Противокаскадная износостойкая футеровка барабанных мельниц

Н.Н. Наилов —  руководитель направления горно-обогатительного оборудования ООО «ХК ИНТРА ТУЛ», E-mail: nailov_n_n@mail.ru

Предлагаемая к рассмотрению разработка относится к технике измельчения материалов, в частности к футеровкам барабанных мельниц, и может быть использована в горно-добывающей, химической и строительной промышленности. Специалисты на многих предприятиях, использующих технологию измельчения, хотели бы не только увеличить ходимость футеровки, а значит, межремонтный период всей технологической секции, но и увеличить при этом производительность мельниц, а значит, эффективность измельчения, улучшить качество продукта, снизить энергопотребление и т.д. Как решить эти задачи, изменив только подход к конструированию и дизайну футеровки мельниц? 

Футеровка мельниц расположена на внутренней поверхности барабана и состоит из чередующихся бронеплит и выступов на них. Служит для защиты базовых узлов барабана мельницы от износа и благодаря различной геометрии участвует в технологии, влияет на эффективность и качество измельчения. В зависимости от стадий измельчения применяется стальная или 
чугунная футеровка, резинометаллическая или из износостойкой резины, по профилю лифтерная, волновая, каблучковая и т.д. (рис. 1).

Рис. 1. Резинометаллическая футеровка мельницы

При измельчении в мельнице происходят всего три процесса: дробление, смятие и истирание материала. Других механических воздействий на измельчаемый материал нет. И все эти процессы становятся возможными благодаря кинетической энергии махового момента передаваемому материалу при вращении барабана мельницы. Тогда логично предположить, что основной нашей задачей в вопросах увеличения производительности мельниц и ходимости футеровки за счет повышения эффективности измельчения является создание дополнительных встречных и поперечных потоков движения породы и мелющих тел в барабане мельницы. Такое решение более полно использует кинетическую энергию движения потоков материала внутри мельницы и тем самым приведет к существенному увеличению процессов дробления, смятия и истирания.

Предлагаемую футеровку (рис. 2) я назвал противокаскадной, потому что создает потоки, направленные против (навстречу) каскадному движению материала в мельнице. Она также расположена на внутренней поверхности барабана, на штатном креплении, через штатную рассверловку отверстий и состоит из чередующихся плит футеровки и выступов на них. Лифтерных или волновых, по материалу и применению они не отличаются от обычной футеровки. Но выступы наклонены под острым углом к оси барабана и при вращении мельницы образуют составляющую силу F = Fа + Fв, которая состоит из суммы сил, направленных перпендикулярно к выступам Fа и вдоль выступа Fв. Суммарно сила F направлена против движения основного потока породы и мелющих тел в нижней части барабана мельницы (на 7–3 часах). 

Рис. 2. Схема расположения футеровки. Модель 1 — выступы расположены параллельно оси. Модель 1-1 — выступы расположены под острым углом к оси мельницы. Модель 1-2 — выступы расположены под разными углами. Модель 1-3 — выступы расположены зигзагообразно 

При этом самый сильный износ — лобовой износ выступов, который возникает от удара руды и мелющих тел при вращении барабана, переводится в более щадящий износ — износ скольжения материала. Тем самым ходимость выступов должна увеличиться. Запишем это как положительный фактор.

Частицы материала, перекатываясь вдоль наклонного выступа, проходят больший путь, чем вдоль выступа, расположенного параллельно оси мельницы. Естественно, скорость движения материала во впадинах футеровки, т.е. ниже выступов, замедляется в сравнении со скоростью движения потока материала над выступами. Такое движение создает эффект «самофутеровки» — защиты футеровки от износа породой во впадинах ниже выступов, за счет замедления скорости движения материала в этих «карманах-впадинах». То есть, футеровка во впадинах должна ходить дольше. Запишем этот эффект как еще один ожидаемый положительный результат разработки. 

Конечно, движение материала замедляется в нижней части барабана с 7 до 3 часов (рис. 3), как и говорили, на высоту выступов по сравнению со скоростью движения основного потока материала, который перемещается выше выступов в мельнице от загрузки к разгрузке (за счет насыпной массы материала). Высота загрузки породы в мельнице с высотой выступов в примерном соотношении 1 к 10–12. Вследствие этого на границе выступов за счет разности скоростей движения породы и мелющих тел создаются новые встречные потоки материала в направлении оси мельницы. То есть, возрастают процессы смятия и истирания в пограничных зонах движения встречных потоков. Фиксируем и это как положительный момент предложения. 

Рис. 3. Динамика движения шаров и измельчаемого материала

В верхней части потока материала в мельнице (на 3 часа и выше, где насыпная масса становится меньше за счет полета материала в воздухе) также появляются интенсивные дополнительные встречные потоки в поперечных и продольных слоях движущегося измельчаемого материала (рис. 3). Это вызывает образование составляющей усилий в каждом порядном кольце футеровки с наклоненными выступами, направленными против основного перемещения каскадного движения материала. Процесс протекает с образованием конусообразных потоков материала в каждом ряду наклонной футеровки. Это доказывает проведенное программное математическое моделирование. При этом нагрузки в каждом ряду пояса футеровки для разных моделей расположения наклонных выступов существенно отличаются (49 %, 35 %, 88 %, 25 %), смотри последний столбец таблицы 1 при одинаковой потребляемой мощности привода (третий столбец). Это подтверждает, что силы, направленные против движения основного потока породы и мелющих тел, в каждом ряду футеровки разные. То есть мы действительно создали дополнительные встречные и поперечные потоки материала внутри мельницы. Направление вращения материала в таких конусообразных потоках зависит от угла наклона выступа — расположение футеровки зигзагообразно или параллельно друг другу в каждом ряду. Данный эффект повышает интенсивность измельчения, увеличивая в сравнении с прямолинейными вдоль оси мельницы выступами футеровки, процессы дробления, смятия, истирания. Это существенный плюс, а также снижает вероятность попадания материала на пустую, оголенную футеровку в нижней части подошвы каскадного потока (переброс материала дальше подошвы), продляя срок службы футеровки. Это также положительный фактор.

Пояс	Модель	Average Power [W]	Impact/S [W/m2]	Shear/S [W/m2]	Shear/(Impact+Shear)
Пояс 5	1	326 758	131 892	130 748	49,78%
	01.янв	285 293	236 676 538	132 824 988	35,95%
	01.фев	285 032	26 795 601	203 708 368	88,38%
	01.мар	284 505	12 919 332	4 348 099	25,18%

Табл. 1. Таблица нагрузок

Главное отличие общего принципа предлагаемой противокаскадной наклонной футеровки — отсутствие непрерывной винтовой линии выступов. Каждый ряд футеровки по барабану должен разрывать линию наклонных выступов, смещая их в сторону. Для длинных мельниц возможно расположение наклонных выступов на два ряда футеровки. Для увеличения ходимости футеровки торцы выступов в местах разрыва между рядами футеровки, должны перекрываться друг с другом, создавая «карманы» во впадинах или «зигзаги». При достаточной стойкости футеровки «перекрытия» линий выступов по торцам не обязательны. Как говорилось выше, можно изменять потоки в сопряжении «стенка–барабан» для увеличения ходимости футеровки на стыке этих узлов за счет эффекта самофутеровки. Уже упоминалось, что наклоном выступов существенно снижается их лобовой износ в пользу износа скольжения, а это явное увеличение ходимости футеровки.

Как оказалось, при наклонном расположении выступов футеровки возможно увеличивать и шаг выступов. Не до 0,5 м, как при прямолинейной футеровке, а до 1,0 м. С чем это связано? С тем, что при наклонных выступах угол выгрузки по длине выступа разный. Так как материал на торце выступа расположен под углом, он стремится скатиться вниз, а не выгрузиться. Это дает доли секунды и выгрузка происходит гораздо выше, почти на 12:30 или 13 часах, что увеличивает эффективность использования кинетической энергии падения материала при большей высоте подъема и является одним из положительных моментов применения такой футеровки.

И есть еще один эффект, который позволяет однозначно увеличить ходимость футеровки. Это то, что при увеличении шага можно увеличить толщину и ширину каждого элемента футеровки, не отнимая полезного объема у мельницы простым перераспределением материала, из которого изготовлена футеровка. Это огромный плюс для увеличения межремонтного периода при эксплуатации мельницы.

Выводы 

Предлагаемая схема наклонных к оси мельницы под острым углом выступов футеровки позволяет, изменяя угол, находить наилучшие параметры помола для различных пород. Можно, например, изменить наклон первого и последнего рядов футеровки на зеркальный. Движение потока породы в сопряжении «стенка-барабан» мельницы будет другим, менее интенсивным, что способствует увеличению срока ходимости футеровки торцевых стенок и решеток. Возможно изменение футеровки в рядах на «зигзагообразную» линию – каждый ряд как зеркальное отражение предыдущего. Процесс измельчения в мельнице будет более эффективен по сравнению с параллельными оси мельницы выступами футеровки. Можно получить эффект «плужковой» футеровки, например, в мельницах самоизмельчения. Тогда потоки в зависимости от направления вращения будут смещаться либо в сторону торцев мельницы, либо в обратную. Можно принять схему одностороннего наклона выступов каждого ряда футеровки по барабану. Все зависит от поставленной задачи.

Данная разработка дает инструмент в руки технологов-обогатителей для поиска оптимальных режимов измельчения для конкретных пород в зависимости от физико-механических свойств, типа мельницы, технологии обогащения и иных факторов не только путем подбора высоты и ширины выступов, как раньше, но и шага выступов, угла наклона выступов, направления наклона, чередования направлений наклона выступов, в том числе с учетом направления вращения барабана мельницы. Футеровка для мельниц правого вращения может быть установлена на мельницы с левым вращением. Есть и другие возможности. Но главный плюс — увеличение эффективности процессов измельчения — неоспорим. Естественно и ожидание снижения удельного энергопотребления, увеличения ресурса футеровки и повышения производительности мельницы в результате образования дополнительных встречных потоков материала в мельнице, которые увеличивают процессы дробления, смятия и истирания, максимально используя кинетическую маховую энергию вращения барабана мельницы. 

Таким образом, суммируя все плюсы противокаскадной наклонной футеровки, можно с уверенностью утверждать, что при проведении опытно-промышленных испытаний возможные риски ничтожно малы. На сегодняшний момент компанией ООО «ХК ИНТРА ТУЛ» проведены маркетинговые исследования рынка потенциальных потребителей. Проведены презентации на ряде ГОКов. Ведутся переговоры по возможности проведения опытно-промышленных испытаний. 

---

ООО «ХК ИНТРА ТУЛ»
195027, Россия, г. Санкт-Петербург,
шоссе Революции, д. 3, корп. 1, лит. А,
ДЦ «ЛЕОН».
Тел/факс: (812) 313-50-92.
www.intratool.com

Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 1 (35)/март 2017 г.