04 Сен 12 ВЛИЯНИЕ ДИСПЕРСНОСТИ ИЗМЕЛЬЧАЕМОГО МАТЕРИАЛА НА ИЗНОС ВРАЩАЮЩИХСЯ И ВИБРАЦИОННЫХ МЕЛЬНИЦ

Измельчение твердых тел всегда сопровождается из­носом рабочих поверхностей мельницы. Зачастую при по­моле абразивных матерйалов стоимость изнашиваемых деталей приближается к стоимости энергозатрат, а иног­да и превышает их. Во многих случаях износ определяет •применимость той или иной конструкции мельницы при измельчении материалов средней и высокой абразивно - сти. При проектировании мельниц учитываются допуска­емый минимальный срок службы рабочих узлов и стои­мость защищающих их износостойких материалов [165].

Из всех видов изнашивания, отмеченных Хрущевым [165], в мельницах имеет место абразивное, сочетающее­ся в ряде случаев с коррозионным. При сухом помоле на­блюдается в основном абразивный износ, который выра­жается в микрорезании и микроцарапании рабочих по­верхностей, от которых в результате этого отрываются частицы металла. В мельницах с мелющими телами типа вращающихся и вибрационных шаровых износ происхо­дит главным образом при трении в процессе скольжения мелющих тел в среде измельчаемого абразивного мате­риала. В ударных мельницах износ появляется при уда­рах измельчаемых частиц о рабочие поверхности.

Коррозионное изнашивание проявляется при измельче­нии в агрессивных средах и сопутствует абразивному из­нашиванию. Тонкодисперсные частицы металла окисля­ются и при измельчении в сухом воздухе, но уже после отрыва их от основной массы. В случае стальных мелю­щих тел и футеровки при сухом помоле в результате оки­сления высокодисперсных частиц железа образуется за­кись— окись железа, а при мокром — окись железа.

В большинстве работ, посвященных износу мельниц, рассматривалось влияние материала и формы футеровок и мелющих тел на интенсивность износа прн помоле разных материалов. Закономерно предположить, что из­нос мельниц зависит и от параметров рабочего процес­са: величины расходуемой мощности, производительно­сти, режима классификации, типа помольной установки, а также от дисперсности измельчаемого материала и сре­ды, в которой осуществляется помол (сухой или мокрый, или с поверхностно-активными веществами).

Обычно износ измеряют по потере веса рабочих узлов или уменьшению их геометрических размеров. Расход ме­талла относят либо ко времени измельчения, либо к еди­нице веса мелющих тел, либо к затрачиваемой энергии, либо к весу измельченного порошка Эти характеристики не связаны, однако, с основным параметром помола — изменением дисперсности материала. Поэтому оказалось целесообразным измерять износ величиной отношения расхода материала рабочих поверхностей q к единице вновь образованной удельной поверхности S измельчае­мого материала:

Где k — коэффициент износа; Q — вес измельченного материала;

V

F>= — удельный намол металла.

Износ исследовали как при испытаниях лабораторных мельниц, так и на специальном стенде [166]. Кроме того, были собраны и проанализированы данные производст­венной эксплуатации мельниц (табл. 12). В опытах учи­тывали только износ собственно мельницы, без вспомо­гательного оборудования — циклонов, классификаторов, пневмопроводов. Опыты проводили с кварцевым песком, выбор которого объясняется относительным постоянством его физико-химических свойств и высокой абразив - иостыо, позволяющей быстро получать результаты испы­таний.

Измерение износа непосредственно по уменьшению ве­са изнашиваемых узлов позволяет наиболее точно опреде­лить его закономерности. Однако в случае натурных ис­пытаний этот способ становится весьма трудоемким, тре­бует больших количеств измельчаемого материала и зна­чительной продолжительности опытов. Данные по износу наиболее просто и быстро получают химическим анали-

145

Зом содержания железа в измельченном материале. Ве­личины износа, полученные химическим и весовым мето­дами, обычно достаточно близки (разница составляет не ■более'чем 5%). Химический метод, однако, не дает'пред­ставления о распределении износа по рабочим поверхно­стям, и, кроме того, неприменим для мельниц, работаю­щих в пневмо-классификационных установках с разом­кнутым циклом по воздуху, вследствие избирательного уноса окислов железа. Поэтому в таких мельницах износ узлов помольных камер определяли по изменению их гео­метрии.

Исследованные мельницы (см. табл. 12) значительно отличались объемом помольных камер (от 0,3 до 3810 дмъ), производительностью (0,58 и 1150 кг/ч) и энерго­напряженностью (0,0077 и 0,35 квт/дм3). Представленный в той же таблице вибростенд (ВС) сконструирован как миниатюрная разъемная м-ельница непрерывного дейст­вия, закрепленная на вибрирующей подставке. Разъем - ность ее узлов позволяет определить поэлементный износ.

Таблица 12 Характеристика мельииц различных типов и их износ при измельчении кварцевого песка « О К Я X Р Х га СО X К 2 OJ <и JQ О) О X •* 5й * as X Я О) Л 1 S І И 2 н I f X X X» Р Мельница О ш А * сх (О Jg О к К л О) о £ а О Г) Е§ Га «5 h fig 2 Удельная ность пес в см'/г S.'o gs < О. о «-Г^ Eg * Объемная СИВНОСТЬ В г/ч дм' =Г в !? Вращающаяся Ш-3810 3810 51 1,34 5020 26,6 0,63 8,5 52,7 1,38 3000 31,4 0,92 11,2 Вращающаяся Ш-100 100 0,85 0,85 5000 3000 0,352 0,337 0,40 0,44 11,3 13,0 Вращающаяся Ш-40 40 0,31 0,77 "5000 0,106 0,29 10,0 3000 0,116 0,39 13,2 Вибрационная М-200 200 16 8,0 4800 6,9 2,87 8,4 13 6,5 3050 5,3 2,67 10,2 Вибрационная М-10 10 3,5 3,5 3200 0,785 8,9 11,4 Вибростенд ВС 0,3 4700 0,0257 7,0 8,1 — — 3120 0,0433 16,4 10,3

Как следует из данных табл. 12, величины коэффици­ента износа при помоле кварцевого песка до одной и той же удельной поверхности достаточно близки друг к дру­гу. Так, для порошка с удельной поверхностью ~3000 см2/г 6= 11,5± 1, а при 5~5000 см2/г /е=9,2± ±il, l мг/м2.

Коэффициенты износа, как показано на графике рис. 37", одинаковы для мельниц, отличающихся но произво­дительности (в 2000 раз) и энергонапряженности (в 8 раз). Кроме того, эти мельницы отличались и режимом работы. В периодическом режиме работали 'вращающие­ся мельницы объемом 100 и 40 л, в непрерывном (на про­ход) — вращающаяся Ш-3810, ВС, а также вибромельни­цы М-200 и М-10 с классификацией.

S. г/v Ю4

12

Х	&
\	V *	І VL
	\		N
		Ч	N
					2

2000 т бооо то /даю ггооо S, cm2/Z Рис. 38. Изменение удель­ного износа с ростом дис­персности кварцевого по­рошка для мельииц различ­ных типов

W

'.0.

S dS

Экспериментальные данные, полученные при измель­чении кварцевого песка,(приведены на рис. 38. Отношение

			/то
		/ /Ш
	То/ ущ
4	WW

Ю

В, м*/ч

Рис 37 Зависимость износа мельниц от их производи­тельности, определяемой ве­личиной вновь образованной поверхности, при измельче­нии кварцевого песка до удельной поверхности, рав­ной (3000 смУг

Прироста намола металла к приросту вновь образован­ной поверхности d6/dS и отношение суммарного но вре­мени измельчения намолй металла ко всей образованной поверхности измельченного кварца б0/5 уменьшаются соответственно более чем в 10 и в 2 раза в исследован­ном диапазоне дисперсности (от 2-Ю3 до 10-10 см2/г).

Закономерность измерения износа в зависимости от дисперсности измельчаемого материала (см. рис. 38) свойственна мельницам всех рассмотренных здесь типов. Данные по намолу металлла для мельниц, отличающихся производительностью, режимом работы и энергонанря- женностью, хорошо описываются единой кривой, выра­жающей зависимость удельного расхода металла от удельной поверхности кварца. Результаты этих опытов показывают, в частности, что утверждение о независнмо-
сти износа от дисперсности измельчаемого материала [167] отвергается результатами эксперимента.

Как показывает анализ литературных данных, обна­руженные при измельчении кварцевого песка закономер­ности износа шаровых гмельниц. наблюдаются и в других случаях, в частности при помоле мапнетитовых руд. Фагер - берг и Орнштейн [168] провели сравнительные исследо­вания характеристик работы мельниц Аэрофол и стерж­невых для сухого и мокрого помола при измельчении двух сортов магнетитових руд Северной Швеции. Одна из магнетитовых руд представляла собой мелкозернис­тую массу средней прочности, в которой содержалось 30% магнетита и пустой породы в виде сиенито-порфири - тов; другая — рыхлый грубозернистый магнетит, содер­жащий около 40% железа. Размер зерен магнетита и пустой породы — апатита и гранита — 'был равен 0,2— 1,0 мм. В мельницах Аэрофол мелющими телами служат крупные куски измельчаемого материала. Необходимая для осуществления процесса измельчения кинетическая энергия кусков обеспечивается сравнительно большим диаметром помольных камер. В опытах использовали ла­бораторную мельницу Аэрофол объемом 1,52X0,71 м, футерованную рельсами, которые выступали на 90 мм внутрь помольной камеры и служили для подъема ма­териала. Мельница входила в состав пневмоклассифика- ционной установки с гравитационным классификатором. Торцы помольной камеры были оборудованы отража­тельными плитами. Для повышения эффективности и ре­гулирования помола в мельницу Аэрофол добавляли ша­ры из хромистой стали диаметром 125 мм, которые зани­мали не более 2—3% ее объема.

Стержневые лабораторные мельницы для сухого и ' мокрого помола работали при скоростях вращения 60%' критической. Мелющими телами служили стержни из хромистой стали диаметром 63,4 и 25,4 мм, которые за­полняли 30% Объема помольного пространства.

Повышение тонины помола более рыхлой руды (рис. 39) сопровождается увеличением расхода металла рабо­чих поверхностей на единицу вновь образованной по­верхности. Это может быть объяснено разрушением не­прочных агломератов исходной руды до более прочных и ■более абразивных первичных частиц. В случае же из­мельчения твердой руды как в стержневой, так и в мель­нице Аэрофол наблюдаются закономерности, аналогич­ные тем, которые имеются при измельчении кварца в

Шаровых мельницах. В случае мельницы Аэрофол, в кото­рой количество мелющих тел относительно мало, велика роль взаимного измельчения кусков. В силу этого абсо­лютные значения износа в этой мельнице меньше, чем в других.

Ив графика. рис. 39 следует, что удельный износ в расчете на единицу поверхности порошка при мокром

V			АІ 4 2
		Т	О	■і
Л		А	О
			І
	Е

Рис. 40. Зависимость из­носа эксцентриковой мельницы от дисперсно­сти измельчаемого квар­ца и среды, в которой производится измельче - нне (каждаи точка — среднее по нескольким Измерениям) а—водная среда (/) и среда спирта (2) и ацето на (3), б — с добавками во­ды о,4—4%; в —сухой воздух

% мг/мг

1000 1500 S, с*г/т3

Рис. 39 Зависимость изно са мельииц стержневой и Лэрофол от дисперсности измельчаемых твердых (а) и рыхлых (б) матнетитовых Р7Д I — помол в стержневой мель­нице сухой 2 — то же, мокрый 3 — сухой помол в мельнице Лэрофол

2,0 ',5

1*0 •о" ^05

Го w 60 во wo S, м2/г

Помоле больше, чем при сухом, и подчиняется тем же за­кономерностям при изменении дисперсности. Более высо­кий износ при мокром измельчении связан, можно пола­гать, либо с коррозионными процессами, либо с адсорб­ционным понижением прочности металла в активной среде.

Для более подробного изучения влияния среды на из­нос мельниц, а также с целью выяснения возможностей изменения закономерностей этого процесса прн получе­нии более высокодисперсных материалов были проведе­ны опыты по измельчению кварцевого песка в высоко­напряженной лабораторной эксцентриковой мельнице

С помольным цилиндром объемом 100 см3, амплитудой колебаний 5 мм и частотой 3000 кол/мин. Загрузка квар­цевого песка составляла 25 г. Для измерения удельной поверхности высокодисперсного порошка понадобилась его дезагрегация и привлечение адсорбционного метода (БЭТ).

Поскольку в описанных выше опытах была исследова­на область грубого н среднетонкого измельчения, изме­рение удельной поверхности по методу Козени — Карма­на было оправдано. Измельчение осуществляли в сухом воздухе и с добавками к сухому порошку различных жид­костей. Измеряли кинетику удельной поверхности квар­цевого песка и содержание в нем железа. Результату опытов представлены. на рис. 40 и 41.

График рис. 40 показывает, что при помоле тонкодис­персных порошков, как и грубодиопероных, наблюдается снижение износа на единицу поверхности с уменьшением размера измельчаемых частиц. Такое уменьшение износа обнаружено в опытах с сухим кварцем при измельчении его в воде, ацетоне и спирте, а также с малыми добавка­ми воды.

Характерно, что величина износа на единицу поверх­ности порошка существенно зависит от влажности кварца в интервале от 2—4% « выше. В этом случае износ одина­ков при измельчении с большими добавками таких жид­костей, как вода, ацетон, спирт и бензол. Это позволяет предположить, что увеличение износа с добавлением жидкостей вызвано не коррозионным (в классическом понимании) эффектом, а адсорбционным уменьшением работы разрушения металла вследствие Взаимодействия свежеобразова. нных поверхностей с внешней средой. Та­кое же явление уменьшения работы разрушения, регист­рируемое по увеличению интенсивности диспергирования, наблюдается и для измельчаемого материала. Малые добавки жидкости (см. рис. 41) стимулируют рост удель­ной поверхности кварца и одновременно износ мелющих тел и мельницы. При этом, однако, величина износа в единицах б0/S остается постоянной в значительном диа­пазоне значений влажности материала. При увеличении влажности более чем на 30% удельная поверхность рас­тет медленнее, чем удельный износ. В случае малых. до­бавок наблюдается независимость отношения бо/5 от их природы.

Использованные в опытах добавки воды, ацетона, бен­зола, спирта, триэтаноламина, вазелинового масла при одинаковом времени измельчения привели к одинаково­му увеличению намола в единицах S0/S. Важно отме­тить, что и добавки вазелинового масла, жидкости, кор - розионно нейтральной но отношению к металлу и квар­цу, стимулируют измельчение кварца и износ мельницы, причем в равной степени с водой и другими жидкостями.

Рис 41 Влияние содержания воды в мельнице на ее износ и дис­персность измельчаемого кварца I и 2 износ, 3 и 4 — удельная поверхность соответственно при 8 и 16 мин измельчения

Добавки олеиновой кислоты, наоборот, способствуют зна­чительно более быстрому изнашиванию металла, но в меньшей степени — измельчению кварца.

Полученные данные свидетельствуют о тесной взаимо­связи явлений износа и измельчения. Процессам измель­чения кварца металлом и износа металла кварцем свой­ственны общие закономерности как по кинетике, так и но влиянию внешней среды. Однако на металле, как и сле­довало ожидать понижение работы разрушения в резуль­тате адсорбции проявляется в большей мере. Уменьше­ние износа с ростом дисперсности порошка вызвано, вероятно, измельчением частиц при их взаимном контак­тировании. С уменьшением размеров частиц число таких контактов увеличивается пропорционально удельной по­верхности порошка и одновременно растет вероятность их разрушения при сдавливании, но не на поверхности шара, а вблизи ее в слое частиц. Такой механизм разру­шения некоторого объема многих частиц в области кон­такта шаров принят в теории измельчения, хорошо со­гласующейся с экспериментальными данными. Разумно полагать, что закономерности износа и измельчения име­ют много общего и по существу механизма этих про­цессов.