Шаровые мельницы

1. Введение в шаровую мельницу

Шаровая мельница является основным оборудованием для дробления материалов после дробления.

Шаровая мельница является одной из машин для высокотонкого помола, широко используемых в промышленном производстве, и существует много типов, таких как трубчатая шаровая мельница, стержневая шаровая мельница, цементная шаровая мельница, сверхтонкая слоистая мельница, ручная шаровая мельница, горизонтальная шаровая мельница, подшипниковая втулка шаровой мельницы, энергосберегающая шаровая мельница, переливная шаровая мельница, керамическая шаровая мельница, решетчатая шаровая мельница.

Шаровая мельница подходит для измельчения различных руд и других материалов. Она широко используется в горнодобывающей, строительной и химической промышленности. Она подразделяется на мельницы сухого и мокрого помола. В зависимости от способа разгрузки мельницы делятся на два типа: решётчатого типа и переливного типа. В зависимости от формы цилиндра мельницы делятся на четыре типа: шаровая мельница с короткой трубой, шаровая мельница с длинной трубой, трубная мельница и конусная мельница.

2. Принцип работы шаровой мельницы

Шаровая мельница состоит из горизонтального цилиндра, полого вала для подачи и выгрузки материалов и измельчающей головки. Цилиндр представляет собой длинный цилиндр с установленным в нем измельчающим телом. Цилиндр изготовлен из стальной пластины. Стальная футеровка закреплена на цилиндре. Как правило, измельчающее тело представляет собой стальной шар, который упакован в цилиндр в соответствии с различными диаметрами и определенной пропорцией. Измельчающее тело также может быть изготовлено из стали. Выберите в соответствии с размером частиц измельчаемого материала. Материал загружается в цилиндр полым валом на загрузочном конце шаровой мельницы. Когда цилиндр шаровой мельницы вращается, измельчающее тело прикрепляется к гильзе цилиндра из-за инерции, центробежной силы и трения. Увлекаемое цилиндром, при достижении определенной высоты оно будет отброшено вниз под действием собственной тяжести. Падающее измельчающее тело будет дробить материал в цилиндре, как снаряд.

Материал равномерно поступает в первую камеру мельницы через загрузочное устройство через полый вал загрузочного устройства. Внутри первой камеры мельницы находится ступенчатая или рифленая футеровка. Камера оснащена стальными шарами различных спецификаций. Падение с высоты оказывает сильное ударное и измельчающее воздействие на материал. После грубого помола в первом складе материал поступает во второй склад через однослойную перегородку. Склад футерован плоскими шарами и стальными шарами для дальнейшего измельчения материала. Порошок выгружается через разгрузочную решетку для завершения процесса измельчения.

При вращении барабана измельчающее тело также соскальзывает. В процессе скольжения материал измельчается. Для эффективного использования эффекта измельчения, при измельчении материала с большим размером частиц измельчающее тело является мелким. Разделенный на две секции перегородкой, он становится двойным силосом. Когда материал попадает в первый силос, он дробится стальным шаром. Когда материал попадает во второй силос, стальная секция измельчает материал, и измельченный квалификационный материал становится полым с разгрузочного конца. Когда вал разгружается для измельчения материалов с мелкими частицами питания, таких как песок № 2, шлак и крупная летучая зола, барабан мельницы может быть выполнен в виде односилосной барабанной мельницы без перегородки, а измельчающее тело также может быть изготовлено из стали.

Сырье подается в полый цилиндр через полую цапфу вала для измельчения. Цилиндр оснащен мелющими телами различного диаметра (стальные шары, стальные стержни или гравий и т. д.). При вращении цилиндра вокруг горизонтальной оси с определенной скоростью, среда и сырье, содержащиеся в цилиндре, отделяются от цилиндра по мере того, как цилиндр достигает определенной высоты под действием центробежной силы и силы трения. Стенка корпуса отбрасывается вниз или скатывается, измельчая руду за счет ударной силы. Одновременно с этим, во время вращения мельницы скользящее движение между мелющими телами также оказывает измельчающее воздействие на сырье. Измельченный материал выгружается через полую цапфу.

3. Загрузка шаровой мельницы

Основная функция стального шара в шаровой мельнице — ударное воздействие и дробление материала, а также определённая роль в процессе измельчения. Поэтому цель классификации стальных шаров — соответствие этим двум требованиям. Дробящий эффект напрямую влияет на эффективность измельчения и, в конечном счёте, на производительность шаровой мельницы. Возможность удовлетворения требований к дроблению зависит от правильного выбора гранулометрического состава стальных шаров, включая их размер, количество диаметров шаров, их расположение в различных пропорциях и т.д.

Для определения этих параметров необходимо учитывать размер шаровой мельницы, ее внутреннюю конструкцию, требования к тонкости помола продукта и другие факторы, характеристики измельчаемого материала (легкость измельчения, размер частиц и т. д.).

Для эффективного дробления материалов при определении гранулометрического состава необходимо соблюдать несколько принципов:

Прежде всего, стальной шар должен обладать достаточной ударной силой, чтобы стальной шар шаровой мельницы обладал достаточной энергией для дробления сыпучего материала, что напрямую зависит от максимального диаметра стального шара.

Во-вторых, стальной шар должен иметь достаточное количество ударов по материалу, что зависит от скорости заполнения шара и его среднего диаметра. При постоянном количестве заполнения, обеспечивая достаточную силу удара, попробуйте уменьшить диаметр мелющего тела и увеличить количество стальных шаров, чтобы увеличить количество ударов по материалу и повысить эффективность дробления.

Наконец, материал имеет достаточно времени пребывания в мельнице, чтобы гарантировать его полное измельчение, а для этого стальной шар должен обладать определенной способностью контролировать скорость потока материала.

Так называемый двухступенчатый метод шаровой сортировки заключается в использовании двух стальных шаров разных размеров с большой разницей в диаметре. Теоретическая основа заключается в том, что зазоры между большими шарами заполняются маленькими шарами, чтобы максимально увеличить плотность упаковки стальных шаров. Таким образом, с одной стороны, можно улучшить ударную способность и количество ударов мельницы, что соответствует функциональным характеристикам мелющего тела. С другой стороны, более высокая насыпная плотность позволяет материалу получить определенный эффект измельчения. При двухступенчатом распределении шаров основная функция большого шара заключается в ударе и дроблении материала. Первая функция малого шара заключается в заполнении зазора между большими шарами и увеличении насыпной плотности мелющего тела для управления скоростью потока материала и повышения производительности измельчения; он играет роль переносчика энергии и передает энергию удара большого шара материалу; третья — выдавливание крупных частиц из зазора и размещение их в зоне удара большого шара. 

4. Шаровая мельница Механическая конструкция

Шаровая мельница состоит из загрузочной части, разгрузочной части, вращающейся части, трансмиссионной части (редуктора, малой шестерни, двигателя, электропривода) и других основных частей. Полый вал изготовлен из литой стали, внутренняя футеровка съемная, большая вращающаяся шестерня обработана литейной фрезой, а цилиндр инкрустирован износостойкой футеровкой, обладающей высокой износостойкостью. Машина работает плавно и надежно.

Основной корпус шаровой мельницы включает в себя цилиндр, в который вставлена футеровка из износостойкого материала, подшипники, несущие цилиндр и обеспечивающие его вращение, а также приводные части, такие как двигатель, передаточные шестерни, шкивы и клиновые ремни.

Что касается деталей, называемых лопатками, то они, как правило, не являются основными компонентами. Внутренние спиральные лопатки на входе компонента на загрузочной стороне можно назвать внутренними спиральными лопатками, а внутренние спиральные лопатки на выходе компонента на разгрузочной стороне также можно назвать внутренними спиральными лопатками.

Кроме того, если в качестве вспомогательного оборудования на разгрузочном конце используется винтовой конвейер, то в оборудовании будут детали, называемые спиральными лопастями, но, строго говоря, они уже не являются частью шаровой мельницы.

В зависимости от материала и способа разгрузки можно выбрать шаровую мельницу сухого помола или шаровую мельницу мокрого помола. Энергосберегающая шаровая мельница оснащена самоустанавливающимися двухрядными радиальными сферическими роликовыми подшипниками с низким сопротивлением качению и значительным энергосберегающим эффектом. В разгрузочной части барабана добавлена коническая секция барабана, что не только увеличивает полезный объем мельницы, но и обеспечивает более рациональное распределение измельчаемой среды в барабане. Данное изделие широко используется для измельчения материалов в цветной и черной металлургии, на заводах по переработке неметаллических материалов, в химической промышленности и производстве строительных материалов.

5. Принадлежности для шаровых мельниц

Шестерня шаровой мельницы

Аксессуары для шаровых мельниц включают в себя шестерню шаровой мельницы, шестерню шаровой мельницы, полый вал шаровой мельницы, зубчатое кольцо шаровой мельницы, зубчатое кольцо шаровой мельницы, стальной шар шаровой мельницы, пластину отсека шаровой мельницы, передаточное устройство шаровой мельницы, подшипник шаровой мельницы, торцевую футеровку шаровой мельницы и т. д.

Выбор материала большой шестерни шаровой мельницы:

В зависимости от условий работы крупных зубчатых передач крупные зубчатые колеса обычно изготавливают из следующих материалов:

(1) Среднеуглеродистая конструкционная сталь

(2) Среднеуглеродистая конструкционная легированная сталь

(3) Науглероженная сталь

(4) Азотированная сталь

Конструкция большого зубчатого колеса шаровой мельницы может иметь различную форму в зависимости от условий эксплуатации, но с технологической точки зрения зубчатое колесо можно рассматривать как состоящее из двух частей: зубчатого венца и корпуса колеса. В зависимости от расположения зубьев на зубчатом венце зубья делятся на прямозубые, косозубые и шевронные.

Процесс производства и контроль качества шаровых мельниц

I. Процесс изготовления шаровых мельниц

1. Изготовление основных компонентов

(1) Изготовление баллонов

• Выбор материала: Обычно используется сталь Q345R (низколегированная сталь для сосудов под давлением) или Q235B (углеродистая конструкционная сталь). Толщина (16–50 мм) определяется техническими характеристиками оборудования и условиями эксплуатации (например, твёрдостью при шлифовании, коррозионной активностью).

• Этапы обработки:

1. Резка стальных пластин: Газопламенная или плазменная резка с ЧПУ используется для разрезания стальных пластин на секторные заготовки (扇形坯料), соответствующие развернутым размерам цилиндра, с сохранением припусков на сварку.

2. Прокатка и формовка: Большой прокатный станок сгибает заготовки в цилиндрическую форму, обеспечивая погрешность круглости ≤1 мм/м и погрешность прямолинейности ≤0,5 мм/м.

3. Сварные швы: Продольные швы (осевые соединения цилиндра) свариваются дуговой сваркой под флюсом. После сварки проводится 24-часовое старение для снятия сварочных напряжений. Для цилиндров, длина которых превышает ширину стального листа, кольцевые швы (радиальные соединения) свариваются симметричной сваркой для минимизации деформации.

4. Калибровка округлости: Станок для закругления кромок корректирует эллиптичность сварного цилиндра, обеспечивая точность сборки с торцевыми крышками.

(2) Изготовление торцевых крышек

• Выбор материала: Часто используется ZG35CrMo (легированная литая сталь) или сварные конструкции из Q345R (сварные торцевые крышки обычны для больших шаровых мельниц, тогда как литые торцевые крышки используются для меньших).

• Этапы обработки:

1. Литье/сварка Формовка: Литые торцевые крышки изготавливаются методом литья в песчаные формы или по выплавляемым моделям, что гарантирует отсутствие усадки и трещин. Сварные торцевые крышки изготавливаются путем резки и сварки стальных листов с последующей дефектоскопией.

2. Обработка: Вертикальные токарные станки обрабатывают втулку (ступеньку для соединения с цилиндром) и отверстие седла подшипника (для установки полого вала), обеспечивая допуск диаметра втулки IT7 и шероховатость поверхности Ра ≤1,6 мкм.

3. Подключение к цилиндру: Торцевые крышки крепятся к цилиндру с помощью фланцевых болтов или сварки (сварка широко применяется в крупных шаровых мельницах). Для предотвращения деформации используется сегментная симметричная сварка.

(3) Изготовление полых валов

• Выбор материала: Обычно поковки из стали 45# или ZG45CrNiMo (легированная литая сталь). Поковки подвергаются закалке и отпуску (твёрдость: 220–260 HBW).

• Этапы обработки:

1. Ковка: Стальные заготовки нагревают до 1100–1200 °C и формуют методом свободной ковки или объемной штамповки с последующим отжигом для снятия напряжений.

2. Черновая обработка: Точение внешнего круга и внутреннего отверстия (канала подачи/выгрузки) с припуском на чистовую обработку 3–5 мм.

3. Термическая обработка: Закалка и отпуск обеспечивают механические свойства (прочность на растяжение ≥600 МПа, ударная вязкость ≥30 Дж/см²).

4. Прецизионная обработка: Токарные станки с ЧПУ обрабатывают цапфу (сопрягаемую поверхность с коренным подшипником) с допуском IT6 и шероховатостью поверхности Ра ≤0,8 мкм, что обеспечивает точность посадки с подшипником.

(4) Производство систем трансмиссии

• Большая шестерня:

• Материал: ZG35SiMn (литая сталь) или поковка 42CrMo, с закалкой поверхности зубьев (твердость: 35–45HRC).

• ОбработкаПосле литья/ковки выполняется черновая токарная обработка, закалка и отпуск. Затем выполняется прецизионная токарная обработка наружной окружности и торца, после чего зубья обтачиваются червячной фрезой. Затем производится закалка и шлифование поверхности зубьев (класс точности: 6 по ГБ/T 10095.1-2008).

• Малая передача:

• Материал: поковка 40CrNiMoA с общей закалкой и отпуском, а затем закалкой поверхности зубьев (твердость: 45–50HRC).

• Обработка: После ковки производится черновая механическая обработка, за которой следуют термообработка, прецизионная токарная обработка цапфы, зубофрезерование и окончательная шлифовка (такая же точность, как и у большой шестерни).

(5) Изготовление вкладышей

• Выбор материала: Высокохромистый чугун (15–20% Кр), высокомарганцевая сталь (ЗГМн13) или биметаллические композиты (износостойкий слой + основной материал).

• Этапы обработки:

1. Кастинг: Высокохромистый чугун отливается в песчаные формы при температуре заливки 1400–1450 °C для предотвращения усадки. Высокомарганцевая сталь подвергается закалке в воде (нагреву до 1050 °C и закалке в воде для устранения карбидов).

2. Обработка: Фрезерование отверстий под болты и позиционных канавок на задней части гильзы для обеспечения плотного прилегания к цилиндру (зазор ≤1 мм).

2. Общий процесс сборки

1. Предварительная сборка компонентов: Проверьте размеры компонентов (например, округлость цилиндра, допуск на отверстие в торцевой крышке) и очистите масляные пятна и заусенцы на обработанных поверхностях.

2. Сборка цилиндра и торцевой крышки: Совместите торцевые крышки с фланцами цилиндра, равномерно затяните болты (по диагонали) или приварите их (с дефектоскопией после сварки).

3. Установка полого вала: Соединить полый вал с посадочным местом подшипника торцевой крышки методом горячей посадки (нагрев посадочного места подшипника до 100–150 °C) или болтами, обеспечив погрешность соосности двух полых валов ≤0,1 мм/м.

4. Сборка системы трансмиссии:

• Большая шестерня крепится к цилиндру посредством горячей посадки или болтов, обеспечивая перпендикулярность торца шестерни к оси цилиндра ≤0,05 мм/м.

• Малая шестерня соединена с выходным валом редуктора. Отрегулируйте зазор в зацеплении (0,2–0,4 мм) и пятно контакта (≥60% по высоте зуба, ≥70% по длине зуба) большой и малой шестерен.

5. Установка коренного подшипника: Закрепите гнездо подшипника на фундаменте, отрегулируйте зазор между полым валом и подшипником (0,15–0,3 мм для подшипников скольжения, согласно спецификациям для подшипников качения) и обеспечьте погрешность горизонтальности гнезда подшипника ≤0,05 мм/м.

6. Тестовый запуск:

• Испытание без нагрузки: Дайте поработать в течение 4 часов, проверяя температуру подшипников (≤65 °C), шум зацепления шестерен (≤85 дБ) и вибрацию цилиндра (амплитуда ≤0,1 мм).

• Тест под нагрузкой: Постепенно увеличивайте нагрузку до 50%, 80% и 100% от проектной нагрузки с общим временем работы 8 часов, убедившись в отсутствии отклонений в работе компонентов.

II. Процесс контроля качества

1. Контроль качества материалов

• Инспекция сырья:

• Стальные листы, поковки и отливки должны иметь сертификаты на материал (химический состав, механические свойства). Требуется отбор проб для спектрального анализа (для подтверждения содержания элементов) и испытаний на растяжение (для определения предела прочности и текучести).

• Гильзы из высокохромистого чугуна проверяются на твёрдость (≥HRC58) и ударную вязкость (≥3 Дж/см²). Высокомарганцовистую сталь проверяют на металлографическую структуру после закалки в воде (отсутствие сетчатых карбидов).

2. Контроль качества процесса

• Проверка точности обработки:

• Цилиндр: Лазерные приборы для измерения круглости проверяют круглость; поверочные линейки и щупы проверяют прямолинейность.

• Полый вал: циферблатные индикаторы измеряют круглость цапфы (≤0,01 мм) и цилиндричность (≤0,02 мм); координатно-измерительные машины проверяют соосность.

• Зубчатые передачи: Детекторы зубчатых передач измеряют погрешность шага (≤0,02 мм) и погрешность профиля зуба (≤0,015 мм); метод окраски проверяет схемы зацепления контактов.

• Контроль качества сварки:

• Проводится 100% неразрушающий контроль (УЗК на внутренние дефекты, МТ на поверхностные трещины) продольных и кольцевых швов со 100% аттестацией сварных швов.

• Испытания механических свойств (испытания на растяжение и изгиб) сварных соединений гарантируют прочность не ниже основного материала.

• Инспекция термообработки:

• После закалки и отпуска поковок и зубчатых колес твердомеры проверяют твердость поверхности (погрешность ±5HBW); металлографические микроскопы наблюдают структуры (например, отпущенный сорбит для закаленной и отпущенной стали).

3. Контроль качества готовой продукции

• Проверка точности сборки:

• Уровни проверяют горизонтальность посадочных мест подшипников и редукторов; циферблатные индикаторы измеряют осевое перемещение цилиндра (≤0,5 мм).

• Для соответствия проектным требованиям зазор в зацеплении шестерен измеряется методом свинцовой проволоки (диаметр свинцовой проволоки = 1,5 × расчетный зазор).

• Тестирование производительности:

• Испытание без нагрузки: проведите непрерывно в течение 4 часов, регистрируя температуру подшипника, вибрацию и шум ежечасно. Остановите, если температура превысит 70°C или вибрация станет ненормальной.

• Испытание под нагрузкой: загрузите материалы в соответствии с проектными параметрами (50%, 80%, 100%), при общем времени работы 8 часов. Проверьте производительность (отклонение ≤5%), размер частиц измельчаемого продукта (соответствует требованиям) и убедитесь в отсутствии ослабления вкладышей и болтов.

• Проверка внешнего вида и маркировки:

• Поверхность оборудования окрашена равномерно (толщина слоя 60–80 мкм), без потеков и отслоений. Маркировка чёткая (модель, характеристики, название производителя, дата производства).