровну из затрат на электроэнергию и затрат
на износ, точнее, затрат на восстановление работоспособности
измельчителя. Эти затраты входят в стоимость продукта. При
83
постоянстве стоимости, регулируемой общим состоянием техни¬
ко-экономических показателей в данной области промышленно¬
сти, а также примерно одинаковых затратах на энергию при из¬
мельчении продукта затраты на компенсацию износа (ремонт)
должны быть одинаковыми для всех измельчителей, применяе¬
мых в данной отрасли. Ясно, что повышение энергонапряжен¬
ности при измельчении больших количеств дешевых и абразив¬
ных материалов (руд, угля, строительных материалов и т. п.)
приводит к повышению стоимости продукта вследствие увели¬
чения износа. Именно поэтому шаровые мельницы и дробилки,
применяемые для помола упомянутых материалов, отличаются
низкой энергонапряженностью.
При помоле полутвердых й мягких материалов, когда износ
уменьшен ввиду их низкой абразивности, та же норма износа
может быть достигнута при большей энергонапряженности.
Повышение энергонапряженности выгодно в этом случае, так
как позволяет создать более компактные машины с большей
удельной производительностью. Такими машинами являются
измельчители с ведомыми мелющими телами. Но эти измель¬
чители принципиально непригодны для измельчения абразив¬
ных материалов.
За последние десятилетия для тонкого и сверхтонкого из¬
мельчения абразивных материалов все чаще применяют измель¬
чители с одним неподвижным мелющим телом или без мелю¬
щих тел, когда измельчение производится путем соударений
кусков измельчаемого материала. Это позволяет при той же
норме износа создать измельчители с энергонапряженностью,
немыслимой для измельчителей с мелющими телами.
Следовательно, норма износа, построенная в широких интер¬
валах измельчения, служит тем показателем, той константой,
которая позволяет сравнивать измельчители непосредственно
один с другим. Норма износа, являясь функцией энергонапря¬
женности, вместе с энергонапряженностью служит основой ра¬
циональной классификации измельчителей.
Это положение иллюстрируется графиками (рис. 32 и 33),
на которых заметно кучное расположение величин, характери¬
зующих норму износа ряда измельчителей. Отчетливо видны
также измельчители с заметно отличающимся от нормы изно¬
сом, что свидетельствует о неоптнмальных условиях их работы
(повышенной энергонапряженности или несоответствии конст¬
рукции твердости измельчаемых материалов).
В заключение следует заметить, что если выводы по нор¬
мальному ряду в области измельчителей с мелющими телами
основаны на данных, относящихся к оптимальным условиям
работы и конструкции, то в отношении новых методов измель¬
чения и соответствующих измельчителей такой уверенности нет
вследствие их новизны. При оценке новых методов и измельчи-
84
телей следует учитывать, что снижение стоимости измельчения
при непрерывном росте дисперсности продукта и производитель¬
ности измельчителей может быть достигнуто путем:
а) повышения к. п. д. процесса измельчения;
б) уменьшения удельного износа измельчителей;
в) снижения потерь энергии и ее Ьтоимости;
г) снижения капитальных затрат и эксплуатационных рас¬
ходов;
д) получения продукта, не требующего технологической кор¬
ректировки.
Глава II
РАЗВИТИЕ КОНСТРУКЦИИ СТРУЙНЫХ МЕЛЬНИЦ
КЛАССИФИКАЦИЯ
В зависимости от дисперсности продукта струйные мельницы
подразделяются на группы: с последовательным измельчением
и разделением и с совмещенным измельчением и разделением,
осуществляемыми одновременно в одной камере.
Обычно применяемые разделители с механическими завих-
рителями позволяют получать продукты, дисперсность которых
Рис. 34. Классификация струйных мельниц
характеризуется максимальным размером частицы 200—60 мк.
В некоторых случаях эта граница отодвигается до 20—30 мк за
счет нерационального снижения производительности.
Отличительная особенность мельниц с вынесенными раздели¬
телями (рис. 34) заключается во встречном расположении струй
запыленного газа. Удвоенная скорость сталкивающихся частиц
измельчаемого материала повышает эффективность помола. Эти
мельницы предназначаются для получения тонкоизмельченных
продуктов (/?бс=!э-5%).
86
При получении сверхтонких продуктов с дисперсностью,
характеризуемой максимальным размером частиц, равным
1—5 мкм, применяют разделители с большими ускорениями час¬
тиц. Для этого используют газовые струи, которые так направ¬
ляют под углом друг к другу, что сообщают массе газа, заклю¬
ченной в плоскую горизонтальную или трубчатую вертикальную
камеру, скорости порядка 100—150 м/сек. Малые радиусы
закруглений в сочетании с большими скоростями обусловливают
возникновение мощных центробежных полей, позволяющих
осуществлять четкое разделение.
На частицу, помимо центробежной силы, действует сила
•сопротивления и аэродинамического напора, обусловленная
радиальным градиентом скоростей потока и направленная к
центру камеры. Эти силы: центробежная, пропорциональная
кубу размера частицы и центростремительная, пропорциональная
квадрату размеров частицы зависят от размеров, плотности,
формы частиц и ряда других факторов. Движение частицы опре¬
деляется равнодействующей приложенных к ней сил.
МЕЛЬНИЦЫ С ПЛОСКОЙ ПОМОЛЬНОЙ КАМЕРОЙ |СПК)
Схема струйной мельницы с плоской помольной камерой
представлена на рис. 35. Энергоноситель — сжатый воздух, пере¬
гретый пар, инертный газ — поступает по трубопроводу 5 в рас¬
пределительный коллектор 1. Далее через сопла 8 струи газа со
скоростью звука истекают в помольно-разделительную камеру 2.
Оси сопел расположены относительно соответствующих радиу¬
сов камеры под углом а. Пересекающиеся друг с другом струи
образуют многоугольник с центром на вертикальной оси камеры.
В центральной части камеры располагается центробежный
пылеосадитель, образованный двумя коаксиальными трубами:
большего диаметра 7, соединяющую помольную камеру с прием¬
ником 8 готового продукта, и меньшего диаметра 6, отводящей
отработавший энергоноситель. Измельчаемый материал подается
в помольную камеру эжектором по трубе 4.
Частицы, увлеченные круговым движением газа, движуще¬
гося в камере, подсасываются струями и ускоряются в них.
В точках пересечения струй — узлах — частицы сталкиваются
друг с другом и измельчаются. Кроме того, измельчение проис¬
ходит в вихрях, образующихся в полостях пониженного давления
между струями и при обтекании их.
Как указывалось, на частицы в камере действуют центробеж¬
ная и центростремительная силы.
В процессе измельчения частицы центробежная сила умень¬
шается быстрее центростремительной. При достижении опреде¬
ленного размера частицы величина центростремительной силы
превышает центробежную; частица, увлеченная потоком газа,
87
движется от периферии к центральной части камеры и попадает
в щель, образованную трубами 6 и 7. Высокие скорости потока
и значительные тангенциальные составляющие ее приводят к
образованию в трубе 7 мощного нисходящего вихря, осаждаю¬
щего частицы измельчаемого материа¬
ла. Прижатые к внутренней поверхно¬
сти трубы частицы выбрасываются
вихрем в приемник 8. Около 80% из¬
мельчаемого материала попадает в
этот приемник, остальные 20% уно¬
сятся отработавшим энергоносителем.
Из них 15—17% улавливаются вто¬
ричным центробежным пылеосадите-
лем, остальные 3—5% улавливаются
при очистке отработавшего энергоно¬
сителя, обычно посредством матерча¬
того фильтра. Таким образом, при по¬
моле получаются продукты трех раз¬
личных дисперсностей.
Центробежная сила, возникающая
вследствие криволинейной траектории
движения частиц после прохождения
ими точки пересечения струй или в
промежутках между струями, отбра¬
сывает частицы к периферии камеры.
В дальнейшем процесс повторяется
до необходимого измельчения части-
Рис. 35. Схема струйной ны- Тонкая фракция по мере ее об-
мельницы с плоской по- разования выводится центростреми-
мольной камерой (СПК) тельной силой из зоны помола и уда¬
ляется из камеры.
МЕЛЬНИЦЫ С ВЕРТИКАЛЬНОЙ ТРУБЧАТОЙ ПОМОЛЬНОЙ КАМЕРОЙ (СТК)
Схема струйной мельницы с вертикальной трубчатой камерой
представлена на рис. 36.
Энергоноситель поступает по трубопроводу 1 в коллектор 3
и далее через систему сопел 2 в нижнюю часть помольно-разде¬
лительной камеры. Сопла располагаются в два ряда попарно,
таким образом, что каждая пара струй пересекается в вертикаль¬
ной плоскости, на некотором удалении от противоположной
стенки трубы. Кроме того, сопла скашиваются в вертикальной
плоскости на определенный угол склонения, чтобы вызвать цир¬
куляцию газа, заключенного в камеру.
Измельчение происходит в результате столкновения частиц в
точках пересечения струй и в вихрях, возникающих между ними,
как в плоской горизонтальной камере.
Разделение осуществляется при взаимодействии центробеж¬
ных и центростремительных сил, возникающих на резких пово¬
ротах потока в коленах 5 и 6. При этом более крупные частицы
отбрасываются к внешней стенке
кальному стволу, снова попадают
в зону измельчения.
Более легкие частицы, дви¬
жущиеся в области, прилегаю¬
щей к внутренней стороне трубы,
попадают в поток энергоносите¬
ля, отсасываемого из мельницы
через жалюзи, представляющее
собой инерционный раздели¬
тель 7. Принцип действия послед¬
него заключается в том, что круп¬
ные частицы материала, обла¬
дающие относительно высокой
кинетической энергией, сталки¬
ваясь с полочками разделителя 7,
отражаются от них и отбрасы¬
ваются в исходящий газовый по¬
ток, циркулирующий в камере.
Более мелкие частицы не пре¬
терпевают существенного отраже¬
ния и увлекаются потоком, отса¬
сываемым нз мельницы. Как и в
плоской камере, частицы измель¬
чаемого материала выводятся на¬
ружу лишь при достижении оп¬
ределенного размера. Для улав¬
ливания готового продукта при¬
меняют центробежные пылеоса-
дителн и тканевые пылеуловите¬
ли-фильтры.
трубы и, спускаясь по верти-
Рис. 36. Схема струйной мельни¬
цы с трубчатой помольной каме¬
рой (СТК):
I — трубопровод подачи энергоноси¬
теля; 2 — сопла; 3 — коллектор; 4 —
восходящий участок камеры; 5 и 6 —
колена камеры; 7 — инерционный раз¬
делитель; 8 — отсос отработанного
энергоносителя; 9 — подача исходного
материала; 10 — загрузочная воронка;
II — питающий эжектор; 12 — зона из¬
мельчения
ПОМОЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
Установка с мельницей, имеющей плоскую помольную камеру
(СПК). Общий вид и схема установки приведены на рис. 37 и 38.
Измельчаемый материал по воронке 10 поступает в промежуточ¬
ный бункерок 15 и по трубопроводам 5 подается парой эжекто¬
ров 7 в помольную камеру 6. Готовый продукт по нижней трубе 4
центробежного пылеосадителя поступает в бункер 3, который
разгружается вращающимся герметичным дозатором 1. Герме¬
тичный люк 2 служит для осмотра и очистки бункера.
Отработавший энергоноситель из помольной камеры по улит¬
ке 8 и трубопроводу 9 поступает во вторичный пылеосадитель 11,
89
снабженный приемным бункером 12 с вращающимся разгрузчи¬
ком 14 и герметичным люком 13. Энергоноситель, выходящий из
пылеосадителя 11, подвергается далее окончательной очистке в
рукавном фильтре (при работе на сжатом воздухе) или в кон¬
денсаторе— скруббере (при работе на паре).
Рис. 37. Струйная мельница с плоской
помольной камерой фирмы Микро-
найзер
Рис. 38. Схема помольной
установки со струйной мель¬
ницей типа СПК
Полная схема помольной установки для работы на сжатом
воздухе показана на рис. 39, для работы на перегретом паре —
на рис. 40. Компрессор 2 (рис. 39) с электродвигателем при¬
вода 1 засасывает воздух через висциновый фильтр 3. Предва¬
рительная очистка воздуха от пыли предохраняет компрессор от
преждевременного износа. Сжатый воздух, содержащий замет¬
ное количество влаги и паров масла, непригоден в качестве энер¬
гоносителя. Для улавливания масла и влаги сжатый воздух
охлаждается в теплообменнике 4 с водяным охлаждением и про¬
пускается через механический осадитель 5 масла и воды, а при
особо строгих требованиях к чистоте и влажности воздуха —
через силикагелевый фильтр. Далее сжатый воздух поступает в.
помольно-разделительную камеру мельницы 7 и в питатель-
эжектор 10. Температура сжатого воздуха после очистки близка
к 20 °С. Если по технологическим условиям требуется воздух
с более высокой или низкой температурой, в линию вводится
нагреватель (холодильник) 6.
90
Остальные элементы установки: бункер для исходного мате¬
риала 11, питатель-дозатор 9, приемник 8 готового продукта,
вторичный центробежный пылеосадитель 12, пылеуловитель 13
Выхлоп
I
Рис. 39. Схема установки со струйной мельницей типа СПК, рабо¬
тающей на сжатом воздухе
(обычно рукавный фильтр) и вентилятор 14 особых пояснений не
требуют.
Выхлоп
Рис. 40. Схема установки со струйной мельницей типа СПК,
работающей на перегретом паре
В случае применения поршневого компрессора установка
может работать лишь по разомкнутому циклу.
S1
Схема установки, работающей на перегретом паре, несколько
отлична (рис. 40). Источником энергоносителя служит паровой
котел 1 с регулируемым расходом пара. Перегретый пар посту¬
пает в помольную камеру мельницы 2 ив питающий эжектор 4,
в который подается также измельчаемый материал из бункера 6
посредством питателя 5. Продукт / поступает в приемник 3. Про¬
дукт, осажденный в пылеосадителе 7, попадает в приемник, а
отработавший пар поступает в первичный конденсатор 8. Здесь
основная часть пара (примерно
75%) охлаждается водой, нагне¬
таемой насосом И] конденсат
стекает в отстойник 10. Остатки
пара (примерно 25%) попадают
в пластинчатый конденсатор 9 с
внешним водяным охлаждением;
здесь конденсируется еще 15%
пара, а остаток 10% выбрасы¬
вается в атмосферу.
Для предотвращения загряз¬
нения теплообменных устройств
конденсатора 9 твердыми остат¬
ками на них насосом 11 подается
вода, которая вместе с конденса¬
том поступает в отстойник 10.
Образующийся в системе из¬
быток воды сливается. При ра¬
боте на паре и на сжатом возду¬
хе получаются три продукта по¬
мола: продукт /—в приемнике
камеры, продукт II—в приемни¬
ке пылеосадителя и продукт
III — в приемнике рукавного
фильтра или в виде осадка в от¬
стойнике Ю.
Установка с мельницей, имеющей трубчатую помольную
камеру (СТК). Общий вид установки малой производительности
представлен на рис. 41. Исходный материал подается из бун¬
кера 1 шнековыми питателями 2 в загрузочную воронку 3 питаю¬
щего эжектора 4 и попадает в нижнюю часть 6 помольной
камеры.
Энергоноситель из коллектора 7 по трубкам 8 и 5 подается
на сопла камеры и эжектора 4. Энергоноситель и измельченный
материал циркулируют в камере, состоящей из участков — вер¬
тикальных 9, 10 и подковообразных 15 и 16. В последних осуще¬
ствляется разделение материала на фракции. Тонкая фракция,
являющаяся готовым продуктом, отсасывается по трубопро¬
воду 17 в пылеосадитель 13.
Рис. 41. Установка со струйной
мельницей типа СТК
92
Далее продукт выгружается из бункера 12 разгрузчиком 11.
Отработавший энергоноситель отводится по патрубку 14 в рукав¬
ный фильтр или при работе на перегретом паре — в скруббер-
конденсатор Схема установки аналогична описанным выше
(рис. 39 и 40). Обычно помольные установки могут работать в
замкнутом или разомкнутом цикле.
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ. КОНСТРУКТИВНЫЕ, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ
И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ МЕЛЬНИЦ
Начало разработки струйных мельниц следует отнести к
1927 г. [72]. В 1936 г. фирма И. Г. Фарбениндустри провела испы¬
тания опытного образца мельницы, построенной по лицензии
американской фирмы Микронайзер [44]. Результаты испытаний
оказались неудовлетворительными: мельница не позволила
получить продукт с дисперсностью, существенно превышающей
дисперсность продуктов, полученных на других измельчителях;
энергозатраты на помол и износ помольной камеры были непри¬
емлемо велики.
Ввиду указанного дальнейшие работы в области струйных
мельниц были прекращены.
В 1938 г. в американской периодической литературе появи¬
лась статья [69] с описанием построенной фирмой Микронайзер
струйной мельницы, имеющей плоскую горизонтальную камеру;
были приведены некоторые ее технико-экономические показа¬
тели, а также указаны области применения. В статье отмечалось,
что проблема совершенствования мельницы потребовала реше¬
ния ряда сложных вопросов аэродинамики и автоматического
регулирования и что образцы мельницы требуют дальнейшего
усовершенствования и еще не могут быть рекомендованы к про¬
мышленному внедрению.
По окончании второй мировой войны совершенствование
струйных мельниц продолжалось. В течение 1945—1961 гг. еже¬
годно появлялись одна-две обзорные статьи или рекламные
проспекты по струйным мельницам [49, 51—60, 63—65, 68, 69, 71,
73, 75, 77—81].
Все они характеризуются весьма ограниченным кругом дан¬
ных, относящихся главным образом к некоторым областям при¬
менения мельниц, дисперсности измельченных продуктов, пара¬
метрам и расходам энергоносителя, т. е. сведениями, необходи¬
мыми для привлечения потребителей. Неизвестны американские
или другие работы, освещающие вопросы механики струйных
мельниц и методики их расчета. Лишь в 1959—1960 гг. в иност¬
ранной литературе появились первые статьи [78—80] с изложе¬
нием некоторых вопросов теории струйных мельниц.
Несмотря на ограниченность указанных литературных источ¬
ников, их хронологическое исследование позволило получить ряд
9а
интересных результатов, которые были использованы при разра¬
ботке теории струйных мельниц.
Области применения мельниц. В литературе указывается, что
на струйных мельницах успешно измельчаются более 1000 мате¬
риалов [69, 55, 56].
Сведения об измельчаемых материалах и их дисперс¬
ности приведены в табл. 11—14. Из данных, приведенных
в табл. 11 —14, следует, что струйные мельницы используются в
различных отраслях промышленности. Это объясняется не только
возможностью получения высокодиспергированных материалов
со средним размером частиц менее 1 мкм, но и высокой чистотой
продукта.
Струйные мельницы сверхтонкого измельчения используют в
промышленности строительных материалов, энергетической,
металлургической, электротехнической, химической, бумажной,
косметической, текстильной и др.
Таблица 11
Области применения струйных мельниц для сверхтонкого измельчения
и измельчаемые на них материалы (по зарубежным литературным данным
и фирменным каталогам) [11]
Отрасль промышленности
Измельчаемый материал
Атомная
Лакокрасочная
Резиновая
Разные отрасли химической
Г
Нерудные ископаемые, строи¬
тельные материалы, бумаж¬
ная, текстильная, керамиче¬
ская, резиновая, пищевая,
химическая
Металлические порошки
Пищевая
Фармацевтическая
Сельскохозяйственные ядохими¬
каты
Разные материалы
Ториевые материалы
Пигменты, красители, земляные краски
Тальк, слюда, мел
Силикагель, пластмассы, естественные и ис-
куственные смолы, каучук, органические
химикалии
Графит, известняк, бентонит, полевой шпат,
магнезит, кизельгур, фосфаты, кварц,
глина, барит, глинозем, диатомит, цирко¬
ний
Алюминий, чугун, свинец
Злаки, крупы, сушеные овощи, ядро коко¬
сового ореха, какао-бобы, кислоты жир¬
ного ряда, горох, бобы, кормовое зерно
Лекарственные растения, пенициллин, стреп¬
томицин, сульфодиазин и т. п.
ДДТ, ВНС, оксихлорид меди, линдан, сера,
тиокарбонат
^Железная руда, корунд, пробка, древесина,
косметические материалы, сернокислый
кальций
■94
Таблица 12
Дисперсность материалов, измельченных на струйных мельницах с плоской
камерой фирмы Берк и Кп [52]
Измельчаемый материал
Средний
размер ча¬
стицы
в мкм
Измельчаемый материал
Средний
размер ча¬
стицы
в мкм
Стеараты металлов . . .
Цинковый стеарат....
Пигменты
Синтетические смолы . .
Барит А
5—10
5—10
2
2—5
5
Барит В
Сульфат кальция А . . . .
Сульфат кальция В . . . .
Слюда
Компаунды
10
10—15
20—30
20
5—10
Таблица 13
Техиико-экономические показатели струйной мельницы с плоской камерой
фирмы Микронайзер [55]
Измельчаемый материал
Диаметр
помоль¬
ной каме¬
ры в мм
Средний раз¬
мер частиц
продукта
в мкм
Произво¬
дитель¬
ность
в кг/ч
Удельный
расход
энергоно¬
сителя*
Энергоноситель — воздух, Рх -0,7 Мн/м2
Сельскохозяйственные яды .
610
5-6
410
4,1
Сера
610
3—4
5S0
2,9
Сульфонамид
380
2—3 (шах 20)
57
10,5
Каломель
610
2—3 (шах 12)
373
4,5
Молочный альбумин ....
508
9—10
82
11,5
Фенольная смола
610
5
136
12,5
Энергоноситель — пар, Р% = I Мн/м2
Двуокись титана
760
1
1050
17,7
Сурик
915
2—3
453
4,0
Тальк
915
2
590
4,6
Криолит
760
3
590
4,0
Барит
760
3—4
453
815
2,2
1 Удельные затраты воздуха даиы в м3/кг, пара — в кг/кг; 0,1 Мн/м3*-\ ат.
Дисперсность готового продукта, как это видно из
табл. 12—14, по среднему размеру частицы составляет в боль¬
шинстве случаев 2—10 мкм. Иногда верхняя граница дис¬
персности достигает 30 мкм, а нижняя спускается за 1 мкм.
Следует отметить, что понятие «средний размер частицы»
неопределенно. В одном из источников [59] говорится, что «для
определения среднего размера частиц сухих порошков все боль¬
шее применение находит метод воздухопроницаемости».
95-
Таблица И
Технико-экономические показатели струйной [55] мельницы с плоской камерой
фирмы Микронайзер
Измельчаемый материал
Дисперсность
в мкм
Производительность
в кг/ч
Расход энерго¬
носителя
Удельный рас¬
ход энергоно¬
сителя в кг/кг
исходного ма-
1 териала
продукта
(средний раз¬
мер частиц)
воздуха I
В M*fMUH
«а
JC
ю
«3
Cl
«а
С
1
воздуха
. 1
пара
Цейлонский графит ....
6730
2
91
770
_
8,5
Жирный тальк
840
3,5
453
—
1810
—
4,0
То же
840
6,5
815
—
1810
—
2,2
Битуминозный уголь . . .
2000
2
590
—
680
—
1,2
Сера
6730
3,5
363
28
—
5,6
—
Вольфрамит
200
5,5
363
28
—
5,6
—
Барит
420
3,5
815
—
1810
—
2,2
Криолит
250
3
408
—
1630
—
4,0
Копал
8000
5
272
28
—
7,5
.
Силикагель
420
5,5
226
28
—
9,0
—
Известняк
177
3,5
453
1810
“
4,0
И далее: «этот метод применим в пределах от 0,2 до 50 мкм».
Там же отмечается, что «для определения гранулометрии мате¬
риала применяются способы воздушной или жидкостной седи¬
ментации».
По-видимому, средний размер частицы, определяется по фор¬
муле
где S' —удельная поверхность частиц в см2/г\
d —средний размер частиц;
у — удельный вес материала.
При рассмотрении схемы талькового производства с приме¬
нением струйных мельниц [591, выясняется, что получение трех
различных продуктов (I, II, III) объясняется тем, что после
струйной мельницы последовательно устанавливают два пыле-
осадителя, дающие продукты I и II, и пылеуловитель — про¬
дукт III. Этим объясняется получение трех сортов талька на
фабрике в Гровернер-Сквере, США [59], со средним размером
частиц 6; 1,5 и 0,8 мкм. Хотя в статье указывается, что средний
размер определен методом седиментации, все же метод усредне¬
ния остается неясным.
Указания о величине дисперсности продукта имеются в статье
[75]. В готовом продукте содержится 5—10% (по весу) частиц,
в 3—4 раза превышающих размер средней частицы. Размер
96
наибольшей частицы может значительно превышать 40 мкм, но
общее количество таких частиц составляет 0,0001—0,01% (по
весу). При увеличении среднего размера частиц до 10—15 мкм
на сите 0053 получается остаток 0,5—1%. Средний раз¬
мер частиц остатка составляет 20 мкм. Эти данные относятся
к 1946 г.
По данным 1952 г., относящимся к плоской и трубчатой
помольным камерам [51, 53, 55, 75], средний размер частиц гото¬
вого продукта составляет 1—10 мк, причем максимальный раз¬
мер частиц в продукте не превышает 20—30 мк.
Получение высокодисперсного продукта с минимальным
количеством крупных частиц требует точного соблюдения
режима измельчения, в частности дисперсности исходного про¬
дукта, производительности, а также температуры и давления
энергоносителя.
Так, струйные мельницы с трубчатой камерой (типа «Уиллер-
Милл») снабжаются электронными регуляторами, поддержи¬
вающими температуру в пределах ±2°С и давление в пределах
±0,02 Мн/м2. Для питания мельницы применяют весовые доза¬
торы с автоматическим регулированием производительности.
О дисперсности исходного материала. Максимальный размер
частицы исходного материала может достигать 6—6,5 мм [44,
76, 96]. Предварительное измельчение материала до 100—150 мк
[90] значительно повышает экономичность мельниц. На оптималь¬
ную дисперсность исходного материала влияет также его проч¬
ность, что характеризуется данными табл. 15. ■
Оптимальная дисперсность исходного материала при помоле
на струйных мельницах с плоской горизонтальной камерой
фирмы Микронайзер [52]. Данные о производительности и рас¬
ходе энергоносителей приведены в табл. 11—20 и на стр. 118. Из
этих данных видно, что производительность мельниц с плоской
камерой достигает 3000, а с-трубчатой камерой 2300 кг/ч. Вместе
с тем фирменные данные, приведенные в табл. 16 и 17, неопре¬
деленны. В самом деле, для наибольшой камеры диаметром
762 мм (табл. 16) указаны две производительности: 227 и
1360 кг/ч. По-видимому, они относятся к продуктам различной
дисперсности.
Для сравнения можно обратиться к табл. 16 и 17. Если для
первого размера производительности практически совпадают, то
для второго расхождения достигают шестикратного значения, что
может быть отнесено лишь за счет различной дисперсности про¬
дуктов.
Сравнивая данные показателей струйных мельниц на стр. 114
(1952 г.) с табл. 20 (1954—1960 гг.), можно заметить, что они
характеризуют одну и ту же серию мельниц. В табл. 16 и 18
представлены английские фирменные данные, а в табл. 13 и на
стр. 113, 114 — показатели американских струйных мельниц. Эти
4 В. И- Акунов 97
00 Оптимальная дисперсность материала
для сверхтонкого измельчения
Исходный материал
Дисперсность
исходного
материала
в мкм
Малопрочный или состоящий из агломератов . .
Прочный при тонком измельчении
То же при необходимости получения продукта,
частицы которого не превышают 15 мкм . . .
800—1600
150—180
45—75
„ . Таблица 17
Показатели струйных мельниц с плоской камерой
фирмы Стюртевант [75]
Диаметр
камеры
в мм
Измельчаемый материал
Дисперсность
готового продук¬
та в мкм
Производи¬
тельность
в кг/ч
762*
610**
203
50,8
762
915
1070
Двуокись титана
ДДТ (5096)
Процеин-пеницилин
Абразивы
1
3,5 (средняя)
5-20
1020
545—635
9
0,225
1360
375—3000***
• Фирма выпускает семь типоразмеров мельниц.
По обмеру фотографии модели сечение равно 380 мм: диаметры
верхней и нижней труб равны соответственно 154 и 214 мм.
*** [95].
Таблица 16
Показатели серии струйных мельниц с плоской
горизонтальной камерой фирмы Берк и К0 [52]
Диаметр
Расход энергоносителя
Производи¬
тельность
в кг/ч
мольной
камеры
в мм
воздуха
в м'/мин
перегретого пара
в кг/ч
50,8
0,566
0.23—1,6
203,2
2,83
113,4
304,8
6,37
272,2
381
9,88
408,2
—
508
15,57
680,4
609,6
28,3
1179,3
—
762
42,45
1814,0
227—1360
Примечания: 1. Давление Pi сжатого воздуха
составляет 0,14—0,7 Мн/мг.
2. Давление Рi перегретого пара составляет 0,7—
3,5 Мн/м}.
3. Температура перегретого пара находится в пре¬
делах 288—370 °С.
Таблица 18
Показатели струйных мельниц с трубчатой помольной
камерой фирмы Макро Редакшн процессис лимитед [53
Мощность, потребля¬
Диаметр трубы
Расход сжатого
емая двигателем
камеры в мм
воздуха в м*/мин
компрессо ра,
в кет
25,4
0,7
5,4
50,8
2,4
15,7
76,2
5,0
31,4
Н
й Я
н я
F 5
п> Е
^
СП Я
|—- о
■ )Э
35
О ГГ)
' -о
я S
ta
S вз
2 S
О Н
s 5
нМ
О
03
ГС
)а
ГС
с Я
К
я
2
о ta
н "О
тз ^
к« о
г 2
■> о
*5 ь
a s
в> р
тэ й>
о и)
V) ь>
II
Н
Л
■§1
S М
ta
ч о*
л
■g *
*s
о S
Л о
S3
о*
I
О о
N3
О О
о о
to сл
о -
->1 со
00
г
ю
00
го
00
8
со
о
я а
сл
■§43
1° 1
» $
1 1
OS
ч.
со
сл
-3
й
I
со
сл
I
о
"--1
Н X I
° “О й-8
X с»г
еЗВ
2 ^ Л
я 05 5
о
н
D5
fa
СГ
н
CD
ь
р
я ^
я 2 - г О
s g 1 *5
г f ■« g g.
ю х н а я 2 2
?0Safa0MSa“
■5§
Igs
■5.Я fD
я
о
2 2
■8 E
E S'
2*
■e* a
s о
43 *
2 os
в S
eg
8*
§8
s’s
ss
* 43
s
S S'
я E
■§ fi
5
о
n
s
s
“1
: 2
о
ь
CP
s
. s
sn
2 *3
n *<
3 o\
За -C
OS
* Й
О О
2 S'
= ж
* I
—*o
о
СЛ S'
4
05
ov
fa
я
os
to
0-0 ^
oSmos
M W CT>
Ю *Ch CT> TO
2 S
2 Я
&) ТЭ
ч о
2 1
ТЭ w
s о
&) о
to
g
о
о
3
4
я
2
05
ь
3
я
CD
я
s
о
а
н
я
2
СП S3
О СП
00
00
4Ь
* S
•а л
ч;^
0*0
В-а
ш 63
Sc о
h ь
св н
fe |
«о
Is
*ё
ч-
X
Ы
СЛ
о
OS
я
о
я
2
OS
fa
г
X
OS
я
SB
SP5
о
Sta
-9-3
Я о
43 *
2 os
Е w
Ь ftj
* s
•а „
* ?
к 2
Е х
= 2
_ п
Р
•5 5
О ^
Я л
° н
Ь ТЗ
S'S.
II
SI
я
os
2
rc
*ТЗ
о
S'
4
os
ov
fa
я
05
CO
Показатели струйных мельниц с плосксй камерой фирмы Микронайзер [55J
пиаметр камерыТв мм 204 -1220
Расход воздуха в м:,/мин 1,4—84
Расход пара в кг,1ч 317—3170
Давление энергоносителя в Мн/м? 0,7
Температура энергоносителя в 'С 190—232
Размер частиц измельчаемого материала в мм <0,64
Показатели струйных мельниц с плоской камерой фирмы ФЭБ аппаратен
унд машиненбау, Гримма [63]
Диаметр помольной камеры в мм 200—50
Энергоноситель Сжатый воздух
Рабочее давление в Мн/м2 0,9—1
Расход воздуха в м3/ч 300
Дисперсность исходного материала в мм .... 2
Дисперсность готового продукта в мкм .... 5—0,5
Производительность в кг/ч 80—120
Измельчаемые материалы Красители, пиг¬
менты
Показатели струйной мельницы с трубчатой помольной камерой
фирмы Уиллер Милл* [72]
Давление ^сжатого воздуха в Мн/м? 0,35—0,9
Скорость в м/сек:
истечения энергоносителя в соплах 305—915
циркуляции потока в камере 60—120
Мощность двигателя компрессора при давлении
0,7 Мн/м2 в кет 74
Расход пара в кг/ч 800—1020
Производительность в кг/ч 136—910
Показатели струйной мельницы с трубчатой помольной камерой фирмы
Уиллер Милл [75] при измельчении талька
Средний размер частицы продукта в мк 1,4—2
Производительность в кг/ч 227—340
Расход сжатого воздуха в м3, мин при давлении
0,84 Мн/м2 14
Удельный расход воздуха в кг/кг 3—4
Показатели струйной мельницы с трубчатой камерой фирмы
Уиллер Милл [44]
Рабочее давление в Мн/м2
сжатого воздуха
перегретого пара
Скорость в м/сек:
истечения энергоносителя из сопел в помольную
камеру
движения частиц в помольной камере
Расход воздуха в м3/мин при давлении 0,7 Мн/м? .
Потребляемая мощность в кет при расходе воздуха,
равном 14 м3/мич
Расход пара в кг/ч
1 Мельницы производительностью 227—340 кг/ч, потребляя
14 м3/мин воздуха давлением 0,84 Мн/м2, позволяют получить ма¬
териал со средним размером частиц 1,4—2 мк. Скорость^истечения
915 м/сек соответствует подогреву воздуха до 400—500 °С.
0,35—0,80
0,54—1,41
305—915
61—122
14
75
800—1050
Про изводительность мельницы в зависимости от дис¬
персности и размолоспссобнссти продукта в кг/ч 135—910
Средний размер частиц продукта при производитель¬
ности 227—340 кг/ч, расходе воздуха 14 м3/мин и
давлении 8 Мн/м2 в мк 1,4—2
Показатели струйных кельииц с трубчатой помольной камерой [11]
Д иаметр труб помольных камер в мм 25,4—203,2
Общая высота помольных камер в мм 1200—2400
Размер частиц измельчаемого продукта в мм:
максимальный • -
12,7
рекомендуемый
0,15
Расход воздуха в м3/мин при давлении 0,7 Мн!м2 .
0,84—14,1
Расход перегретого пара в кг/ч при температуре t =
— 260-]-343 "С и давлении 0,7 Мн/м2
45,3—2268
Размер частиц продукта помела в мкм:
средний
1
максимальный
10
Удельный расход
пара в кг/кг
воздуха в м3/кг
2,7—4,08
Удельный расход сжатого воздуха, как это следует из
табл. 13 и данных для мельниц с плоской камерой, составляет
3—13 м2/кг, перегретого пара 4,6—8,5 кг/кг. Для мельниц с труб¬
чатой помольной камерой удельный расход воздуха составляет
2,7—4 м3/кг, перегретого пара 0,45—1,8 кг/кг [76, 100]. Давление
воздуха 0,14—1,05 Мн/м2, перегретого пара 0,7—3,5 Мн/м2. Тем¬
пература воздуха 20—400 °С, перегретого пара 260—370 °С.
Расходы на измельчение. По данным ГДР расходы при
измельчении на струйных мельницах в 2 раза выше, чем на обыч¬
ных мельницах [81].
По данным работы [75] стоимость энергозатрат для получения
сверхтонкого продукта составляет около 1 долл'т при помоле
глиноподобных материалов и может доходить до 10 долл'т при
помоле твердых и других материалов. Следует заметить, что
приведенная стоимость помола требует осторожной оценки. При
помоле строительных материалов или твердого топлива на пред¬
назначенных для этих целей струйных мельницах тонкого помола
расход пара составляет 50—250 кг/т, что соответствует стоимости
помола 0,3—1,5 руб’т. Известно, что помол цементного клинкера
на шаровых мельницах обходится примерно 1,6 руб/т. Следова¬
тельно, стоимости помола соизмеримы.
В случае сверхтонкого помола дорогостоящих или дефицит¬
ных материалов стоимость помола не играет решающей роли.
Гораздо важнее такие технологические показатели продукта, как
дисперсность, гранулометрия, степень загрязнения продуктами
износа, температурные условия в зоне измельчения. В этом отно¬
шении струйные мельницы выгодно отличаются от мельниц
с мелющими телами.
101
Износ и загрязнение измельчаемого материала продуктами
износа. Каких-либо данных, определяющих качественно или
количественно износ струйных мельниц для сверхтонкого измель¬
чения, в литературе нет. Некоторое представление о характере
износа дает указание о том, что около 80°/о работы измельчения
осуществляется путем соударения частиц и лишь 20% — путем
взаимодействия частиц со стенками помольной камеры. Это
подтверждается опытом футеровки стенок помольной камеры
резиной, что практически не изменяет мелющего эффекта мель¬
ницы [69].
Износ камеры в некоторых случаях является серьезной про¬
блемой, поэтому в соответствии с твердостью измельчаемого
продукта выбирается материал, из которого изготовляется или
которым футеруется помольная камера.
При помоле относительно мягких продуктов на мельнице с
плоской камерой применяют обычную малоуглеродистую и
нержавеющую стали, и белый чугун. В особых случаях камера
футеруется твердыми сплавами. Мельницы с трубчатой камерой
изготовляют из перечисленных выше материалов, а также из
керамики, стекла, пластмасс, с антикоррозионной или антиабра-
зивной защитой. В некоторых случаях для защиты камер от
износа применяют резину. Трубчатая камера более проста в
изготовлении, чем плоская [11].
Следовательно, струйные мельницы с плоской и трубчатой
камерами эквивалентны по дисперсности продукта, удельной
производительности и удельным энергозатратам. Преимущество
трубчатой камеры —в более простой конструкции, позволяющей
применять хрупкие и твердые конструктивные материалы:
стекло, керамику и т. п.
МЕЛЬНИЦЫ С ПРОТИВОТОЧНОЙ ПОМОЛЬНОЙ КАМЕРОЙ
Струйные мельницы для тонкого измельчения материалов
разработаны значительно позднее мельниц сверхтонкого помола.
Объясняется это тем, что даже малосовершенные и энергоемкие
мельницы сверхтонкого помола нашли применение в тех обла¬
стях промышленности, где вследствие дороговизны продукта
доля затрат, связанных с измельчением, не сказывалась заметно
на стоимости продукта. Основное требование — получение пре¬
дельно-тонкого и незагрязненного продукта ■— обусловливало
применение струйной мельницы.
Тонкое измельчение повышает эффективность материалов
строительной, энергетической, металлургической, химической
и пищевой отраслей промышленности. Стоимость помола в этих
отраслях промышленности является решающим фактором при
решении вопроса о целесообразности применения мельницы.
Поэтому лишь после длительного экспериментирования со
102
струйными мельницами сверхтонкого помола, установления
оптимальных параметров процесса измельчения и конструктив¬
ных решений установок стало возможным экономичное примене¬
ние струйных мельниц для тонкого измельчения дешевых мате¬
риалов.
Вместе с тем высокие технологические свойства мельниц с
самого начала привели к значительному ограничению объема
информации, поступающей в литературу. Фирмы опубликовали
лишь отрывочные данные, каса¬
ющиеся технико-экономических
показателей и областей приме¬
нения мельниц. По имеющимся
сведениям, мельницы противо-
точного типа изготовляются толь¬
ко в США и не вывозятся.
Наиболее ранние сведения о
струйных мельницах для тонкого
измельчения относятся к
1938 г. [69].
Впервые [57] мельница с труб¬
чатой камерой (рис. 42) была
применена для тонкого измель¬
чения каменного угля с получе¬
нием продукта, характеризуе¬
мого остатком 10% на сите
75 мкм (Т?75=10%).
В конструкцию камеры введе¬
ны изменения: встроен помоль¬
ный узел 5, аналогичный отра¬
жательной мельнице. Назначение
этого узла — предварительное
измельчение кусков каменного
угля, которые подавались эжек¬
тором 3 из бункера 1 с ворошителем 2 и шнеком. Тонкое из¬
мельчение, или помол, осуществляется в помольной камере 4,
конструктивно аналогичной камерам обычных трубчатых мель¬
ниц. В качестве энергоносителя применялся перегретый пар.
Наряду с двухстадийным помолом предусмотрено двухста¬
дийное пылеразделение. Грубое пылеразделение осуществляется
в пылеразделителе 7 проходного типа, а тонкое — в трубе, как в
мельницах с трубчатой камерой.
Готовый продукт выводится из пылеразделителя 7 по трубо¬
проводу 8 и направляется в форсунки котлов электростанции.
На снимке заметно утолщение стенок помольной камеры в
зонах разделения и максимального износа.
Взаимодействие отдельных узлов камеры неясно. Действи¬
тельно, окончательное тонкое разделение происходит в пылераз-
Рис. 42. Струйная мельница с
трубчатой помольной камерой
для тонкого измельчения угля
103
делителе 7, поэтому вряд ли оправданы затраты энергии на уско¬
рение потока в пылеразделяющей части 6 камеры тонкого
помола. При наличии в последней такого гидравлического
сопротивления, как разделитель, несомненно, не могли быть
достигнуты скорости, соизмеримые со скоростями в обычной
трубчатой камере.
Установка, построенная в 1944 г., эксплуатировалась в тече¬
ние 3 лет. Развитие ее привело к решению, представленному
на рис. 43.
Вместо одного питающе¬
го эжектора и системы от¬
носительно слабых струй
применены эжектор 7 и че¬
тыре помольных эжектора
3, расположенных так, что
струп паро-угольной смеси
пересекаются друг с другом
в одном узле. При этом до¬
стигается максимальная
энергонапряженность по¬
мольного объема и эффек¬
тивность помола.
Бункер с питателем и
проходной пылеразделитель
сохранены. Часть измель¬
чаемого материала удаляет¬
ся через пылеразделитель 1,
другая залегает на дне и у
стенок кожуха 2. Когда
уровень грубой фракции до¬
стигает отверстий для под¬
соса 4 мелющих эжекторов,
материал увлекается в раз¬
гонные трубки и направля¬
ется в зону помола 6.
Интересна конструкция разгонных трубок помольных эжек¬
торов, состоящих из торцового колпачка 5, собственно разгонной
трубки и камеры смешения. Конструкция предусматривает быст¬
рую замену этих деталей при их износе.
В случае помола антрацита, битуминозного угля и кокса
производительность установки составляет 5 т/ч при дисперсности
продукта /?75 = 10%, удельном расходе пара 0,1—0,12 кг/кг, тем¬
пературе 370 °С и давлении 7 ати. Дисперсность исходного про¬
дукта 10 мм.
Из снимка видно, что подсос материала и пылеразделение не
организованы. Так, продукт, залегающий в нижней части кожуха,
подсасывается в эжекторы неравномерно, а регулирование ско¬
Рис. 43. Струйная мельница с проти-
вото’ ным расположением помольных
эжекторов для тонкого измельчения
каменного угля »
104
рости перемещения частиц к пылеразделителю затруднено. Это
сказалось на показателях установки.
Дальнейшее развитие конструкции привело к схеме, пред¬
ставленной на рис. 44. Измельчаемый материал шнеком 2
подается в загрузочную воронку питающего эжектора 3 и
поступает в помольную камеру 5. Навстречу ему из камеры
движется паро-угольная смесь, которая направляется в камеры-#
предварительного пылераздел
ляется на домол в эжекторы 6
в обычный проходной или цен¬
тробежный пылеразделитель /.
v J 1
Рис. 44. Струйная противоточная
мельница типа СП с двухстадий¬
ным разделением фирмы Блоу-
Нокс
ия. Грубая фракция направ-
камеру 5, а тонкая фракция —
Рис. 45. Внешний вид установки с
противоточной струйной мельницей
фирмы Блоу-Нокс
Частицы грубой фракции, попавшие в продукт, отделяются
и направляются в питающий шнек 2, а продукт — либо в топку
(при помоле угля), либо в пылеосадитель. Таким образом осу¬
ществляется двухступенчатое пылеразделение. Объем помоль¬
ной камеры резко уменьшен; перемещение материала упоря¬
дочено. Регулируя размеры разгонных трубок помольных эжек¬
торов, давление и расход пара, режимы работы камер 4 и пыле-
разделителя /, можно в широких пределах изменять грануло¬
метрию готового продукта.
На пространственной схеме описанной выше установки
(рис. 45) показан трубопровод-подсос для подвода воздуха в
пылеразделители с целью разбавления паро-угольной смеси.
На рис. 46—48 представлена котельная, оборудованная двумя
мельницами описанного типа производительностью 9—10 т/ч
105
Рис. 46. План расположения углеразмольной установки
производительностью 9—10 т/ч со струйными мельница¬
ми типа СП фирмы Блоу-Нокс
Рис. 47. Схема углеразмольной установки производитель¬
ностью 9—10 т/ч со струйными мельницами типа СП фир¬
мы Блоу-Нокс:
J — бункер исходного материала; 2— дозатор; 3 — распределитель¬
ный трубопровод; 4 — трубопровод для подачн измельченного уг¬
ля в топку парового котла; 5 — струйная мельница; 6 — угольная
форсунка; 7 — котел
106
каждая. Отмечается [56], что эти мельницы разработаны спе¬
циально для тонкого помола каменного угля с целью улучшения
условий его сгорания.
Удельный расход пара составляет 0,15 кг/кг при продукте
#75= Ю%, что совпадает с приведенными выше данными. Экви¬
валентная потребляемая энергия на измельчение составляет
57—65 Мдж/т. Удельный расход пара при колебаниях произво¬
дительности от 100 до 60% изменяется незначительно и лишь
Рис. 48. Компоновочная схема котельной с двумя углеразмольными
струйными мельницами типа СП производительностью 9—10 т/ч
фирмы Блоу-Нокс
после 60% начинает возрастать. Изменение размолоспособности
угля от 50 до 75 по Гартвуду не сказывается на производитель¬
ности и дисперсности продукта. При помоле углей, имеющих
размолоспособность более 75, производительность повышается
так же, как и при помоле антрацита, поэтому производитель¬
ность мельницы при помоле битуминозного угля и антрацита
одна и та же. Эксплуатационные расходы, включая ремонт,
составляют 0,727 центов за тонну угля.
Указывается, что мельница может применяться для тонкого
и сверхтонкого измельчения твердых, хрупких, вязких, а также
волокнистых материалов — асбеста, древесной целлюлозы и др.;
Для измельчения и перемешивания двух- или трехкомпонентных
смесей; для опыливания одного из компонентов частицами дру¬
гого; для измельчения гранита, газовой сажи, слюды, глины,
Железной руды, инсектицидов, пластмасс, фунгицидов, извест¬
107
няка, силиката кальция, красителей, фурфурола, серпентинита,
каучука, карборунда, крахмала, плавикового шпата, цементного
клинкера, пекового кокса. Мельница может применяться почти
во всех отраслях промышленности, нуждающихся в тонком
помоле.
Следующим шагом в развитии конструкции явился переход
от четырех к двум помольным эжекторам. Схема такой мель¬
ницы представлена на рис. 49.
Рис. 49. Схема установки со
струйной мельницей типа
СП с одностадийным раз¬
делением
Рис. 50. Схема установки фирмы
Маджзк со струйной мельницей
типа СП для измельчения строи¬
тельных материалов, руд, топлива
Измельчаемый материал шнеком 6 подается непосредственно
в распределительные трубы 7, ведущие к смесительным камерам
помольных эжекторов 8. Смесь газа с твердыми частицами
поступает из помольной камеры 9 по трубопроводу 10 непосред¬
ственно в пылеразделитель 13.
Струя запыленного газа направляется на отраженный диск
12, прикрепленный к торцу вертикального валя 2, который при¬
водится во вращение электродвигателем 1. Концы лопастей,
насаженных на вал крыльчаток 3, выведены через кольцевые
прорези за пределы внутреннего кожуха 5. Грубые частицы,
попадая в зазор между кожухами 4 и 5, проваливаются в
трубы 7. Топкая фракция выводится из разделителя и по трубо¬
проводу 14 удаляется в осадитель. Разбавляющий воздух
подается по трубе 11.
108
В 1955—1957 гг. появились описания струйных мельниц,
отличающихся конструкцией помольной камеры и компоновкой
установки (рис. 50) [71]. Как видно из схемы, измельчаемый
материал подается шнеком 5 в помольную камеру 7, в средней
части которой располагаются два встречных помольных эжек¬
тора 6; у основания камеры располагаются перпендикулярно
продольной оси эжекторов два пылеразделителя 1. Трубы 2 и 4
возврата соединяют пылеразделитель со смесительными каме¬
рами помольных эжекторов.
Разбавляющий воздух подается в разделитель по трубе 8 с
кольцевым распределителем.
Готовый продукт вместе с отработавшим паром отводится по
трубе 9.
Вывод пыле-газоЕой смеси через низ камеры, по трубопрово¬
дам 3, принятый в этой конструкции, по-видимому, связан, со
стремлением облегчить размещение разгрузочного устройства на
верхней крышке камеры.
В одном из бюллетеней фирмы приведен следующий перечень
дешевых и абразивных материалов, для измельчения которых
рекомендуется описанная мельница: кремнезем, керамические
фриты, цемент, глины, гипс, железная руда, известняк, перлит и
кварцевый песок.
В 1957 г. была описана промышленная установка с мельницей
этого типа [73].
В 1959 г. появились сообщения о разработке в США опытного
образца мельницы типа СП производительностью 30 т/ч [68].
В литературе об опытных и серийных струйных мельницах
для тонкого измельчения нет каких-либо более подробных дан¬
ных, которые могли бы быть использованы при модельном
анализе.
Изложенное позволяет сделать следующие предварительные
выводы.
1. Струйные мельницы образуют класс измельчителей, при¬
меняемых для тонкого и сверхтонкого измельчения большого
количества материалов—неорганических, органических, хруп¬
ких, вязких, волокнистых, легкоплавких и т. д.
2. Энергоносителем в струйных мельницах служат перегре¬
тый пар и сжатый воздух. Данных о применении инертных газов
нет. Удельный расход энергоносителя в зависимости от физико¬
химических характеристик измельчаемого материала и дисперс¬
ности готового продукта лежит в пределах 0,05—9 кг/кг, а дав¬
ление энергоносителя 0,15—3,5 Мн,'м2. Температура энергоноси¬
теля находится в диапазоне 20—350°С.
3. Стоимость измельчения 1 т материала составляет
0,5—10 долл.
4. Дисперсность измельченного материала составляет менее
1—50 мк.
109
5. Производительность мельниц колеблется в пределах
0,001—30 т/ч.
6. Отсутствие вращающихся деталей позволяет легко осуще¬
ствлять футеровку подверженных износу поверхностей мельниц.
Это дает возможность получать материалы высокой степени
чистоты, повысить долговечность мельницы и снизить стоимость
измельчения.
7. Струйные мельницы позволяют сочетать помол и разделе¬
ние со смешением, сушкой, окислением, восстановлением и дру¬
гими технологическими процессами, а потому их широко приме¬
няют в различных отраслях промышленности.
8. Струйные мельницы серийно выпускаются в течение 20 лет
многими ведущими фирмами, занимающимися производством
измельчающего оборудования.
9. Тенденция развития конструкций струйных мельниц харак¬
теризуется ростом производительности, снижением энергозатрат
и повышением дисперсности продукта.
Глава (!]
ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ
СТРУЙНЫХ МЕЛЬНИЦ
УСТАНОВКА ТИПА 1C С ПЛОСКОЙ ПОМОЛЬНОЙ КАМЕРОЙ
ТИПА СПВ-60 ДЛЯ СВЕРХТОНКОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ
Общий вид установки приведен на рис. 51. Измельчаемый
материал подается из бункера / в загрузочную воронку питаю¬
щего эжектора 3 и далее в помольную камеру 4. Готовый продукт
собирается в стеклянной банке 7, которая крепится к фланцу 5
гайкой 6. Отработавший энергоноситель отводится по трубке 2
в матерчатый пылеуловитель 10 и отсасывается вентилятором 9.
Установка управляется посредством вентилей 8, расположенных
на щитке управления.
Общий вид помольной камеры, предназначенной для измель¬
чения малоабразивных материалов, приведен на рис. 52. Сжатый
воздух через штуцер 7 поступает в кольцевой распределитель и
далее в сопла, расположенные в кольце 6. На выточках послед¬
него крепятся крышки 3 и 5 камеры. Камера в собранном виде
удерживается тремя болтами 4 и тремя струбцинами 1 и при
необходимости может быть легко разобрана. Пылеосадительное
устройство образовано центральными трубами 2 и 8.
Техническая характеристика установки
Область применения — сверхтонкое измельчение
абразивных и неабразивных материалов до мак¬
симального размера частиц в мкм ...... 3—5
Производительность в кг[ч 0,2—0,5
Расход сжатого воздуха давлением 0,7 Мн]м2
в м31ч.................... 30
Установленная мощность электродвигателя вен¬
тилятора в кет 0,52
Габариты в мм. 1340x600X600
Вес в кг 72
УСТАНОВКА ТИПА 2С С ПЛОСКОЙ ПОМОЛЬНОЙ КАМЕРОЙ
ТИПА СПВ-240 ДЛЯ СВЕРХТОНКОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ
Общий вид установки приведен на рис. 53. Измельчаемый
материал из бункера / подается питателем 8 в загрузочную
воронку питающего эжектора, который транспортирует его в
411
Рис. 52. Общий вид помольной камеры типа
СПВ-60
Г №
помольную камеру 2. Измельчаемый материал скапливается в
приемнике 6. Отработавший энергоноситель проходит вторичную
очистку в двух вихревых пылеосадителях 3 с приемником 5 и
далее отсасывается вентилятором 4.
Рис. 53. Общий вид установки типа 2С с плоской
помольной камерой типа СПВ-240
Управление установкой производится со щита управления 7,
на котором расположены вентили и манометры для наблюдения
за подачей энергоносителя в помольную камеру, в питающий
эжектор и в вибропитатель.
Общий вид помольной камеры представлен на рис. 54. Энер»
гоноситель поступает по трубе 6 в распределитель 5 и по две¬
надцати соплам 14 в помольную камеру. Последняя снабжена
износостойкими футеровочными вкладышами 4, 13 и 16, защи¬
щающими верхнюю 2 и нижнюю 8 крышки и сопловое кольцо 7
помольной камеры. Камера удерживается в собранном виде
струбцинами 3.
В центральной части камеры размещены трубы lull пыле¬
осадительного устройства. Нижняя труба, ведущая к приемнику
продукта, может перемещаться по вертикали и фиксируется
114
винтом 12. Для регистрации положения трубы в камере служит
шкала 9. Камера располагается на опоре 10. Ввиду того что при
работе в камере устанавливается давление порядка
0,4—0,5 Мн/м2, она снабжается уплотнениями. Люки с пробками
Рис. 54. Общий вид помольной камеры типа СПВ-240
15 служат для замены сопел посредством специального съем¬
ника.
Техническая характеристика установки
Область применения — сверхтонкое измельчение
абразивных и неабразивных материалов ДО раз¬
мера частиц в мкм 3—5
Производительность в кг/ч до 30
Размер частиц исходного материала в мкм . . . 200
Размер сжатого воздуха давлением 0,7 Мн/м2
в м3/ч 300
Установленная мощность, электродвигателя
в кет 1,7
Габариты в мм 2000x1000 x 2350
Вес в кг 470
УСТАНОВКА ТИПА ЗС С ПРОТИВОТОЧНОЙ ПОМОЛЬНОЙ КАМЕРОЙ ТИПА
СЭ-600 ДЛЯ ТОНКОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ
Общий вид установки приведен на рис. 55. Измельчаемый
материал подается в приемную воронку 17 вертикального транс¬
портера 19 и по трубе 1 поступает в бункер 2. Далее питате¬
лем 18 материал транспортируется в загрузочную воронку 4 и
стояк, соединяющий помольную камеру 10 с пылеразделите-
115
лем 3. Отделившаяся в последнем грубая фракция по трубам
возврата 7 попадает в смесительные камеры помольных эжекто¬
ров 9 и направляется на домол.
Рис. 55. Общий вид установки типа ЗС-06
Для разбавления запыленного потока через патрубки 16 в
стояк из атмосферы подсасывается воздух. Сжатый воздух или
перегретый пар подаются на эжекторы по трубам 8 от распре¬
делителя 11 с контрольным манометром. Подключение установок
к магистрали производится краном 15.
116
Тонкая фракция — готовый продукт выводится из раздели¬
теля по пылеводу 14 в два параллельных вихревых пылеосади-
теля 13, скапливается в промежуточных бункерах 5 и 6 и выгру¬
жается в тару.
Отработавший энергоноситель отсасывается вентилятором 12
и направляется в пылеуловитель.
Техническая характеристика установки
Область применения — измельчение абразивных и
неабразивных материалов
Производительность в кг/ч:
по кварцевому песку с /?ео=596 До 300
по тальку с Rm— 0 » 250
по сурику с о = 5 мкм » 150
Размер исходных частиц в мм 2—3
Расход сжатого воздуха давлением 0,7 Мн/м2
в м3/ч 500
Установленная-мощность электродвигателя в кет 7,2
Габариты в мм 3560X2100X4300
Вес в кг 1565
Мельница с 1965 г. выпускается серийно заводом «Стром-
машина» в г. Куйбышеве.
Глава IV
МОДЕЛЬНЫЙ анализ
СЕРИЙНЫХ струйных мельниц
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕЙ
Значительные трудности, связанные с экспериментальными
исследованиями измельчения и разделения в струйных мельни¬
цах, приводят к необходимости применять косвенные методы
анализа этих процессов. Представляет несомненный интерес
рассмотрение приведенных в литературе данных о струйных
мельницах в свете теории моделирования.
Задачей теории моделирования измельчителей, как известно,
является установление закона изменения помольных характери¬
стик измельчителей при изменении их энергетических парамет¬
ров и геометрических размеров. Этот закон позволяет определить
основные характеристики серии подобных измельчителей на
основе показателей модельного образца, экспериментально опти-
мализированного при определенных условиях [48].
Инвариантной величиной при измельчении служит напряже¬
ние, возникающее в частице измельчаемого материала под воз¬
действием измельчителя. Величина этого напряжения
где Р — разрушающая сила;
I2 — площадка приложения разрушающей силы; предпола¬
гается, что величина этой площадки пропорциональ¬
на квадрату линейного размера разрушаемой частицы
и что энергозатраты на пластические деформации
частиц могут в первом приближении не учитываться.
Введем понятия:
1) линейный масштаб А, — отношение соответственных линей¬
ных размеров измельчителей и частиц измельчаемого материала
*=т-; <77>
*т
118
2) силовой масштаб х — отношения-сил, воздействующих на
частицу измельчаемого материала в исследуемом и модельном
измельчителе,
* = (78)
г т
3) масштаб времени т — отношение длительности воздейст¬
вия сил на частицы в исследуемом и модельном измельчителе
т = т-. (79)
*т
Из выражения (76), записанного для исследуемого и модель¬
ного измельчителей, следует:
(80)
W сра3т 12т
Рассмотрим процесс столкновения двух частиц материала с
массой т, движущихся со скоростью v. Этот элементарный акт
характеризует работу струйной мельницы и других измельчите¬
лей без мелющих тел.
Сила, действующая на частицу при столкновении,
Р = — . (81)
2ДI v
где Л/ — величина деформации частиц.
Учитывая, что размеры площадки, по которой происходит
деформация, пропорциональны величине частицы или квадрату
линейного размера /2, получим для напряжения, возникающего
на поверхности соприкосновения,
mi/2
а — .
2/2Д/
В соответствии с законом Гука
а; Р I 1
Д/ = — I — ,
12 Е
откуда
(82)
Ы = ~. (83)
Е
Переходя к разрушающему напряжению ав видим, что
М = .
Е
(84)
119
Подставляя выражение (76) в формулу (81) и переходя к
обозначениям с индексом т для модели
В струйных и других мельницах без мелющих тел, в которых
разрушение частиц происходит при их соударениях а = ат, Р=фт
и выражение (86) принимает вид
Таким образом, при моделировании струйных мельниц ско¬
рость движения частиц измельчаемого материала должна под¬
держиваться постоянной независимо от их геометрических раз¬
меров. I
При рассмотрении процесса измельчения в струйной мель¬
нице предполагается, что все частицы материала имеют одну и
ту же форму и движутся с одинаковой скоростью. Далее предпо¬
лагается, что относительный объем зоны измельчения, т. е. отно¬
mv2
т vm L т
О =
Е
и далее к значению ав, получим
mv2E
Упрощая, окончательно получаем
тг)2Е тт$пЕт
(85)
Учитывая, что масштаб скорости можно записать в виде
v I lm ltm X
~ Ш - - т •»/*-
и вводя в выражение (85) плотность частицы
т
(87)
(86)
получим из выражений (86) и (85)
vm
(88)
(89)
120
шение объема, в котором происходит измельчение, к полному
объему помольной камеры - величина постоянная:
■V = -и—м = const. (90)
%
При этом допущении можно рассматривать смесь газа и твер¬
дых частиц в помольной камере как квазигазообразное тело и
перейти от одиночных процессов к рассмотрению массовых про¬
цессов, происходящих в объемах помольных камер.
Величина силы воздействия на частицу измельчаемого мате¬
риала определится из выражения
Р
Рт
(91)
откуда
V1 'PrtL
ср12 _ I р у
'p,Jm W т )
— = > 2 -
Рт
: )2
СРт аРт
Для рассматриваемого случая ав = <звт
~ = К (92)
*т
Следовательно, для ряда мельниц с одинаковыми помольными
показателями, в частности удельным расходом энергии или энер¬
гоносителя, а также с одинаковой удельной производительностью
эти величины будут пропорциональными квадрату линейного
масштаба X2, т. е.
-|- = >А (93)
= )А (94)
При этом необходимо учесть, что отношение размеров час¬
тиц измельчаемого материала должно равняться линейному
масштабу:
При постоянстве же размеров частиц исходного материала,
ouc;t= const, величина частиц измельчаемого материала также
должна быть постоянной:
(96)
где i — коэффициент измельчения.
Для подобия процессов измельчения необходимо, кроме гео¬
метрического подобия камер, постоянство гидродинамических
критериев, в частности критерия Рейнольдса:
где v — скорость движения частицы;
6 исх— размер измельчаемой частицы;
v — кинематическая вязкость запыленного газа.
По условиям подобия процессов диспергирования, как было
показано выше, имеем n = const, 6ucjr=const.
Величина кажущейся кинематической вязкости v будет опре¬
деляться физико-механическими свойствами газовой фазы,
а также концентрацией твердой фазы в ней и дисперсностью
частиц. Все эти величины для серии подобных мельниц посто¬
янны, следовательно, v=const и Re = idem.
Поэтому, моделирование струйных мельниц можно осуществ¬
лять, довольствуясь геометрическим подобием, при условии
постоянства энергонапряженности помольного объема и концент¬
рации материала в нем.
Случай моделирования струйной мельницы с изменением раз¬
мера исходной частицы или с переходом на измельчение мате¬
риала с другим удельным весом рассматривается дальше, в раз¬
деле, посвященном расчету противоточных струйных мельниц.
Как будет показано ниже, полученные соотношения позво¬
ляют сравнительно просто рассчитывать основные размеры, а
также некоторые энергетические и технологические показатели
струйных мельниц.
СЕРИЯ СТРУЙНЫХ МЕЛЬНИЦ С ПЛОСКОЙ ПОМОЛЬНОЙ КАМЕРОЙ
ФИРМЫ БЕРК И К (53)
Объектом исследования являются данные каталогов фирмы
Берк и К° по серии мельниц с плоской камерой, данные обмера
помольной камеры диаметром 508 мм, поставленной фирмой
Советскому Союзу в 1957 г., а также литературные данные о
мельницах этого типа. При рассмотрении предполагается, что
промышленные струйные мельницы в результате более чем
30-летней экспериментальной доводки в достаточной степени
оптимизированы.
Re =
(97)
V
122
Данные каталогов. Из
фирменных данных
(табл. 21) п-о производи¬
тельности, диаметром по¬
мольных камер, расходу
сжатого воздуха и пере¬
гретого пара следует что:
1) давление сжатого
воздуха или пара в зави¬
симости от дисперсности
исходного материала ко¬
леблется от 0,14 до
0,7 Мн/м2 для первого и
от 0,7 до 3,5 Мн/м2 для
второго;
2) температура пере¬
гретого пара находится в
интервале 288—371°С;
3) каждая камера
предназначена для из¬
мельчения определенного
материала и дает гото¬
вый продукт определен¬
ной дисперсности;
4) детали камер изго¬
товляют из материалов,
устойчивых против изно¬
са и коррозии; рабочие
поверхности камер, под¬
верженные износу, снаб¬
жаются сменной футеров¬
кой.
Эти данные не явля¬
ются исчерпывающими.
Неясно, например, каки¬
ми параметрами опреде¬
ляется производитель¬
ность, которая задана
двумя величинами, суще¬
ственно отличающимися
друг от друга, да и то
лишь для камер диамет¬
ром 762 и 50,8 мм. В ча¬
стности, неясны зависи¬
мость дисперсности гото¬
вого продукта от дис¬
персности исходного ма-
=г
S
Ч
Удельный расход
пара Gn в кг!кг
по пределам
нижнему
1,33
верх¬
нему
£ 1 М 1 1 1
Удельный расход
1 аоэдуха Qg в м’/кг
по пределам
... ...
1 1
нижнему
1,87
21,2
1
!
| верхнему
[
-* 1 1 1 1 1 о
—< Г—
?1о* ю| к
11
Tf (М CM CD
t-- ОО Г- 00 г-- СП |
Расход энергоносителя
(расчетный)
сжатого
1 воздуха
С8в
1 кг/сгк
ао
со СО СМ о —
ОО СМ О СО LO —
со LO СО С4 — О О
О ОО о о о о
перегре¬
того пара
«лв
кг(сгк
Ю 00 со ю
ЮП^-*нОО J
о о о о о о
сжатого
воздуха
<5* в
м3/сек
см lo со г-
—« Г-- СО СО О ^ '
Г- ’•«Г 04 —• — О ©
ооооооо
Высота
каме¬
ры
"к
1
26
Произво¬
дитель¬
ность в
кг 1ч
пм
1
227—1860
0,2-1,6
Расход энергоноси¬
теля
£ «
о 9- из у
а.£
и с
р. С
^ U
с
СС -O' С4 С4
-ЧГ ООСОС4 со I
— Г- ОО О г- — 1
О0 *—' СО ^ С4! '
О га
о |
* 0°'«
с в ^
СО
Ю Г- ОС Г- СО со
СО Ю 00 со О0 LO
СМ 00 LO о со со о
ГГ СМ —1
kw в Л(7 rcdawe*
HOHHirowou diawpHf
СО СМ СМ со
С4 О СО —* со О
СО О о 00 О О Ю
Г^-СО Ю СО со 04
123
Таблица 22
Основные конструктивные показатели струйной мельницы с плоской
горизонтальной камерой диаметром 508 лш фирмы Берк и К0
Конструктивный показатель
Едини¬
ца из¬
мерения
Вели¬
чина
Аналитическое выражение
параметра
Диаметр помольной камеры DK
ММ
508
DK
Диаметр первой трубы внутрен¬
ний DT' на уровне входа . .
»
152
0,3 DK
Толщина стенки первой трубы
»
3,5
—
Диаметр первой трубы внеш¬
ний DT
159
DTl= DTl 26Г1
Диаметр второй трубы внешний
DT (на уровне входа) . . .
104
0,2 DK
Толщина стенки второй тру¬
бы 8Т
1 8
»
3,5
—
Диаметр второй трубы внутрен¬
Dr = DT — 2ЪТ
*2 1 2 1 t
ний Dj. ..........
»
97
Диаметр внутренней трубы на
нижнем срезе DT
»
86
0^=0,17DK
Высота порога камеры Нп . .
»
10
Hn = 0,384/7K
Высота помольной камеры Нк .
»
26
HK = 0,051DK
Высота помольной камеры на
52
границе зоны разделения Нраз
—
Число сопел пс
шт.
12
—
Угол склонения сопел а ...
град
32
—
Диаметр зоны разделения Dpa3
мм
268
^раз = sin ct
Диаметр сопла dc
»
3,7
—
Длина струи tcmp
»
214
—
Площадь помольной камеры SK
дм2
18,1
f №~D2t>)
Площадь зоны разделения Spa3
»
3,6
^ПОМ
Площадь зоны помола S,WM . .
»
14,5
fK-oy=o.785(^-
Объем помольной камеры VK . .
дм3
4,7
SKHK
Объем зоны разделения \'раз .
»
0,94
(^раэ DPl j HK
Объем зоны помола Vпом . . .
»
3,8
Зраз) H.
124
Продолжение табл. 22
Конструктивный показатель
Едини¬
ца изме¬
рения
Вели¬
чина
Аналитическое выражение
параметра
Сечение кольцевой щели (между
трубами) SKOMli
0,0108
$КОЛЫ1 = ~ DpJ
Угол раскрытия камеры (в ди¬
скообразной части) араскр . .
град
13
_
Сечение второй трубы ST на
я
— DT
уровне входа газа
дм2
0,85
То же на уровне среза Sf2c д
»
0,58
—- Di
4 1 2 срез
Скорость на^входе во вторую
трубу WT
м1сек
57
Q.
STi
Скорость на входе в кольцевую
щель Шкомц
У)
30
Q
с
'-’кольц
Скорость над порогом каме¬
ры Wn0p
»
32,5
Q Q
(W« — tin) WTi 0,008
Расход газа на единицу объема
камеры V
м*/секх
Хдм3
0,55
Q
vK
То же на единицу помольного
Q
vn
объема V п
1)
0,068
териала, его физико-механических свойств, давления энергоно¬
сителя; влияние температуры на измельчение; зависимость кон¬
структивных параметров помольной камеры от дисперсности
продукта и др. Тем не менее данные табл. 21 представляют
определенный интерес.
Так, выражая расходы сжатого воздуха и перегретого пара
в одних и тех же единицах, замечаем, что для всех камер расход
воздуха примерно 1,8 раза больше расхода пара. Это станет
понятным, если учесть более высокую температуру и, следова¬
тельно, более высокую скорость истечения струй пара, что при
условии ввода в данную камеру одного и того же количества
кинетической энергии в единицу времени требует, при прочих
равных условиях, меньшего расхода пара.
125
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
По-видимому, серия мельниц разработана на основе модель¬
ных расчетов, в основу которых положены данные эксперимен¬
тальной отработки одной из камер этой серии мельниц, являю¬
щейся модельной- С целью проверки указанного предположения
при анализе серии за исходные принимались данные, приведен¬
ные в табл. 21 и 22.
В качестве модели принимали последовательно все камеры,
начиная с самой большой, и всю серию рассчитывали по отно¬
шению к модельной камере. В результате расчета получены
семь групп данных, из которых одна наиболее близка к фирмен¬
ным. Следовательно, именно эта камера была принята за модель.
Как следует из табл. 23, расходы энергоносителей по фир¬
менным и расчетным данным совпадают достаточно хорошо.
Следует обратить внимание, в частности, на ряды чисел,
образованных модельными множителями X и—• Рассмотрим зна-
X
I
чения ли — для случая, когда моделью являются камеры диа-
X
метром 762 мм:
X 1 0,8 0,666 0,5 0,4 0,266 0,067
— I 1,25 1,5 2 2,5 3,75 15
X
Модельные множители Хиу образуют ряд величин, представ-
А
ляющих собой геометрическую прогрессию вида
K = hgn-\ (98)
где Хп— п-й член прогрессии или модельный множитель для
л-й камеры серии;
Xi = 1;
п — ряд натуральных чисел 1, 2, 3;
g— знаменатель прогрессии, для случая, когда ряд опре¬
деляют величины —, g=l,25, а когда определяются
А
величины X, g—0,8.
Когда моделью является камера наибольшего размера,
модельный множитель Х=1. Следовательно, все члены выраже¬
ния (98) со значениями больше единицы представляют собой
величины —, и наоборот, все члены менее единицы — величи-
X
ны X. Например:
X — = 1/Х.
126
0,41; 0,51; 0,64; 0,8jl;|l,25; 1,56; 1,96
Сравнительные фирменные и расчетные показатели серии струйных мельниц с плоской камерой фирмы Берк и (модель
камера диаметром 762 мм)
I
О, ей
W *
С
О Ч
х О!
JQ Е*
4 Й
® £•
е- с
Р
Is
1 &
II
11Гч
о. §с:
кС; II
ь/гх в
Ш V
гХ 0= О
EdEli ttOXDEd
Mnwjgtr
0 *\ 6= &
ехЛЕбов tioxoEd
— I #<
»
5s *
CQ
Л/23/ в
W£) Ed Ell OJOJi
-sdjadsu iroxoEd
nrmjgW н
ExXireoe
ОЛОХЕЖО ITOXOEd
JVW 8 Q I4d3WE>l
#оич1гомои dJ.dMEHlT'
о
00
о
OO
о
00
о
00
СО
со
оз
г-
о
со
СО
о
г-
00
со
о
со
00
см
см
см
СО
ю
ш
о
00
о
03
см
со см
см
— 00
г-
СО
СО
о
оо
со
о
см
ю
см
ю
со
о
см
о
со
о
LC
ТГ
СО
о”
о
г-
со
о
г-
см
см
СО
со
Оз
о
00
со
см
г-
см
со
со
см
со
со
ю
Оз
о
со
127
Если за модель принять следующую по размеру камеру, то
первое значение —=0,8, т. е. «граница», разделяющая величины
А
л I
А и —, смещается влево на один знак:
А
X — 1/Х.
0,41; 0,51; 0,64;]бд| 1; 1,25; 1,56; 1,96
Если провести аналогичные подсчеты последовательно для
всех камер и табулировать числовые значения ряда (98)
(табл. 24), расположив величины л по вертикали, а по го-
к
ризонтали, то получим поле чисел, которое характеризуется
следующим:
1. Оно симметрично относительно первой главной диагонали,
образованной единицами.
2. Вторая главная диагональ образует геометрическую про¬
грессию
Ьп = blQ"-\ (99)
где Ь„ — п-й член прогрессии;
1 для членов прогрессии bn> 1;
9=1,56 J
1 для членов прогрессии Ьп<С 1.
9=0,64 J
При сравнении рядов Ьп и Кп в выражениях (98) и (99)
видно, что члены ряда (99), расположенные по диагоналям
табл. 24, представляют собой квадраты соответственных членов
ряда (98):
Ь„ = Х’- для X < 1; (100)
Ьп — (4т)2 для Т<1- (101)
Следовательно, при условии задания размера модельного
образца ряд (98) определяет значения величин X и —, г. е. раз-
А
.меры всех камер данной серии.
3. Рассматривая в свете изложенного серию мельниц фирмы
Берк и К°, заметим, что ряд серии, образованный диаметрами
камер, «неплотен». Из табл. 23 видно, что камеры диаметром
762, 609, 508, 381 и 304 мм, обозначенные порядковыми номерами
1, 2, 3, 4 и 5, образуют «плотный» ряд, следуя друг за другом без
пропусков. Следующая камера серии, диаметром 203 мм, соот¬
ветствует порядковому номеру 7, а камера диаметром 50,8 мм,
128
Значения модельных коэффициентов X и —- , определенных для полной серии на иснОве последовательного рассмотрения
Л
каждой камеры серии в качестве модели
| .
1 ' -
14,6
Г-
9,35
7,46
5,96
4,74
3,83
3,06
2,45
1,96
1,565
1,25
EI
9,35
СО
5,96
4,79
3,83
СО
о
со
2,45
1,96
1,565
1 ,25
Е|
00
о
ю
СО
сГ
СО
5,96
4,79
3,83
3,06
2,45
1,96
1,565
1,25
'
0,8
0,64
со
г^.
5,96
4,79
3,83
3,06
Ю
чГ
СМ*
1,96
1,565
1,25
Е|
0,8
0,64
IS‘0
5,98
4,79
3,83
СО
о
со
2,45
I 1,96
1,565
1,25
Е
СЮ
О
0,64
0,51
■ЧГ
о
t
4,76
3,83
3,06
2,45
1,96
1 1,565
гО
СМ
Е|
оо
сГ
0,64
0,51
0,41
0,328
1
3,82
3,06
2,45
1,96
1,565
1,25
EI
0,8
0,64
0,51
0,41
0,328
0.262
1
3,06
2,45
СО
о
1,565
1,25
J'Zh :
0.8
0,64
0,51
0,41
0,328
0,262
СМ
о
СМ
1,96
1,565
1
1,25
EI
со
о
0,64
0,51
0,41
00
СМ
со.
о
0,262
0,21
89 ГО
1,96
1,565
1,25
1
Е1
0,8
0,64
0,51
0,41
©О
СМ
СО
О*
0,262
0,21
ОС
СО
о
ю
со
о
1,565'
1,25
EI
0,8
0,64
0,51
0,41
0,328
0,262
0,21
0,168
0,135
00
о
о
1,25
El
0,8
СО
о
0,51
1 0,41
0,328
0,262
0,21
0,168
0,135
оо
О
о
0,086
El
0,8
0,64
0,51
0,41
[ 0,328
0,262
0,21
со
со
О
0,135
00
О
о
со
ОО
о
о
0,069
—►
к
Q
762
609
508
381
304
250
203
160
128
103
82,5
99
50,8
№
строки
-
CM
со
LO
СО
Г--
оо
05
О
см
со
5 В. 11. Акунов 129
«замыкающая» серию, — номеру 13. Следовательно, в серии
«отсутствуют» камеры диаметром 250, 160, 128, 103, 82,5 и 66 мму
соответствующие порядковым номерам 6, 8, 9, 10, 11, 12.
Для выяснения причин исключения этих камер из серии обра¬
тимся к рассмотрению данных о производительности мельниц,,
приведенных в табл. 24—26. Из их видно, что производительность-
камеры диаметром 50,8 мм составляет около 1 кг/ч. Эта произ¬
водительность достаточна для измельчения небольших количеств-
материалов в промышленных и лабораторных условиях.
Таблица 25
Расчетные данные полной серии струнных мельниц
с плоской горизонтальной амерой
ЛЬ тило*
размера
DK
х
X*
Q в
мг! мин
Пм
в кг/ч
С о.
* S
2 а
°к
X
X*
Q в
м*} мин
п*
в кг/ч
1
762
1
1
42,45
227
8
160
0,21
0,044
1,86
10
2
609
0,8
0,64
27
145
9
128
0,168
0,028
1,19
6.4
3
508
0,64
0,41
17,4
93
10
103
0,135
0,018
0,75
4,1
4
381
0,51
0,26
11,0
59
11
82,5
0,108
0,0108
0,458
2,45
5
304
0,41
0,168
7,1
38,2
12
66
0,086
0,0074
0,314
1,68
6
250
0,328
0,108
4,58
24,6
13
50,8
0,069
0,0047
0,199
1,06
7
203
0,262
0,069
2,92
15,7
Таблица 26
Расчетные показатели серии струйных мельниц с плоской камерой
фирмы Берк и К
Диаметр
помольной
камеры
DK в мм
Расход
энергоносите¬
ля
Производи¬
тельность в
кг/ч по
пределам
Удельный расход энергоно¬
сителя
Удельный
расход пара
по фирмен¬
ным данным
в кг} кг по
пределам
воздуха Q'
в мш}кг
пара G'
в кг/ кг
сжато¬
го воз¬
духа Q
В м‘/ч
пере¬
гретого
пара G
в кг}ч
Верх¬
ний
Пме
Ниж¬
ний
Пмн
По пределам
Верх¬
ний
Ниж¬
ний
Верх¬
ний
Ниж¬
ний
Верх¬
ний
Ниж¬
ний
762
2540
1814
227
1360
11,2
1,87
8,0
1,33
8,0
1,33
609,6
1620
1160
145
870
11,2
1,87
8,0
1,33
8,15
1,36
508
1120
305
101
603
П.1
1,86
8,0
1,33
6,72
1,13
381
600
400
53,1
320
и.з
1,87
7,55
1,25
7,7
1,27
304,8
380
256
34,2
206
11,1
1,84
7,55
1,24
7,95
1,32
203,2
170
113,4
15,2
91,5
11,2
1,86
7,42
1,25
7.5
1,24
50,8
10,2
6,8
0,91
5,5
11.2
1,86
7,5
1,24
—
Следующей ступенью производительности, имеющей промыш¬
ленное значение, можно считать 15—20 кг/ч. Такой производи¬
ло
тельностью, как это видно из табл. 25, обладает камера диамет¬
ром 203 мм с порядковым номером 7.
Очевидно, камеры № 8, 9, 10, 11 и 12 с производительностя-
дш 1,68—10 кг/ч вряд ли могут применяться в лабораторных ус¬
ловиях и не представляют промышленного интереса.
При любом переходе от камеры данного размера к следую¬
щей по порядку камере большего размера производительность
возрастает в 1,56 раза. Эта величина определяет, в частности,
выбор знаменателя прогрессии (99).
Отношение производительностей камер диаметром 203 и
304 мм равно 2,43 вследствие «исключения» из серии камеры
диаметром 250 мм, производительность которой, равная 24,6 кг/ч,
имеет тот же порядок, что и производительность камеры диамет¬
ром 203 мм, равная 16 кг/ч. Это явилось причиной исключения
из серии камеры диаметром 250 мм.
Возвращаясь к рядам (99) и (100), заметим, что вторая
главная диагональ табл. 24 дает значения квадратов модельных
множителей I? и —, определяющих производительности камер
Л2
серии. Границей раздела, как и в случае рядов К и — служит
Л
единица для камеры большего диаметра, а для других камер —
значение, полученное смещением границ на число мест, равных
порядковому номеру камеры. Этот результат, полученный на ос¬
нове топологических свойств рядов, точно совпадает с результа¬
тами модельных расчетов серии мельниц, основанных на неиз¬
менности условий разрушения частиц в камерах мельниц.
Некоторые расхождения значений ^ и —-, полученных по-
К
средством ряда (98) и путем непосредственного расчета разме¬
ров камер серии мельниц, объясняется округлением с целью
выражения их в целых дюймах (табл. 27).
Таблица 27
Поле модельных коэффициентов X и —— для серии мельниц фирмы Берх и К
Л
D
в мм
К
в дюймах
X
\~*
762
30
I
1,25
1,15
2
2,5
3,75
15
609
24
0,8
1
1,2
1,6
2
3
'12
508
20
0,66
0,83
1
1,3
1,66
2,5
10
, t
381
15
0,5
0,625
0,75
1
1,25
1,68
7,5
J 1
304
12
0,4
0,5
0,6
0,8
1
1,5
6
X
203
8
0,26
0,33
0,4
0,532
0,665
I
. 4
50,8
2
0,06
0,08
0,1
0,153
0,166
0,25
1
5* 131
Из изложенного следует, что при модельном расчете серии не¬
обходимо задаваться определенным соотношением производи¬
тельностей камер серии. Эта величина
~ = Q (102)
•*П
служит знаменателем прогрессии ряда (99).
Задаваясь последовательно значениями п= 1, 2, 3, получаем
плотный ряд производительностей и расходов энергоносителей
серии. Величина 'kn=VЬп определяет модельный множитель диа¬
метра серии.
Диаметр помольной камеры
Рис. 56. Зависимость расхода энергоносителя
от диаметра помольной камеры (по данным
фирмы Берк и К°). Кривые расхода:
I — воздуха; 2 - пара
Далее, вводя в серию размеры модельного образца, опреде¬
ляем плотный ряд образцов серии.
Предлагаемая методика применима для моделирования се¬
рий струйных мельниц как с плоской камерой, так и других ти¬
пов, а кроме того, измельчителей без мелющих тел и, с опреде¬
ленными оговорками, измельчителей с мелющими телами. По-
видимому, ока может представить интерес и для моделирования
серий других машин: двигателей, турбин, насосов, вентиляторов,
разделителей, пылеотделителей и т. д.
На графике (рис. 56) приведены фирменные и расчетные за¬
висимости расходов энергоносителя от диаметра камеры.
СЕРИЯ СТРУННЫХ МЕЛЬНИЦ С ТРУБЧАТОЙ ПОМОЛЬНОЙ КАМЕРОЙ
Фирменные данные
Выше было показано, что серии струйных мельниц с плоской
помольной камерой разработаны в соответствии с теорией моде¬
лирования измельчителей. Экспериментальная отработка мель¬
ниц для каждого измельчаемого материала сводится к подбору
132
оптимальных конструктивных размеров помольных камер и па¬
раметров энергоносителя. Такой подбор осуществляется для об¬
разца, который служит моделью при проектировании серии.
По-видимому, этот метод был применен при разработке серий
струйных мельниц сверхтонкого помола с вертикальной трубча¬
той камерой.
Как и в случае плоских камер, для установления основных
элементов методики расчета мельниц с вертикальной трубчатой
камерой необходимо рассмотреть литературные данные об одной
из серий мельниц [51, 53]. Наиболее полными из имеющихся в
нашем распоряжении являются данные, приведенные в табл. 28.
Кроме того, имеются сведения о трубных камерах, диаметром
76,2 и 152,4 мм, полученные в 1957 г.
Таблица 28
Фирменные показатели серий струйных мельниц с трубчатой камерой фирмы
Макро Редакшн лимитед [53]
Примечания: 1. Помольные камеры изготовляют из специальной стали
«Дюралой», керамики, стекла, пластмасс.
2. Сжатый воздух обычно комнатной температуры, но может применяться ох¬
лажденный и нагретый воздух.
3. Перегретый пар имеет температуру 260—363 СС.
4. Давление сжатого воздуха или перегретого пара обычно равно 0,7 Л4«/л2.
5. Продукт может иметь частицы с предельными размером 5, 10, 20 и 30 мкм
Исходный материал обычно имеет частицы размером 150 мкм.
В фирменном проспекте мельницы с камерой диаметром
127 мм указана производительность 250 кг/ч при исходной
дисперсности материала 150 мкм и среднем размере частицы
продукта 2 мкм. Мельница потребляет 13,3 м3/мин сжатого воз¬
духа давлением 0,7 Мн/м2. Это несколько расходится с данными
табл. 28.
Имеются также сведения об аналогичных мельницах фирмы
Флюид энерджи процессинг энд экапмент компани. К сожале¬
нию, эти данные относятся лишь к трем камерам серии, поэтому
в дальнейшем анализируются только данные табл. 28.
133
Расчетные данные о производительностях и расходах энергоносителей для серии струйных мельниц с трубчатой камерой
фирмы Макро Редакшн лимитед
Анализ фирменных
данных
Из табл. 28 и 29 сле¬
дует, что:
1) число мельниц в
серии равно числу мель¬
ниц с плоской камерой в
серии, выпускаемой фир¬
мой Берк и К°;
2) минимальная и
максимальная произво¬
дительность мельниц по¬
казаны раздельно для
сжатого воздуха и пере¬
гретого пара; при этом
неясно, что определяют
граничные значения про¬
изводительности и к ка¬
кому материалу они от¬
носятся;
3) диаметры камер
мельниц в дюймах пред¬
ставляют нормальный
ряд чисел от 1 до 8, ис¬
ключая 7;
4) исходные данные
серии, аналогичные дан¬
ным серии мельниц с
плоской камерой, позво¬
ляют использовать почти
без изменений принятую
выше методику исследо¬
вания.
Применяя теорию мо¬
делирования струйных
мельниц для данной се¬
рии, принимая за модель¬
ный множитель отноше¬
ние диаметров камер
X = -£s- (103)
и учитывая, что расход
энергоносителя и произ¬
водительность пропор¬
циональны %2, получим:
134
Производи¬
тельность в
кг/ч
и* и
Aden оц
с с о о с о о
-нгрОСОЮЮО
см со со со см ю
-«coiONrt
VnLI Ах
-Atteoa он
LC О LC О LC о о
^ CD СО -^Г Г4”- -47- to
—■ см СО ю о
Рпсход энерго¬
носителя
h/SV
a Ed ей
О О О О о О о
Ю О Ю О LC о о
СЧ rf СО СЧ 00 СЧ
— — СО
л/,иг
a exAtfeoa
о о о о о о о
U0 о Ю О О о о
ю тг со сч оо сч
—« —* СО
Модель¬
ный мно¬
житель
гХ
~ сч со со
X
—1 СМ со тг Ю СО 00
Производи¬
тельность в
кг/ч
УГГц
Ad ELI OLE
г- LC СЧ LO 1-С о о
СО rt* СЧ С-«. 05 СГ5 со
СО Ю со СМ СО
— см
SW e
U Ax
-Afeoa on
со
СО СМ LC С LC о
СО СО <У> СЧ СМ г- о
■—1 СЧ LC СО ■—1 —<
— см
Рчсход
энергоносите¬
ля
hfen
о edeu
SiOWiOiOOO
СО ^}* СЧ t*— 05 о
—< СО 1-0 СО СЧ со
—« СЧ
hnwfsw
e BxAteoa
ю
СО СО 00 СЧ О rt* ю
lO —■ —' СО t--
—* СМ СО со
Модельный
множитель
гХ
со со
^ CD Ю 05 СО
О О — СЧ СО LO
о о с" С С о—*
X
lO со ю
C4 1CN СЧ Ю
—• сч со ю со с-—
о о о о о о —
Производитель¬
ность
УНГц
Aden on
210-2300
U Ax
-Atfsoe on
15—2100
Расход энергоно¬
сителя
bfev a
den #141
-adJadau
50—2300
b/tw
0 xAVeoa
#1Ч1вжэ
50—845
Диаметр
камер DK
WW 0
Tf 00 СЧ СО тг сч
ic ОСО — N СМ СО
СЧ Ю N О СМ Ю о
— —' —< сч
XBNJJO0
•—1 СЧ СО ^}* Ю) Ю) со
расход воздуха
Qe = '?Qm М3/Ч\
(104)
расход пара
пцоизводительность
Gn = X*Gm кг/ч;
пм = )2/7.«т кг/ч.
(105)
(106)
где Qe —расход воздуха натурной камеры;
Qm — то же для модельной камеры;
Gn, Gm — соответствующие расходы воздуха и пара;
Пм и Пмт — производительность модельной и натурной ка¬
мер.
Расчетные данные о серии, определенные по выражениям
(104) — (106), приведены в табл. 29.
Ввиду того что расходы воздуха и пара в серии даны без раз¬
бивки по отдельным типоразмерам, следует, исходя из данных
по плоским камерам, отнести рас¬
ход воздуха 50 ж3/ч к мельнице
минимального размера DK=25,4 лш
и определить расчетный расход для
серии по воздуху. Как видно из
табл. 22, максимальный расход воз¬
духа 845 ж3/ч соответствует мель¬
нице с Ас >101,6 мм. Следователь¬
но, для мельниц диаметром 101,2 мм
воздух не применяется, что объяс¬
няется неэкономичностью работы
крупных мельниц на воздухе. Мак¬
симальный расход пара 2800 кг/ч
относится, несомненно, к мельнице
с наибольшей камерой, 203,2 мм.
Принимая эти камеры за модель,
определяем расход пара для се¬
рии.
Как видно из табл. 29, мини¬
мальный расчетный расход пара
50 кг/ч близок к минимальному
фирменному расходу пара наи¬
меньшей камерой.
Для дальнейших расчетов необ¬
ходимо определить геометрические
размеры мельницы (рис. 57).
Длина камеры моделируемой мельницы 1К по средней линии
связана с длиной модельной камеры 1Кт отношением
Рис. 57. Расчетная схема струй¬
ной мельницы типа СТК
(107)
135
Относительно длин прямых участков Нк и дуг замыкающих
подков RK можно написать, что
(108)
(109)
(НО)
Подсчеты размеров камер по выражениям (107) — (110) для
серии сведены в табл. 30. За модель принимаем камеру диамет¬
ром 76,2 мм длина которой, согласно фирменному чертежу, рав¬
на 2115 мм. По обмеру фирменного чертежа камеры диаметром
127 мм получаем длину 3100 мм при расчетной длине 3520 мм.
Таблица 30
Расчетные конструктивные размеры камер струйных мельниц
фирмы Макро Редакшн лимитед
Диаметр камеры DK
в мм
Модельный множи¬
тель X
Общая длина каме¬
ры 1к в мм
Длина прямолиней¬
ного участка Ик
в мм
Длина колена /
в мм
Относительная дли-
1к
на камеры 1к =д
СО ic
Q
С Д,
5-
О
з S.
s>
s g
s о
5?
О £
Секундный расход
воздуха mQ в кг
и*
3
1 х *
«0 ^
" S -51
Й II ^
о II ^
п Ь:
CZ ^
L О. О
11 ^
гз 11 -О
X . СГ) '
О сп _ £
0.0. jS
=?
о Е-1 р го
к ° £ ~
Я Е _ И
5*0 1 05
•с о 2 »
о. о „
>)CS II
25,4
0,334
705
190
162
0,0164
0,0825
0,0278
1 352*
16 400
50,8
0,667
1410
380
324
0,132
0,66
0,113
5 500
8 350
76,2
1
2115
570
487
0,440
2,22
0,254
12 370
5 570
101,2
1,34
2830
764
655
27,8
1,04
5,05
0,45
21 900
4 340
127
1,67
3520
950
814
2,05
10,2
0,706
34 400
3 370
152,4
2,00
4220
1140
975
3,5
17,6
1,02
49 600
2 720
203,2
2,66
5600
1520
1290
8,4
42,3
1,8
87 500
2 070
* Скорость истечения энергоносителя из сопел помольной камеры равна
Для камеры диаметром 203,2 и расчетной длине 5600 мм по¬
лучаем хорошее совпадение с результатом обмера мельницы, ка¬
мера которой имеет диаметр 203,2 и длину 4800 мм.
Относительная длина камеры
312 м1сек.
(ill)
(112)
136
Длина прямого участка модельного образца по обмеру черте¬
жа равна
-~ = 7,5Як = 7,5£>к; (113)
U кт
тогда
Глава V
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
СТРУЙНЫХ МЕЛЬНИЦ
МЕЛЬНИЦЫ С ПРОТИВОТОЧНОЙ ПОМОЛЬНОЙ КАМЕРОЙ
Успешный результат модельного анализа серий струйных
мельниц для сверхтонкого измельчения, позволивший разрабо¬
тать методику их расчета, не мог быть применен для струйных
мельниц с противоточной помольной камерой ввиду отсутствия
необходимых конструктивных данных. Поэтому был последова¬
тельно разработан ряд образцов установок с противоточными
струйными мельницами, в результате испытаний которых создан
образец, обладающий показателями, близкими к описанным в
литературе. В соответствии с разработанной методикой расчета
противоточных мельниц спроектированы более крупные мельни¬
цы, испытания которых свидетельствуют о достаточной точности
предложенной методики [6].
Мельницы отрабатывались применительно к измельчению лю¬
берецкого кварцевого песка, исходная дисперсность которого
характеризуется остатком Rm=99% и максимальным размером
частиц до 1000 мк, а дисперсность готоеого продукта составляет
Rea= l-r-5%.
Дисперсность определялась методами ситового и седимента-
ционного анализов, а также по воздухопроницаемости и посред¬
ством микрофотографирования. Высокая абразивность песка,
его дешевизна и постоянство состава по размерам зерен обеспе¬
чивали наибольший темп износа деталей и позволяли осущест¬
влять испытания с минимальными затратами времени, энергии
и средств.
Были проведены технологические и промышленные испыта¬
ния установок с целью определения областей их промышленного
применения. Значительные трудности при прямых измерениях
параметров рабочего процесса потребовали использования ме¬
тода последовательных приближений как при выборе схемы и
типов узлов, комплектующих установки, так и при определении
оптимальных режимов работы и разработке мероприятий, обес¬
печивающих достаточную износостойкость деталей.
138
Установки компоновались из стандартных узлов: пылераз-
делителей, пылеуловителей и др., которые в процессе испытаний
подвергались необходимой конструктивной переработке.
В качестве энергоносителя применялся сжатый воздух давле¬
нием 0,4—0,8 Мн/м2 с температурой 20 °С и перегретый пар дав¬
лением 0,4—1,0 Мн/м2 с температурой до 300 °С; источниками
энергоносителей служили поршневые компрессоры типа200В10/8
производительностью 10 м3/мин и передвижные паровые котлы
типа ППУ-2 производительностью 1 т/ч.
Рис. 58. Принципиальная схема помольной
установки типа ЗС для тонкого измельчения
материалов с мельницей типа СП:
1 — бункер исходного материала; 2— питатель; 3 —
труба подачи материала в мельницу; 4 — вихревой
пылеразделитель; 5 — труба, соединяющая раздели¬
тель с пылеосадителем; 6 — пылеосадитель; 7 — тру¬
бопровод; 8 — пылеуловитель; 9 — вентилятор отсоса;
10—приемник продукта; 11 — ротор пылеразделите-
ля; 12 — трубопровод возврата грубой фракции; 13 —
трубопроводы подачи энергоносителя; 14— помоль¬
ные эжекторы; 15 — разгонные трубки; 16 — по¬
мольная камера; 17 — патрубок подсоса разбав¬
ляющего воздуха; 18 — труба, соединяющая помоль¬
ную камеру с разделителем
Была разработана методика определения нормальных харак¬
теристик — зависимостей производительности, дисперсности и
энергозатрат от конструктивных размеров элементов помольных
камер, от давления, расхода и температуры энергоносителя, твер¬
дости измельчаемого материала и футеровки и др. Принятая ме¬
тодика позволила во многих случаях ограничиться взвешиванием
полученного продукта и изношенных деталей, измерением их ли¬
нейных величин, дисперсности продукта, регистрацией расхода
энергоносителя. Все эти измерения просты и достаточно точны.
Последовательно исследовались установки, скомпонованные
по схемам фирмы Блоу Нокс (рис. 44) и Маджак (рис. 50).
В результате проведенных работ была создана установка,
схема которой представлена на рис. 58.
139
Измельчаемый материал
из бункера 1 направляется
питателем 2 в трубу 3 л да¬
лее в вертикальную тру¬
бу 18, соединяющую по¬
мольную камеру 16 с пыле-
разделителем 4. Грубая
фракция поступает на до-
мол в эжекторы 14 и по¬
мольную камеру 16. Тонкая
фракция из разделителя
следует в осадитель 6\ очи¬
стка воздуха производится
в пылеуловителе 8. Патру¬
бок 17 для подсоса в мель¬
ницу разбавляющего воз¬
духа снабжается регули¬
рующей заслонкой.
Описанная установка
оказалась достаточно эф¬
фективной, простой, надеж¬
ной, удобной и была приня¬
та за основу при разработ¬
ке серийного образца.
Испытания показали, что
оптимальной является каме¬
ра с двумя помольными
эжекторами, направленны¬
ми друг против друга
(рис. 59). Камера состоит
из приемника 2\ эжектора 3;
сплошных или набранных
из колец разгонных тру¬
бок 4 и 9, укрепленных в
держателе; сопел сжатого
воздуха 10 с устройством
для перемещения их по го¬
ризонтальной оси; корпуса 7
и футеровки 8 помольной
камеры; смотровых люкоз 1
и крепежных фланцев 6 по.
Внешний вид камеры
представлен на рнс. 60. По¬
мольный эжектор (рис. 61)
состоит из разгонной труб¬
ки, приемной камеры н пат¬
рубка. Так же устроен и
140
второй эжектор. Описанная камера показала хорошие эксплу¬
атационные качества, надежность, устойчивость и была принята
за основу при разработке серийного образца установки.
Испытывались пылеразделители типа КТП, КОВ-500 и
КОВ-600, причем два последних показали удовлетворительные
результаты и также были приняты для установок малой произ¬
водительности.
Рис. 60. Мельнице типа СП, работаю- Рис. 61. Помольный эжектор мельни-
ьцая на перегретом паре цы типа СП
Выявилось, что высокая кратность циркуляции измельчаемого
материала требует применения пылеразделителей с многостадий¬
ным пылеразделением, аналогичных применяемым на установках
фирмы Маджак. К этому виду относится пылеразделитель типа
КТП-470 (рис. 62).
Запыленный газ по трубе 7 подается на конус 4 и проходит
последовательно три горизонтальные вращающиеся крыльчат¬
ки 2, лопатки которых движутся в кольцевых прорезях кожуха 1.
Грубые частицы материала, двигаясь вдоль лопаток, попадают
в кольцевую полость, образованную кожухами / и 3, провалива¬
ются в распределительные трубы 6. Наряду с трехкратным раз¬
делением движение грубых частиц организовано так, что ис¬
ключается их попадание в газовый поток, поступающий из по¬
мольной камеры в разделитель. Необходимый для разбавления
смеси воздух подсасывается в зазор между трубами 7 и 5.
Такими разделителями оснащены установки со струнными
мельницами производительностью 1 и 5 т ч.
Сравнительные испытания обычных пылеосаднтелей с танген¬
циальным вводом типа ЦН-125 и с завихряющими лопатками по¬
казали, что первым следует отдать предпочтение ввиду большей
долговечности и износостойкости, несмотря на несколько мень¬
ший коэффициент улавливания.
141
Нормальные характеристики мельниц
Помольная установка со струйной мельницей характеризуется
следующими показателями: производительностью Пм, дисперс¬
ностью 6т продукта, энергозатратами Лс, удельным износом ИпГ
расходом Q, рабочим давлением Рв и температурой Тв энергоно¬
сителя.
142
Основными размерами, определяющими приведенные выше
показатели, являются длина LT диаметр и dT разгонных трубок,
расстояние 1т между их срезами в помольной камере, диаметр
idc сопел эжекторов и число оборотов пр ротора пылераздели-
теля.
Зависимость между основными показателями и размерами
представляют нормальные характеристики установки. Они позво¬
ляют ответить на ряд вопросов, возникающих при определении
областей рационального применения струйных мельниц и оценке
их технико-экономических показателей.
Нормальные характеристики должны определяться для кон¬
кретного измельчаемого материала или группы идентичных ма¬
териалов.
Определение нормальных характеристик осуществлено в два
этапа:
1) установление зависимости производительности установки
и дисперсности измельченного продукта от размеров разгонных
трубок и расстояния между их срезами в помольной камере
мельницы;
2) установление зависимости производительности мельницы
и дисперсности измельченного продукта от давления и расхода
энергоносителя.
На первом этапе работы проводились при постоянных диамет¬
рах эжекторных сопел, неизменных давлении и температуре воз¬
духа, а также числе оборотов ротора пылеразделителя.
Второй этап работ осуществлялся при оптимальных размерах
трубок и расстояниях между их срезами и переменных величинах
давлений, расходов энергоносителя и числа оборотов ротора пы¬
леразделителя.
В течение каждого опыта измельчалось не менее 30 кг песка.
Ввиду того что разгонные трубки мельницы, изготовленные из
мягкой стали марки Ст. 3, быстро изнашивались, их приходилось
заменять после 30—40 мин работы, а затем, перед началом опы¬
.ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧУ
Рис. 63. Эжектор со смесительной камерой минимального
объема
143
та, мельница снова вводилась в установившийся режим. Дли¬
тельность переходного процесса, в течение которого мельница
«насыщалась» материалом, составляла 5—6 мин\ при этом в
мельницу подавалось 30 кг песка. По установлении режима ра¬
боты мельницы приемный бункер разгружался, после чего начи¬
нался собственно опыт.
Для каждого типа трубок подбирались расстояния между
срезами, соответствующие максимальной производительности
при наиболее тонком продукте. После этого в течение не менее
40 мин проводился помол. Производительность и энергозатраты
измерялись с учетом фактического времени помола.
Удельный износ определялся в основном для наиболее под¬
верженных износу разгонных трубок. Износ каждой пары трубок,
изготовленных из стали марки Ст. 3, определялся по получении
250—300 кг продуктов, что при 10-кратной циркуляции соответ¬
ствует фактическому прохождению через эти трубки 2500 -
3000 кг песка .
Предварительные исследования на чистом воздухе питающих
эжекторов (рис. 59) с нормальной смесительной камерой и с цен¬
тральной подачей энергоносителя показали, что при истечении
воздуха из разгонной трубки в атмосферу величина коэффици¬
ента эжекции Р\ падает с увеличением давления энергоносителя.
Величина коэффициента а
зависит также от компоновки
камеры и формы разгонной
трубки. Как видно из графи¬
ков на рис. 64 и 65 зависи¬
мость расхода энергоносителя
Gi от Р1 практически линей¬
на; количество эжектируемого
воздуха Сг определяется ком¬
поновкой эжектора. Номера
кривых на рис. 64 и 65 соот¬
ветствуют номерам компоно¬
вок эжектора. <
Из рассмотрения трафиков
и зависимостей (рис. 66—68)
следует, что ери еротиводав-
лении на срезе эжектора око¬
ло 0,05 Мн/м2 и давлении энер¬
гоносителя Р 1=0,64-0,8 Мн/м2
целесообразна компоновка /
(рис. 66), позволяющая рабо¬
тать с а= 1 и скоростями на срезе разгонной трубки, прибли¬
жающимися к звуковым.
После отработки эжекторов на чистом воздухе были прове¬
дены их исследования на запыленном воздухе.
Рис. 64. Зависимость расхода энер¬
гоносителя от его давления (эжек¬
торы камеры типа СП-600)
144
Компоновка
\
К
О
Q. to
с о.
о
а m
О п
■ И
" % £
(О о Ц
а * о
£ i
Q. .
° £
а
0)
Q. fD
0) I
5 „
f0 к
5С *
X
>Х 0)
о ^
ш
-8-
-8-
а
о
»-
sc
0)
X
а
О)
X О *
CL. W I
145
Рис. 67. Зависимость скорости газо¬
вого потока на срезе разгонной
трубки от компоновки эжектора
Ti диаметра разгонной трубки
/
Рис. 68. Зависимость разряжения
в смесительной камере
/, 2— по компоновке Г. 3, 4 — по компо¬
новке II
Рис. 69. Зависимость произ¬
водительности и образован¬
ной поверхности от длины раз¬
гонных трубок (диаметр тру¬
бок 30 мм расход воздуха
460 м3/ч):
1—трубки диаметром 30 мм.
2- -трубки диаметром 28 мм
Длина разгонных трубок
146
Зависимость производительности и образованной поверхности
от длины разгонных трубок. Как видно из графика (рис. 69) и
выражения
Hq, Sg = f(LT), (115)
при постоянном расходе воздуха, равном 460 м3/ч, и диаметре
трубок 30 мм максимальная производительность Пм (кривая /)
и образованная поверхность S0 (кривая 2) получена при труб¬
ках длиной LT= 170 мм. В этом случае песчинки, по-видимому,
приобретают максимальную скорость на срезе разгонной трубки.
Дальнейшее увеличение длины трубки влечет за собой уменьше¬
ние скорости песчинок вследствие трения их о стенки и увеличе¬
ния гидравлического сопротивления трубки, в результате чего-
эффективность помола снижается. Это подтверждается кривыми
(рис. 70), полученными при аналогичных условиях для трубок
диаметром 28 мм. При сравнении графиков необходимо обра¬
тить внимание на разницу между крайними значениями кривых
производительности и образованной поверхности: для трубок
диаметром 30 мм кривые практически эквидистантны, а для тру¬
бок диаметром 28 мм они расходятся, что, по-видимому, связано
с уносом большего количества тонкой фракции (установка рабо¬
тает в размокнутом цикле).
При помоле на трубках диаметром 28 мм тонкая фракция
образуется в значительно большем количестве, поэтому потери
удельной поверхности более заметны. Это подтверждается гра¬
нулометрическим составом продуктов, полученных на трубках
длиной 280—300 мм, диаметром 28 и 30 мм.
Зависимость производительности и образованной поверхно¬
сти от диаметра разгонных трубок. Графики (рис. 71) и выра¬
жение
naS0 = f(dr) И16)
свидетельствуют о наличии ярко выраженного оптимума,
соответствующего разгонным трубкам диаметром 28 мм при
длине их, равной 170 мм.
Зависимость производительности образованной поверхности
и гранулометрического состава продукта от расстояния между
срезами разгонных трубок в помольной камере. Из графиков
(рис. 72—74) и выражения
S0 = f(b) (И 7)
следует, что лучшие результаты по производительности н обра¬
зованной поверхности соответствуют разгонным трубкам длиной
170 мм и диаметром 28 мм при расстоянии между срезами раз¬
гонных трубок, равном 140 мм.
Следует отметить, что основная масса частиц продукта имеет
дисперсность в пределах 10—50 мкм, а максимум (35—45%)
147
*%
кг/у
60000
300
§
§ 55000
§
1.
Щ250
50000
. ч»
§ 05000
1
j 200
Ц 00000
.3
ь
1?
#35000
е*
0
//J(v
\
о >
к/7*
1
1 о
So
я
ISO 220 260 мм
Длина разгонных трубах
Рис. 70. Зависимость производи¬
тельности и образованной по¬
верхности от длины разгонных
трубок (диаметр трубок 28 мм)
Рис. 71. Зависимость произво¬
дительности и образованной
поверхности от диаметра раз¬
гонных трубок (длина трубок
170 мм, расход энергоносите¬
ля 460 м3/ч). Кривые:
1 — производительности , 2 — образо¬
ванной поверхности
Рис. 72. Зависимость образованной поверх¬
ности от расстояния между срезами раз¬
гонных трубок (диаметр 26 мм):
/, 2, 3. 4, 5 н 6 — кривые, полученные на трубках
длиной соответственно 170. 180, 200. 220 240
и 260 мм
Расстояние манду срезами
разгонных трубок
Рис. 73. Зависмость про¬
изводительности от рас¬
стояния между срезами
разгонных трубок (диа¬
метр трубк 28 мм):
I, 2 н 3 — кривые, полученные
на разгонных трубках, длиной
соответственно 170, 220 и 260 мм
148
соответствует фракции 30 мкм. Кривая гранулометрии продукта,
полученного на трубках длиной 170 и диаметром 28 мм, наиболее
благоприятна: несколько меньшая дисперсность продукта ком¬
пенсируется значительно большей производительностью.
Зависимость производи¬
тельности и гранулометрии
продукта от формы разгон¬
ных трубок. Зависимость
выражается формулой
я0-,( А). (118)
Теоретические исследо¬
вания формы разгонных
трубок показали, что опти¬
мальной является . сужаю¬
щаяся трубка, сечение кото¬
рой уменьшается в направ¬
лении движения потока. Для
проверки этого положения
были проведены сравни¬
тельные испытания цилинд¬
рических и сужающихся
трубок с оптимальными
длинами, диаметрами и рас¬
стояниями между срезами.
Графики результатов помолов (рис. 75) свидетельствуют об
эффективности сужающихся трубок и сдвиге максимума кривой
распределения из области
50 мкм для цилиндрической
трубки с диаметром отвер¬
стия 28 мм в область
30 мкм для сужающихся
трубок с диаметром отвер¬
стий 24/28 и 28/34 мм (чи¬
слитель — диаметр на срезе,
знаменатель—диаметр на
входе).
Необходимо отметить,
что сужающиеся трубки
подвержены интенсивному
износу, поэтому вопрос об
их экономичности может
быть решен лишь с учетом
конкретных условий: твер¬
дости измельчаемого мате¬
риала и футеровки, скоро¬
сти частиц на срезе и др.
149
Рис. 75. Диаграмма гранулометрии про¬
дуктов измельчения в зависимости от
расстояния между срезами разгонных
трубок и их формы (длина трубок
170 мм):
/ — кривая для цилиндрической трубки; 2 и
3 — кривые для сужающихся трубок с диа¬
метрами отверстий соответственно 28/24 и
34/28 мм
Размер частиц
Рис. 74. Диаграмма гранулометрии
продуктов измельчения в зависимо¬
сти от расстояния между срезами раз¬
гонных трубок (диаметр трубок 28 ММ,
давление 0,75 Мн/м2):
Кривые / — 3, полученные соответственно при
длинах разгонных трубок 260, 170 н 240 мм.
расстояниях между срезами разгонных трубок
200, 170 и 220 мм, производительности 220, 274
и 230 кг/ч
Зависимость удельного расхода сжатого воздуха от величины
образованной поверхности
Q' = f(S0). (119)
Как это следует из графика (рис. 76), для разгонных трубок
диаметром 28 мм рост образованной поверхности сопровож¬
дается снижением удельного расхода сжатого воздуха, причем
Рис. 76. Зависимость образованной поверхности и энергоза¬
трат от удельного расхода сжатого воздуха:
/ и 3 — кривые образованной поверхности для трубок с диаметрами от¬
верстии соответственно 28 и 30 мм; 2 н 4 — кривые энергозатрат для
тех же трубок
кривая подтверждает преимущество таких трубок. Далее, с уве¬
личением удельного расхода сжатого воздуха, энергозатраты
возрастают вследствие увеличения дисперсности продукта, при¬
чем возрастают быстрее для трубок диаметром 30 мм.
Зависимость энергозатрат и удельного износа от производи¬
тельности и образованной поверхности
Э’, И' — f(no, S0). (120)
Представленные на графиках (рис. 77 и 78) зависимости сви¬
детельствуют о снижении энергозатрат и удельного износа с по¬
вышением производительности. Зависимости в обоих случаях ли¬
нейны.
Зависимость удельного износа разгонных трубок от их длины.
Указанная зависимость определяется выражением
U' = f(Lr). (121)
Выводы об оптимальных размерах разгонных трубок не могут
быть обоснованными без учета удельного износа, определяющего
срок службы трубок, эксплуатационные расходы, связанные с не¬
обходимостью их замены, а также загрязнение измельчаемого
материала продукта износа.
150
Как видно из графика на рис. 79, оптимальный удельный из¬
нос соответствует разгонным трубкам длиной 170 мм с диамет¬
ром отверстия 28 мм.
Зависимость удельного износа разгонных трубок от произво¬
дительности и образованной поверхности
И' = Кпам> So)• (122)
«*т.ч/т
100 О 200 ЦОО 600 800 */т
Удельный износ
Рис. 77. Зависимость удельного износа
разгонных трубок от энергозатрат (диа¬
метр трубки 28 мм)
Как видно из графика на рис. 80, износ представляет собой
функцию производительности и образованной поверхности, при¬
чем с уменьшением производительности удельный износ возра¬
стает.
кдт.ч/щ
300
I wo
t
t3
I Iво
tfc
wood 50000 sooao"2h
Образобанная поверхность
Рис. 78. Зависимость энергозатрат от образованной
поверхности и производительности:
1 — кривая образованной поверхности; 2 — кривая производи¬
тельности
С увеличением диаметра трубки удельный износ умень¬
шается. Так, при производительности 250 кг/ч удельный износ
трубок диаметром 30 мм равен 350 г/т, а трубок диаметром
28 мм 450 г/т. Это важная особенность струйных мельниц, в
частности, высокопроизводительных.
151
О х V
i- »- 5
is
^ -о 5
Ф * О
el ® 9r
5^ ь ф
г а
л ц О
ь О с
и а
5 £>*
log
о О. “
« С *
Й m
/5 ь О
ГО о о
ф
о ю а
00 О \D е
. О о
о I w !
X Г)
(L I X <
О © “■ S о O'—
Е>о ЧУО £•£»
>|С 2 >»
«й«“й .о
о ь *2 ^ з* сз
я за ^ см
5х§&о*=
§3=с*с,
Oj-OJ C~J ZH.
в O LJ Л й — .
h С у С
Ю и 5 к * ем
о в и аросм
о.н * Hr-.
" о|к .2
B4°V^go
я e[ ctcsi о
& S as я
s?* **«
я я ^
« * ^ Д £ О
& ГО (-®и
а --се о *г го
Я CfCN H4S
чшэонхйадои ьсннвдоШдо
ф :
■* :
с;
о О
Г VD
152
Рис, 81. Зависимость дисперсности продукта от про'
изводительности
Зависимость производительности от дисперсности готового
продукта
ЯСи = /(82). (123)
График на рис. 81, относящийся к установке с оптимальными
размерами, показывает, что производительность 630 кг ч по про¬
дукту /?бо=50% не является предельной. Увеличение производи¬
тельности сопровождается монотонным ростом остатка на ст-
те 0,060 мм.
Сравнительные показатели установок типа ЗС
образцов 1956, 1957 и 1960 гг.
Установление оптимальных размеров элементов помольной
камеры струйной мельницы, как показано на графиках (рис. 82),
позволило повысить произво¬
дительность установки более
чем в 2 раза. Так, производи¬
тельность по продукту *Reo~
= 6ч-7% увеличилась с 175
до 375 кг/ч.
Оптимальными размера¬
ми разгонных трубок при рас
ходе сжатого воздуха, равном
450 м3/ч, и работе на кварце¬
вом песке с получением про¬
дукта /?бо=1-т5%( табл. 31)
являются: длина 170, диаметр
28—30 и расстояние между
срезами 140 мм.
Установление нормальных
характеристик для мельниц
типа ЗС позволило перейти к
решению следующей задачи —
улучшению этих характеристик
на основе дальнейших исследований, а также к разработке
элементов теории и методики расчета установок с противоточ-
нымн струйными мельницами.
Износ элементов мельниц
Исследования закономерностей износа струйных мельниц в
результате воздействия частиц материала, движущихся в газо¬
вом потоке, представляют интерес, так как указанное обстоя¬
тельство в конечном счете определяет возможность применения
струйных мельниц. Эти исследования позволяют выявить детали,
наиболее подверженные износу, и разработать меры по повыше¬
нию их долговечности и надежности. Кроме того, износ представ¬
ляет собой один из наиболее интересных случаев разрушения
153
Рис. 82. Сравнительные показатели
установки типа ЗС:
/ — показатель 1956 г.; 2 — показатель
1957 г.; 3 — показатель 1960 г.
Таблица 31
Сводка нормальных характеристик установки типа ЗС для тонкого измельчения
с противоточной струйной мельницей
Оптимальные параметры разгон¬
ных трубок в мм
Характеристики и их аналитическое выражение
Длина
Диаметр
Расстояние
между
срезами
Зависимость производительности Пс и образо¬
ванной поверхности S0=S' Па от длины раз¬
гонных трубок при Q=460 м3]ч, цт 30 мм
170
30
140
Зависимость производительности и образован¬
ной поверхности от диаметра разгонных тру¬
бок S0 = f(dT) при LT— 170 мм
170
28
140
Зависимость производительности, образованной
поверхности и гранулометрического состава
от расстояния между срезами разгонных
трубок Пв =S05 = / ( /г)
170
28
140
Зависимость удельного износа разгонных тру¬
бок от их длины H'=f(dT)
170
28
140
Зависимость производительности и грануло¬
метрии продукта от формы разгонных тру¬
бок1 nG = f(<t)
170
28/34
140
Зависимость удельного расхода воздуха от ве¬
личины образованной поверхности
170
28
140
Зависимость энергозатрат и удельного износа
от производительности и образованной по¬
верхности2
170
28
140
Зависимость производительности от дисперсно¬
сти готового продукта3 Па = f(S') ....
170
28
140
1 Величина образованной поверхности пэ сравнению с аналогичным показателем для
трубки диаметром 28 мм возросла вдвое.
* С увеличением производительности удельные энергозатраты и износ уменьшаются.
* С увеличением производительности дисперсность уменьшается.
твердого тела, поэтому установление закономерностей износа,
в частности скоростного, обогащает общую теорию измельчения.
Наконец, износ служит одним из косвенных методов исследова¬
ний механики двухфазных потоков.
Результаты экспериментальных исследований износа деталей
струйных мельниц из сталей, чугунов, металло- и минералоке-
рамики получены на основе измельчения люберецкого кварце¬
вого песка. Исследовались зависимости удельного износа
футеровки от твердости кристаллов твердой фазы футеровки, их
размеров, удельной поверхности измельчаемого материала и
формы его частиц, скорости их движения и геометрии разгонных
трубок. Фиксировалось состояние изношенных поверхностей,
позволяющее судить о механизме износа [19, 20].
154
Опыты цроводились на установке типа ЗС с противоточной
струйной мельницей, имеющей помольную камеру (рис. 83),
снабженную одним эжектором; вместо второго эжектора была
установлена заглушка 3. При работе этой камеры материал, вы¬
брасываемый из разгонной трубки 5, практически не измель¬
чался, что соответствовало условиям износа при постоянной
дисперсности в форме частиц измельчаемого материала.
7 2
j
?
шш
шш.
Ь.
'■ \\
1
ш/т
Рис. 83. Схема помольной Рис. 84. Схема разгонной трубки с кольце-
камеры с одним эжектором: ной футеровкой
/ — сопло; 2 — подсос песка; 3 — за¬
глушка; 4—помольная камера;
б — разгонная трубка
Были разработаны и испытаны разгонные трубки (рис. 84) с
наборной кольцевой футеровкой, закрепленной в цилиндриче¬
ском держателе. Указанная конструкция позволяет частично
компенсировать неравномерность износа по "длине разгонной
трубки. Наиболее изнашиваемое кольцо, находящееся на срезе,
удаляется, остальные передвигаются, а в начало разгонной труб¬
ки вставляется новое кольцо. Футеровка помольной камеры
состоит из двух литых чугунных элементов.
В течение каждого опыта измельчалось до 500—1000 кг песка.
Износ определялся для двух одновременно работавших разгон¬
ных трубок как среднее арифметическое по данным трех опытов.
Для непосредственного сравнения износостойкости различных
материалов износ пересчитывался в кубические сантиметры на
тонну песка, пропущенного через трубки. Твердость испытывае¬
мых образцов определялась по шкале А прибора Роквелла.
Форма частиц и состояние изношенных поверхностей фиксиро¬
вались фотографическим способом с увеличением в 25 и 500 раз.
Испытывались оптимальные трубки длиной 170 и диаметром
30 мм при расстоянии между срезами, равном 140 мм.
В результате опытов установлены следующие зависимости.
Зависимости удельного износа от твердости футеровки. По¬
лученную кривую зависимости (рис. 85 и табл. 32) следует раз¬
делить на два участка, которые в первом приближении могут
рассматриваться как прямолинейные: с твердостью HRA 0—80
н более. В частности, износостойкость твердого сплава ВК6 ока¬
залась в 43 раза выше износостойкости стали Ст. 3.
155
Резкое изменение характера зависимости обусловлено тем, что
на втором участке твердость футеровки выше твердости частиц
измельчаемого материала. На первом участке (HRA 0—80)
имеет место абразивный износ, на вто¬
ром (HRA>80)—неабразивный ско¬
ростной износ. Ход зависимости со¬
впадает в общих чертах с литератур¬
ными данными [67].
смУгг.
го
™Ут
30
го
I"
§
X
Ст.З
СтЛВ
Борисщй чугун
\у
Чугун X-
Те,
8 хЧ
шкорунд
-А
Синок
ЦМ332 |
50
60 70 80
Твердость
}\В66
HRA
Рис. 85. Звисимость удельного из¬
носа разгонных трубок установки
типа ЗС от твердости футеровки
16
**>
1
п
ЦМ.332
Термокорунд
0 4 8 мк
Размер кристаллов
Рис. 86. Зависимость
удельного износа от раз¬
меров кристаллов твер¬
дой фазы футеровки
Зависимость удельного износа от размеров кристаллов твер¬
дой фазы металло- и минералокерамических футеровочных мате¬
риалов. Зависимость износостойкости от размеров кристаллов
твердой фазы футеровочного материала (рис. 86 и табл. 33) сви¬
детельствует о возраста¬
нии износостойкости с
уменьшением размеров
кристаллов. Так, при
среднем размере кристал¬
лов 2 мкм износостой¬
кость в 1 ] раз выше, чем
при среднем размере
12 мкм.
Зависимость удель¬
ного износа от дисперсно¬
сти измельчаемого мате¬
риала (удельной поверх-
Рис. 87. Зависимость удельного износе НОСТИ), размера чаСТИЦ
от дисперсности измельчаемого мате- '
риала (люберецкого кварцевого песка) (OCT3TOK на СИТе) И ИХ
156
Зависимость износа разгонных трубок длиной 170 мм и диаметром 30 мм, изготовленных из различных металлических
материалов, от их твердости при измельчении люберецкого кварцевого песка до 7?во=0-т-5%
(Е 'IQ
owl-bid оэ ошиэиавйэ
OLI) ЧХЭОМЦОХЭОЭОИЕИ
(N О — тг | 1
Удельный
износ
x/sK0 в ви
-эгро Hdaxojj
31.1
38.2
35.3
26,9
■i/га
BDDS КСЬхОЦ
273
300
275
210
ди чхэоМавх
55
59
74
1
! Химический состав материала футеровки в %
а
1 1 1 1
О
IN
0,30
3,5—
4,5
О
0,30
26—30
а
не более
0,050
0,040
0,1
0,5
(Л
0,065
0,045
0,1
0,5
IS
0,17—
0,37
1,3—
1,7
0,5
UW
0,35-
0,65
0,50—
0,80
0,5—
0,8
0,5—
1,3
Э
0,14—
0,22
0,42—
0,50
1,5 —
2,2
.2,5-
3,3
Материал футеровки разгонной
трубки
Бронза Бр.-24
Сталь Ст. 3
Сталь 45
Высокохромистый чугун Х28
Бористый чугун
гу в
exMX'a'Odu олониэь
-ЧЬ’ЭИь-И OgXD3hHL‘0>f
500
1000
1000
500
500 1
157
Таблица 33
Зависимость износа футерэвки разгонных трубок длиной 170 и диаметром 30мм
-от размера кристаллов твердой фазы в футеровке из минерало- и
дяеталлокерамических материалов при измельчении люберецкого кварцевого песка
до Rm = Он-5%
j)
4 2
<и *■*
О
О о.
С5 с
1- с
Г о
§§£
и
Материал футе¬
ровки разгонной
трубки
Химический состав в %
Размер кристаллов
(зерен) футеровки в
мкм
Твердость футеров¬
ки HR Л
Удельный
износ
Изиосостойкось (по
сравнению со сталью
Ст. 3)
С
<
о
£
О
U
Потери веса
в г/г
Потери объе¬
ма в см'1т
500
Термокорунд
99
7—12
85
85,0
21,4
1,8
500
Синоксаль
99
—
—
3—6
87
68,2
17,5
2,2
1000
Микролит
99—99,2
—
—
1-3
90,5
9,2
2,4
16,2
ЦМ-332
1000
Твердый сплав
—
94,0
6,0
0,5—1,0
91
12,0
0,3
46,6
В Кб
Таблица 34
Зависимость удельных износов разгонной труохи длиной 215 и диаметром
30 мм, изготовленной из стали Ст. 3, от дисперсности и формы частиц
продуваемого через нее материала (люберецкого песка)
Дисперсность по¬
лучаемого про¬
дукта
Удельный
износ разгон¬
ной трубки
sis .
■д s о к
JuK 4
Распределение относительного
износа в % при кольцах
с порядковыми номерами
« = ш
2 о
Н о
О г св
О
Удельная
поверх-
ность в
см21г
с.
м
ш
hi
*
ffl
Относител;
износ (изнс
! ходным пе<
принят за (
1 1 ицу)
2
3
4
5
Форма частиц
99,0
320
42,4
5,4
1
0
4 3
14,3
29,2
52,2
Окатанная
50,0
1200
353,3
45,3
8,4
3,8
9,9
19,5
38,3
28,5
С режущи¬
ми кромками
30,0
1400
435,8
56,0
10,4
6,0
13,0
21,0
36,0
24,0
То же
10,4
1700
220,4
39,4
5,4
3,8
13,0
12,7
27,2
36,3
Окатанная
формы. Из приведенных на рис. 87 и в табл. 34 данных сле¬
дует, что удельный износ частиц одинаковой формы пропорци¬
онален удельной поверхности. Так, для материалов с частица¬
ми окатанной формы (рис. 88) отношение удельных поверх¬
ностей
отношение же удельных износов
= 5,4.
Щ 5-4
Для материалов с частицами рваной формы, имеющими ре¬
жущие кромки (рис. 89), соответственно
^1 = 1400 = _^ = .56 = 1 23.
S.; >200 и'2 45,3
Рис. 88. Микрофотоснимок исходного материала (люберецкого квар¬
цевого песка) с частицами окатанной формы
Следует обратить внимание на явно выраженную зависимость-
износа от формы частиц. Так, удельный износ для исходного-
материала (песка) с частицами окатанной формы (рис. 88) со¬
ставляет 5,4 см3/т; для более дисперсных материалов, с частица¬
ми рваной формы (рис. 89) износ резко возрастает, а затем сно¬
ва падает (рис. 87), когда частицы приобретают более округлую
форму. Переход от рваной формы к округлой, наблюдаемый при
высоких дисперсностях, объясняется масштабным упрочнением
материала, а также постепенным обкалыванием острых выступов
и режущих кромок.
159-
Зависимость удельного износа от скорости движения частиц
измельчаемого материала. Для установления этой зависимости
были проведены сравнительные испытания на сжатом воздухе и
перегретом паре со скоростями истечения се=300 и сп =
= 500 м!сек.
Рис. 89. Микроснимок измельченного материала (люберецкого квар¬
цевого песка) с частицами рваной формы
Из графика на рис. 90 и табл. 35 видно, что при измельчении
одного и того же материала износ разгонных трубок, изготов¬
ленных из стали Ст. 45, на перегретом паре более чем в 4 раза
превысил износ на сжатом воздухе, что следует объяснить более
высокими скоростями движения частиц в разгонных трубках.
Известно [311, что напряжение в точке удара частицы о стенку
разгонной трубки
° = рЛмр-^- (124)
Следовательно, волна напряжения, распространяющаяся по
футеровке в объеме, прилегающем к точке удара, характери¬
зуется наличием скачка pWr,c0, убывающего по экспоненте. При
достаточно высоких значениях модуля упругости Е максималь-
160
Таблица 35
Зависимость износа разгонных трубок длиной 170 и диаметром 30 мм
от скорости истечения энергоносителя при работе на кварцевом песке
Материал раз¬
гонной трубки
Эне ргоноситель
Параметры энерго¬
носителя
Удельный
износ в
г/г
Относител ьнмй
износ {износ на
сжатом во-«духе
равен единице)
Температура
в °С
Давленье
в MhJm2
Сталь Ст. 3
Сжатый воздух
Перегретый пар
20
240
7
300
673
1
2.3
Сталь 45
Сжатый воздух
Перегретый пар
20
240
7
275
1156,2
1
4,2
ное значение ударных напряжений для футеровочных материа¬
лов типа карбидов приходится на приповерхностный слой, веро¬
ятность разрушения которого будет наибольшей. По-видимому,
материалы с меньшими значе¬
ниями Е, типа металлокерами¬
ческих, должны быть более
устойчивыми, так как ско¬
рость звука Со в них меньше.
Вязкая среда, скрепляющая
твердые зерна карбида, погло¬
щает и рассеивает энергию
ударов, предохраняя зерна
карбида от разрушения. Это
подтверждается эксперимен¬
тально: при прочих равных
условиях износ более твердой
закаленной стали 45 оказы¬
вается выше, чем стали Ст. 3.
Распределение износа по
длине разгонной трубки. При¬
веденное выше 'соображение
о зависимости износа от скорости движения частиц материала
подтверждается распределением износа по длине разгонной
трубки. При ускоренном движении частиц по разгонной трубке
износ должен возрастать в направлении их движения. По
установлении скорости, если длина разгонной трубки доста¬
точна, частицы, сталкиваясь со стенками трубки и друг с дру¬
гом, теряют скорость, а износ уменьшается. Далее скорость
должна снова возрастать и сопровождаться увеличением износа
и т. д. При оптимальной работе струйной мельницы длина раз¬
гонной трубки должна соответствовать первому максимуму ско¬
рости частицы, что соответствует первому максимуму износа
на срезе разгонной трубки. Эксперимент подтверждает это.
6 В. 11. Акунов 161
Рис. 90. Зависимость удельного из¬
носа разгонной трубки от скорости
истечения энергоносителя:
1 — трубка нз стали Ст. 3; 2 — трубка
нз стали 45
Как видно из графика на рис. 91, удельный износ //' пред¬
ставляется в виде монотонной кривой, состоящей из двух участ¬
ков, которые можно в первом приближении заменить прямоли¬
нейными отрезками ОА и ВС. Изменение угла наклона этих от¬
резков от 15 до 50° объясняется резким возрастанием скорости
износа на выходной части разгонной трубки, связанным с фор¬
мой струй и скоростью'
движения частиц -в ней. На
рис. 92 представлена схема
развития струи в разгонной
трубке. Здесь dc ii dr —
диаметры сопла и разгонной
трубки; 0 - угол разлета
струи; /ь /2 и V — длины
свободно разбивающейся
струи, участка разгона ча¬
стиц и расстояния от грани¬
цы участка разгона до по¬
люса струи; L — длина раз¬
гонной трубки. Частицы
подсасываются струей и»
разгоняясь, 'встречают
стенку разгонной трубки
примерно на расстоянии */з длины (считая от входного сече¬
ния). Скоростной абразивный износ начинается лишь при до¬
стижении частицей определенной критической скорости. При
меньших скоростях наблюдается обычный абразивный износ.
L' н
1 1 т-
- 1г -
а
1
3
- L
Рис. 92. Схема струи в разгонной трубке эжектора
Характерно, что при работе на перегретом паре график изно¬
са (рис. 93) приобретает вид 2 вместо ожидаемого 3. Это сле¬
дует объяснить значительно большими скоростями движения ча¬
стиц ввиду большей плотности пара, что подтверждается боль¬
шим углом 0° (рис. 92) пропорциональным ускорению частиц.
Поэтому уже на первых 50 мм длины разгонной трубки
частица достигает критической скорости. Далее на участке 20—
1в?
%
60
as 40
20
0 20 40 60 60 100 120 140 мм
Длина разгонной трубки
Рис. 91. Распределение износа по дли¬
не разгонной трубки при измельчении
люберецкого кварцевого песка и корун¬
да на установке типа ЗС
- Измельчаемый материал- кварцевый песо■
ж-Ст/ibCmJ
♦ -Твердый сплаВ BUS
■ -Верастый чугун
Измельчаемый материей - корцнд:
ь-Стапь Ст.3
- о-Пердий спяаВ ВК6
о-Зпемпртшичеекчй корунё
w
20
V
/
/--1
/ 7
_
/
/
/
/
/
W
SO
120
7U мм частица в результате трения о стенку и соударений с дру¬
гими частицами тормозится. На следующих участках (70—100
п 100—130 мм) частица вторично разгоняется и вновь заторма¬
живается.
Было исследовано влияние
размера частиц измельчаемого
материала на распределение
износа по длине разгонной
трубки при работе на сжатом
воздухе.
Как следует из графика на
рис. 94, кривая / для исход¬
ного материала с /?6о=99%
монотонна, что свидетельству¬
ет о равномерном ускорении
частиц. Кривые 2 и 3 для ис¬
ходного материала с дисперс¬
ностью соответственно /?бо =
= 50 и 30% имеют прогибы на
расстоянии 150 мм от входа
в трубку, ввиду того что части¬
цы достигли предельных ско¬
ростей н дальнейшее движе¬
ние их замедлено.
Кривая 4, относящаяся к наиболее дисперсному материалу,
Ибо= 10,4%, практически прямолинейна, причем скорость частиц
на срезе разгонной трубки значительно ниже, чем в первом слу¬
чае. Это также объясняется
1 быстрым разгоном частиц с
последующим их торможе¬
нием на участке 45—200 мм.
Как показал обмер из¬
ношенных рагонных трубок,
увеличение диаметра их ка¬
нала по длине может быть
описано выражением
Расстояние от бходо 6 разгонную трубку
Рис. 93. Зависимость распределения
износа по длине разгонной трубки от
скорости истечения энергоносителя
при измельчении люберецкого квар¬
цевого песка:
1 — износ при работе на сжатом воздухе;
2 — износ при работе на перегретом паре;
3— расчетная кривая износа при работе на
перегретом паре
О ЬЗ 86 129 178 мм
Расстояние от 6/ода 6 разгонную трубку
Рис. 94. Распределение износа по дли¬
не разгонной трубки в зависимости от
дисперсности измельчаемого материала
и формы его частиц
я L
(125)
L — общая длина трубки;
rit — суммарный износ трубки в см3.
где d — диаметр изношен¬
ной трубки;
п — порядковый номер
кольца футеров¬
ки (для сплошной
трубки «=!);
163
Распределение относительного износа по длине трубки не за¬
висит от материала футеровки и для случая работы на сжатом
воздухе с давлением Р = 0,6-^0,8 Мн/м2 и температурой 20 °С
при измельчении люберецкого кварцевого песка с Рбо=99% пред¬
ставляется в следующем виде:
Порядковый номер кольца футеровки (по
течению потока) 1 2 3 4
Относительный износ в % 2 8 30 60
Качественная оценка состояния изношенных поверхностей
различных футеровок разгонных трубок. Внешний вид изношен¬
ной кварцевым .песком по¬
верхности из хромистого
чугуна (рис. 95) характе¬
ризуется наличием крупных
каверн, возникших на менее
прочных участках поверх¬
ности. Начальная каверна,
образующаяся, например,
вследствие шероховато¬
сти, превращается в вихре¬
вую ловушку, удерживаю¬
щую абразивные частицы,
которые быстро разрабаты¬
вают каверну.
Аналогичные явления на¬
блюдаются и в минералоке¬
рамической футеровке (рис.
96) с относительно круп¬
ными зернами корунда (си-
ноксаль). Характер износа
сохраняется, однако в этом
случае каверны несколько
меньше, что объясняется
меньшей прочностью связки. В футеровке из минерало- и ме¬
таллокерамики с высокодисперсными кристаллами твердой фазы
и минимальным содержанием связки размеры каверн, есте¬
ственно, уменьшаются и незаметны на глаз.
Были испытаны разгонные трубки с рабочей поверхностью,
покрытой карбидом бора. Как видно на снимке (рис. 97), после
работы на кварцевом песке стенки трубки покрылись сеткой,
представляющей собой канавки, разработанные мельчайшей
фракцией песка по микротрещинам, образовавшимся в слое кар¬
бида при охлаждении трубки. По-видимому, описанный механизм
износа имеет место при других видах футеровки. В частности,
в минералокерамических футеровках с относительно крупными
Рис. У5. Поверхность футеровки раз¬
гонной трубки из хромистого чугуна
после работы установки ЗС на лю¬
берецком кварцевом песке
164
кристаллами твердой фазы и большим содержанием связки ча
стицы разрабатывают связку, а кристаллы твердой фазы футе¬
ровки выбиваются из стенки, что приводит к понижению износо¬
стойкости.
Рис. 96. Поверхности футеровки из минералокерамики (синок-
саль) разгонной трубки установки ЗС после работы на люберецком
кварцевом песке
Износ футеровки помольной камеры и других элементов уста¬
новки. При измельчении кварцевого песка на установке с проти-
воточнои струйной мельницеи,
когда полученный продукт харак¬
теризуется остатком Ябо=0-М%.
износ футеровки помольной каме¬
ры, изготовленной из марганцо¬
вистого чугуна, составил 166 г/т,
или 21,3 сшъ/т. Это соответствует
загрязнению измельченного про¬
дукта на 0,017%, что не превы¬
шает допуска на загрязнение ме¬
таллом для лучших видов оптиче¬
ского стекла. Обследование
остальных элементов установки
показало, что износ незначителен
по сравнению с износом футе¬
ровки помольной камеры.
Приведенные исследования
позволяют рекомендовать для
футеровки разгонных трубок ме¬
таллокерамику типа ВК6, а так¬
же минералокерамику типа
Рис. 97. Следы износа рабочей
поверхности разгонной трубки,
футерованной электролитически
образованным слоем карбида бо¬
ра, после работы установки ЗС на
люберецком кварцевом песке
165
ЦМ 332 или С-8. При измельчении песка с получением продук¬
та, характеризуемого остатком R60= l-r-5%, удельный износ
указанных материалов составит соответственно 0,8 и 2,4 см3/т.
Следует учесть, что стоимость мннералокерамики значительно
ниже.
Помольные камеры а другие элементы установки можно футе¬
ровать литым хромистым или бористым чугуном.
Коэффициент захвата частиц в помольной камере
При встречном движении двух потоков с твердыми частицами
часть их проскакивает зону измельчения без столкновений друг
с другом. Отношение числа столкнувшихся и разрушившихся
частиц к общему числу частиц назовем коэффициентом захвата
помольной камеры. В случае, когда поток частиц непосредст¬
венно направлен на твердую плиту, коэффициент захвата дол¬
жен равняться единице, так как все частицы сталкиваются с
плитой.
Для определения коэффициента захвата в камеру была поме¬
щена стальная пластина, расположенная между срезами разгон¬
ных трубок на одинаковом расстоянии от них, перпендикулярно
струям запыленного газа. При прочих равных условиях помолы,
проведенные с пластиной и без нее, показали, что производи¬
тельность установки и дисперсность полученного продукта в
обоих случаях одна и та же (табл. 36).
Таблица 36
Значения коэффициента захвата помольной камеры с пластиной и без нее
1 № опыта
Расстояния между
срезами трубок в мм
Давление экергоно-
1 сителя в Мн/м2
. _
Л
Н
О
о
ж
Щ
aj
ь
о
о
п sr
!$
П а
Дисперсность про-
1 д>кта по остатку
ДС0 в к
<С
н
с
о
%
Расстояния между
срезами трубок в мм
О.,
О <
Q. -С
* (Я
Й сс
X **
« *
ЧЕ
Производительность
в кг/ч
1
Дисперсность про¬
дукта по остатку
Я„ в %
1
120
0,68
1220
91,2
6
56
0,68
270
92,0
2
56
0,75
1110
90,9
7
122
0,6
1890
88,9
3
122
0,65
1000
93,7
8
56
0,65
2040
88,7
4
56
0,65
2000
94,8
9
100
0,7
423
85,5
5
122
0,65
2000
92,8
ПриЬечан ие. Опыты 1.4, С и 8 провэдились со стальной пластиной, распо¬
ложенной между срезами разгонных трубок длиной 170 мм, диаметром 30 мм; опыты
2, 3. 5, 7 и 9 проводились на тех же трубках без пластины. ИзмеЛочаемый материал—
люберецкий кварцевый песок. Яво— 99.9е®.
Учитывая, что эффективность измельчения пропорциональна
скорости столкновения частиц, в случае работы без пластины и
166
100%-ного столкновения часгиц, т. е. при коэффициенте захвата,
равном 1, следовало ожидать удвоенной эффективности (напри¬
мер, дисперсности продукта). Однако полученный результат
в 2 раза меньше ожидаемого, следовательно, К3=0,Ъ, т. е. 50%
частиц «проскакивают» зону измельчения без столкновения.
Казалось бы, струйная и пневматическая мельницы эквива¬
лентны; следует, однако, учесть, что равные Кэ достигаются в
струйной мельнице без какого-либо отражательного устройства,
что позволяет повысить ее энергонапряженность, удельную про¬
изводительность и экономичность при высокой чистоте измель¬
ченного материала.
Кратность циркуляции измельчаемого материала
Кратность циркуляции пц играет значительную роль при рас¬
чете элементов установки, в частности пылеразделителя. Поэтому
были поставлены специальные эксперименты с целью уточнения
пц по величине износа разгонных трубок. Сравнивались износы
разгонных трубок, установленных на мельницах однократного
действия, типа 4С, и обычной — ЗС.
При работе на мельнице ЗС с получением тонкоизмельченного
продукта (табл. 37) величина относительного износа в 5—7 раз
Таблица 37
Износ разгонных трубок струйных мельниц типа ЗС и 4С при измельчении
кварцевого песка с исходной дисперсностью Rm 99%*
Материал разгонных трубск
Удельный
износ в ejr
Относитель¬
ный износ
Мельница типа 4С
Сталь Ст. 3
51,3
1
Сталь Ст. 45
42,0
1
Чугун Х28
41,7
1
Мельница типа ЗС
Сталь Ст. 3 '.
300
5,85
Сталь 45 .
275
6,55
Чугун Х28
210
5,05
* Остаток измельченного продукта на сите 0060 для
случаях составляет 85—90%, а для мельниц типа ЗС 2—
мельниц типа
5%.
4С во всех
больше, чем на установке 4С. Предполагая, что величина износа
пропорциональна числу циклов пц, следует сделать вывод о
соответствии кратности пц отношению износов, полученных для
мельниц типа ЗС и 4С. Согласно данным таблицы, эта величина
пц равна 5—7. >
. 167
Приведенный на рис. 98 график позволяет, в частности,
приближенно определить зависимость кратности циркуляции
материала в помольной камере от дисперсности продукта. Так,
при /?60=52% число циклов пц= 5. Интерполируя зависимость
для материала с /?бо=1—2%, получаем кратность циркуляции,
равную 15. При этом не учитывается, что в реальных условиях
гследствие отбора тонкой фракции материала размолоспособ-
ность крупной фракции значи¬
тельно выше. Поэтому в уста¬
новке, предназначенной для по¬
лучения продукта Ябо^О-^-2%,
/;„ будет значительно меньше.
Еще Андреасеном и Иесперсе-
ном [48] было показано, что при
каждом 'разрушении частицы об¬
разуется около 10% продукта
размером в 8—10 раз меньше
размера исходной частицы. Для
перевода частиц песка со сред¬
ним размером 400—500 мк в
класс 40—50 мк требуется, оче¬
видно, 10 циклов измельчения,
или кратность циркуляции ц,, =
= 8-10.
В самом деле, при коэффи¬
циенте захвата Кэ =1 процесс
аналогичен столкновению частиц
с твердой плитой, а при каждом цикле частица может стол¬
кнуться с плитой лишь один раз. При расчетах можно исходить
из значения кратности циркуляции пч=3 — 5 на 1000 см2!г обра¬
зованной поверхности.
Результаты исследований свидетельствуют о необходимости
изыскания методов повышения коэффициента захвата, в частно¬
сти путем увеличения скорости разгона частиц и концентрации
их в меньшем объеме.
Коэффициент полезного действия установки типа ЗС
Для оценки противоточной струйной мельницы целесообразно
использовать понятие к. п. д. измельчения [16]—отношение ра¬
боты образования новой поверхности к энергии, потребляемой
мельницей
rw = -^100, (126)
где Р1 — мощность, затрачиваемая на собственное измельчение.
Для шаровой мельницы тр=0,05%.
168
Число циклов помола
Рис. 98. Зависимость кратности
циркуляции материала в помоль¬
ной камере от его дисперсности
Определим тр для установки типа ЗС при измельчении квар¬
цевого песка с производительностью /7С = 300 кг ч по продукту с
удельной поверхностью S'= 2000 слР/г; потребляемая при этом
мощность P\i = 80 кет.
Известно [112], что при измельчении кварца на образование
1 см2 поверхности затрачивается Kr = 0,5 эрг]см2\ тогда
Pl=K*Sna. (127)
Подставляя соответствующие значения для величин в выра¬
жении (127), получим для работы на сжатом воздухе г),„=0,02%.
Следовательно, гцв для струйных мельниц имеет тот же порядок
величины, что и для шаровых.
При работе на перегретом паре величина Рм определяется
как произведение удельного расхода G'n и теплосодержания. На
основе опытных данных
т]гп=0,01%.
Разница между гр-„ и
т),„ объясняется тем, что
в первом случае не были
учтены потери при пере¬
даче энергии от топки
парового котла на
электростанции до двига¬
теля компрессора. Зада¬
ваясь значениями к. п. д.
для котла т)к = 0,8, турби¬
ны = 0,6, генератора
т)г=0,8 и др., получим
к. п. д. энергетической це¬
почки:
'% = V 'С = 0,2.
Приводя к. п. д. паро¬
струйной мельницы к ус¬
ловиям работы воздухо¬
струйной или шаровой
мельницы, получим
г;к = ^-= 0,5796,
Чу
следовательно, к. п. д. па¬
роструйной мельницы вы¬
ше, чем воздухоструйной
и даже шаровой. Если
G^ = 150 кг‘ч, г = 800 ккал/кг и
/
Рис. 99. Распределение статических дав-
лений по тракту установки ЗС при рабо^
те без материала и с загрузкой:
/ — помольные эжекторы, 2 — помольная ка¬
мера, 3 пылеразделитель. 4 — пылеосадн-
тель, 5 — вентилятор подсоса
169
к. г. д. последней также привести к топке парового котла на
электростанции, то к. п. д. шаровой мельницы тцт=0,05 • 0,38 =
= 0,02%, т. е. значительно ниже, чем пароструйной мельницы.
Распределение статического давления
по тракту установки типа ЗС
При расчете гидравлических сопротивлений элементов и мощ¬
ности вентилятора представляет интерес диаграмма распределе¬
ния напора по тракту установки при работе без загрузки и с
загрузкой (рис. 99 и табл. 38).
Таблица 38
Распределение давлений по тракту помольной установки типа ЗС
с противоточной струйной мельницей типа СЭ-600
Участок, на котором измеряется
статическое давление
№ сече¬
С пылеосадителем
диаметром 170 ми
С иылеосадителем
диаметром 250 мм
ния
(рнс. 99)
без мате¬
риала
с мате¬
риалом
без мате¬
риала
е мате¬
риалом
Статическое разрежение у 9.8 н/мг
Труба подвода сжатого воз¬
духа (Р = 0,75 Мн/м2,
dc=7,5 мм, dT = 24 мм,
1т 120 мм)
г
Камера эжектора .....
п
500
620
600
700
Труба на выходе из мель¬
ницы :
до отсоса атмосферного
воздуха
hi
15
0
ю
5
после патрубка подсоса
воздуха
IV
15
20
50
45
Труба от пылеразделителя к
пылеосадителю
V
40
130
90
180
Труба от пылеосадителя к
вентилятору
VI
400
410
290
310
Труба выхода воздуха из
вентилятора в атмосферу .
VII
0
0
0
0
Труба возврата от пылераз¬
делителя к камере эжек-
торз ••<•••••<•
VIII
55
50
110
60
Основные потери напора приходятся на пылеразделитель 3,
что объясняется высокой кратностью циркуляции материала в
нем, и на пылеосадитель 4. При переходе с чистого воздуха на
запыленный сопротивление в пылеразделителе и в системе воз¬
растает на 980 н,'л(2; при работе на пылеосадителе диаметром
170 мм работа установки ухучшается. Поэтому не следует при¬
менять пылеосадители с сопротивлением более 980 н м2, а общее
сопротивление системы не должно превышать 3000 н,м2.
Глава VI
ОСНОВЫ ТЕОРИИ СТРУЙНЫХ мельниц
ЭЛЕМЕНТЫ МЕХАНИКИ ЗАПЫЛЕННЫХ ПОТОКОВ
При исследованиях процессов в струйных мельницах рас¬
сматривают следующие задачи:
1) взаимодействие двухфазных струй, направленных навстре¬
чу друг другу;
2) взаимодействие ряда однофазных струй, истекающих из
сопел, расположенных на периферии цилиндрической помольной
камеры, с двухфазным вихревым потоком, заполняющим ка¬
меру;
3) взаимодействие ряда однофазных струй, истекающих из
сопел, расположенных на определенном участке овальной
трубной камеры с двухфазным потоком, движущимся по этой
камере.
Точное решение этих задач неизвестно. Поэтому представля¬
лось целесообразным применение приближенных методов реше¬
ний, позволяющих получить практически приемлемые резуль¬
таты, приближающиеся к экспериментальным. Такие методы
позволяют сделать первые шаги в области теории и методов
расчета струйных мельниц.
Теория турбулентных струй исследована в настоящее время
достаточно широко. Элементы газовой динамики изложены
в многочисленных руководствах и учебниках [1, 2, 21].
Современная гидродинамика и, в частности, теория турбу¬
лентных струй рассматривает в основном однофазные газовые
струи, ограничиваясь процессами, происходящими на начальном
участке и в начале основного участка. Конечный участок струи
обычно не рассматривают. Между тем в теории струйных мель¬
ниц этот вопрос является одним из основных.
Рассмотрению двухфазных струй, отличающихся высоким
содержанием твердой фазы, посвящено относительно мало работ.
Обычно рассматривают струи аэрозолей с низкой концентрацией
твердой фазы [45].
В настоящей главе излагаются некоторые малоизвестные и
новые идеи и методы, помогающие восполнить указанный пробел.
171
Однофазные системы
Прежде всего остановимся на физическом истолковании
самого процесса образования струи. Струей или факелом струи
называется часть объема, в котором происходит рассеяние
энергии жидкости, втекающей в данный объем. Не рассматривая
случая истечения струи в вакуум, заметим, что факел струи пред¬
ставляет собой область, в которой смешиваются увлекающая и
увлекаемые жидкости. Собственная скорость последней, оче¬
видно, во многом определяет и течение процесса образования
струи.
Энергия увлекающей струи
(128)
2g
где G] — расход струи в кг'сек,
W\ — скорость истечения в м'сек,
сообщается увлекаемой жидкости, причем процесс слияния струй
аналогичен неупругому удару и связан с потерей энергии.
В самом деле, энергия струи по завершении смешения
A + (129)
2g 2g 2g
где G2 — расход увлекаемой жидкости;
W2 — скорость увлекаемой жидкости;
W3 — скорость смеси.
Из условий постоянства количества движения
Cl + Сг W3=-~ Г, + № 2
2g ° 2g 2g
w __ 6ДИ + G2W,
3 С, + С,
откуда
Аз = -9l±Jk. wl = {GlWl ' (130)
2g 3 2g (С, I Ga)
что меньше суммы кинетических энергий увлекающей и увлекае¬
мой сред на величину
(131)
2g (О, С,)
Обычно в струйных мельницах скорость увлекаемой среды
и
Следовательно, при взаимодействии истекающей из сопла
струи с затопляющей жидкостью энергия рассеивается. Назовем
коэффициентом рассеяния энергии затопленной струи, или про¬
сто коэффициентом рассеяния, величину
АЕ 02
ф:
А
Gi +
(133)
Как это следует из выражения, с увеличением количества
увлеченной жидкости коэффициент рассеяния энергии растет.
При G2^G, т. е. энергия струи рассеивается полностью.
Так, при G2^99G! ф=99%.
Рис. 100. Схема затопленной струи
На срезе сопла G2 = 0 ф = 0. По мере движения вдоль струи
G2 растет с ф. Это приводит к падению объемной плотности
энергии и динамической устойчивости струи, которая в конце
концов должна на определенном расстоянии от среза сопла
слиться с окружающей средой. Таким образом, факел струи
представляет собой часть объема жидкости, отличающейся
повышенной плотностью энергии и более высокой, устойчивостью.
Очевидно, эта часть объема «струи» должна отделяться от
остальной жидкости поверхностью раздела.. По мере падения
объемной концентрации энергии устойчивость поверхности
раздела уменьшается и струя размывается.
Обратимся к ряду экспериментальных характеристик струи
(рис. 100).
Известно, что затопленная струя имеет каплеобразную форму.
Согласно принятой терминологии в струе различаются начальный
участок, на котором существует ядро скоростей истечения, пере¬
ходный участок и основной участок, где осевая скорость меньше
скорости истечения.
Показано, что образующая поверхности раздела струи может
быть разбита на следующие участки: /— примыкающий к срезу
сопла — переходный, // — следующий за ним с прямолинейной
образующей, III — слегка волнистый, IV— размытый [I, 2].
Обмеры фотографий и подсчеты на основе опубликованных
данных показали, что указанные ьыше границы соответствуют
17}
определенным значениям коэффициента рассеяния энергии
струи (табл. 39).
Таблица 59'
Коэффициент рассеяния энергии для различных участков струи
№ участка
Участок
Обозначение
(см. рис. 100)
Коэффициент
рассеяния ф
1
Переходный
10 — 1
0—0,67
2
С прямолинейной образующей
11-П
0,67—0,89
3
С волнистой образующей
hi — III
0,89—0,965
4
С размытой образующей
1 III—IV
0,965—0,99
Такое энергетическое истолкование процесса струеобразова-
ния обладает некоторыми преимуществами по сравнению с
предложенным А. А. Голеевским [26, 27] методом, при котором
участки струи характеризуются величиной коэффициента увле¬
чения
Gi 4- G2
п = ■———- кг/кг.
Gi
В последнем случае процесс не получает энергетического
истолкования и предложенный метод представляется недоста¬
точно обоснованным. Между тем коэффициент рассеяния ср
позволяет наглядно установить зависимости между различными
параметрами, характеризующими процесс образования струи
(табл. 40).
Таблица 40
Зависимость коэффициента рассеяния энергии затопленной ф струи
от количества увлеченной среды —
G1
Ф
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
G,
0,11
0,25
0,44
0,67
1
1,5
2,34
4
6
Ф
0,95
0,97
0,98
0,985
0,987
0,988 *
0,99
о2
Сх
19
32
46
66
76
82,5
99
174
Из табл. 39 и 40 видно, как увеличивается ф с ростом коли¬
чества увлекаемой среды:
(134)
1 —<р
Значения <р, соответствующие границам участков данных
в табл. 39, определяются рядом
9=1— (135)
где значения К=0, 1, 2, 3, 4 соответствуют значениям порядковых
номеров участков струи по табл. 39.
Коэффициенты рассеяния энергии <р и увлечения среды п
связаны соотношениями:
ф= 1 (136)
П
п = '(137)
1—9
А. А. Голеевский предлагает для обозначения границ участка
струи следующие последовательности чисел:
а) для осесимметричной струи, истекающей из круглого
отверстия,
пх = п0 = 3 кг/кг;
п2 = По = 9 кг/кг;
п3 = По = 27 кг/кг;
= по = 81 кг кг;
б) для плоскопараллельной струи, истекающей из бесконечно
длинной щели,
П-i = п0 = 2 кг/кг;
л2 = tio — 4 кг/кг,
щ = «о = 8 кг/кг;
я4 = по = 16 /сг/кг.
Отдавая должное удобству запоминания этих рядов, следует
указать, что граничное значение «0 = 81 кг/кг, предложенное
А. А. Голеевским, произвольно. Как следует из табл. 40, значе¬
ние G2 = 80 еще не отвечает полному рассеянию энергии струи.
Так, при G2=99 ф=99%, а при G2 = 46 <р = 98%.
175
О форме и размерах свободных и стесненных струй. Распола¬
гая данными о количестве жидкости, содержащейся в факеле
струи, и зная, что давление в струе мало отличается от давления
затопляющей жидкости, заметим, что объем струи определится
выражением
где v — весовой объем жидкости в м31кг.
Задачи теории струйных мельниц позволяют ограничиться
рассмотрением в основном осесимметричных струй.
Известно, что угол разлета не зависит от температуры жид¬
кости и определяется соотношением [1, 2]
где а = 0,07 для свободных затопленных газовых струй и ф,р =3,4;
тогда а= 14°.
Для определения длины струн на участке с ф = 0,9 (рис. 101)
можем написать:
Vc — (G’i Go) v,
(138)
IV
It,
Рис. 101. Схема единичной струи
tgor0 =йфгр,
(139)
v = (Gl-+Gi) = -fr4c.
При Gi+G2=26 кг и
получим (при единичном расходе) G] = l /сг/се/с
(140)
Для струй воздуха с н = 0,8 л«3/кг
1С =0,59 у Gi + G„
(141)
176
а длина струи по отдельным участкам (рис. 100) представляется
величинами, приведенными в табл. 41.
Полученные размеры струи соответствуют фотоснимкам,
приведенным в литературе [26, 27]. Вместе с тем обращает на
себя внимание конечная часть струи, имеющая форму, напоми¬
нающую параболоид вращения, что следует объяснить уменьше¬
нием объемной концентрации энергии в струе вследствие оттока
жидкости из струи, сопровож¬
дающегося вторым гидравли¬
ческим ударом. Следователь¬
но, энергетический метод ис¬
следования затопленных струй
позволяет получить интерес¬
ные решения.
Ниже приводятся результа¬
ты исследований некоторых
задач струйного движения.
Идеализированная схема
струи и расчетные формулы
строятся на следующих допу¬
щениях:
1. Внешняя граница струи
представляет собой поверх¬
ность, отделяющую ее от затопляющей жидкости.
2. Поступательная скорость на поверхности струи равна нулю,
а поперечная скорость увлекаемой среды больше нуля.
Рис. 102. Расчетная схема начального участка
затопленной струи
3. На начальном участке струи эпюра скоростей трапецеи¬
дальна, а на основном участке имеет ферму треугольника
Схема струи приведена на рис. 102. В начале струи количе¬
ство подсосанной среды G2 = 0 и ф = 0.
Таблица 41
Длина участков единичной затопленной
струи воздуха с расходом увлекающей
жидкости Gi - кг/сек (рис. 101)
Участок
Длина
участка
считая от
среза в м
Длина струи
в граничных
селениях в м
rfc=/tga=0,243/
h
0,85
0,21
1п
1,23
0,29
hn
1,77
0,435
hv
2,56
0,63
177
Заметим, что в этих условиях (рис. 101), коэффициент увле¬
чения, по А. А. Голеевскому,
п ^ Ci 1 С-2 C?i + 0 }
Cl сх
Это свидетельствует о несовершенстве определения коэффи¬
циента: при п= 1 следовало ожидать равенства количеств увле¬
кающей и увлекаемой жидкостей.
На переходном сечении величина G2 достигает 2, ф = 2, на
участках с прямолинейной образующей G2 изменяется от 2 до 8,
<р = 8, с волнистой образующей G2 растет до 26, ср до 26; потеря
устойчивости или, размывание струи наступает при G2 —80-^99,
что соответствует <р=99%.
Как показано в работе [21] на участке с прямолинейной обра¬
зующей до ф = 0,89 угол разлета сгруи может быть определен из
выражения
tga'^(l ±^)tga; (142)
.для осесимметричной струи tg a = 0,222
(lTi)fp Средняя осевая скорость
(ИД* Скорость истечения в створе сопла
Для сопла конфузорно-кокоидальной формы k=\\ при исте¬
чении из канала (трубы) /е = 0,9; при истечении из сопла Лаваля
£ = 0,8; ф = 1 при lK2 = consl по всей длине затопленной струи;
ф = 0,5, если W2=tnax в начале струи и W2=0 в конце ее. Знак
плюс в формуле соответствует одинаковому направлению тече¬
ний увлекающей и увлекаемой жидкостей; при различных нап¬
равлениях течений в формуле надо брать знак минус.
Для осесимметричной затопленной струи, истекающей в непо¬
движную жидкость из трубы ^=0,9; ф=1; 1К2 = 0; tga = 0,252;
тогда tga' = 0,2; а«Л1°.
Начальный участок осесимметричной струи. Для определения
скорости в кольцевой области перемешивания MN заметим, что
и _ .
Гз — У д
u = W1r^-±.
д
Сечение кольца
И = ху2-, dQ = 2 xydy.
J78
Средняя скорость на переходном участке
Гг
2r.v (• uydy
(143)
3 Гз + р
Средняя скорость на начальном участке
тна, = ^=-г—гз1~+?3 . (Н4)
г3
Длина начального участка
10 = -^~. (145)
0 2 tg 5' 4 *
Подставляя соответствующие значения Gx и С2 в выраже¬
ние ф, получим
= G* = nr3w*l — 7:r2iwrt = j _ / Г1 \2 Ц71
Ф Сх + G, ЕГ|^ I г3 j W,'
Wi ,1Л..
и учитывая значение — из выражения (144)
ф = i ■ (~)2 ■ (146)
\ Га/ 3г\ + г\
На начальном участке струи коэффициент рассеяния энергии
будет равен
«= 1 \
/ d3 \2 ‘ (147)
0,75 +0,25 v
Диаметр струи
(148>
Средняя скорость струи
(W3)Ha4 = ~-^—. (149)
(1 + Зф)
Основной участок осесимметричной струи. При треугольной
эпюре скоростей (рис. 102)
откуда
при расходе
' 3 '3
Gi + G2 = 2иу j iitjdy = 2--(U7x j ^1 ~yjdy=
0 0
-y (rlrx) wx
Kylwx
0*3 )oc„ =
следовательно, осевая скорость в 3 раза больше средней.
При АР = 0 и W2 = О
_<й щ = G. i-02. w
U U
откуда
(Й7з)осн=^1(1-'Р). (150)
2
В переходном сечение при ср = —
ОС,)0=^-. (151)
3
Пои АР = 0 и W, > О
Ц71+ _5?_ = Gl^ °2 W3, (152)
Я Я Я
= (153)
Wi — W2
w.
(154)
Это выражение применимо также для начального и основного
участков любой затопленной струи.
Из выражения для коэффициента рассеяния
отсюда следует, что
\2 1
I d1 )о
(1 -9)
при W2=0 *
Разрежение на поверхности струи
при W2—0 и k= 1
1 И7? Y
Д Ру = • — и/л3. (162)
у 162g 11—,»)* V '
Для начального участка с ф= —
'г?
(ДРД = 0,00137—Ц. (163)
2Я
При 117, = 300 м/сек для воздуха (Д/Д)о~78 н/м2.
Процесс перемешивания увлекающей и увлекаемой жидко¬
сти требует определенного времени и пути.
При завершенном перемешивании длина затопленной струи
отвечает утроенной весовой кратности перемешивания [21]. Это
соответствует коэффициенту рассеяния энергии
2 + ср
(155)
(156)
1-Ф
при W2>0
irx=3UV| 2Га; (157)
расход увлекаемой среды
G2 = *d3lWA,
где Wr — средняя скорость увлечения.
Учитывая выражение (156), получим
/= ^ ; (158)
2(1 — tp) tg а’
G2=-*-Gi; (159)
1 — Ф
U72 = -^(l-cp)tga'. (160)
wl
ДР9 = -АТ(1-?)2tg27/; (161)
Учитывая, что длина затопленной струи
Ц-M-W (165)
[а \\ — ф )
1=-^-
2 tg (
получаем выражение длины струи, отвечающей условию завер¬
шенного перемешивания:
<*i /2 - ? ■
?Ст-,)ж <166>
2 tg
Из выражений (165) и (166) следует, что
/т = /2_±^. (167)
Ф
Степенью размывания струи называется отношение
е = —— .
Г.
На начальном участке Wx=Wlt е=1. На основном участке
при W2 = 0
(Wx)oCH= 3(Г3),СК;
ет = 3(1 — ф). (168)
Выражая значение 1т через ет, получим
L-1(169)
^ */71
При А=1 и ^2=0 для основного участка
Alm = 4,5d1(l — ср) л; (170)
Д/,„ = 4,5d3 -и. 1171)
Продолжительность перемешивания
Дт = ^ . (172)
«Ml - 9)*tga'
Полное время пребывания частицы в струе на пути 1-\-А1т
В работе [21] показано, что распределение концентраций
увлекающей и увлекаемой жидкостей в поперечных сечениях
затопленной струи отвечает весовой кратности увлечения, достиг¬
нутой внутри струи. Предполагая такое распределение прямо¬
линейным, получим
где ф,- — рассеяние энергии на периферии струи;
фс — то же на опверхности разрыва для начального участка
Прямые, проведенные внутри затопленной струи параллельно
образующей потенциального ядра скоростей, являются линиями
постоянного соотношения коэффициентов рассеяния энергии и
концентрации увлекающей и увлекаемой жидкостей, равных
достигнутым на периферии струи по ее длине.
Именно это обстоятельство и определяет форму конечного
участка струи: энергия по оси рассеивается на большей длине,
чем на периферии.
Из закона распределения скоростей на основном участке
осесимметричной струи
1 —Ф
(174;
и на оси струи — для основного.
и = ЦТ. = (1 — Ф) м/сек-,
(1 - <р) = W3\
Wx = 31F3.
При Г2=0 и k=l tgа'= 0,22;
(175)
что близко к экспериментальным данным.
183
Из вышеизложенного следует, что при помощи коэффициента
рассеяния энергии струи могут быть получены выражения, позво¬
ляющие вычислить параметры струи.
Рассмотрим условия образования стесненной струи [27], раз¬
вивающейся в условиях затрудненного доступа затопляющей
среды (рнс. 103).
Др “
Рис. 103. Схема стесненной затопленной струи
Развивающаяся в полупространстве струя также стеснена
твердой стенкой. Поэтому необходимо ввести дополнительное
условие. Стесненная струя характеризуется частичным расходом
рециркуляции. Недостаточный подсос затопляющей среды в зо¬
ну, лежащую левее критического сечения КК, приводит к воз¬
никновению в ней вакуума. Поэтому при понижении устойчиво¬
сти струи вследствие рассеяния энергии наблюдается явление
«опрокидывания» струи — возникновение рециркуляционного те¬
чения, с которым связаны дополнительные потери энергии на
рециркуляционный неупругий удар.
Из приведенных выше энергетических соображений следует,
что на динамически устойчивом участке образующая струи дол¬
жна быть прямолинейной. Длина области образования рецирку¬
ляционного течения равна примерно 7з критической длины струи.
При скачкообразном переходе сечения струи от Ь3 к В дав¬
ление в зоне рециркуляции возрастает вместе с падением ско¬
рости.
Рассмотрим сначала плоскопараллельную струю. Расход
увлекаемой жидкости
G2 = —-— LbWi'{. (176)
1—Ф
где Ь — высота струи,
L — ширина струи
184
или
G2 = L[B-(fc3)w](r2)K/, Y, (177)
откуда
«7 = WjS. (178)
/ В B3\ ■ '
При экстремальном значении расхода G2max, соответствую¬
щем критическому сечению КкР-
^2 = -^-(1-фЛр) (179)
1 1+3(^) “2
=- (180)
При двустороннем увлечении струй
9
0. = 2L(»JffWwY= ^-0,= (181)
“82>
Далее рассмотрим осесимметричную струю
D \2
2
<PW = 1 =1 , 1183)
1 n/,+3(J
где di — диаметр сопла;
D — диаметр трубы, в которую истекает струя;
Аф = (184)
1—Чар
Соответственно скорость в критическом сечении
(1^А= ^(1-ф,р)- (185)
185
(186)>
Для несжимаемых жидкостей и сжимаемых при М<0,4 пере¬
ход давлений в областях, лежащих до и после критического се-
В свете изложенного представляет интерес краткое рассмот¬
рение теории эжектора.
Разберем случай, когда скорость входа смеси в разгонную
трубку меньше скорости звука.
Процесс в смесительной камере эжектора характеризуется
изменением формы эпюры скоростей и скачкообразным повыше¬
нием давления в разгонной трубке (рис. 104).
Уравнение Бернулли для цилиндрической разгонной трубки
рз = -—-д корректив неравномерности эпюры скоро
Wucp
стей на струи в разгонную трубку.
Для основного участка затопленной струи с треугольной эпю¬
рой скоростей
чения для начального участка с ср< —
(187)
2
для основного участка с ф> —
3
(188)
Скорость рециркуляционного течения
тар= j/= -у- (! ~ фкр) м/сек.
(189)
Потери при возникновении рециркуляционного течения
(190)
j * . Рз __ Ц74 . , х . Р4 | (/МГз-^)2
2g — 1 f3 2g -a — 1 Yi
»
где
•x — показатель политропы;
(191)
Учитывая, что (Wx)OCH=3(W3) осн, получим (Рз)ос„=2,7.
Для начального участка осесимметричной затопленной струи
1 —ф
(192)
Для переходного участка с <р = —
(из)осн ~ (ёз^нач-
Скорость на выходе разгонной трубки
U"4 = 0,5 | %W3 + 0,5 / %wl - 4 g (A - ?*- V (193)
\ <P — 1 \ T4 Тз /
Ввиду того что скачок давления используется для преодоле¬
ния противодавления, возникающего на срезе разгонной трубки,
1 дифф ~ е—-J
-Диффузор—J
Рис. 104. Расчетная схема струйного эжектора
второе слагаемое указанного выражения может быть опущено,
и тогда
Гв= 0,51 'РГгз Шеек. (194)
^ равнение эффекта разгонной трубки для сжимаемой жидко¬
сти получает вид
ДЛ. - .£з_о,53.,-£^1 • —i = 2
V* Тз ‘ ? 2Я
wi
Ф-
1 г;
У 2 g
Длина цилиндрической разгонной трубки
Lmp ~^> 4,5d3.
(195)
(196)
187
Из условия
W3b = ^74 = const
получим
74 =
7з кг/м
(197)
Выше было показано, что для начального участка
1 -I- 3у
и для основного участка
^3 = ^(1-?).
Скорость истечения сжимаемой жидкости, как известно, опре¬
деляется выражением
^1= \/—
» * — 1 \ Уо Уз
= У 2g -у •
9 У. — 1
h
Уз
— 1
(198)
где Р0, уо; Рз, уз — давление и плотность до и после истечения;
g — ускорение силы тяжести;
у, — показатель политропы.
Соотношение давления до и после цилиндрической разгонной
трубки:
2
для начального участка с ср< -—
!
(199)
для основного участка
*— 1
(tr=
1 + ^Ч1-ф)а
х—1
(2С0)
Эффект разгонной трубки описывается выражением
Для реализации условий истечения струн в камеру смешения
скорость эжектирующей жидкости
1/2*-fc-. A. (A)V_,
У 13 |Д р3 )
Скорость эжектируемой жидкости
м/сек.
(202)
W,
1
м/сек.
(203)
Обычно для эжекторов практически совпадает с Р"0-
Если напряжение струи превысит
(W^KP „„2 (1— ф)2
2g ‘
= W\
(204)
она теряет устойчивость и опрокидывается. Это явление извест¬
но как «срыв» эжектора.
Решая совместно выражения (198) — (204), получим
Рз
3 4- 2<fKp — 9,
kx—1 X—I
pi) - -(рй“
кр
тогда диаметр смесительной камеры
dx
тр
1 4>кр
V !— 2%-р мм’
откуда
(205)
(206)
(207)
Известно, что показатели политропы у. и адиабаты k связаны
зависимостями
1
k — 1
(208)
где to — коэффициент потери скорости при истечении;
/k I
k— 1 ‘ х
(209)
189
при k=l,4 и v.— 1,333
(о = 0,34 !- =0,25 и =4.
V. У. — 1
Если после разгонной трубки установлен диффузор, уравне¬
ние Бернулли для сжимаемых жидкостей получит вид
< р. pt И7?
Ъ Р Way. Я- v*s
I * . 4 | t 1. д . о
“Г , * ЪОиФ п . » ”1
(210)
2g ' *-1 V4 ' 2g -/.-1 V5 ' 2g
' = (1_W(1_ <)’
где т]а,^—к. п. д. диффузора;
то = ^ = М*у. (211)
° «7, I d4 j
Выражение (209) может быть записано в виде
Принимая г)йидб=0,75 и /Яр=4, получим 0,2344.
Введем обозначения: для начального участка
0,85
(3 + и-£) - (3 +
что при принятых значения г) и mD даст
Ат = 0.119 + f^i; (212)
1-Ф 2
для основного участка Аогн =2,141; при <р= —- Анач =Аосн.
О
Далее получим для начального участка уравнение эффекта
разгонной трубки:
1 Ъ-ъЪ = (0.075+ ^)(^)2 (,4 Щ (213)
=(о,1.9+(г».
Уравнение эффекта дозвукового диффузора
1* Ъ-fo- (0.044 + ^)(Т^ (*>«
190
для основного участка
!гр=-у'Р:,= (СЛ— <216)
(217).
Р4 ?,-!'Р. = ~^ {УК-1'Р,\ (218).
Приведенные выше формулы позволяют определить давтение Р5.
Оно составит:
а) для начального участка
=Ро ' ' 3 + 2ф - [о^фУ Ла,‘ (г+Зт) _ 1 ] 4
4
(219,
(1 у)2
б) для основного участка
^—1 6—1 4,— 1
V" = Лосн (1 - Ф)2 (Ро)“ + [1 - Аосн (1 - ф)*] Р3*~. (220)
При <]> = 1,333 и Аосн = 2,141
\f 1.891 |^Я0 +0,25 у Wb + 2,141 f/~P0-(\'~РЪ-
Фосн - . . л I (221)
У 1,891 \Грв +0,25 — 2,141 у/~ Р0
откуда
if клЬг-0'25)^^-1'89^
у/ Р0 = 1/ ^-чоснг ^_ (222>
т — 2,141
(1 —Ф)2
р:
При критическом соотношении давлений = екр
Рз
откуда
Ф =
\
-J X—I /
_ £к; _ 2 V 1 — ;
х— J
кр
1
X—-1
х
'гкр
(1 — ф)2
1
(1 — ф)2
причем этим условиям соответствует максимальный расход G2.
Если эжектор работает на перегретом водяном паре, то в
соответствии с графиком на рис. 105
(to — Q + (i’-л — h) = — - — ккал/кг; (224)
Для реальных условий истечения
у го гз 2 ]/ го— гз
Г Л*/?
h ~ *з
(226)
Ф„ = 7— • (227)
Обычно рекомендуются значения gi = 0,95 и £2=0>975; тогда
фкр =0,36, откуда
1 — I2
t0 — i2 = —^ (t'o — iз) ккал/'кг. (228)
м
Потеря энергии при увлечении и перемешивании в затоплен¬
ной струе
W2 WI ХР\
AL = G1-i+Gl-i-(C1 + G!)-i; (229)
2g 2g 2g
относя потерю к 1 кг жидкости и выражая ее в тепловых едини¬
цах, получим
4«-[' + (230)
Расчетная формула для определения потерь получит вид
*£ = -^-(1-ф)а0о-О- (231)
Теплосодержание смеси по окончании перемешивания
h = (1 — ф) ро — io + Ag j ккал/кг\ (232)
2А fi' — i')
i4 = —— h i3 ккал/кг-, (233)
м
Скорость на входе в разгонную трубку. В указанном выше
случае разгонная трубка должна иметь не цилиндрическую, а
каноидально-конфузорную форму. Обычно трубке придают ко¬
ническую форму с прямолинейной образующей.
Работоспособность 1 кг сжимаемой жидкости
w(
(№*)
кр
2g
(235)
klad =
2g
-^т Г(—) 1- (236)
^ L\ Т4 1кр Тз J
Ввиду того что рассматривается адиабатический процесс,
(t№).
следовательно,
,237,
Секундный весовой расход определится в соответствии с вы¬
ражением
C = fB(TW» = f.(T4)X
X ^ _A_. A [(ip-, ] , (238,
где fm — сечение сопла, или
GceK = fmX
X
ft IP3 — 2g —-y3P3
R—■ 1
При максимальном расходе критическое соотношение давле¬
нии
(—)^~ =
V Р» /кр
(Л.) ~3-Иг =
V 7з /кр \ Рг /кр
k~\ щ
k g
k + 1
k— 1
W(
k+ 1
1
h—1
(240)
(241)
194
<*jw" / тут О'1 + 2g^T • утЬ**' (242)
При Ws = О
/^тШ' (243)
Заметим, что
(A) =(AVA)¥_A.i1
\ 74 /л*о \ Тз / V / 7з
ft - 1 ^|гз
А 4-1 gP3
(WJsb =
"/ ).
' кр
откуда
№),РЫч. k
2г(я4)„ -Т
(244)
Если за сверхзвуковым конфузором установлен дозвуковой диф¬
фузор, в начале которого поток имеет критические параметры, то
уравнение Бернулли получит вид
ft / Р4 \ . 0^ = _fe
I fe— 1 Ч Т« /кр 2g fe—1 Тб 2g
2g Л » \ 14 / Кр
Учитывая, что
W, е
то=^Г 11 W
(l w(! 4)’
получим для повышения давления в дозвуковом диффузоре
(A^=1 + AI^w)(l_Ay
При mD - 4, rtou95 = 0,75 и k = cp = 1,333
|‘/Ш>ию5-С:
(245)
С1-(а1=2'
0413.
При ft = 1,4 С — 1,2344 и С3-5-2,09.
195
Учитывая, что
(^3u =
i + з?'
а так же, что
получим
W
3 Тз
-1 Ч Рз (1 + Зф)2
(246)
Величина степени повышения давления в сверхзвуковом кон-
фузоре выразится следующим образом:
— |l + l- f(—(247)
V P3 ) *+1 I (1 + Зф)2 L\ Рз ) JJ
Из выражений (245) и (247) видно, что
(-^“7тт[1 + ^(2-М'-^
X
X 1 +
[ф
1—1
(1 + Зф)2
При тп=4, и—1,333 и ^01^ = 0,75
^-1 + (гтгт-)^
Ц- УК -0,25 ,4/V0
(1 — ф)а V 0 > 0.
Г Рз=
1
(248)
(249)
(250)
(1-Ф)2
-0,25
4 X Р5 , , 1
1 / — — 1 н
V Рз (1+Зф)*
(1
-4/5-
1
(1 —ф)а
0,25 1 F-Я?-
V Р0
(251)
96
Таким образом, энергетическое описание струпных процес¬
сов позволяет установить основные количественные зависимости
параметров свободных и стесненных струй, а также эжекторов.
Введение понятия коэффициент рассеяния энергии q приводит к
результатам, совпадающим с опубликованным в литературе
экспериментальным и теоретическими данными.
Двухфазные системы
При подсосе струей затопляющей среды коэффициент рас¬
сеяния энергии в струе
ф - AEl - °2
Аг Gi 4- G2
Движущиеся в струе частицы приобретают скорость WT, ко¬
торая при синхронном движении частиц с жидкостью может быть
определена из условия постоянства количеств движения:
WT^WC= —^—ИД.
с Gj + Ga
Если скорость истечения увлекающей струи превышает звуко¬
вую, то при обтекании частиц образуются скачки уплотнения
и можно полагать, что на некотором относительно малом отрез¬
ке пути частицы приобретают скорость потока. Этот режим дви¬
жения частицы назовем синхронным.
Когда скорость в струе меньше критической, скачки уплотне¬
ния не образуются и частицы обтекаются потоком. Скорость их
определится работой разгона.
Введем понятие скольжения частицы:
wn—wT ^252j
Wu ■
Если скорость частицы WT равна скорости потока Wn, то s = 0;
если же WT<Wn, то s>0. Этот режим движения назовем асин¬
хронным.
Переход от синхронного режима к асинхронному связан с
потерей устойчивости. Вследствие инерционности частицы сохра¬
няют скорость, которая на определенном этапе движения равна
скорости движения газовой фазы. При этом WT>Wn, a s<0,
т. е. скольжение становится отрицательным. Это свидетельствует
о переходе энергии от твердой фазы к газовой и торможении ча¬
стиц в газовой среде.
Итак, при режимах синхронного разгона s = 0, асинхронного
разгона s>0, при асинхронном торможении s<0. Схема, пред¬
ставленная на рис. 106, иллюстрирует описанную зависимость.
7 В. И. Акунов 197
При WT>Wn твердая фаза выделяется из струи с потерей
энергии
GTWf
2В
(253)
По аналогии с коэффициентом рассеяния ф можно ввести по¬
нятие коэффициента потерь:
GT wl
— • — > (254)
Ф« =
Д Е»
>1.
GT = GZ
где GT — секундный расход твердой фазы.
Следовательно,
WT=0 WT=W„ с
WT<Wn WT>Wn
(где Gz—секундный расход
подсосанной газовой фазы) и
Ут-г.-^-п. ^1.
s=1 s=o
Рис. 106. Схема шкалы скольжений
что приводит К
<Р«
GjU7?
Gi -)- Gr \-G-i
GTG1
°i (Gi -t- GT + Gz)'1 (Gl + Gt +
Количество энергии, рассеяной в газовом факеле струи,
А\ — ФпфИг 21i,
что равносильно увеличению коэффициента ф до
(255)
Ф = сРк-
А'
Ф-
G*
Ci Ч- G2
— Ч'йпухф — ФСп‘
(256)
Объем струи сокращается за счет участков, где ф растет осо¬
бенно быстро, в частности на конечных участках. Начальные
участки струи остаются практически неизменными по длине и по
углу разлета а', что подтвер¬
ждается экспериментом. По¬
этому при расчетах можно
принимать с достаточной для
практики точностью, что устой¬
чивая часть струи развивается
независимо от степени стес¬
ненности и содержания твер- „ .
„ , е г рис 107. Схема двухфазной затоп-
дои фазы. ленной струи
198
Подстановка фа в приведенные выше выражения, описываю¬
щие однофазные струи, позволяет применить их для расчетов
двухфазных струй. Как видно из схемы на рис. 107, полная
длина струи
Первое слагаемое выражения (257) определяется, например,
при помощи формулы
Второе слагаемое можно определить для случаев истечения
в неподвижную газовую среду или в двухфазную среду с концен¬
трацией твердой фазы е. Определение значения 1т связано с про¬
цессами взаимодействия твердых частиц друг с другом и с газо¬
вой фазой. Этот вопрос рассматривается ниже.
Сводка основных расчетных формул
1. Коэффициент рассеяния энергии в струе
2. Процесс рассеяния практически завершается при ф=0,99.
3. Участки струи: h—начальный, ф=0,67; /щ — основной,
Ф = 0,965; /ц — переходный, ф = 0,89; h\ — конечный, ф=0,99.
4. Количество подсосанной жидкости
где G1 — расход эжектирующей жидкости.
5. Половина угла разлета однофазной струи
а) При истечении осесимметричной струи из трубы в непо¬
движную жидкость К=0,9; \V2=0; tga=0,222; tga'=0,9X
X (1+0)0,222=0,2; a'=ll°2O'; угол разлета струи Е =2a'=23°;
б) при истечении осесимметричной струи из сопла с косым
срезом в неподвижную жидкость К=0,8; tg а'=0,178; а! =10°;
Е = 2а' = 23°;
в) при истечении осесимметричной струи из сопла с косым
срезом в движущуюся жидкость К—0,9; ф=0,5; 1К2=0,3 Wu
tg a' = 0,9 (1 + 0,5 ■ 0,3) 0,222 = 0,23; a'=13°; E = 2a'=26°.
LCmp L? It
(257)
7* 199
6. Длина струи на начальном участке (потенциальное ядро)
I = dl
с 2 tg а' ’
где d\ — диаметр сопла.
7. Диаметр струи на начальном участке
| 1 фнач
где
(фкаХах = 0,67.
8. Средняя скорость на начальном уча:тке струи
№aU = rSr.
1 + Зф
9. Средняя скорость на основном участке
(^з)от = ^1(1-ф)-
10. Средняя скорость в переходном сечении
/ту; \ ^1
(К з)о — 3 •
11. Для начального и основного участка при
12. Диаметр струи на основном участке
(d3)0CK = -^-.
1 -Ф
13. Длина затопленной струи
_ ф dj,
стР 1 _ ф ' 2 tg а' ■
14. Средняя скорость увлечения
^2 = -у- (1 —
15. Время пребывания частицы в струе
Д-
^ ^1(1-ф)М8а'-
200
16. Критическое значение коэффициента рассеяния энергии
при истечении в разгонную трубку эжектора
О = J
ihp
/1+3(t)
2
2
где D — диаметр разгонной трубки;
d 1 — диаметр сопла.
17. Критический диаметр осесимметричной струи
Ф
D~--r=£'ri+4r
18. Скорость в критическом сечении
№„ = ^(1-Фкр).
19. Перепад давлений в областях, лежащих до и после крити¬
ческого сечения:
2
а) для начального участка при ср< —
Р>-Р3= + 0,075 ) (_±_ Y (_L_V <
\ 1 — Ч-кр / V 3 + / \ 3 —|— фкр 1 2g
2
б) для основного участка при ср> —
3
W2.
Р4-Р3 = 1,35(1
2g
20. Скорость рециркуляционного течения
т|/ l+3L)
где В — ширина камеры, в которую втекает струя.
201
21. Ширина критического сечения
(&*)»*-<*i (1-9кр)*
22. Потери при рециркуляционном течении
Д Л.
: = (/53-^) +
Ц7
2кр
рсц~ пот о - л/ i 2^.
23. Скорость на выходе из разгонной трубки
И4 = 0,5ГМГз-
где
Ря — 0,15+
0,85
1 —Ф
W3 — скорость на входе в разгонную трубку;
ср = 0,67.
24. Длина цилиндрической разгонной трубки Lmp>4,5 d3.
25. Скорость:
а) для начального участка
Wi
1 + 3<f
б) для основного участка
№3 = lFi(l-<P)-
26. Скорость истечения газа
где х — показатель политропы.
27. Соотношение давлений до и после цилиндрической раз¬
гонной трубки:
а) для начального участка
(t)-
1 +
Рз
2(1+ Зф)2
б) для основного участка
28. Эффект разгонной трубки
» f Р. Рз \ __ wl _
т- — 1 V Т* Уз / Я
29. Коэффициент рассеяния энергии в двухфазной струе
Фа = ФФ„-
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПРОТИВОТОЧНОЙ ПОМОЛЬНОЙ КАМЕРЫ
Влияние вида энергоносителя на рабочий процесс
струйной мельницы
Рассмотрим сравнительные показатели струйной мельницы,
работающей на воздухе комнатной температуры (293 °К) и на
перегретом паре. Такое сравнение позволит исключить ошибки,
зависящие от выбора абсолютных значений коэффициентов со¬
противления [15, 17, 18].
Обозначим среднюю скорость твердой фазы и воздуха в раз¬
гонной трубке соответственно через с н W, статическую абсо¬
лютную температуру — через Т, температуру заторможенного
потока — через Т0, плотность и давление воздуха — через р и Р.
Для пара примем те же обозначения со штрихом.
Пренебрегая столкновениями частиц друг с другом и со стен¬
кой разгонной трубки, представим осевую составляющую силы
взаимодействия воздуха и твердой частицы в некотором сечении
трубки в виде выражения:
Xi = cxf>F^=^-, (259)
где F — характерная площадь твердой частицы;
сх—коэффициент силы сопротивления.
Для перегретого пара соответственно
X' = cxpF IK+J? . (2601
Величины X и X' определяют ускорение и скорость частиц в
данном сечении разгонной трубки.
Определим соотношение между X и X' при с=с'. Скорость
воздуха может быть записана в виде
<26»
где Р0— начальное давление воздуха, равное начальному давле¬
нию пара;
203
с[п — коэффициент скорости, характеризующий
потери при расширении воздуха от Pq до Рх,
k—показатель адиабаты.
При ф = ф' и kxk'
Из уравнений состояния имеем
Р , Р'
р - и р' —
SRT gRT,
что при Р = Р' дает
р ’ _ Т
р Т' *
Используя соотношения
(fe— \)W"
Т та
2gkR
г = Т’ [k 1) W2
° 2gkR
и подставляя их в выражение (263), получим
Ц72
Р _ 2gkR .
р т ,ь n
из выражения (263)
р' _ Т0
Р Т0
откуда
X'
X
Для случая, когда Г0~300°К и Т’0 = 600°К,
2
X
204
суммарные
(262)
(263)
(264)
(265)
(266)
(267)
(268)
Пользуясь выражением (268) можно для ряда значений
=0,1: 0,5; 0,8 определить — =2,2; 2,25; 9.
11 Л”
Полученная зависимость (рис. 108) свидетельствует о рез¬
ком возрастании силы воздействия газа на твердую частицу с
ростом температуры и, как следствие, на соотношение
с
~W
Выясним далее соотношение длин разгонных трубок в рас¬
сматриваемых случаях при условии равенства потерь давления
в них. При решении этой задачи учиты¬
ваем потери в процессе движения газа
по разгонной трубке, пренебрегая поте¬
рями давления в результате взаимодей¬
ствия газа с твердой фазой.
При турбулентном движении потерн
давления
°/Vi
0
0,1
0,5
0,8
1
1,1
2,25
9
ХЛ
щ LT
'2dr
(269)
где £ — коэффициент сопротивле¬
ния;
W1 — средняя скорость потока в
трубке;
Lt — длина разгонной трубки;
dr—диаметр разгонной трубки.
Зависимость £ от Re по Блазиусу при
2,3-103<R4l-105 может быть представ¬
лена выражением
5 =-£££-“ °.3'64 (тг5г)"'Ю. <27°>
где v — кинематический коэффициент вязкости.
Зависимость коэффициента вязкости от температуры может
быть представлена выражением
Рис. 108. Зависимость
относительной силы дав¬
ления на частицу от от¬
носительной скорости
агу 7V
(271)
При ai = const
(X =
/Т0 '
При заданном расходе газа зависимость диаметра разгон¬
ной трубки от температуры 'может быть определена из условия
непрерывности:
G = Wit!
r.di
(272)
где Yi = pig — средний удельный вес воздуха.
235
Подставляя в выражение (272) значение
Pi
Tfi =
RTX
получим
где М =
— среднее число Маха.
у kgRT
Из уравнения энергии имеем
г° = 1+ -^Лм2,
поэтому
откуда
где
° = ТР‘М|/
=
dr = ds7V ,
AGR
П (kg) 2 Р,М I 1 !- ^ Л12']_2“
Э,М ^1
*/i
(273)
(274)
(275)
(276)
= /(М).
С определенными допущениями и пренебрежением к неко-
pi *
торым потерям заданное соотношение — будет соответство-
ро
вать постоянному значению М, поэтому a2=const.
Произведем преобразования:
W
р\Г, = Рхк — = kPyM2 = const;
kgRT
Re =
W,dr
Prd
т / _Wo_ .
jfkgRT :*о \ gRTj
Re = ф (/VI) dr = a3dT .
(277)
1278)
206
При At=const а3=const, следовательно, при ДЯ = const вы¬
ражение (269) получит вид
Рассмотрим соотношение производительностей в указанных
случаях. Кинетическая энергия твердой фазы на срезе разгон¬
ной трубки при работе на паре при с> 1
где Е — энергия при работе на воздухе, затрачиваемая на
Полагая величину образованной поверхности пропорцио¬
нальной кинетической энергии частиц, а величину к. п. д. из¬
мельчения постоянной, получим для производительности мель¬
ницы в сопоставляемых случаях Пм и П'м.
Соотношение
В действительности при работе на паре потребуется
меньшее количество энергии, так как с увеличением скорости
движения частиц возрастает эффективность измельчения
(к. п. д. процесса); кроме того, тепловой удар испытуемой час¬
тицы способствует понижению ее механической прочности,
поэтому
—— - а- - - const
d5/4
или, принимая во внимание выражение (276),
(279)
(280)
откуда
(281)
Так, для случая То=300°К и Т'0 = 600°К
(282)
Е' = аЕ,
упругие деформации и образование новой поверх¬
ности.
(283)
(284)
где (3> 1, если Т0>Т0.
207
Зависимость a=f(T) может быть определена аналитически.
Она 'приближенно соответствует отношению кинетических энер-
W*
гий воздуха и пара —- или отношению абсолютных темпера¬
тур
Движение частиц в разгонной трубке
Для выявления эффективности повышения температуры
энергоносителя необходимо определить увеличение кинетиче¬
ской энергии твердой фазы (частиц). Выше было показано, что
ускорение определяется как скоростью, так и плотностью энер¬
гоносителя. причем последняя при постоянном давлении обратно
пропорциональна температуре. Следовательно, с увеличением
температуры и уменьшением его плотности скорость частиц
увеличивается медленнее скорости газа.
При больших величинах Re, когда отставание твердой фазы
от потока велико, сила воздействия потока на сферическую
частицу с массой
т = — w3p (285)
3
будет равна
X = CxoF ^~с)2 ,
2
где F=nr2,
г — радиус частицы,
а ускорение
dC _ X
dt т
Подставляя значения Хит, получим
dC 3 р2 С
(286)
(W — С)2, (287)
dt 8 ?Т 2 4 ' к '
откуда после преобразования
— = — . — = С — . (288)
dt dx dt dx
Полагая, что скорость газа в разгонной трубке постоянна и
равна некоторой средней скорости пэтога, можно написать:
208
с — = [(W—C) - Г] d(w с) ;
dx dx
с—= -•-—сИ,
dx 8 Рг 2
(289)
откуда
d(U7 — — с)
Р2
Рг
— dx.
W — C (W — с)2 8 Рт 2
Интегрируя в пределах от с = 0 до с = С, получим
In (Г с)+ w
С
3 Рг Сх ^
с=С
Г — с
О
II
8 * Рг 2
с=0
откуда
или
In
0-т)
+
W
W-
Р2
Pi
In
C-i)
С
Г
С
Р2
Рг
° г2 I __ 2
(290)
(291)
(292)
Выше было получено соотношение
С
Т \°/i
' о
К
Если известны значения 1т и Z для температуры Го, то мо¬
гут быть определены и значения Z' для Г0'. В самом деле, при
постоянном давлении
Рг _ Г„
рз г;
следовательно,
Z'
Z
i 2
Р2
(293)
Используя выражение (292), можно построить зависимость
(рис. 109).
Определим изменение скорости частицы при подогреве воз¬
духа. Рассмотрим в качестве примера случай, когда Го=300°К
и 7” = 1200 °К:
z' _ / зоо у1/»., 1 ''/<«
Z ~ \ 1200 ) ~ 4
(294)
20Э
Зададимся значением Z
и определим по графику величину
7 / 1 \"Л‘ - 7/
= Z ( —J найдем Z, а затем по
Q
графику найдем значение —. Учитывая, что
—. Далее из условия Z‘
С
w~
с'
Тг
Рис. 109. Зависимость коэф¬
фициента Z от величины
относительной скорости
W’
~W~
с Г т
__ L -1 / Jo
W \ Т0
Рис. 110. Зависимость сопротив¬
ления от величины относительной
скорости
так как
получим
W
~w~
С'
W
С
W
д/4.
с \w )
(295)
(296)
Из рассмотрения зависимостей (рис. 110) следует, что при
работе па энергоносителях различной температуры скорости
210
различных по размерам частиц на начальном участке разгон¬
ной трубки отличаются друг от дуга незначительно. Однако по
мере движения частиц вдоль трубки их скорость при работе
на энергоносителе высокой температуры возрастает значительно
быстрее. Уже при ^- = 0,8 =1,67, а =2,75.
Увеличение кинетической энергии газа для рассматривае¬
мого случая
(Г-У = ^-=4,
\W J Т0
а увеличение энергии твердой фазы несколько меньше.
Приведенные графики позволяют ввести понятие термиче¬
ского коэффициента разгона твердой фазы r)m, представляю¬
щего собой отношение кинетической энергии твердой фазы к
величине затраченного тепла:
С2
GT ■
Г 2g
q Si.
G, Л
где GT — секундный расход твердой фазы;
Сг — секундный расход газа.
Напишем соотношение:
СЛ
-Пт _ г 2g _ п &
(297)
'I г
= С — , (298)
Gj
где G— — —весовая запыленность потока.
Gt
Для условия Т0
С2
Об оптимальной форме разгонных трубок
ГЛЧ1 1
■ V- v VsA\\4\\\\‘A\\4\v ■ ■
<ssw
\l - \л- - \\л' v • ’
чЧ'Л.Ч.
УчЧЧУ
?у,ч;г-
Рис. 111. Цилиндрическая и сужающая¬
ся разгонные трубки
Передача энергии от рабочего газа эжектируемому газу и
твердым частицам измельченного материала происходит в ос¬
новном в разгонной трубке. Условия работы мельницы опти¬
мальны тогда, когда скорость твердых частиц на выходе из
разгонных трубок максимальна. Процесс передачи энергии
рабочего газа твердым частицам связан с большими потерями
и характеризуется весьма низким энергетическим к.п. д.
Обычно применяют раз¬
гонные трубки цилиндриче¬
ской формы (рис. 111).
Ниже определяется опти¬
мальная форма разгонных
трубок, позволяющая полу¬
чить при заданном давле¬
нии рабочего газа макси¬
мальную скорость твердых
частиц.
Предположим, что при
малом коэффициенте эжек-
ции в каждом сечении раз¬
гонной трубки установились
некоторые средние давле¬
ния и средняя скорость по¬
тока.
Рассмотрим движение единичной частицы без учета столк¬
новения ее с другими частицами и со стенками разгонной труб¬
ки. Осевая составляющая силы взаимодействия потока и твер¬
дой частицы по выражению (259)
где F — характерная площадь твердой частицы;
Сх — коэффициент силы сопротивления;
р — плотность газа (воздуха) в данном сечении трубки.
Для сообщения частице наибольшего ускорения при задан¬
ной величине С необходимо, чтобы в рассматриваемом сечении
величина X была максимальной.
Представим правую часть выражения (259) как функцию
скорости W при 'постоянных величинах Сх, F и С, воспользо¬
вавшись уравнением состояния
Р
Р~ gRT ’
где Р — статическое давление газа;
Т—статическая абсолютная температура;
R — газовая постоянная.
212
При начальном давлении Р0 и абсолютной температуре ра¬
бочего газа Т0
здесь <р — коэффициент скорости, характеризующий все по¬
тери при расширении воздуха от Ро до Р при тече¬
нии в разгонной трубке, в том числе потери, возни¬
кающие при смешении рабочего и эжектируемого
газа и при трении о стенки;
k — показатель адиабаты.
Воспользовавшись соотношениями (302) и (303), можно
записать выражение (259) в виде
Из выражения (304) следует, что Z=0 при Z=y и Z=ф.
Это свидетельствует о наличии максимальной величины силы
сопротивления при некотором значении Z. Для нахождения
этого значения предположим, что
и, приравнивая к нулю производную X по Z, после преобразо¬
ваний найдем
(ф2 — Z2)(l — Z2) = (Z — у) [-^7 (1 — Z2) — (ф2 — Z2) j Z. (307)
k
(302)
‘2g/.RT q
(303)
* (Z-т)2 .
1 — Z2 ’
(304)
здесь
ГТ=\ W
k + 1 a* ’
У V k
k— 1 С
k + 1 a*
Максимально возможная скорость потока
W=V2gy.RT0 = 2,45g#.
Критическая скорость звука
(305)
(306)
XCxFP0 = А = const
213
В предельном случае, когда ср = 1, т. е. при течении газа без
потерь,
(тг)„, ■ “5г[‘+ Vх +
4fc (fe—1)
(308)
Отрицательное значение корня для условий рассматривае¬
мой задачи лишено физического смысла.
п w 1
Далее, при — = 1
\Г-*1Гтах = 2,45с*
при С->1Гтах и у= 1
при у> 1
при г/—>-0
1/ -5-Гшах = 0,53;
1ГюаХ= 1,31с*.
Для остальных случаев при <р=^=1 из выражения (307) по¬
лучаем
*-=1 , (309)
W Z2[X(1 —Z2) (ф2 —Z2)] '
откуда
= 1 при Zfflax = (■$¥—) =Г, ~~ < 1 при Z < ф.
W \ max /шах W
Далее можно определить вид зависимости Z=f(ф) при
С—-0:
(Ф2 — Z2) (1 — Z2) = —— Z2 (1 — Z2) — Z2 (ф2 — Z2).
ft— 1
Полагая, что С = 0, получим
co2=2fe-jZ2 31
й_1 *_i v 1
Вследствие больших потерь при течении газа с твердыми
частицами в разгонных трубках коэффициент скорости ф может
быть весьма низким (ф<0,3). При этом скорость «а начальном
участке разгонной трубки должна быть сравнительно малой.
214
Следовательно, сечение разгонной трубки должно быть пере¬
менным и уменьшаться в направлении движения потока.
С щелью проверки полученного вывода проведены сравни¬
тельные испытания сужающихся и цилиндрических разгонных
трубок. Результаты испытаний упоминались выше.
•Испытания цилиндрических и сужающихся разгонных тру¬
бок производились на струйной мельнице типа ЗС при одном
и том же расстоянии 1т между срезами трубок, равном 140 мм,
постоянных расходе, температуре и давлении воздуха. Длина L
разгонных трубок составляла 170 мм; диаметр dx цилиндриче¬
ской трубки 28 мм, диаметры сужающихся трубок 34—28 и
28—24 мм. ,
В случае применения цилиндрических разгонных трубок
(табл. 42) продукт измельчения получается более грубым, чем
Таблица 42
Сравнительные показатели измельчения кварцевого песка на установке типа ЗС
с цилиндрическими и слушающимися разгонными трубками
Длина
разгонных
трубок в мм
Диаметр
трубе»
начальный
dl
разгонных
( в мм
конечный
d-г
Содержание
фракции ме¬
нее 60 мкм
в продукте,
покидающем
мельницу, в %
Произво¬
дитель¬
ность G
в кг/ч
Дисперс¬
ность
готового
продукта
в %
Удельный
износ
трубок И'
в г/т
170
28
28
12,2
300
10,5
600
170
32
28
14,4
208
5,8
514
170
28
24
22,5
312
6,7
933
на сужающихся (остаток 7?бо=Ю,5% вместо 6—7%). Это не
позволяет непосредственно сравнивать производительности.
Помолы с применением сужающихся трубок дают продукты,
по дисперсности близкие друг другу, и поэтому производитель¬
ности можно сравнивать. При работе с трубками меньшего
диаметра (28—24 мм) производительность примерно на 50%
больше, чем с трубками диаметром 34—28 мм. Тот же резуль¬
тат получается и по выходу продукта дисперсностью менее
60 мкм.
Сравнение сужающихся и цилиндрических разгонных трубок
показывает, что на сужающихся разгонных трубках диамет¬
ром 28—24 мм выход продукта дисперсностью менее 60 мкм
в 1,8 раза больше, чем на цилиндрических трубках диаметром
28 мм. Следовательно, применение сужающихся трубок для
измельчения хрупких малоабразивных материалов увеличивает
производительность мельницы на 80%- При этом увеличивается
величина удельного износа разгонных трубок, изготовленных
из стали Ст. 3.
215
Эффективность работы струйной мельницы определяется
скоростью соударения частиц измельчаемого материала и веро¬
ятностью этих соударений. В свою очередь, эти величины зави¬
сят от дисперсности и физико-механических свойств исходного
материала, дисперности конечного продукта и т. п.
Обычно в литературе [1, 2, 21, 30, 79, 80] рассматриваются
ускорения и столкновение друг с другом одиночных частиц
шарообразной формы в свободных струях, имеющих постоян¬
ную скорость, вероятность столкновения этих частиц и т. п.
В действительности же при разгоне измельчаемого материала
полидиспероного состава в условиях стесненных струй, разви¬
вающихся в сносящих или противосточных потоках, методы
рассмотрения одиночных дискретных частиц вряд ли могут счи¬
таться оправданными.
Это соображение следует дополнить еще и следующим. Само
по себе определение скоростей соударений и других парамет¬
ров, характеризующих процессы разгона частиц и их встречи
в помольной камере не позволяет решить задачу с достаточной
[степенью полноты. Дело в том, что необходимо определить
Юптимальные значения этих параметров. В настоящее время
ieme не имеется необходимых данных для решения указанной
(Задачи в общем виде. Поэтому приходится обращаться к экс¬
периментальным данным. I 1
1 Ряд таких сведений полученных в лаборатории струйных
мельниц ВНИИНСМа, (приводится ниже.
г 1
I
Кратность циркуляции частиц при измельчении
на противоточной струйной мельнице
Эта величина может быть определена экстраполированием
описанного выше случая до дисперсности продукта S', равной
3000 см2/г. При образовании поверхности 300 см2/г за цикл
число циклов или циркуляции
что подтверждается аналогичными исследованиями по удель¬
ному износу. Следовательно, можно полагать, что число цик¬
лов составляет A'4=3-f-4 на 1000 см2!г прироста удельной по¬
верхности.
Оптимальный расход измельчаемого материала
в разгонной трубке
Величина расхода твердого материала в разгонной трубке
определяет эффективное сопротивление и скорость разгона час¬
тиц, отвечающие максимальной эффективности работы уста-
216
hobkii. Оптимальный расход является функцией гранулометрии
продукта, формы его частиц, удельного веса, а также парамет¬
ров энергоносителя.
Эта величина, являясь статической характеристикой, может
быть определена экспериментально. Так, при измельчении лю¬
берецкого кварцевого песка .Рбо=99,9% с основным содержа¬
нием частиц d0=0,5 мм на установке типа ЗС с противоточной
струйной мельницей типа СЭ-600, потребляющей 450 м3/ч сжа¬
того воздуха давлением 0,7 Мн/м2 при температуре 293 °К,
производительность этой установки составляет 300 кг/и по про¬
дукту с /?бо= 1э-5% и удельной поверхностью S' = 3000 см2/г.
Расход материала в разгонных трубках, приведенный к произ¬
водительности Пс, составит
— - кг/ч-мм2, (311)
JX rfyi
где dT — диаметр разгонных трубок (равен 28 мм);
Кт = 0,234 кг/ч-мм2.
Оптимальная концентрация материала в помольном объеме
Этот показатель, определяющий удельную производитель¬
ность установки при заданной объемной концентрации энергии
где Рг — мощность газовых струй в объеме;
Vп — помольный объем,
основан на представлении о двухфазном газе, состоящем из
газа энергоносителя и частиц измельчаемого материала. При
равномерном объемном распределении скоростей частиц и са¬
мих частиц в объеме такой двухфазный газ в случае наложения
условия поступательного движения частиц с достаточной сте¬
пенью точности, описывается метрикой Максвелла—Больцмана.
Разница по сравнению с обычным газом заключается в том,
что наряду с понятием «свободный пробег твердой частицы /.»,
т. е. «путь между двумя столкновениями частиц», вводится по¬
нятие «длина свободного пролета s0», т. е. «расстояние, кото¬
рое пролетают частицы с данной начальной скоростью в непод¬
вижном газе». При s>K столкновение частиц вероятно; при
s</„ частицы теряют скорость до столкновения. Очевидно, с
увеличением скорости движения частицы ее энергия возрастает
вместе с вероятностью столкновения.
8 В. И. Акунов 217
При определенной энергонапряженноети помольного объема
число столкновений частиц будет определяться, кроме того, их
размерами. Разработанный Румпфом [78—79, 80] график зави¬
симостей длины пробега Я и пролета s от размера частиц б
и начальной скорости движения и концентрации продукта в
объеме (рис. 112) построен для материала с удельным весом
у=1.
При построении этого графика использовалась следующая
зависимость:
Я =
6(1 —е)/2 10(1 — е)
(312)
где б — размер частицы;
(1—в) —концентрация твердого газа материала в газе.
Для частиц, равномерно распределенных в объеме с равно¬
вероятным направлением движения,
1000
ю
0.1
0,01
Z'
4
tv
ч
is
r/
AS
Грубое с
ообле
ние
w
Тонкий
омол
У К
f//J i
Сверх¬
Шш
тонкий
помол
Г/
///sfSxSs.
|
sXVyl 1
ri !
3 Ю 30 ЮОми
Рис. 112. Зависимость свободного пролета
и свободного пробега Я частиц от их
размера б при начальных скоростях vo=
= 100-н10 м/сек, концентрации 1—e=J0-3-H
-т-10-2 (форма частиц шарообразная,
плотность 1 г! см3)
вероятность соударении
при 30—100%-ном ис¬
пользовании скорости со¬
ставляет около 10%, т. е.
Кз=0,1. При встречном
направлении двух пото¬
ков, как было показано
выше, К3= 0,5.
Из изложенного сле¬
дует, что при постоянных
концентрациях материа¬
ла и энергии в помоль¬
ном объеме его удельная
производительность так¬
же постоянна.
Экспериментально до¬
казано, что помольный
объем противоточной
струйной мельницы пред¬
ставляет собой цилиндр
= -fidhr, Ц (313)
4
где 1Т—расстояние меж¬
ду срезами раз¬
гонных трубок.
Концентрация материала в помольном объеме для рассмат¬
риваемого случая
ПГ пг 4 Пг
= - л =4- V -- (314)
ndi
1т
IT
218
Оптимальная энергонапряженность помольного объема
Энергонапряженность помольного объема
р тс тс?
Рг = — = = 1Г-А Т- . (315>
Уп 2 gVn 2gndTlT v
где m — массовый секундный расход энергоносителя;
Сг — скорость истечения энергоносителя в м/сек;
Vn - - помольный объем в м3.
Для рассматриваемого выше примера при объемном весе
воздуха 1,3 кг/м3 и скорости истечения струи, равной 250 м/сек,
d 450-1,3-2502 ч
Рг = ! = 1300 X Ю3 вт/м3,
3600-2-9.81-0,028-0,14
иначе говоря, Рг' = 1300 квт/м3. Именно столь высокая концен¬
трация энергии и обусловливает высокую эффективность из¬
мельчения.
Оптимальная длина разгонной трубки
Этот важнейший конструктивный параметр установки тоже
является статистической величиной, так как определяется сово¬
купностью нескольких величин: концентрацией измельчаемого
материала в трубке; его гранулометрией; показателями проч¬
ности; дисперсностью исходного материала и продукта; скоро¬
стью истечения; плотностью и температурой энергоносителя;
степенью стесненности движения частиц в трубке, взаимодей¬
ствия их со стенками и др. Решение задачи усложняется также
требованием минимального износа стенок трубки.
Такая задача вряд ли может быть достаточно точно решена
обычными методами механики единичной материальной точки.
В этом случае необходимо использовать экспериментальные
данные.
Оптимальная длина разгонной трубки определяется усло¬
виями: а) максимального использования энергии струи энерго¬
носителя; б) сообщения частице измельчаемого материала до¬
статочно высокой скорости измельчения.
Для удовлетворения первого условия, необходимо, чтобы
длина разгонной трубки была не менее
LT = (5 + 6)dT, (316)
где dT — диаметр разгонной трубки, определенный исходя из
рассматриваемой выше величины оптимального рас¬
хода Кт\
8* 219
Величина AVopt =0,234 кг/ч на квадратный миллиметр сече¬
ния трубки при помоле люберецкого кварцевого песка с преи¬
мущественным содержанием частиц бц = 0,2 мм, удельным ве¬
сом у, =2,5 г/смг и удельными энергозатратами, приведенными
к шаровой мельнице. Л" = 360 Мдж/т по продукту с дисперсно¬
стью #60= 1-^5%.
Как показано экспериментально, для этого материала опти¬
мальные LT=170 мм, dT=30 мм
LT = —— == 5,7dr . (318)
30
Оптимальное расстояние между срезами разгонных трубок
в помольной камере
If , = 140 мм = - = 4,7dr ■
'upt ^ 30
Как следует из вышеизложенного, оптимальное расстояние
между срезами разгонных трубок должно быть равно длине
потенциального ядра струи:
/oPt = 4.44dc. (З’Э)
Из рис. 113 следует, что при 1т<1тарХ возрастет противо¬
давление на выходном срезе каждого из эжекторов. При / >
>/г„р, уменьшается величина площади встречи струй, на кото¬
рой скорость частиц, находящихся в потенциальном ядре сгруи.
О
Рис. 113. Схема взаимодействия струй в помольной ка¬
мере:
/ — зона прямого встречного удара, II — зона косого встречного
удара, III — зона случайных ударов
сохраняет значение, приобретенное на срезах разгонных трубок.
Поэтому отклонение от 1Тор1 влечет за собой уменьшение про¬
изводительности мельницы.
В общем случае, если известны оптимальные условия из¬
мельчения какого-либо материала с удельными энергозатра-
220
тами Ai Мдж/г при исходной дисперсности бц мм и продукт
с S'cM2/e или 621 мм на мельнице с оптимальными LT, dT и 1т, то
Рис. 114. Зависимость пути про¬
лета шарообразной частицы в
воздухе от ее размеров и на¬
чальной скорости (\’=Н
Рис. 115. Зависимость расчетного пути
разгона шарообразной частицы от ее
размера и конечной скорости (у=1)
Srr, мм
г
1
0,8
0,6
0,4
о/
Обь
ф)6
О
. ^
1 1
к Стеклянные шарики 015 мм
_ о „ „ 012 „
1
5С 1
F V
»*
.» 010 » =i
U
о Стеклянные шарика &8мм
о-
о
ШИ
'w
j
о
тЦ
X
■ } )ш
с
ш.
1
I и
О 100 Z00 300 ООО 500 60П 700м,м/сек
Гис. 116. Зависимость среднего размера частиц продукта,
полученного при ударе стеклянного шара о стальную
плиту
при работе на том же энергоносителе величина Кт — const,
а длина раэгонной трубки определяется выражением
LT, = Ln -Л-г- ■ !*-*«_. (320)
A S, Tx Bn
При переходе от энергоносителя со скоростью истечения Си
к энергоносителю со скоростью С2
Второе условие, которому должна отвечать длина разгонной
трубки,— обеспечение оптимальной скорости разгона частицы,—
может быть определено на основе экспериментальных данных
Рейнерса [77], согласно которым значение оптимальной разру¬
шающей скорости для большинства твердых и хрупких пород
dm, мм
Рис. 117. Зависимость эффектив¬
ности измельчения от скорости
УДвра
Z00 ООО 600 WK, м/сек
лежит в интервале 300—500 м/сек, что соответствует для про-
тивоточной струйной мельницы максимальной скорости раз¬
гона 150—250 м/сек.
Для оценки порядка величины пути разгона частиц и вы¬
бора рабочих скоростей их столкновения можно воспользоваться
экспериментальными и расчетными данными (рис. 114—117)
Рейнерса и Румпфа [77—80].
♦
I
Глава VII
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПРОТИВОТОЧНЫХ
СТРУЙНЫХ МЕЛЬНИЦ
Расчет этого типа мельниц сводится в основном к определе¬
нию конструктивных размеров помольной камеры. Остальные
конструктивные узлы мельницы — разделитель, пылеуловитель
■и пневмотранспортная система — так же как бункера и пита¬
тели рассчитываются обычными методами, описанными в лите¬
ратуре [15, 40, 41, 66].
Выбор' энергоносителя производится исходя из требований
минимума стоимости помола. Последняя с достаточной для
практики точностью может приниматься равной удвоенной
стоимости энергии, затраченной для получения данного энерго¬
носителя.
Стоимость сжатого воздуха давлением 6,6—0,8 Мн/м2 при
температуре 20 °С составляет в промышленных условиях 5—
10 руб/т. Следует учесть, что при повышении температуры воз¬
духа до 400—500 °С (что может быть достигнуто различными
способами) при условии сохранения указанного давления удель¬
ный расход его снижается вдвое. Поэтому при наличии деше¬
вого топлива или использования отходов тепла стоимость, горя¬
чего воздуха может быть снижена до 3—6 руб/т.
Температура воздуха определяется обычно тепловыми харак¬
теристиками измельчаемого материала. При измельчении легко¬
плавких материалов воздух следует охлаждать.
Стоимость второго вида энергоносителя — перегретого пара
при давлении 0,6—0,8 Мн/м2 и температуре 350—400 °С состав¬
ляет 2—3 руб/т. Обычно предприятия располагают насыщен¬
ным паром, который необходимо перегреть, чтобы повысить
его энергетические качества и предотвратить конденсацию в
пределах рабочего тракта установки. Во всех случаях, когда
это не противопоказано какими-либо технологическими сообра¬
жениями, следует отдавать предпочтение перегретому пару.
Необходимо учесть, что при помоле на перегретом паре, прак¬
тически устраняются все помехи, связанные с адгезией измель¬
ченных материалов, что исключает необходимость применения
поверхностно-активных веществ.
223
Определение удельного расхода энергоносителя. За основу
при определении удельного расхода энергоносителя принимают
экспериментально установленные на мельнице ЗС и достаточно
хорошо коррелирующиеся с литературными данными удельные
расходы сжатого воздуха /, = 0,6ч-0,8 Мн/м2 и /=20 °С и пере¬
гретого пара Р=0,6Ч-0,8 Мн/м2, / = 350=400 °С при измельче¬
нии люберецкого кварцевого песка с основным содержанием
частиц 0,2 мм, максимальным расходом частиц 1 мм и получе¬
нием продукта с дисперсностью, характеризуемой остатком 1—■
5% на сите 0060 (60 мкм) и удельной поверхностью S'=
=2500 см2/г. Для описанного случая удельные расходы состав¬
ляют: воздуха /=20°С, G' = 2,0 г на 1 г продукта, воздуха / =
= 400°С, G' =1,0 г на 1 т продукта, перегретого пара G„ =
= 0,5 т на 1 т продукта.
При получении такого продукта на обычной шаровой мель¬
нице удельные энергозатраты составляют Лш=360 Мдж/т.
Таким образом 3,6 Мдж/т энергозатрат на шаровой мельнице
соответствует затратам на струйной мельнице: воздуха / = 20°С,
G* =20 кг/кг, воздуха /=400 °С, G* =10 кг/кг, перегретого
пара /=350=400 °С, С* =5 кг/кг. Эта зависимость подтверж¬
дается экспериментальными данными, полученными при помоле
каменных углей на струйных мельницах [56, 57], представлен¬
ных на рис. 118.
Если известны удельные энергозатраты Амт Мдж/т на из¬
мельчение данного материала в промышленных условиях на
оптимальном измельчителе с мелющими телами, то можно опре¬
делить удельные расходы при помоле того же материала на
струйной мельнице по формуле
Gi ----- G* Амг кг/т, (322)
где G* — приведенные выше относительные удельные затраты
воздуха или перегретого пара в т/т.
При изменении дисперсности готового продукта соответст¬
венно изменяются удельные энергозатраты. Для учета этого
обстоятельства можно воспользоваться эмпирической зависимо¬
стью, представленной на рис. 119.
Если для двух дисперсностей S,' и S'2 соответствующие
удельные энергозатраты составляют А1 и А2 то из условия
Ay _ Si
A s’
следует, что
S'
а2 = А -г-;
s,
224
соответственно удельные затраты энергоносителя
s.;
0гг = 6',!
(322а)
Выбор исходной дисперсности измельчаемого материала
(размер частицы 61) определяется условиями оптимального
предварительного дробления. Обычно рекомендуется измель¬
чать материал с частицами не более 5—6 мм.
£.кг/т
400
300
200
too
50
О
У
У
✓
У у
/ /
У
—tf-
У
1 //
1JJ
1
1
1
1
|
А, *3,6 Мдж/Т
Пт/ч
20 40 60 ПрхЗ,6 Мдж/Г
“к
Рис. 118. Зависимость удельных рас¬
ходов перегретого пара и электро¬
энергии при измельчении некоторых
материалов на струйной и шаровой
мельницах:
1 — кварцевый песок, #во=5%. 2 — цемент.
S' =2500 см2, /?88в15%, 3 — антрацит, Rlb =
— 20%, 4 — битуминозный уголь. R75=30%
С из
руб/т
5
У
3
2
1
0
■ 100
50 S'xIO*
Рис. 119, Зависимость удельных энер¬
гозатрат от дисперсности цемента
при его измельчении на шаровых
мельницах
Выбор скорости столкновения частиц определяется экспери¬
ментально установленным оптимумом и лежит в пределе 200—
400 м/сек. Это определяет максимальную скорость разгона
частиц
W4 = = 100 ч- 200 м/сек.
га 2
Определение размеров разгонных трубок. Располагая дан-,
ными о размере частицы б, ее плотности ро, плотности энерго¬
носителя pL и его кинетической вязкости v, можно рассчитать
длину пути разгона частицы s по изложенной выше методике
или воспользоваться графиками, приведенными на рис. 112
и 114.
Необходимо, чтобы длина разгонной трубки Z.T>Smin. Длина
разгонной трубки LT должна удовлетворять условиям макси¬
225,
мального отбора струи энергоносителя, что определяется вза-и-
-моотношением
= 5 -5- 7, (323)
■где dT — диаметр разгонной трубки,
или
Ег = (5 ч- 7) dr; (324)
здесь smln—минимальная расчетная длина пути разгона
частицы.
Диаметр разгонной трубки dT определяется на основании
экспериментально установленных значений оптимального удель¬
ного расхода измельчаемого материала в разгонной трубке Кт,
связанного с производительностью зависимостью
Кт = — • — - кг/ч-мм2. (325)
71 dj*
Для случая тонкого измельчения кварцевого песка на струй¬
ной мельнице ЗС при работе на воздухе
Ктв — 0,234 кг/ч-мм2. (326)
Эта величина соответствует приведенным затратам энергии
•при помоле на шаровой мельнице того же материала А\ —
= 360 Мдж/т. При переходе на другой материал, помол кото¬
рого характеризуется удельными энергозатратами Л2, величина
Кт изменится в соотношении —:
Л,
Кт = А2- (327)
”1
соответственно, диаметр разгонной трубки
d' = VT'KT- {328)
Полученное значение диаметра должно одновременно удов¬
летворять требованиям
dT > ■ (329)
Если это условие не выполняется и длина разгонной трубки
недостаточна, необходимо уменьшить исходную дисперсность
измельчаемого материала,
226
Оптимальное расстояние между срезами разгонных трубок
1т в помольной камере определяется условиями оптимального
взаимодействия двух встречных запыленных потоков и, как это
показано экспериментально (рис. 113), равно длине потенциаль¬
ного ядра струи, которая связана с диаметром сопла разгон¬
ной трубки соотношением
1т opt = Inom = 4.44dr • (330)
При сближении эжекторов 1т<1Пот противодавление на сре¬
зах эжекторов возрастает, что ухудшает их помольные харак¬
теристики.
При раздвижке эжекторов 1т>1Пот уменьшается площадь
встречи потенциальных ядер струи и эффективность измельче¬
ния уменьшается.
Толщина футеровки разгонных трубок бфУтх определяется
износостойкостью футеровки, абразивностью измельчаемого ма¬
териала и расчетным сроком службы. Так, при тонком измель¬
чении кварцевого песка на струйной мельнице ЗС при толщине
футеровки 8—10 мм срок службы комплекта составляет для
металлокерамики ВК6 750 ч, для минералокерамики С8 3000 ч.
Футеровка набирается из колец высотой 10—20 мм. Осталь¬
ные конструктивные размеры эжекторов определяются по ши¬
роко известным методам расчета струйных эжекторов.
Размеры помольной камеры являются функциями диаметра
разгонных трубок. Экспериментально установлены следующие
оптимальные соотношения:
диаметр камеры
DK=(4+5)dr; (331)
длина камеры
LK = 2,5DK . (332)
Длина трубы, соединяющей помольную камеру с раздели¬
телем,
1-тр !> (5 ч- 10) DK .
(333)
Диаметр труб подсоса газа
О
А
!!
О
*
(334)
Диаметр течки возврата
Dre = 0,8DK .
(335)
Толщина футеровки помольной камеры при ее
изготовления
из хромистого или бористого чугуна
Ьфк = 3 0 -г 50 мм.
(336)
227
Таблица 43
Типаж протнвоточных воздухо- и пароструйных мельниц для тонкого
измельчения материалов
№
серии
Произво¬
дитель¬
ность
в т/ч
Расход энергоносителя
в т/ч
Расчета ыЛ
параметр
сжатого воз¬
духа
(P=0,G-s-0.8
Мн/мг;
Ы 15=20 С)
перегретого
пара
(Р=0.6н-0.8
Mh]v*\
/=250-т-300 С)
X
dTN
~dTN
X*
1
0,3
0,6
0,15
1
30
30,0
1
2
0,5
1,0
0,25
1,29
38,7
39,0
1,67
3
0,75
1,5
0,38
1,58
47,4
47,0
2,5
ч
1,5
—
0,75
2,24
67,2
67,0
5,0
5
3,0
—
1,5
3,16
94,8
95,0
10,0
6
5,0
—
2,5
4,09
122,7
123,0
16,7
7
10,0
—
5,0
5,76
172,8
173,0
33,3
8
15,0
—
7,5
7,07
212,1
212,0
50,0
9
25,0
—
12,5
9,13
273,0
274,0
83,0
10
50,0
—
25,0
12,92
387,6
388,0
167,0
11
ИХ),0
—
£0,0
18,25
547,5
548,0
333,0
12
150,0
—
75,0
22.36
670,8
671 ,0
£00,0
13
300,0
150,0
31,63
124,8
1249,0
1000
Таблица 44
Нормальный (плотный) ряд протнвоточных воздухоструйных мельниц типа ЗС
cl
OJ
S'
Расчетные параметры
Расход &нер: оноентоля
J?
•5
аз
£
43
<
ей
£
•o
в т/ч
S>
a-
и
~ ©
X
и+ 11
со
■i* © *•
° ii
r?
+
•I-
О
*?
II
— 2? ©
Wn „ 8
° I
cq to
co
© .1. у
•h© ьГ
d'"^-©
13 * CO
= 5 +
1
30
1
30
0,3
1
0,3
0,6
0,15
0,6
0,15
2
—
1,25
38
—
1,56
0,47
0,94
0,23
3
—
1 ,565
■17
—
2,45
0,735
1,47
0,37
4
—
1,96
59
—
3,84
1,15
2,3
0,58
5
—
2,44
73
—
5,92
1.78
3.56
0,89
6
—
3,06
90
—
9,0
2,7
5,4
1,35
7
—
3,83
115
—
14,6
4,38
8,76
2,18
8
—
4,76
143
—
22,6
6,78
13,56
3,4
9
—
5,98
179
—
35,6
10,7
21,4
5,35
10
—
7,46
224
—
56,0
16,8
33,6
8,4
11
—
9,35
280
87,6
26,3
52,6
13,2
12
—
11,7
350
—
137
41,0
82,0
20,5
13
—
14,6
438
—
214
64
128
32
14
—
22,8
625,8
—
520
156
312
78
15
—
35,6
1065
—
1270
380
760
199
16
55,6
1670
—
3100
980
1860
490
228
Толщина плит-ограничителей
8„, = 50 мм.
(337)
В соответствии с описанной методикой моделирования струй¬
ных мельниц с плоской и трубчатой помольными камерами раз¬
работан типаж противоточных струйных мельниц типа ЗС, ос¬
новные показатели которого приведены в табл. 43 и 44 [12].
Расчет пылеразделителя.
Установки типа ЗС с проти-
воточными струйными мель¬
ницами оснащены раздели¬
телями типа КОВ-600, а
установки типа 6С — разде¬
лителями типа КОВ-1200
и КТП [41]. Как видно из
схемы разделителя типа
КОВ (рис. 120), запылен¬
ный газ поднимается из по¬
мольной камеры по патруб¬
ку 1 и подается в кониче¬
ский корпус 3 разделителя, ь
котором вращается ротор 4.
Последний представляет со¬
бой усеченный конус, на
ооковой поверхности которо¬
го укреплены ребра-лопат¬
ки. Нижние концы ребер
упираются в круглую пли¬
ту, верхние выступают над
поверхностью ротора. Вал
укрепленный на двух шари¬
коподшипниках, соединяет¬
ся с электродвигателем 7
посредством клиноременной
передачи 6. Во время вра¬
щения ротора поток газа,
проходящий в щель между
внешним конусом и рото¬
ром, завихряется и части¬
цам сообщается вращатель¬
ное движение. Попадая в пространство под крышкой раздели¬
теля, газ проходит через зазоры между лопатками и по па¬
трубку с улиткой 5 выводится наружу. Грубый продукт выво¬
дится по коническому патрубку 2.
В разделителе осуществляется двухстадийное разделение.
Первая стадия разделения происходит в кольцевом кипящем
слое, образующемся на стенке конуса ниже ротора. Здесь про-
229
Рис. 120. Схема отбойно-вихревого
пылеразделителя КОВ
исходит выделение наиболее крупных частиц и возврат их в
трубы помольных эжекторов. Одновременно резко снижается
концентрация твердой фазы в газе, что позволяет осуществлять
четкое разделение. Вторичное разделение порисходит в обла¬
сти, расположенной между верхними крышками ротора и ко¬
жуха. Находящиеся в вихре газа частицы подвергаются воз¬
действию центробежной силы
где d — диаметр частицы в см;
Y удельный вес частицы в г/см3;
g — ускорение силы тяжести в см/сек2;
п —■ скорость вращения ротора в об/мин;
R — радиус окружности, описываемой средними точками
Лопаток;
г — радиус круговой орбиты частицы в см.
Для частиц с граничным размером, для которых F^ =Fn
(где F4 — радиальная центростремительная сила воздействия
потока на частицу),
где С — коэффициент сопротивления частицы;
К — коэффициент формы частицы;
vb — удельный вес энергоносителя;
vr — радиальная составляющая скорости потока.
При работе на воздухе для верхней зоны разделения мож¬
но с достаточной степенью точности принять Re^lO. Тогда в-,
соответствии с законом Стокса
где v — кинематическая вязкость воздуха в см2/сек.
Коэффициент формы частиц К составляет для частиц: ша¬
рообразных 1,0; округлых 1,1; многогранников 1,53; продолго¬
ватых 1,76; пластинчатых 3,8.
Соответственно для работы на воздухе получим
(339)
13
(340>
/Не
I 3
230
Размер частицы, по которой происходит разделение, опре¬
делится выражением
2 2 2 '
d = 14.55А: 3 ^ j 3 vs3 Q 4. см. (342>
R 3 hn3
Учитывая, что
найдем
h_Hi±Jh
2
£ _ Pi + Pa
2
d=l,78^-. ^—- см. (343)
J_ Нг +Hi _5_ JL
7 3 (Px + P2) 3 « 3
Зависимость границы разделения от числа оборотов ротора
для разделителей КОВ-500, КОВ-600 и КОВ-1200 показана на
рис. 121.
Влияние концентрации твердой фазы в энергоносителе (воз¬
духе) иллюстрируется данными табл. 45. Зависимость закруп-
нений (фракции более 60 мкм) от числа оборотов ротора пред¬
ставлена на рис. 122.
Таблица 45
Влияние концентрации пыли на работу разделителя КОВ-500 (расход воздуха
810 мя1ч, скорость вращения ротора 500 об/мин)
Подача исходного
материала в кг/ч
Концентрация по
тонкой фракции в
исходной пылевоз¬
душной смеси в кг/м*
Остаток Д„„ в
исходном
материале в %
Выход!тон-
кого продукта
в %
Остаток Пт
в тонком
продукте в %
16,4
0,020
1,2
91,6
0,0
39,1
0,048
1,9
90,0
0,0
108,2
0,134
0,5
87,8
0,0.
267,0
0,330
1,6
62,7
0,0
439,5
0,555
1,2
81,0
0,2
805,7
0,994
0,6
91,0
0,7
1208,4
1,562
1,0
92,8
1,4
Процесс разделения определяется также формой частиц.
Это обстоятельство учитывается при расчете коэффициентом,
значения которого для различных материалов приведены в
табл. 46.
231
Обычно число оборотов ротора подбирается по величине ча¬
стиц, отвечающих граничному значению, которое равно поло¬
вине максимального размера частиц продукта, по техническим
условиям. По графику ьа рис. 121 определяют число оборотов
ротора в минуту, которое умножается на числовое значение К,
определяемое по табл. 46.
Условия моделирования
разделителей, в частности раз¬
делителей типа КОВ, очевид¬
но, аналогичны условиям мо¬
делирования струйных мель¬
ниц при постоянных окруж-
%
мк
ЗАО
320
300
280
260
| 2А0
5? 220
1 200
§■ 180
§ 160
I МО
£ 120
100
ВО
60
АО
20
О
1
и/
1
2
1
\
,3
V
\
Л
X
о
ч
<
100 300 500 700 ООО оВ/мин
Скорость Вращения ротора
.Рис. 121. Расчетные зависимости
границы разделения от скорости
вращения ротора пылеразделите¬
ля КОВ:
/ — КОВ-500, расход воздуха 850 нм3}ч;
2—КОВ-бОО. расход воздуха 1800 нмъ!ч\
3 — КОВ-12000, расход воздуха 7000 нм^/ч
Рис. 122. Зависимости остатка Reo в
тонком продукте от скорости вра¬
щения ротора:
/ КОВ-бОО, расход воздуха 850 нм^/ч;
2—КОВ-600, расход воздуха 1800 нм51ч
ных скоростях роторов в м/cetc, угла наклона лопаток ротора
щ и внешнего кожуха разделителя а2, скоростей газового по¬
тока в элементах разделителя,, здаыленности газа и перепада
давления.
Тогда модельный множитель
'-Vw-VH-
где Пм — производительность разделителя модели, например
КОВ-600, по данному материалу и продукту;
Пн — заданная производительность натурного раздели¬
теля.;
232
Таблица 46
Вспомогательные данные для определения требуемого числа оборотов ротора
Материал
Удельный
Еес у в г/с и
Ко^ффи-
цнент
формы k
(тГ
аг
X
Свинцовый сурик
8,6-9,1
1,53
0,31
0,42
0,65
Кварцевый песок
2,65
1,10
0,56
0,64
1,00
Охра
3,50
1,53
0,57
0,66
1,13
Обожженая известь
2,8—3,2
1,53
0,67
0,74
1,15
Цемент
2,6—3,2
1,53
0,70
0,77
1,19
Доменный шлак
2,6—3,0
1,53
0,70
0,77
1,19
Известняк
2,5—2,8
1,53
0,72
0,78
1,21
Стекло
2,2—2,8
1,53
0,79
0,83
1,29
Асбест
2,1—2,8
1,76
0,89
0,92
1,42
Мел
1,8—2,6
1,53
0,90
0,92
1,43
Обыкновенный кирпич
1,4—1,6
1,53
1,06
1,04
1,62
Антрацит
1,4—1,8
1,53
1,06
1,04
1,62
Уголь бурый
1,2—1,5
1,53
1,17
1,13
1.75
Гашеная известь
1,15—1,25
1,53
1,21
1,15
1,79
Слюда . .
2,6-3,2
3,80
1,28
1,21
1,87
Г рафит
2,3—2,7
3,80
1,40
1,23
1,99
Береза (воздушно-сухая)
0,5—0,8
1,76
2,32
1,88
2,91
Сосна (B3i душно-сухая)
0,4—0,6
1,76
2,68
2,10
3,26
Примечания. 1. Таблица составлена при минимальных
значениях у.
2. Форма частиц зависит не только от рода материала, но и
от типа
измельчителя.
Для приведенных материалов коэффициент k указан применительно к наиболее
встречающейся форме частиц.
часто
Qm и Qh — соответствующие расходы энергоносителя для мо¬
дели 'И натуры.
Линейные размеры натурного разделителя получаются путем
умножения соответственных размеров разделителя КОВ-600
на Д.
При работе на паре необходимо учитывать, что расход его
уменьшается примерно вдвое, а плотность возрастает во столь¬
ко же раз, что позволяет сохранить размеры разделителя без
изменения. Число оборотов ротора разделителя необходимо оп¬
ределить из условий сохранения постоянной оптимальной ок¬
ружной скорости, экспериментально установленной для разде¬
лителя КОВ-600 при измельчении данного материала и по дан¬
ному продукту.
Расчет разделителя типа КОВ для установки 6С (табл. 47)
Производительность Пн=5000 кг/ч. Дисперсность продукта
/?бо=5%. Энергоноситель —перегретый пар с давлением 0,8Мн/м2
и температурой .590 °К.
£ В. И. Акунов
Техническая характеристика разделителей КОВ
Таблица 47
Показатели
КОВ-500
КОВ -600
КОВ-1200
(опытный)
Диаметр верхней части камеры в мм
500
600
1200
Расход воздуха в м3/ч
До 850
До 1800
До 7000
Гидравлическое сопротивление в н/мг
980—137
118—236
980—147
Дисперсность готового продукта диа¬
метр основной массы (7096) частиц
в мкм
10—30
10-30
10—30
Суммарный остаток в % на сите:
0060
0—15
0-15
0—25
0088
0—10
0—10
0—15
Пропускная способность в кг/ч . . .
До 1500
До 3000
До 12 000
Производительность в кг/ч:
В вибропо-
В вибропо-
В установке
мольной
МОЛЬНОЙ
6С со
установке
установке
струйной
Jye з М200-1,5
№ 2 М200-1,5
мельницей
песок с остатком 0% на сите 0060
120
160
—
песок с остатком 15% на сите 0060
300
350
—
смесь 70% извести и 30% песка
с остатком 5% на сите 0060 .
360
—
—
смесь 80% очажных остатков и
20% извести с остатком 14%
на сите 0060
670
—
—
стандартный цемент
—
—
До 3000
К- п. д. илн полнота извлечения в %
До 80
До 70
До 70
Установочная мощность электродвига¬
0.6
1.0
2,8
теля в кет
Габариты в мм:
высота
505
790
1480
длина
890
710
1425
ширина
535
670
1300
Вес в кг
100
125
585
Примечание. При расчете разделителя на другую производительность можно
использовать методику моделирования помольных камер струйных мельниц.
Модельный множитель
у пм у 300
где Пм — производительность разделителя КОВ-500 по указан¬
ному продукту (300 кг/ч).
Диаметр разделителя
DH = 4,1 Дм — 4,1 -600 = 2460 мм. (3 44
Полная высота
= 4,1НТМ = 4,1 -790 = 3639 мм.
234
В цементной промышленности наиболее распространены пы-
леразделители насыпного типа. Максимальная производитель¬
ность таких устройств достигает 50—100 т/ч при диаметре 5—
8 м.
В печати появились сведения о циклонных пылеразделите-
лях с производительностью до 250 т/ч и диаметром до 5 м.
Удельная производительность этих пылеразделнтелей, выпу¬
скаемых фирмой Ведаг в ФРГ, примерно вдвое выше, чем у
насыпных пылеразделите-
лей (рис. 123) [66].
Для струйных мельниц
представляют большой ин¬
терес пылеразделители без
движущихся частей. К это¬
му типу пылеразделнтелей
относятся биконический пы-
леразделитель фирмы По-
лизиус, ФРГ и вихревой
разделитель фирмы Булл
инжиниринг К° США.
Выбор типа пылеосади-
теля. Последние десятиле¬
тия ведется весьма интен¬
сивная работа в области
создания эффективных, дол¬
говечных и надежных пыле-
осадителей. Доминирующим
следет считать вихревой пы-
леосадитель. По литератур¬
ным данным коэффициент
осаждения в этих аппара¬
тах достигает 90—95% [Г2].
Учитывая наличие на струйной мельнице дешевого энерго¬
носителя, следует считать весьма перспективным применение
вихревого осадителя нового типа с системой вспомогательных
сопел, через которые в осадитель вводится газ повышенного
давления. Этот тип вихревого осадителя, обеспечивающий прак¬
тически 100% улавливания частиц размером более 5 мкм и
90% частиц размером до 1 мкм, представляет исключительный
интерес, учитывая особенности зернового состава продуктов из¬
мельчения, полученных на струйных мельницах.
Выбор пылеуловителя. Для струйной мельницы высокой
производительности возможно применение двух видов пылеуло¬
вителей — электростатического и тканевого.
За последние десятилетия оба типа пылеуловителей получи¬
ли значительное развитие. В частности, создание термостойких
фильтровальных тканей из стеклянного или полимерного волок¬
Рис. 123. Зависимость удельной про¬
изводительности в т/ч на 1 м2 мак-
симального поперечного сечения от
дисперсности продукта для насыпно¬
го и циклонного пылеразделнтелей
(данные по цементу обозначения):
— циклонный разделитель WEDAG;
обычные насыпные разделители
9* 233
на позволило использовать тканевые фильтры при повышенных.
температурах (до 250°С).
Вместе с тем при сравнительно невысокой удельной на¬
грузке на ткань, составляющей не более 100 ж3/ч на квадрат¬
ный мето. для струйной мельницы пооизводптельностью
100 т1ч необходим фильтр с рабочей площадью 1000 м2. Габа¬
риты такого фильтра будут достаточно велики, так же как и
гидравлическое сопротивление. Поэтому целесообразно примене¬
ние пылеуловителя, например струйно-вихревого...
ПРИЛОЖЕНИЕ I
ЗНАЧЕНИЯ УДЕЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕЙ
ПО НОРМАЛЬНОМУ РЯДУ [51
1 5
X
Сч
о 5
ЁЯэ
• ь.
3. ^
с.
о
Наименование и крат¬
|н
в ^
5§ё
£ х а*
*5 IU *~ч.
О fj ь
%« *
X я V ■*-
„ I Д-
® г: |н |
та л и 1
с
кая характеристика
3 и
wO F-.
’3 -3 ь.
х. р О-—
Я *
£2 х ®
5 оу:5
5*5
о
с
%
измельчителей
3=0
S3 “
с
>>2 ®
£ Ь я
° п
сЕе;
- = te
О Г- '** ^
'-£
*** (П £ (Q
о
з
sn
?9 Н
^3 сз
&£5-«
/> и Ь t
1
Бегуны сухого
помела с непод¬
вижней чашей и
стальными катками:
АГв 1
0,37
1,0
0,37
—
—
2
1,1
1,8
0,61
—
—
3
1,85
3,3
0,56
—
4
2,95
4,5
0,66
—
—
5
5,9
8,2
0,72
—
—
6
8,8
13,8
0,66
—.
—
7
12,5
18,5
0,68
2,0
5,5
0,11
8
19,1
27,3
0,7
—
т — 0,62
|gm= —1,79
т — 5,5
т — 0,11
2
Валковые дро¬
билки Уралмашза-
вода с гладкими
валками размером
d X 1 в мм:
1000 х 400
37
30
1,23
15
2,46
0,50
1200 X £00
48
38
1,26
20
2,40
0,536
1500 X 600
59
50
1,18
24
2,46
0,48
)
/и= 1,23
Igm = 0,G9
т = 2,44
т = 0,53
3
Щековые дрсбил-
ки с простым кача¬
нием щеки с раз-
меро м загрузочно¬
го отверстия в мм:
1,60
£С0 X 1200
110
69
1,59
110
1,00
1 200 X 1ГС0
175
132
1,33
190
0,92
1, 4
1 £С0 X 2100
280
252
1,11
280
1,00
1,11
т = 1,35
lgm =0,13
т =з 0,97
т = 1,38
4
Кснусные дро¬
билки с длинным
подвесным верти¬
кальным валом
размером £)х& в мм:
0,6
1,2
63Х7П
2,3
0,5
4,6
3,83
127X1270
3,8
3,2
1,19
7,0
5,43
2,18
237
j № по пор.
Продолжение прилож. 1
Наименование и крат¬
кая характеристика
измельчителей
152 <1270
178X1422
203X1727
254x2025
305X2235
356x264
483 X 3505
1041 3S07
610x4268
660 < 5030
915Х6Э0Э
1037 690Э
1219 x 8433
1524 12294
1829 Л 2802
о л
CQ CJ
Со,
* * £
W Ef g
н я -г
о о
>>S я
к
О ч
SB
!ч-
Ч " я
ё"
з о от:
*> Q, “ ®
sfg*
>5 IT) % «0
cj t* J5
2ч <
5|*а
4 аЛС -
««-л
5 = ■“ v
^ т &. л
6,0
9,4
12,0
18.7
26,3
46.5
61.5
93.7
103.5
150
180
190.6
225
262
300
4.6
7.7
10,4
16,8
21,8
30,8
48,0
72,6
79 4
64 3
183
193
213
340
454
1.31
1,22
1,15
1,11
1,2
1,51
1,28
1,29
1.32
2,31
0,98
0,985
1,05
0,72
0,65
8,0
15.0
35.0
45.0
87.0
303.0
214.0
235.0
265.0
390.0
760.0
1015.0
2000.0
2050.0
3060.0
0,75
0,34
2,9
0,34
0,41
3,3
0,46
0,28
0,39
0,38
0,24
0,186
0.П2
0,128
0,081
- S Л
« «f- »
. о о
в
tr п *
1,74
3,36
3.3
2,08
3.5
3,9
3.5
4,46
3.2
6.06
4,15
5,5
9.4
6.03
6,71
Стержневые мель¬
ницы сухого помо¬
ла размером:
DXL в мм:
610x1220
915x1830
315x2440
1220x2440
1220x3050
1525X3050
1525X3660
1830x3050
1830X3660
2135X3660
2135x4270
2440x3660
2440x4270
2745X3660
2745 x 4270
3050X4270
3050 x6100
Щгковые дробил¬
ки с плоскими пли¬
тами размером
axb в ми:
177x254
228X381
4,6
12,9
16,6
27,6
36,8
64.4
64.4
83
101
129
166
166
202
202
239
313
405
5,5
9,2
4,4
11,8
14
24.7
26,3
40.8
46,2
55,7
63
82,9
92
101,6
116
130
146,3
175,8
239,2
3,3
5,6
т— 1,4
lgm — 0,15
1,04
,09
,19
,19
,4
,57
1,39
,49
,6
,56
,3
,58
,75
1,55
1,63
1,78
1.7
т = 1,5
lgт = 0,18
1,67
1,64
0,9
2,7
3,6
5,4
7.2
10,8
13,5
6.2
19,8
34.2
34,6
42.3
48,5
60.3
99,0
5.1
4.7
4,6
5.1
5.1
5,9
4.8
1.9
5.1
4.8
5.1
4.8
5.2
4,0
2,2
0,23
0,26
0,21
0,27
0,26
0,29
0,11
0,31
0,32
0,34
0,32
0,34
0,41
2,0
5,6
т = 4,6
2,75
1,64
т — 0,43
0,61
1,00
238
Продолжение прилож. 1
га ^
К
,
- to
К
.
= 0.
и Ч
о ш
ЕЯ5
cl "v
с.
о
с
Наименование и крат¬
кая характеристика
о л
5 ь
СО О
О о
со ь
*
<s s-
2 ^ к
5 м £
м Р* Г
Я = О."
J О О L
« £
£ к
= Sx5
J О «.
■»- r i-l
£ |
s ° ° »
•; о о
о
с
%
измельчителей
5 * fc
РЗ g
£ s с
Е
ЧЯЕ»
® fn
С, *<э
Ej «~| * С
5 -a
Д S ra
С fc. *
C/&N -
•* со
x S e x
Е (*. й Ш
? К J
% 9 ч to
С- QJ ^ Cjfi
254X£08
13
7
1,86
12,7
1,02
1,81
305x610
16,5
15,2
1,09
20,3
0,81
381X610
23
11
2,09
15,2
1,51
1,38
381X762
34
13
2,62
24,0
1,42
1,84
457x610
27
20
1,35
24,5
1,10
1,22
457 X 762
32
22
1,64
28,0
1,14
1,27
457x915
54
28
1,93
33,0
1,63
1,17
610X762
43
28
1,53
41,0
1,05
1,46
610x915
53
35
1,51
38,0
1,38
1,08
762x915
53
33
1,6
49,0
1,08
1,48
762x1070
77
44
1,75
67
1,15
1,52
762x1220
122
62
1,97
97
1,26
1,56
762x1830
123
67
1,83
152,0
0,80
2,27
915X1070
77
51
1,51
77
1,00
1,51
915X1220
94
70
1,34
109
0,86
1,56
1070X1220
98
84
1,17
192
0,74
1,57
1070X1525
115
92
1,25
183
0,62
1,99
1220' 1525
109
102
1,07
168
0,65
1,64
1220X1830
137
113
1,21
232
0,59
2,05
1525X2135
150
208
0,720
275
0,54
1,32
1675X2180
207
259
0,8
430
0,48
1,66
т = 1,53
lgт = 0,18
m = 1,1
/га= 1,45
7
Щековые дробил¬
ки по ОСТам 3427
и 3428 размером
axb в мм:
№ 1 100X150
1,5
1,5
1,0
0,76
—
—
№ 2 175X250
6,0
3,0
2,0
4,0
—
—
№ 3 250X400
10,0
5,0
2,0
16,0
—
№ 4 400X600
25,0
13,0
1,92
40
—
—
№ 5 500x300
40,0
25,0
1,6
70
0,57
2,80
№ 6 600X300
50,0
30,0
1,65
80
0,62
2,66
№ 7 300X1200
100,0
68,0
1,47
170
0,59
2,50
№ 8 1200X1500
150,0
120,0
1,25
300
0,50
2,50
№ 9 1500X2100
200,0
200,0
1,0
450
0,44
2,25
/71=1,54
I gm=
m=0.54
m = 2,54
=0.19
8
Гладкие быстро¬
ходные валки. Диа¬
метр в мм:
№ 1 200
3,0
2,0
1,5
1,8
1,66
0,60
№ 2 400
6,5
3,0
2,16
8,0
0,81
2,67
№ 3 600
10,5
6,5
1,62
15,5
0,68
2,38
№ 4 £00
20,5
14,5
1,41
32
0,64
2,20
239
Продолжение прилож. 1
а
о
с
о
с
%
Наименование и крат¬
кая характеристика
измельчителей
Установленная
МОЩНОСТЬ Pfl
1 в кет
ПолньЫ вес
измельчителя
G ъ т
5.Й5
Ю С J
я я f к
X I
•с О О Ь.
ш ах к
я я я
Производи¬
тельность Пв
в т/ч
Удельные
энергозатра¬
ты Д. х
X 3,6 Мдж/т
5ou э*
5 а о л
;«х
ЗС .0 С*ч
№ 5 1000
30,0
28,0
1,07
53
0,56
1,89
№ 6 1200
51,5
32,5
1,58
83
0,62
2,55
№ 7 1500
59,0
35,0
1,68
109
0,54
3,11
9
Галечные труб¬
ные шаровые мель¬
ницы для сухого
помола с кремние¬
вой футеровкой раз¬
мером DxL в ж:
1,2x3,0
18,4
14,2
m = 1,57
lgm = 0,2
1,29
0,63
ш = 0,78
29,2
т= 2,7
0,04
1,2x4,8
29,4
19,0
1,54
0,9
32,6
0,47
t ,5x4,8
36,8
29,66
1,24
1,26
29.2
0,01
1,5x6,7
55,2
37,3
1,48
2,07
29,6
0,05
1,8x6,0
73,6
42,8
1,72
2,7
27,25
0,06
2,1X6,0
110,4
51,8
2,18
4,5
24,53
0,08
2,4x6,7
147,2
69,2
2,12
5,85
25,10
0,03
10
Конусные дро¬
билки Уралмашза-
вода с крутым ко¬
нусом. Размер ще¬
ли по верху в мм:
300
63
18
m = 1.65
lgm = 0,22
3,5
50
/п=28,24
1,26
т=0,117
2,72
400
55
26
2,1
110
0,50
4,23
500
55
45
2,22
190
0,28
4,22
900
191
140
1,86
450
0,42
3,21
1500
405
500
0,81
1750
0,23
3,50
11
Дробильные вал¬
ки размером Ly'D
в мм:
229 x 254
4,5
1,1
m = 1,9
\gm = 0,28
4,1
m = 0,54
m = 3,58
318;<,30о
5,6
1,4
4,0
457 x 254
6,0
2,3
2,6
—
610x305
7,5
5,3
1,42
—
—
610x356
17
4,6
3,7
2,0
8,5
0,43
610x406
17
4
4,25
—
610X508
21
4,1
5,12
610x610
21
4,3
4,88
762 x 356
17
7.7
2,2
7,0
2,4
0,91
240
Продолжение прилож. 1
Р.
о
с
о
с
Л
Наименование и крат¬
кая характеристика
измельчителей
Установленная
МОЩНОСТЬ Ptf
в кет
1 Полный вес
измельчителя
G в т
Удельная
энергонапря¬
женность Э'
в кет /г
Производи¬
тельность riQ
в т/ч
Удельные
энергозатра¬
ты А, X
X Э, С Мдж/т
Удельная
производи¬
тельность
ngo в ч~]
762x406
17
7.7
2,2
762x457
22
6,8
3,24
—
—
—
915x305
24,5
18,8
1,3
2,2
—
—
915x356
28,1
23
1,22
15,0
1,86
0,65
1981x610
24,4
140
1,67
457
5,34
3,23
12
Галечные кониче¬
ские мельницы для
сухого помола с
кремниевой футе¬
ровкой размером
LxD в ж:
0,6x0,2
0,74
1,16
m = 2,16
lgm = 0,33
0,64
0,04
от = 4,5
18,5
от = 1,23
0,034
0,9X0,6
3,7
2,3
1,61
0,3
12,3
0,13
1,37x0,4
7,4
4,63
1,6
0,61
12,1
0,13
1,5x0,9
14,7
8,37
1,76
1,35
10,7
0,16
1,8X0,9
22,1
12,6
1,75
2,3
9,6
0,18
2,1X1,2
36,8
15,5
2,37
4,05
9,1
0,26
2,4x1,2
55,2
20,1
2,75
5,9
9,4
0,29
2,7x1,2
73,6
26,2
2,8
8,4
8,8
0,32
3,0x1,7
1 0,4
35
3,2
12,6
8,8
0,36
3,6x1,2
147,2
44,4
3,31
16,2
9,1
0,36
13
Валковые дробил¬
ки по ОСТу НКТИ
3435:
№ 1
9
3
от = 2,18
lgте =0,34
3
40
m= 10,84
0,23
от = 0,22
13,3
№ 2
14
6
2,34
80
0,17
13,3
№ 3
20
10
2
120
0,17
12,0
К* 4
28
15
1,87
160
0,17
10,6
№ 5
40
15
2,67
220
0,18
14,6
№ 6
55
20
2,76
300
0,18
15,0
14
Конусные дро¬
билки с закреплен¬
ным вертикальным
валом размером
IxD в мм:
172x1778
13,5
4,5
m - 2,44
\gm = 0,38
3,0
21
от = 0,18
0,64
от = 13,2
4,7
203x 2083
16,9
5,7
2,94
35
0,48
6,1
254 x 2591
20,7
8,6
2,41
50
0,42
5,8
241
Продолжение прилож. 1
d
о
с
о
с
2
Наименование к крат¬
кая характеристик!
измельчителей
Установленная
МОЩНОСТЬ Pft
в кет
I Полный вес I
измельчителя)
1 G в г |
Г
Удельная
энергонапря-
жеиность
Э' в квт/т
Производи¬
тельность
Па в т/ч
Удельные
энергозатра¬
ты ЛиХ
ХЗ.Ь Мдж}т
Удельная
производи¬
тельность
n'go 4-1
330x2997
33,5
13,1
2,54
86
0,39
6,6
406 < 3769
51,0
20,1
2,54
142
0,36
7,1
508x4470
60,0
28,3
2,12
242
0,25
8,5
685x5335
86,2
49,0
1,76
355
0,24
7,3
15
Конусные дро¬
билки крупного
дробления по ОСТу
3430:
№ 1
3
0,3
m = 2,48
lgm = 0,39
10
0,5
m = 0,40
6,0
m - 6,6
1,67
№ 2
20
15
1,33
18,0
1,11
1,2
№ 3
55
20
2,75
90,0
0,61
4,5
№ 4
74
28
2,64
120,0
0,61
4,3
№ 5
92
42
2,19
170,0
0,54
4,0
№ 6
130
80
1,63
320,0
0,40
4,0
№ 7
165
116
1,43
420,0
0,39
3.6
№ 8
225
230
0,93
600,0
0,38
2,6
№ 9
300
320
0,94
900,0
0,33
2,8
16
1
Жерновая мель¬
ница фирмы Pall-
тапп типа:
NE 350/6
10
3,75
2,66
-
NE 350/7
10
3,05
3,28
—
—
—.
ENYZA
5,2
2,53
2,06
—
—
—
<17
Дробилка с ниж¬
ней осью качания
щекн размером
аХЬ в лип:
№ 1 101X152
2,2
0,49
m = 2,67
lg m = 0,43
4,5
0,5
4,4
1,0
№ 2 152x228
3,7
1,45
2,55
2,0
1,85
1,4
№ 3 178 X 279
5,2
2,5
2,08
7,0
0,74
2,8
№ 4 202x305
7,5
2,67
2,8
8,0
0,94
3,0
№ 5 279X380
11
6,85
1,61
15,0
0,73
2,2
18
Л
1
1
Короткие шаро¬
вые мельницы‘типа
«Universal» со
встроенными каме-
m = 2,71
\gtn = 0,43
m = 1,73
= 2,08
242
Продолжение прилож. 1
cL
о
с
о
с
%
Наименованиеги крат¬
кая характеристика
измельчителей л
Установленная
МОЩНОСТЬ Pf-f
в кет
Полный вес
. измельчите¬
ля G в г
з: С jj
5 = ь ,
■° £
ф а 5 с
«I ? *
—
с; E- a*
О и 'Г-
ш о
= 5 и
2-2- о
Еь С
УдСЛЬНЬ’Р
энергозатра¬
ты Ai У
X 3,6 МОж/7
I
? о ^ »
jOO „
с S = ш
О ч 13
>> = н С
рами и размером ба¬
рабана D\Lb м:
1X2
13
6,8
1,91
0,6
21,7
0,1
1,2 ;2,25
21
3,4
2,24
1,1
19,1
0,32
1,4x3,0
36
17,3
2,08
2,0
18,0
0,12
1,6X3,25
55
24,2
2,27
3,0
18,3
0,12
1,8X3,5
60
32,0
2,5
4,5
17,8
0,14
2,0x4,0
115
43,0
2,68
6,5
17,7
0,15
2,2x4,4
165
59,0
2,8
9,0
18,4
0,15
2,4X4,75
215
75,0
2,36
12,0
17,9
0,16
2,6X5,25
290
94,0
3,08
16,0
18,1
0,17
2,8X5,5
380
112,0
3,4
21,0
18,1
0,19
3,0x6,0
550
129,0
4,26
28,0
19,6
0,22
19
Многокаменные
трубные мельницы
с барабаном разме¬
ром DxL в м:
1,4x8,0
86
45,5
m = 2,8
lgm = 0,45
1,89
4,6
m — 18,6
18,7
m = 0,17
0,10
1,6x9,0
140
60,3
2,32
7,5
18,7
0,12
1,8x10,0
210
79,6
2,63
11,0
19,1
0,14
2,0x11,0
300
101,8
2,95
16,5
18,2
0,16
2,2x12,0
420
139,0
3,02
23,0
18,3
0,165
2,4x12,0
525
171,0
3,05
29,0
18,1
0,168
2,4x13,0
565
180,5
3,13
31,0
18,2
0,172
2,6x13,0
730
234,8
3,11
40,0
18,2
0,17
2,6x14,0
800
251,6
3,19
43,0
18,6
0,17
20
Конические ша¬
ровые мельницы
размером L XD
в мм:
610X200
1,3
0,83
m = 2,81
lgm - 0,45
1,57
0,05
m= 18,45
2,60
m — 0,15
0,06
915x200
4,1
2,45
1,67
0,19
21,6
0,08
914x610
6,3
3,57
1,76
0,26
24,2
0,07
1370X407
12,3
7,71
1,59
0,56
22,0
0,07
1370 ', 610
16,0
8,80
1,82
0,72
22,2
0,082
1525X560
25,7
12,07
2,13
1,2
21,4
0.1
1525 X 915
27,0
14,15
1,9
1,4
19,3
0,1
1830X560
42,0
17,65
2,39
2,0
21,0
0,11
1830-'915
51,0
21,14
2,39
2,5
20,4
0,12
2140X560
53,0
24,13
2,2
2,8
19,0
0,12
2140X915
77,5
28,02
2,76
3,8
• 20,3
0,14
243
Продолжение прилож. 1
№ по пор.
Наименование и крат¬
кая характеристика
измельчителей
Установлен¬
ная мощность
Pft в кет
*2 i Я
- *5
-
£. я ~
Csq
g/ч
кед
Зоо>
% * и
I*5 -51
“ J3 «
s.g- о
С H
= lx?
-0 o e
g oT"'D-
^ л p X
Удельная
производи¬
тельность
' -1
ngG в ч
2140-'1220
91,5
32,65
2,86
4,3
21,4
0,13
2440 x 560
84,0
32,88
2,55
4,1
20,6
0,13
2440 x 915
110,0
38,38
2,87
5,3
20,8
0,14
2440X1220
135,0
43,81
3,08
6,8
20,0
0,15
2750 x 915
187,5
50,89
3,69
9,5
19,8
0,16
2750X1220
212,5
56,89
3,74
10,9
19,4
0,19
3010x915
230,0
56,33
4,1
12
19,2
0,21
3050 1220
260,0
63,01
4,13
13,6
19,2
0.22
3050 ч 1680
305,0I 77,57
3,93
15
20,3
0,19
3660 1220
410,0
100,52
4,07
21
19,5
0,21
3660 <1525
485,0
109,77
4,43
24
20,2
0,22
3660x1830
545,0
119,66
4,56
27
20,2
0,22
21
Г рибовидные Дро¬
билки Уралмашза-
Еода. Размер гриба
максимальный в мм:
900
37
10
m — 2,87
lgm = 0,46
3,7
50
ni = 21,0
0.74
m = 0,14
5,0
1200
55
18
3,06
95
0,58
5,3
1650
105
38
2,76
155
0,68
4,1
2100
164
60
2,74
265
0,62
4,4
22
Чашечная шаро¬
вая мельница фир¬
мы Гильденбрант:
№ 5
3,7
1,2
m - 3,04
lg m =0,48
3,1
0,1
m — 0,65
37.0
m = 4,7
0,08
№ 6
5,9
2,4
2,46
0,2
30,0
0,08
№ 8
11,5
3,9
2 8
0,35
31,5
0,09
№ 10
18,5
6,0
3,1
0,55
34,0
0,09
№ 13
26
8,6
3
1,0
26,0
0,12
№ [8
44
11,4
3,9
1 ,5
29,0
0,1?
23
Шаровые мельни¬
цы мокрого помола
размером DxL
в мм:
1000x1500
15
7,7
m = 3,09
lgra = 0,49
1,95
1,0
37,5
15,0
m =0,098
0,13
1250 1500
24
10,7
2,24
1,6
15,0
0,15
1250x2000
32
12,0
2,66
2,5
13,0
0,21
1550x2000
56
20,1
2,8
3,8
15,0
0,18
1550 х 2500
70
22,0
3,2
5,5
13,0
0,25
244
Продолжение прилож. 1
с.
с
с.
'о
с
2
Наименование и крат¬
кая характеристика
измельчителей
Установленная
мощность
P/у в кет
Полный вес
измельчителя
G в т
Удельная
энергонллря-
женность Э'
в квт1т
J*
g| “
c£'c
Удельные
энергозатра¬
ты Л„х
X 3, li Мдж/т
I s ё ;
£ •** ж «
S 5 £ о
«В.З- «
> с к й
1800x2500
100
32,0
3,1
6,8
15,0
0,21
2000x 2000
110
31,2
3,5
6,8
16,0
0,22
2000 x 3000
160
40,7
3,9
11,0
15,0
0,27
2200 x3000
210
54,0
3.9
14,0
15,0
0,26
2400X3000
250
62,5
4.0
16,5
15,0
0,26
2700x 3000
360
85,0
4,25
24,0
15,0
0,28
24
Грануляторы Сай¬
монса типа:
2
20
5,3
m = 3,23
lgra = 0,51
3,77
24
га = 14,7
0,83
m = 0,22
4,5
з
34
10,5
3,86
44
0,78
4,2
4
64
17,5
3,66
70
0,92
4,0
51/,
8
180
42,5
3,06
140
1,30
3,3
202
65
3,1
300
0,68
4,6
25
Конусные дро¬
билки среднего
др'"оления поОСТу
3431. Диаметр
в мм:
№ 1 600
20
5
га = 3,5
lgra = 0,54
4
22,5
га = 0,9
0,9
те = 4,1
4,5
№ 2 900
41
10
4,1
36,0
1,1
3,6
№ з 1200
64
16
4
71,5
0,9
4,5
1
№ 4 1650
125
40
3,1
116,0
1,1
2,9
3
1
№ 5 2100
202
60
3,37
201,0
1,0
3,4
26
Корзиночные
мельницы (дезинте¬
граторы):
№ 1
2,95
0,65
га = 3,72
Igra= 0,57
4,53
0,15
те = 1,0
19,7
m = 3,8
0,23
№ 2
4,41
1,15
3,84
0,3
14,7
0.26
№ 3
7,36
1,73
4,26
1,0
7,4
0,58
№ 4
8,8
2,7
3,26
2,0
4,4
0,74
№ 5
10,3
2,8
3,68
4,0
2,6
1.49
№ 6
13,3
3,7
3,6
9,0
1,5
2,43
№ 7
22,1
5,6
3,95
29,0
0,8
5,2
№ 8
26,6
7,2
3,7
93,0
0,3
13,0
m = 3,84
lgra = 0,58
га = 6,42
m = 2,98
245
Продолжение прилож. 1
о.
о
с
о
с:
g
Наименование и крат¬
кая характеристика
измельчителей
Установленная
мощность
Pfl в кет
Полный вес
измельчителя
G в т
£ п £
■oPch
Чо.:®
cl Si
>>ss®
Производи¬
тельность
T1q в г/ч
- . b
n tr
, с. К
it- ^
J r- ^
= « x<
л о c
Pi - j; n
^ t- X
g IS i
5 о o »
Зр ш
«О.С.- 40
>> п f С;
27
Коротконусные
Дробилки по ОСТу
3432. Диаметр
в мм:
№ 1 900
№ 2 1200
№ 3 1650
№ 4 2100
55
110
147
220
и
20
40
65
5
5,5
3,68
3,4
27
45
90
135
2,0
2.5
1.6
1,6
2,5
2.3
2.3
2,1 .
28
Валковые средне¬
ходовые мельницы
с зазором между
валкамн и чашей
типа:
6
8
10
12
16
22
40
70
130
240
5.5
9.6
16,7
24,5
50,2
m = 4,4
Ig m = 0,64
4
4,15
4.2
5.3
4,8
2,2
4,3
3,0
16,0
29,0
m = 1,92
10,0
9.3
8,8
8,1
8.3
m =2,3
0,40
0,45
0,48
0,65
0,58
29
Роликовые мель¬
ницы с вертикаль¬
ным кольцом типа
Рема:
№ 45
№ 65
№ 80
№ Ю0
№ 125
№ 150
№ 215
4
8.5
9.5
20,0
28,0
43.0
75.0
0.6
1.5
3.0
4.0
8.0
13.0
30.0
lgm = 0,65
8
5,7
3.2
5
3.5
3.3
2.5
0,35
0,5
1,1
1,8
2.7
4.8
9,0
m — 8,9
11,5
17.0
8,6
11.1
10,4
9,0
8,3
m sr. 0,51
0,58
0,33
0,37
0,45
0,34
0,37
0,30
30
Маятниковая ро¬
ликовая мельница
типа СМ-209
55
12
m — 4,5
lgm — 0,65
4,57
6,0
m=--10,84
9,2
m = 0,39
0,5
m = 4,57
lgm = 0,66
m = 9,2
m = 0,5
246
Продолжение прнлож. 1
К
К
а
о
с
Наименование и крат¬
кая характеристика
X
а: ь.
О J3 (Q
^ ^ id
и о
О О я
и С)
з3
J е l
05 С д
га га f-
ж X о ^
л О о к.
К Д —
О о г
go *
£. Т?
CJ Ь ГЬ
В ™
I П Х<
в в в
s§£7
2 о с а-
3 ю ° _
о
с
измельчителей
* £•
га zS
Sol
~ ш
Й s а
О сп
ч к1 ®
sir
в 3 “
8.S- о
«= s”
и. П I в
^ s Д Г»,
О п t 'О
%
х
С *0
>>«*»
gS t
X го н X
X с " С
31
Щековая Дро¬
билка с одной рас¬
порной плитой раз¬
мером ayb в мм:
№ 1 127x152
2,2
0,37
5,94
1,5
1,5
4,0
№ 2 178 x 254
5,6
0,8
7,0
2,0
2,8
2,5
№ 3 202x254
7,5
0,98
7,65
2,0
3,8
2,0
№ 4 203x 305
7,5
1.4
5,35
3,0
2,5
2,15
№ 5 228x406
8,5
2,3
3,7
3,0
2,9
1.3
№ 6 228 X 457
11,2
3,85
2,89
4,0
2,8
1,1
№ 7 228 X 508
15
2,63
5,7
9,0
1,67
3,4
№ 8 228 X 610
19
3,56
5,2
10,0
1,9
2,8
№ 9 228 x769
17
4,54
3,75
12,0
1,4
2,6
№ 10 228X315
22,5
5,2
4,32
15,0
1.5
2,9
N° 11 254 x 534
12
2,88
4,16
5,0
2,4
1,73
№ 12 254 x 610
19
5,2
3,65
6,0
3,2
1,2
№ 13 330x 610
19
8,93
2,12
25,0
0,76
2,8
№ 14 382x965
41
9,75
4,2
38,0
1,1
3,9
№ 15 458 X 763
41
9,25
4,43
35,0
1,2
3,8
№ 16 610X315
66
15,8
4,17
65,0
1,9
4,1
т —4,65
т = 2,03
т = 2,64
Igm = 0,67
32
Щековая дрзбил-
ка со сложным ка¬
чанием щеки по
ОСТу 3428 разме¬
ром а':'Ь в мм:
№ 1 120x600
20
3
6,67
5,0
4,0
1,7
№ 2 150X800
29
7
4,15
9,0
3,2
1.3
№ 3 200x1000
40
10
4,0
13,0
3,1
1,3
№ 4 175X250
7
1,8
3,9
2,5
2,8
1,4
N° 5 250X400
14
3,0
4,66
6,0
2,3
2,0
3
II
Vi
т = 3,08
т= 1,54
С£>
II
I
33
Отражательная
дробилка фирмы
New-Holland
250
50
5
300,0
0,83
6,0
т = 5
т — 0,83
т = 6,0
lgm= 0,7
'34
Крестовая мель¬
ница «Симплекс»
с рот >ром диамет¬
ром в мм:
400
2,6
0,43
6
0,5
5,20
1.16
600
4,5
0,8
5,5
0,65
6,92
0,81
247
Продолжение прилож. I
О.
о
е
о
с
%
Наименование и крат¬
кая xapi'KTepHt тика
измельчителей
Установленная
! МОЩНОСТЬ
Pf-f в кет
Полный вес
измельчителя
С в г
Удельная
эиергонппря-
женность Э*
в кет!г
Производи¬
тельность
Hq в tJh
Удельные
энергозатра¬
ты Л X
X 3,6 Мдж/т
- ° *■
3 “ г в
S Ц f o
«c.3- °°
>3 С t*
800
1000
1250
7,4
10,0
13,3
1,25
1,95
3,3
5,9
5,1
4
1,2
2,0
3,0
6,16
5,00
4,43
0,96
1,02
0,60
35
Вибромельница
фирмы «Вибратом»
объемом 173 дм?
10
1,5
m = 5,3
lg/n = 0,72
5,6
—
m = 5,54
m = 0,91
36
Щековая дробил¬
ка со сложным ка¬
чанием щекн типа:
СМ-182 А
СМ-166 А
СМ-11А
СМ-16А
20
28
28
80
2,6
5,8
5,6
15,7
m = 5,6
lg/n = 0,75
7,7
4,84
5.0
5.1
—
—
i
37
Короткоконусные
дробилки с конусом
диаметром в мм:
915
1220
1653
2135
75
150
200
300
10
20,5
39,9
64,7
m = 5,67
lgm = 0, 75
7,5
7,32
5
4,64
30
51.0
102.0
152,0
2,5
2,9
1.96
1.97
3,0
0,4
2,5
2,3
38
Среднеходовая
роликовая мельни¬
ца с прижимными
роликами типа:
ЛШ-3,5
ЛШ-5
ЛШ-7
ЛШ-9
ЛШ-11
ЛШ-13
ЛШ-16
7,5
20,5
45
80
145
210
260
1.4
3.4
6,9
14
22
32
43
m = 6,13
lg/n = 0,79
5.4
6
6.5
6,4
6.6
6,6
6
0,5
1.5
3.6
7,0
12,0
18,0
23,0
m = 2,39
15,0
13,6
12.5
1,1
12,2
11.6
11,3
m = 2,05
0,36
0,44
0,52
0,50
0,54
0,56
u,53
m = 6,2
lg/n = 0,79
m = 11,04
m = 0,49
248
Продолжений прилож. 1
№ по пор.
Наименование и крат¬
кая характеристика
измельчителей
Установленная
мощность
Ptf в кет
"1
и Ё
а 5
Ч 5 й
»2 п
С su
Удельная
эиоргонапря-
женноеть Э'
1 в квтЬ
fH
О о s_
со о
1! e
К
a tT
a. &
* «
-Ope
4 oT*
к ^ ■ »
4",n
^i.FX
R
* a*
J шо _
“nr я
чс.5- J*
C;
39
Отражательные
дробилки фирмы
Hazemag типа:
АР-0
7
1
7
4,0
1,75
4,0
АР-1
10,5
1,5
7
8,0
1,31
5,3
АР-2
16
3
5,4
13,0
1,23
4,3
АР-3
25
3,5
7,2
18,0
1,38
5,1
АР-4
50
9
5,6
52,0
0,96
5,8
АР-5
105
23,5
4,5
160,0
0,66
6,8
АР-1
10,5
1,6
6,5
—
—
—.
АР-2
16
3,3
4,9
—
—
АР-3
25
3,85
6,5
—
—
—
АР-4
38
6
7,6
—
—
—
АР-1
14
1,55
9
—
—
АР-2
23
2,2
10,4
—
—
—
m = 6,95
m = 1,22
m = 5,2
Igm — 0,84
40
Чашечная центро¬
55
7
7,9
11,0
5.0
1,5
бежная мельница
с самофутеровкой
фирмы Anza
m= 7,9
m = 5,0
m = 1,5
lgm = 0,9
41
Вибрационная
72
9,1
8
—
—
—
мельница с возврат¬
но-поступательным
движением корпуса
типа ДФ-15-44
m = 8
42
Молотковые дро¬
0
o'
1
билки типа:
1. S
8,5
1,1
7,8
1,5
5,66
13,63
2. S
17
1,8
9,45
1,8
9,44
1,00
3. S
26
3,0
8,65
2,8
9,28
0,93
4. S
35
4,0
8,75
3,3
10,66
0,82
5. S
48
6,2
7,75
9,0
9,60
0,80
m = 8,46
m = 8,93
m = 3,44
lg/72 = 0 ,93
248
Продолжение прилож. 1
CL
О
с
8
2
Наименование и крат¬
кая характеристика
измельчителей
Установленная
мощность
Pft в кет
Полный вес
измельчите¬
ля G в т
Удельная
энергонапря-
Женность Э'
в квт}т
Производи¬
тельность
Uq в tJh
га У
Cl £*
X « *
ja о
£.4 *
>>®£x
Удельная
производи¬
тельность
ngC п ч~
43
Молотковые дро¬
билки первичного
дробления разме¬
ром DKL в мм:
457x610
51
4,3
11,8
35
1,45
8,1
457x915
66
5,3
12,5
50
1,32
9,4
457Х1220
85
6,6
12,9
63
1,35
9,5
508x610
56
6,8
8,25
55
1,01
8,1
508x1220
75
16,8
4,47
100
0,75
6,0
534X610
56,5
5,9
9,6
40
1,41
6,8
534 x 915
85
7,7
*1,1
60
1,42
7,8
534x1030
131
90
1,45
—
534x1220
178
—-
125
1,42
534x1470
226
—
—
150
1,50
560X1675
111
16,3
6,8
140
0,78
8,6
610x610
76
7,1
10,7
65
1,17
9,1
610x712
75
9,9
7,5
100
0,75
10,1
610X915
93,5
8,8
10,6
85
1,10
9,7
610x1220
131
11,6
11,3
125
1,04
10,8
610X1525
170
13,6
12,5
190
0,89
14,0
610X1675
170
16,3
10,4
160
1,06
10,0
712x812
95
11,5
8,27
125
0,76
11,0
712x1070
131
13,1
10
165
0,79
12,6
712X1320
170
13,6
12,5
223
0,83
16,1
712X1575
190
15,4
12,3
250
0,76
16,2
712x1830
225
16,5
13,6
290
0,77
17,5
915x975
141
—
—
90
1,56
—
915x1220
178
—
—
125
1,42
—
915x1475
226
—
—
150
1,50
—
915x1730
262,5
—
—
175
1,50
966x1220
131
19,5
6,72
165
0,79
8,5
*070X1220
150
31,7
4,74
175
0,86
5,5
*220X1220
206
21,5
9,57
190
1,37
8,8
*220x1920
208
36,3
5,74
275
0,75
7,6
*220X1475
190
21,8
8,72
250
0,76
11,5
*220x1530
262
41,7
6,3
325
0,80
7,8
*220х 1730
225
22,7
9,9
290
0,77
19,0
*220х 1780
262,5
29,9
8,8
250
8,4
*220X1980
262
24
10,9
330
0,79
14,0
1680X1780
338
86,3
3,91
500
0,67
5,8
44
Вальцы грубого
помола типа СМ-22
20
2,1
m =9,4
lgm - 0,97
9,5
m = 1,0
m — 10,2
m — 9,5
lgm =0,98
250
Продолжение прилож. 1
№ по пор.
Наименование и крат¬
кая характеристика
измельчителей
Установленная
мощность
Pft в кет
Полный вес
измельчителя
Get
g/b
к £? :?
п 5 f* г
^ я и к
3 о о--
&££*
>> сч S оз
Производи¬
тельность
I7q в г/ч
га §£
2с у<
s: *
Si's"
л ь X
Удельная
производи¬
тельность
ngG в ~1
45
Шахтная мельни¬
ца типа МША раз¬
мером DxL в мм:
1000/470
28
3,1
9
1000/707
42
3,95
10,5
—
—
—
1000/944
75
4,9
15,7
—
—
—
1500/1181
105
7,3
13,4
—
—
—
46
Быстроходные
молотковые мель¬
ницы «Коллдис»
типа:
22/11/16
6,2
0,45
m = 12,2
1gm = 1,09
13,9
0,15
41,0
0,3
40/11/16
16,5
1,2
13,8
0,5
33,0
0,42
66/11/16
30
3,2
9,4
1,5
20,0
0,47
47
Молотковые дро¬
билки типа:
ДМ-2
24
2
m = 12,3
lg/n = 1,09
12
12
m = 31,3
2,0
m = 0,40
6,0
ДМ-3
54
4
13,5
52
1,04
13,0
ДМ-4
76
5,85
13
67
1,1
11,5
ДМ-5
ПО
7,1
15,5
100
1,1
14,0
ДМ-6
150
12,55
12
150
1,0
12,0
48
Аэробильные
мельницы типа:
А
50
3,6
m= 13,2
lg/n — 1,12
14
2,5
m --- 1,1
20,0
m= 11,4
0,7
Б
90
6,9
13,1
5,0
18,0
0,72
49
Вибрационные
мельницы
ВНИИТИСМа (мо¬
дели 1955 г.)
типа:
М-Ю-З
4,5
0,22
m= 13,6
lg/и = 1 ,19
20,4
m — 19,0
m = 0,71
М-50-3
14
0,35
16,8
—
—
—
М-200-1,5
14
1,44
9.7
—
—
—
251
Продолжение прилож. J
О.
с
о
'<
Наименование и крат¬
кая характеристика
измельчителей
Установленная
мощность
Р н в кет
Ж
с <и
Ф Е-
* S
*5 3
5 s я
О м
С=о
1 Удельная
энергоналря-
, жеиность Э'
в квт/т
Производи¬
тельность
ПQ в т\ч
«£• 5
X п
Л О vo'
>. «нХ
^Удельная
г производи¬
тельность
ЧцО в
М-200-3
20
1,44
13,9
М-400-1,5
32
2,83
11,3
—
М-400-3
50
3,23
15,5
.
Л1-1000-1,5
70
6,6
10,6
—
—
—
50
Молотковые дро¬
билки для вторич¬
ного дробления раз¬
мером JD..L в мм:
114x228
13,1
0,6
m — 14,1
lgm = 1,15
21,8
10
1,3
16,7
114x305
34
1,9
17,8
24
1,4
12,6
204x204
6,5
0,5
13,0
2
3,3
4,0
204x305
10,1
0,9
11,2
4
2,5
4,5
204x457
17
1,3
13,1
6
2,8
4,6
254 x 610
26,5
2,0
13,2
8
3,3
4,0
280 X 280
12
1,4
8,57
6
2,0
4,3
293 635
85
5,0
17,0
47
1,8
9,4
293x940
134
6,8
20,8
71
1,8
10,4
293х1240
170
7,7
22
95
1,8
12,4
305x482
41,5
1.7
24,4
29
1,4
17,0
305 x610
41,5
2,9
14,3
16
2,6
5,5
305x760
52
3,2
16,3
25
2,1
7,7
305x 915
65,5
3,6
18,2
35
1,9
9,7
331x510
27
2,2
12,3
15
1,8
6,8
382x 862
85
—
—.
100
0,85
—
382 v990
103,5
—
—
130
0,8
382x1070
122
—
—
150
0,81
—
'
432x610
22,5
3,4
6,6
Ю
2,3
2,9
1
432x687
67,5
—
—
165
4,1
432 v838
85
—
—
210
4,0
432x965
103,5
—
—
250
4,1
432x1060
122
.—
—
300
4,0
—
560 <610
34 .
3,5
9,7
15
23
4,3
610x810
47
4,1
11,4
20
2,3
4,9
610X1035
62
4,9
12.7
25
2,5
5,1
610x1320
1 95
5,4
17,6
30
3,2
5,6
610x1570
112
6,1
18,4
35
3,2
5,7
610X1220
139
11,8
11,8
50
2,8
4,2
710x1830
225
16,5
13,6
65
3,5
4.0
1220X1580
262
40,8
6,4
100
2,6
2,5
m = 14,7
lgm = 1,17
m = 2.3
m = 7,0
•252
Продолжение прилож I
О.
о
с
о
с
ё
Наименование и крат¬
кая характеристика
измельчителей
К
X
X
X
Cl X Ь
«.
Ь з
о о 2:
5 0.
Полный вес
измельчителя
| 0 в т
Удельная
энергонапря-
жсиность Э'
в квт/т
Производи¬
тельность
I1q в т/ч
4 t
д о c ,
4 c.' ~-
Удельная
производи¬
тельность 1
ngG B “
51
Молотковые дро¬
билки по ОСТ у
3436 размером
LXD в мм:
№ 1 3796 x 200
8,5
0,5
17,0
1,7
5,0
3,4
№ 2 450 x600
27,5
1,6
17,2
11,5
2,35
7,2
№ 3 800 / 600
62,6
3,8
16,4
28
2,2
7,4
№ 4 800 x 900
90
4,7
19,2
48
1,9
10,2
№ 5 1000 x 800
102,5
7,9
13,0
54
1,9
6,8
№ 6 1000X1200
150
11,7
12,5
84
1,8
1,76
7,2
№ 7 1300x800
180
16,5
10,9
102
6,2
№ 8 1300X1000
240
19,0
12,6
180
1,33
9,5
52
Молотковые дро¬
билки по ОСТу
3436 типа:
1
10
0,5
m = 14,9
lg m — 1.17
20
2,5
m = 2,28
4,0
m = 7,24
5
2
35
1,6
23
15,0
2,3
9,4
1
3
70
3,3
18,5
48,0
1,46
14,5
4
100
4,7
21,0
92,0
1,1
19,6
5
120
4,9
15,2
105,0
1,1
21,6
6
180
11,7
15,4
147,5
1,2
1,2
12,6
7
210
16,5
12,7
170.0
10,3
8
280
19,0
14,8
276,0
1,02
14,5
53
Быстроходные
кольцевые мельни¬
цы типа «Прогресс»
№ 1
1,85
0,125
m = 17,4
Igm = 1,24
14,8
0,3
m = 1,2
6,1
m = 16,0
2,4
№ 2
4,0
0,28
14,3
0,5
8,0
1,8
№ 3
8,1
0.45
18,0
1,00
8,1
2,2
№ 4
20
0,98
21,5
3,0
8,7
3.1
№ 5
37
1,45
25,5
6,0
6,2
4,1
18,8
Ig/72 = 1 , 27
m = 7,02
m = 2.72
253
Продолжение прилож. 1
№ по пор.
Наименование и крат¬
кая характеристика
изм ельчителей
Установленная
мощность
Ptf в кет
Полный вес
измельчителя
G в т
1 Удельная
энергонапря-
1 женность Э'
в квт/т
Производи¬
тельность
/7(у в т/ч
Удельные
энергозатра¬
ты Аа X
X 3,6 Мдж/г
ri,T
!5E
| g S в
51 g О
54
Быстроходные
многорядные
пальцевые
мельницы типа
«Эксцельсиор».
Исполнение:
31/5/9
62/5/9
5
22
0,185
.1
27
22
0,3
1,5
17,0
14,7
1,6
1,5
55
Быстроходная но¬
жевая мельница
фирмы Аббе
37
1,5
/п = 24,5
lg m = 1,39
25
1,5
№=15,85
25
m = 1,55
1,0
56
Пневматические
мельницы ВТИ си¬
стемы инж.
М. Л- Кисельгофа
типа 342/60
556
18
m = 25
lgm^= 1,4
31
37
m = 25
15
m = 1,0;
2,06
57
Тарельчатая от¬
ражательная мель¬
ница типа:
РР-3
РР-6
РР-12
4,5
30
100
0,34
0,65
2,5
m = 31
lgm = 1,49
13,3
46
40
0,14
0,5
m = 15
21
20
m = 2.06
0,21
0,2
58
Быстроходная
вертикальная мо¬
лотковая мельница
Раймонда
74
2
m = 38,l
lg/n = 1,52
37
1,3
m = 0,2
57
m = 0,2
0,65
59
Виброка витацион-
ная мельница мокро¬
го помола «Пуг-Ви-
козатор» типа:
JV-14
JV-10
1,47
4,05
0,04
0,085
m = 37
lgm = 1,5
36,8
47,7
m = 57
m = 0,65
254
Продолжение прилож. 1
№ по пор.
Наименование и крат¬
кая характеристика
измельчителей
Установленная
мощность
Р.. а кет
п
1 Полный пес
измельчителя
1 G s т
|
пЛЭ
а В а
S&S8
>> 35 £ в
Производи¬
тельность
Пд в т/ч
.11
А СЗ >5
х«Х
•0 Р
4 *
5хлу
СП Е*
5^*7
Jo" »
£ .0 S И
Й в л и
Si о в:
«О.Ш'J10
>>св C
JV-14
JV-9
JV-8
JV-12
8,85
16,2
16,2
16,2
0,12
0,2
0,225
0,2
74
81
72
81
—
—
—
60
Коллоидная мель¬
ница «Премьер»
с ротором диамет¬
ра в мм:
225
250
380
7
37
76
0,05
0,4
1,46
m = 65,5
lgm= 1,82
152
92
52
0,2
0,75
7,5
38.0
49.0
10,2
4.0
2.0
5,1
61
Струйная мель¬
ница Ичл-Милл,
США с размольной
трубой диаметром
50 мм
50
0,2
m = 98,7
lgm = = 1,99
250
0,025
m = 32,4
0,1
m = 3,7
62
Струйные мель¬
ницы фирмы Берка
К° Англия с плос¬
кой помольной ка¬
мерой для сверх¬
тонкого измельче¬
ния материалов с
камерой диаметром
в мм:
50,8
203,2
304,8
381.0
508.0
610.0
762.0
915.0
1070.0
3,0
17.0
38.0
59.0
93.0
170.0
255.0
307.0
360.0
0,002
0,03
0,05
0,08
0,13
0,24
0,35
0,43
0,5
m = 250
Igm = 2,4
С
1500
570
760
740
720
710
728
715
720
1.0
15,9
36,4
56,7
101,0
145.0
227.0
336.0
445.0
m — 0,1
0,5
0,54
0,73
0,71
0,77
0,6
0,65
0,78
0,89
m —0,1
m = 796
Igm = 2,9
m — 0,6
255
Продолжение прилож. 1
К
га
*
Н
X.
X
в;
2*
*• -
к "и
О.
о
с
Наименование и крат¬
кая характеристика
е; Е- «о
ю о w:
О О
« S? ^
з *2
rSjj
га 2 Ен й
X ^ о ^
Л о о
и-
5 о
■ ь
л га VS
а: га Х-ч
л о
_ к л7
|°£ -
о
е
g
измельчителей
X X я
га а-
Sol:
>>=°-
X
с 01 ю
с So
tlnSt
а|£8
>3 о К-Ю
§1 °
cg't
g a"t ■
ч«,п
>>£ нХ
х га х в
S § ^
>> п t:
63
Струйные мель¬
ницы для сверх¬
тонкого измельче¬
ния фирмы Эт-о-
Майзер, США с
диаметром трубча¬
той помольной ка¬
меры в мм:
25,4
7,4
0,02
400
37
1,85
.
50,8
29,0
0,07
400
143
2,04
76,2
64,0
0,16
400
322
2,0
101,6
115,0
0,23
500
575
2,5
127,0
180,0
0,36
550
900
2,5
152,4
258,0
0,43
600
1290
3,0
203,2
460,0
0,77
600
2300
3,0
—
т = 485
т = 2,4
lgт 2,68
64
Противоточные
струйные мельницы
для тонкого измель¬
чения материалов
ЭС-06
35
0,09
390
0,3
3,3
—.
6СП-1
100
0,6
167
2,5
4,2
—
6СП-2
400
3,0
133
10,0
3,3
—
т = 230
т = 3,6
lgm = 2,36
Обозначение: т— усредненное значение величины для каждой группы типоразмеров.
ПРИЛОЖЕ НИЕ 2
СВОДКА ЕДИНИЦ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
(X
о
с
о
к
Z
Ед I цы системы СИ
Метрические единицы измерения
1
1 мкм (микрометр) = 10—6 м
Микрон (1 мк)
2
1 - 10-* ж2
Квадратный сантиметр (см2)
3
1 ■ 10-« ж3
Кубический сантиметр (см3)
4
1 Мг (мегаграмм) = 1000 кг
Тонна (т )
5
л/ш Ра&
1° (градус)
6
1 Мг/м3 — 1000 кг/м3
1 г/см3
7
1 -10—3 кг/сек
1 г/сек
8
1 ■ 10—6 м3/сек
1 см3/сек
9
9,80665 н
1 кг/кгс
10
0,1 Мн/м2
1 ат (техническая атмосфера)
11
9,80665 н/м2
1 мм вод. ст.
12
9,80665 дж
1 кгм
13
3,6 Мдж
1 кет ■ ч
14
4,1868 кдж
1 ккал
15
1000 вт
1 кет
♦
ЛИТЕРАТУРА
1. Абрамович Г. Н. Прикладная газовая динамика. М., Гостехиздат,
1953, стр. 526.
2. Аб р а м о в и ч Г. Н. Теория турбулентных струй. М., Физматгиз, I960,
715 стр.
3. Акунов В И. Современные вибрационные измельчители без мелю¬
щих тел. М., Промстройиздат, 1957, 74 стр.
4. Акунов В. И. Элементы теории и методика расчета струйных мель¬
ниц. Научное сообщение ВНИИТИСМ АСиА СССР. М., Промстройиздат,
1957, 223 стр.
5. Акунов В. И. О нормальном ряде измельчителей. М., Госстройиздат,
1958, 86 стр.
6. Акунов В. И. Экспериментальное исследование струйных мельниц.
Научное сообщение ВНИИТИСМ АСиА СССР. М., Промстройиздат, 1958,
118 стр.
7. А к у н о в В. И. Технология тонкого и сверхтонкого измельчения. М.,
Изд. Дома техники. 1959, 126 стр.
8. А к у н о в В. И. Струйные мельницы.— «Механизация и автоматиза¬
ция производства», 1959, № 11, стр. 24.
9. Акунов В. И. О некоторых тенденциях развития современных тех¬
нологических процессов на основе тонкого измельчения.— «Строительные ма¬
териалы», 1960, № 3, стр. 17.
10. Акунов В. И. О выборе оптимальных типов измельчителей.—
«Строительные материалы», 1962, № 11, стр. 21.
11. Акунов В. И. Струйные мельницы. М., Машгиз, 1962, 264 стр.
12. Акунов В. И. Типизация протнвоточных струйных мельниц. — «Хи¬
мическое и нефтяное машиностроение», 1965, № 9, стр. 14.
13. А к у н о в В. И. и Белоконь В. В. Обезжелезнение кварцевого
песка при его измельчении на противоточной струйной мельнице.— «Стекло и
керамика», 1965, № 12, стр. 32.
14. А к у н о в В. И. и Д а в ы д о в а Е. В. Измельчение пигментов и на¬
полнителей в струйных мельницах. Технико-экономическая информация
НИИГЭХИМ.— «Лакокрасочная промышленность и внедрение новых лакокра¬
сочных материалов», 1965, № 2, стр. 16.
15. Акунов В. И. и ДубинскийМ. Г. Движение частицы аэрозоля
в газовой среде.— «Известия АН СССР. Механика и машиностроение», 1959,
№ 1, стр. 31.
16. А к у н о в В. И. и Д у б и н с к и й М. Г. О коэффициентах полезного
действия элементов струйных мельниц.— «Известия АН СССР. Механика и
машиностроение», 1959, № 5, стр. 23.
17. А к у н о в В. И. и ДубинскийМ. Г. Об оптимальной форме раз¬
гонных трубок.— «Известия АН СССР. ОТН. Механика и машиностроение»,
1959, № 4, стр. 143—145.
18. А к у н о в В. И. и Д v б и н с к и й М. Г. Высокотемпературная струй¬
ная мельница.— «Известия АН СССР. Энергетика и автоматика», 1961, № 4,
стр. 116—120.
19. А к у н о в В. И. и И о с е л е в и ч К- С. О повышении износостойко¬
258
сти деталей при высокоскоростном абразивном воздействии.— «Вестник Ма¬
шиностроения», 1962, № 9, стр. 18.
Д). А к у и о в В. И. и ИоселевичК. С. Об износе помольных камер
струйных яеЯЬййц для сверхтонкого измельчения материалов —«Химическое
машиностроение», 1964, № 6, стр. 21.
21. Бай Ш и - И. Теория струй. М., Физматиздат, 1969, 326 стр.
22. Бернштейн Л. Приливная энергетика.— «Природа», 1959, № 11,
стр. 41—50.
23. В о л к о в Е. Н. и др. Опыт получения какао-порошка на струйных
мельницах.— «Хлебопекарная и кондитерская промышленность», 1959, № 5,
стр. 14—18.
24. Вентце ль Е. С. Теория вероятностей. М., Физматиздат 1961,
стр. 576.
25. Г е г у з и н Я. Е. Макроскопические дефекты в металлах. М., ГНТИЛ
черной и цветной металлургии, 1962, стр. 148.
26. Г о л е е в с к и й А. А. Вопросы механики струйного движения жид¬
костей и газов. Тезисы доклада на Конференции по физическим основам ме¬
ханики струйного движения жидкостей и газов 6—7 мая 1957 г. Л., НИ'ГО
МП, 1957, стр. 19.
27. Г о л е е в с к и й А. А. Вопросы механики струйного движения жидко¬
стей и газов. М.—Л., Машгиз, 1957, стр. 88.
28. И о ф ф е А. Ф., К и р п и ч е в а Н. К. и Л е в и т с к а я А. И. «Жур¬
нал Русского физико-химического общества», 1924, т. 56, стр. 24.
29. Кирпич ев В. Л. Беседы о механике, М.—Л., ГИТТЛ, 1951,
360 стр.
30. К и с е л ь г о ф М. Л. Исследования рабочего процесса пневматиче¬
ской мельницы.— «Теплосиловое хозяйство», 1939, № 10, и 11, стр. 22.
31. Койфман М. И. Прочность минеральных частиц высокой стойко¬
сти.— «Доклады АН СССР», 1943, т. XXIX, № 3, стр. 477.
32. Кольский Г. Волны напряжения в твердых телах. Из-во иностр.
лит., 1955, стр. 190.
33. Л е в и н с о н Л. В. и Цигельный П. М. Дробильно-сортировоч¬
ные машины и установки. М., Строннздат, 1952, стр. 420.
34. Л у к н и ц к и й В. В. Тепловые электрические станции промышлен
ных предприятий. М.—Л., ГЭИ, 1953, стр. 472.
35. Ребиндер П. А. Физико-химические исследования процессов де¬
формации твердых тел. Юбилейный сборник статей, посвященный XXX годов¬
щине Великой Октябрьской Социалистической революции. М.—Л., Академиз-
дат, 1947, стр. 273.
36- Ребиндер П. А. Физико-химическая механика М., Из-во «Знание»,
1958, стр. 64.
37. Р е б и и д е р П. А. и А к у н о в В. И. Физико-химические основы
законов тонкого измельчения твердых тел.— «Журнал прикладной химии»,
1956, т. XXVIII, стр. 312.
38. Р е б и н д е р П. А., Ш р е й н е р Л. А. и Ж и г а ч К- Ф. Понизители
твердости в бурении. М., Углетехиздат, 1944.
39. Робертс Ф. Динамическое программирование в процессах химиче¬
ской технологии и методы управления. М., «Мир», 1965, стр. 478.
40. Ромадин В. П. Пылеприготовление. М.—Л., Госэнергоиздат,
1953, стр. 519.
41. Рыбин В. Р. и Бок штейн С. Я. Исследование отбойно-вихревых
классификаторов. Сборник трудов ВНИИНСМ. Вып. 3. М., Госстройиздат,
1960, стр. 34.
42. Р у и д к в и с т А. К- Общая форма законов дробления.— «Бюллетень
Механобра, 1956, JV° 2, стр. 11—14.
43. Таггарт А. Ф. Справочник по обогащению полезных ископаемых.
Т. II. М., Металлургиздат, 1950, 516 стр.
44. Трапезников В. А. Автоматическое управление и экономика.—
«Автоматика и телемеханика», 1965, № 1, стр. 2.
259
43. Фукс И. А. Механика аэрозолей. М., Акадсмиздат, 1956, стр. 351
46. Френкель Я. И. Введение в физику металлов. М., Академиздат.
1958, стр. 368.
47. Ш р е й н е в Л. А. Хрупкость твердых тел. М.— Л., Академиздат,
1949, стр. 142.
48. A n d г е a s е п A. und Jespersen J. Die Zerkleinerungmaschinen
im Lichte des Ahnlichkeitsprinzips.—«Z. V D 1», 1954, Bd. 96, S. 33—43.
49. A new method of impact shattering.— «Engineering and Mining Jour¬
nal», 1958, vol. 159, N 4, p. 110—111.
50. Behrens D. Prallzerkleinerung von Glas-Kugeln und unregelmassig
geformten Teilchen aus Schxverspat, Kalkstein und Quarzsand.— «Chemie-Inge-
nieur Technik», 1965, Bd. 37, N 5, S. 473—483.
51. Catalog of the firm «Jel-O-Mizer». Fluid energy processing and equip
ment Co. Richmond and Norris Street. Philadelphia 25, Pa., USA, 1955.
52. Catalog of the firm F. W. Berck and Co., Ltd. London, 1955.
53. Catalog of the firm Macro-Reduction Ltd. London. 1955.
54. С h а г 1 e s R. Energy-size reduction relationships in с omminution.—
«Mining Engineering», 1958, April, p. 481—84.
55. С о m p a n у A. Fluid energy mill.— «Chemical Engineering», 1952;
August, p. 201.
56. Croft G. and Bechtel L. Combustion and fine grinding with the jet
mill.—«Iron and Steel Engineer», 1952, October, p. 61—68.
57. Developments in pulverizer design.—■ «Power Plant Engineering», 1957,
July, p. 73—78.
58. D о b г e f f L Untersuchungen des Zerkleinerungsvorganges in pneuma-
tischen Prallmuhlen.—«Staub», 1959. Bd. 19. N 3. S. 91 —103.
59. G i 11 i n g h u m W. Grinding talk to supperfine size.— «Compressed
Air Magazin», 1950, February, p. 27—33.
60. Haase H. und Hardtke H. Einfluss elektrostatischer Aufladun-
gen auf das Verhalten von Staubsystemen.—«Chemie-lngenieur-Technik»_
1957, N 12.
61. Harding H. Making rock grind itself.—«Engineering and Mining
Journal», 1955, vol. 156, N 6, p. 84—90.
62. Hopkinson 1. «Collected Sci. Paper» (1910), Cambridge, 1921, p. 64.
63. Katalog der VEB-Maschinen und Apparatenbau. Grimma, Sachs., DDR,
1956.
64. К a u f m a n n W. Elektrostatische Ladungen in den Stahlmiihlen.—
«Chemiker Ztg.», 1958, N 9, S. 299—300.
65. К a u f m a n n W. Rationalisierung in der Farben und Lack Industrie
durch den Einsatz neuartiger Zerkleinerungsinaschinen.—«Chemische Rund¬
schau», 1957, N 5, S. 100—101.
66. К e у s e r W. Neuentwicklungen auf dem Gebiet der Streu-Windsichter—
«Zement—Kalk—Gips», 1962, N 11, S. 469—78.
67. К i s s k a 11 S. Neue Ergebnisse der Feinzerkleinerung.— «Z. VDI», 1956,.
Bd 97, N 27, S. 1009—11.
68. Large fluid-energy mill.—«Engineering and Mining Journal», 1960,
vol. 160, N 8, p. 45.
69. L i s s m a n M. Jet pulverizing new practical—«Chemical and Me¬
tallurgical Engineering», 1938, N 5, p. 238—239.
70. M a d e 1 u n g E. «Die mathematischen Hilfsmittel des Physikers. Ber¬
lin, Springer Verlag, 1957, 510. S.
71. Majac jet pulverizer.—«Engineering and Mining Journal», 1956,
vol. 156, N 6, p. 194.
72. M e 1 d a u R. Handbuch der Staubtechnik .Bd. 1—2. Grundlagen. Diis-
selldorf, VDI-Verlag, 1955, 252. S.
73. Mica processing—th§ story of olant’s operation..—«Rock Products», 1957,.
vol. 60, N9, p, 112—Hi - .......
260
74. Modern mathematics for the engineer. F. Beckerbach, N. Y. 195b,
415 p.
75. О 1 i v e T. Process equipment news.— «Chemical Engineering»,
1950, N 2. p. 142.
76. R a m m 1 e г E. und H e i d e K. Herstellung von Kohlenstaub durch
plotzliche Druckentlastung von Pressluft-Kohle oder Dampl-Kohle-Gemischen.—
Die Bergakademie», 1951, H. 1, Februar, 12 S.
77. Reiners E. Die Prallzerkleinerung von sproden Stoffen bei sehr hn
hen Anprallsgeschwindigkeiten.— «Chemie-Ingenieur-Technik», 1960, Bd. 32, N 3
78. R u m p f H. Versuche zur Bestimmung der Teilchenbewegung in Gas
strahlen und das Beanspruchungsmechanismus in Strahlenmiihlen.—«Chemie-ln
genieur-Technik», 1960, Bd. 32, N 5, S. 335—342.
79. Rumpf H. Prizipen der Prallzerkleinerung und ihre Anwendung bei
der Strahlmahlung.—«Chemie-Ingenieur-Technik», 1960, Bd. 32, N 3, S. 129—252.
80. Rumpf H. Beanspruchungstheorie der Prallzerkleinerung.—«Chemie-
Ingenieur-Technik», 1959, N 5, S. 323—337.
81. Schaeffer H. Die Strahlmiihle.—«Z. V D I», 1957, Bd. 99, N 22..
August, S. 1069.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 3
Введение 5
Глава I. Элементы теории измельчителей 8
О проблеме тонкого измельчения 8
Обзор современной теории измельчителей 11
Феноменологические классификации измельчителей 20
Классификация измельчителей по А. Ф. Таггарту 24
Идеализация процесса деформирования и разрушения хрупкого
твердого тела 31
Определения 31
Основная задача теории измельчителей и ее анализ 42
Параметрический анализ существующих измельчителей .... 42
Нормальный ряд измельчителей 68
Анализ основной задачи теории измельчителей методом характери¬
стических показателей 68
Износ измельчителей как нормирующий фактор 79
Глава II. Развитие конструкций струйных мельниц 86
Классификация 86
Мельницы с плоской помольной камерой (СПК) 87
Мельницы с вертикальной трубчатой помольной камерой (СТК) 88
Помольные установки 89
Области применения, конструктивные, энергетические и технологи¬
ческие показатели мельниц 93
Мельницы с противоточной помольной камерой 102
Глава III. Отечественные конструкции струйных мельниц . 111
Установка типа 1C с плоской помольной камерой типа СПВ-60 для
сверхтонкого измельчения 111
Установка типа 2С с плоской помольной камерой типа СПВ-240 для
сверхтонкого измельчения 111
Установка типа ЗС с противоточной помольной камерой типа
СЭ-600 для тонкого измельчения 115
Глава IV. Модельный анализ серийных струйных мельниц . .118
Основные положения теории моделирования измельчителей . . .118
Серия струйных мельниц с плоской помольной камерой фирмы
Берк и К° 122
Определение расхода энергоносителей и производительности . .126
Серия струйных мельниц с трубчатой помольной камерой . . . 132
Фирменные данные 132
Анализ фирменных данных 134
262
1лава V. Экспериментальные исследования струйных мельииц 138
Мельницы с противоточной помольной камерой 138
Нормальные характеристики мельниц 142
Сравнительные показатели установок типа ЗС образцов 1956,
1957 и 1960 гг 153
Износ элементов мельниц 153
Коэффициент захвата частиц в помольной камере .... 166
Кратность циркуляции измельчаемого материала 167
Коэффициент полезного действия установки типа ЗС . . . . 168
Распределение статического давления по тракту установки
типа ЗС 170
Глава VI. Основы теории струйных мельниц . . ..... 171
Элементы механики запыленных потоков 171
Однофазные системы 172
Двухфазные системы .... 197
Сводка основных расчетных формул 199
Элементы теории противоточной помольной камеры 203
Влияние вида энергоносителя на рабочий процесс струйной мель¬
ницы 203
Движение частиц в разгонной трубке 208
Об оптимальной форме разгонных трубок 212
Кратность циркуляции частиц при измельчении на противоточ¬
ной струйной мельнице 216
Оптимальный расход измельчаемого материала в разгонной трубке 216
Оптимальная концентрация материала в помольном объеме . 217
Оптимальная энергонапряженность помольного объема . . .219
Оптимальная длина разгонной трубки 219
Глава VII. Методика расчета протнвоточных струйных мельниц . . 223
Расчет разделения типа КОВ для установки 6С‘(табл. 47) . . 233
Приложение 1 237
Приложение 2 257
Литература . 258
♦
Виктор Иванович Акунов
СТРУПНЫЕ МЕЛЫШЦЫ
Технический редактор J1. П. Гордеева
Корректор А. П. Озерова
Переплет художника С. Г. Абелина
Сдано в производство 14/V 1966 г.
Подписано к печати 18/Х 1966 г.
T-I43I0 Тираж 4500 экз. Печ. л. 16 5
Бум. л. 8.25 Уч.-изд. л. 16.25 Формат 6OX90’/ie
Темплан 1967 г.. № 129 Цена I р. 21 к. Зак. №423
Издательство «МАШИНОСТРОЕНИЕ*
Москва, Б-66, 1-й Басманный пер.. 3.
Московская типография № 6 Главполнграфпрома
Комитета по печати прн Совете Министров СССР
Москва. Ж-88. 1-й Южно-портовый пр., 17.