способ дезинтеграции горных пород и роторная мельница для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ дезинтеграции горных пород, включающий подачу материала во вращающийся барабан, подъем его по внутренней поверхности барабана и пневматическую разгрузку, отличающийся тем, что куски материала после отрыва от внутренней поверхности барабана подвергают ударному воздействию рабочим органом, соосно установленным на полом валу в барабане с возможностью противоположного вращения со скоростью, равной 85-92% от критической, при этом пневматическую разгрузку материала осуществляют через отверстия полого вала.

2. Роторная мельница для осуществления способа по п. 1, содержащая установленный с возможностью вращения барабан с лифтерами на внутренней поверхности, приспособления для загрузки и пневматической выгрузки материала, отличающаяся тем, что внутри барабана соосно на полом валу установлен ротор с билами с возможностью противоположного вращения со скоростью, равной 85-92% от критической, при этом вал ротора выполнен с отверстиями для пневматической разгрузки материала, а в его полости смонтированы винтовые спирали для подачи материала и разгрузки его крупных фракций.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области дезинтеграции и измельчения горных пород и руд.

Известен способ сухого самоизмельчения кусковых материалов в барабанных мельницах, работающих в так называемом "водопадном режиме", т.е. с частотой вращения барабанов, равной 80-85% от критической частоты вращения. Наибольшее распространение из конструкций, реализирующих этот способ, получили мельницы типа "Аэрофоль". Мельница состоит из барабана, торцевых крышек с пустотелыми цапфами, подшипниковых опор и привода. Руда подается в мельницу через полость цапфы и измельчается в барабане. Измельченный материал выносится из барабана струей воздуха через другую цапфу [1].

Основной недостаток данных мельниц заключается в том, что они не могут быть рекомендованы для всех материалов и руд без предварительных испытаний. Для дробления самоизмельчением наиболее подходят хрупкие руды зернистого сложения. На практике для выбора процесса рудоподготовки необходимо провести полупромышленные, а лучше промышленные исследования по самоизмельчению данной руды.

В процессе дробления происходит накапливание в мельнице кусков "критического размера", т. е. кусков с размерами от 25 до 75 мм, которые слишком малы, чтобы дробить другие куски, но слишком велики и прочны, чтобы быть раздробленными крупными кусками. Для борьбы с накапливанием таких кусков в мельнице рудного самоизмельчения приходится принимать специальные меры, которые усложняют работу фабрики. В частности, для повышения энергии удара падающих кусков породы в мельнице увеличивают диаметр барабана, применяют специальные лифтеры для подъема материала до необходимой точки отрыва и увеличения эффективности удара и т.д. Эффективность дезинтеграции горных пород таким способом крайне низка, и КПД мельниц, по разным данным, не превышает 1,2%.

Отмеченные недостатки могут быть кардинально устранены в предлагаемом способе дезинтеграции и конструкции роторной мельницы.

Способ дезинтеграции горных пород, включающий подачу материала во вращающийся барабан, подъем его по внутренней поверхности барабана и пневматическую разгрузку, при этом куски материала, после отрыва от внутренней поверхности барабана, подвергают ударному воздействию рабочим органом, соосно установленным на полом валу в барабане с возможностью противоположного вращения со скоростью, равной 85-92% от критической, при этом пневматическую разгрузку материала осуществляют через отверстия полого вала.

Роторная мельница для осуществления вышеуказанного способа, содержащая установленный с возможностью вращения барабан с лифтерами на внутренней поверхности, приспособления для загрузки и пневматической выгрузки материала, при этом внутри барабана соосно на полом валу установлен ротор с билами, с возможностью противоположного вращения со скоростью, равной 85-92% от критической, при этом вал ротора выполнен с отверстиями для пневматической разгрузки материала, а в его полости смонтированы винтовые спирали для подачи материала и разгрузки его крупных фракций.

Сопоставительный анализ с аналогом [1] показывает, что заявляемый способ дезинтеграции позволяет значительно увеличить эффективность помола за счет организации циркуляции горной породы, подвергающейся дезинтеграции за счет вращающегося барабана мельницы. В результате обеспечивается многократность ударного дробления горных пород, следовательно, выход мелких фракций увеличивается. Таким образом, заявляемая дробилка соответствует критерию изобретения "новизна".

Применяемый на практике способ, известный как "сухое самоизмельчение", пригоден только для хрупких материалов. При этом способе, измельчение материала происходит при водопадном режиме, т.е. число оборотов барабана составляет 80-85% от критического значения.

В предлагаемом способе число оборотов увеличивается до 85-92%, при этом точка отрыва частиц от внутренней поверхности барабана и их дальнейшее движение происходит по более высокой траектории, чем у прототипа (водопадный режим). Дезинтегрируемая горная масса приобретает более высокую скорость перемещения, и, что существенно, исходный материал более равномерно распределяется по внутренней стенке. Движение отдельных кусков становится относительно свободным, а траектория их движения после точки отрыва от стенки приобретает более близкую к теоретической кривую, без образования замкнутых послойно циркулирующих падающих и внутренних перекатывающихся потоков. Это существенно снижает дисбаланс мельницы в рабочем состоянии, что очень важно для уменьшения энергоемкости процесса, и кроме того, за счет противоположного вращения ротора снижаются реактивные нагрузки на опоры, т.е. уменьшаются нагрузки на фундамент. С другой стороны, шлейфовое движение материала и попадание его в зону встречного ударного воздействия дополнительно установленного и противоположно вращающегося рабочего элемента принципиально меняет характер измельчения. Эффективность дробления ударным способом является известным. Исключается образование критических классов крупности и увеличивается универсальность процесса. Его можно использовать для измельчения широкого ряда горных пород с более высокими прочностными характеристиками. Кроме того, жесткие ограничения по влажности исходной породы будут несущественны ввиду высокой степени эффективности ударного дробления и образования многократно большого количества новых поверхностей. Результаты исследований на мельницах ударного воздействия подтверждают факт возможности эффективного измельчения при влажности исходной породы до 10%. Таким образом, сравнительный анализ позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Принципиальная схема конструкции роторной мельницы представлена на фиг. 1. На фиг. 2 - разрез по А-А на фиг.1. Барабан (1) мельницы смонтирован на опорах скольжения (2) и получает вращение от привода через зубчатый венец (3). Внутренняя поверхность барабана имеет лифтеры (ребра) (4) для исключения перекатывания и увеличения высоты подъема материала. Внутри барабана соосно установлен ротор (5) с билами (6), смонтированный на полом валу (7) и вращающийся на опорах качения (8) в противоположную сторону от направления вращения барабана. Материал из воронки (9) попадает во внутреннюю полость вала, которая служит каналом для подачи руды в мельницу, через загрузочное отверстие. Для облегчения перемещения материала внутри вала предусмотрена винтовая спираль (10). Вторая половина вала также полая и служит для разгрузки измельченной продукции через отверстия (11), случайно попавшие крупные фракции выводятся винтовой спиралью из полости вала (12).

Практически роторная мельница работает следующим образом. Исходный материал равномерно подается через воронку в загрузочный патрубок и при помощи спирального транспортера через отверстия в роторе попадает в полость барабана. Вращение барабана происходит в субкритическом режиме. Куски породы равномерно разбрасываются с помощью бил вращающегося ротора. При этом происходит удар кусков с футерованной внутренней поверхностью барабана и с частью материала, вращающейся вместе с барабаном. Порода под действием центробежной силы прижимается к внутренней стенке барабана и поднимается до тех пор, пока не достигнет точки отрыва. Барабан вращается в субкритическом режиме, и частицы после отрыва описывают параболическую траекторию и попадают на лицевую сторону бил ротора, который вращается противоположно барабану. Основное разрушение горной породы происходит под воздействием ударов бил. Дополнительное разрушение создается в результате отбрасывания обломков породы билами, в том числе и поступающего исходного материала, на поверхность барабана. Во всех случаях динамическое воздействие на горную породу сопровождается ударами кусков породы с друг другом (самоизмельчение), что существенно повышает эффективность дезинтеграции и снижает износ поверхности рабочих органов. Такой процесс будет происходить на внутренней поверхности барабана, футерованной обломками, так как вращение барабана происходит в субкритическом режиме, и также на поверхности ударных бил, где с одной стороны поступает исходная горная порода, а с другой на нее падают обломки пород, оторвавшиеся от внутренней поверхности мельницы. Куски пород, траектория которых не пересекается с зоной ударного действия бил, падают на поверхность барабана и снова возвращаются в процесс. Таким образом, вращающийся барабан выполняет очень важную роль: создает режим циркуляции и обеспечивает равномерную шлейфовую подачу горной породы на ударные поверхности бил ротора.

Измельченный материал удаляется из полости барабана пневматическими методами за счет отсасывания мелкой фракции через отверстия (перфорацию) на валу ротора с другой стороны. В результате вращения бил центробежные силы отбрасывают воздух к поверхности барабана. В результате этого в центральной части полости барабана формируется зона разрежения, а по периферии - зона повышенного давления. Эффект разрежения будет способствовать подхвату тонко измельченного материала воздушными потоками через отверстия на валу ротора. Крупные фракции материала, случайно попавшие через отверстия в полость вала, будут выводиться из нее винтовой спиралью и возвращаться в загрузочное устройство.

Возможность реализации способа и создание нового типа мельниц с ударными элементами внутри подтверждается инженерными расчетами. Мельница может быть спроектирована для измельчения горных пород с максимальной крупностью до 300 мм. При этом диаметр барабана будет на уровне 2000 до 2200 мм, а длина не более 1,5 м. Производительность мельницы за счет нового способа может быть увеличена в 1,5-3 раза. Повышение потребления энергии за счет дополнительного привода вращения полого вала ротора может быть частично компенсировано снижением нагрузки на вращение менее разбалансированного барабана в рабочем положении, за счет увеличения скорости вращения и более равномерного распределения материала по внутренней поверхности барабана. Также экономический эффект предлагаемой технологии измельчения складывается за счет достижения высокой степени дробления в одном аппарате и в отказе от стадий среднего и мелкого дробления в технологической цепи, например, рудоподготовки в обогащении.

Источники информации

1. Перов В.А. и др. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. - М.: Недра, 1990, с.181.