Мельница

Ме́льница

Машина для измельчения (См. Измельчение) различных материалов. От дробилок (См. Дробилка) М. отличаются более тонким помолом материала (до частиц размерами мельче 5 мм). В зависимости от формы и вида рабочего органа и скорости его движения М. можно условно подразделить на пять групп (табл.).

Классификация мельниц

При обогащении полезных ископаемых, в производстве цемента, для приготовления каменноугольного пылевидного топлива, в химической и металлургической промышленности широко применяются барабанные М. (рис. 2). В этих М. барабан цилиндрической или цилиндроконической формы, заполненный наполовину объёма мелющими телами, вращается вокруг своей геометрической горизонтальной оси. Исходный материал загружается в одном конце барабана, а продукт измельчения разгружается в другом обычно через полые цапфы в торцевых крышках барабана. При вращении барабана свободно движущиеся мелющие тела измельчают материал ударом, истиранием и раздавливанием. Мелющие тела — чугунные и стальные шары диаметром 150—30 мм, чугунные или стальные цилиндрики («цильпебс») размерами (диаметр и длина) от 16 и 30 до 25 и 40 мм, стальные круглые стержни диаметром до 130 мм и длиной, равной длине барабана, кремнёвая или рудная галька размером до 200 мм, крупные куски измельчаемой руды. В соответствии с этим различают шаровые, стержневые, галечные, рудногалечные и М. самоизмельчения. Барабан М. вращается с частотой 60—95% «критической частоты вращения». При значительном превышении критической частоты вращения мелющие тела центробежной силой прижимаются к барабану и измельчение прекращается. Для работы при сверхкритической частоте вращения требуются гладкие футеровочные плиты внутри барабана, малая нагрузка крупных шаров и пр. Для защиты от износа барабан изнутри покрывается футеровочными плитами из стального литья или резины. Барабанные М. изготовляются для сухого или мокрого измельчения. Размеры барабанов современных шаровых и стержневых М.: диаметр от 0,9 до 5 м, длина от 0,9 до 8 м (в цементном производстве диаметр 4 м и длина до 15 м). Барабаны М. самоизмельчения достигают размеров 10,5 и 3,8 м, мощность привода такой М. до 7000 квт. Проектируются М. диаметром 12,2 м мощностью до 20 000 квт (1974). При одинаковой крупности исходного материала и продукта производительность М. прямо пропорциональна потребляемой мощности. В шаровые и стержневые М. подаётся материал крупностью до 30 мм, в М. самоизмельчения — до 300 мм. Крупность продукта может быть мельче 0,04 мм. При измельчении износ стальных шаров составляет 1—3 кг на 1 m руды. Расход энергии на 1 т руды 10—20 квт․ч. Для получения продукта заданной крупности барабанные М. обычно сопрягаются с классификаторами (или гидроциклонами, воздушными сепараторами), разделяющими материал, выходящий из М. на мелкий (готовый) и крупный, возвращаемый в ту же М. на доизмельчение, т. н. замкнутый цикл. Принцип действия шаровой М. известен свыше 150 лет. Барабанные М. применяются с 80-х гг. 19 в., широко распространены с 1910-х гг. М. самоизмельчения больших диаметров разрабатывались в 1930-х гг., но в промышленности применяются с 1950-х гг. См. также ст. Барабанно-шаровая мельница.

Для сухого измельчения мягких и средней твёрдости материалов (углей, цементного сырья, фосфоритов, графита, серы, талька, минеральных красок) применяются М. со средними скоростями движения рабочих органов — среднеходные. Используются среднеходные М.: роликовые, валковые, кольцевые, фрикционно-шаровые, бегуны. Основные патенты на среднеходные М. разных типов относятся к 60—90-м гг. 19 в. Роликовая М. изобретена Шранцем в Германии в 1870. Роликовая среднеходная М. (рис. 3) состоит из герметичного корпуса и вращающегося в нём горизонтального мелющего кольца, к которому прижаты пружинами два ролика диаметром до 1200 мм. Исходный материал подаётся на мелющее кольцо и при его вращении раздавливается роликами. М. работает в замкнутом цикле с воздушным классификатором, расположенным непосредственно над ней; циркуляция воздуха создаётся вентилятором. Крупность исходного материала для роликовых М. чаще всего до 20 мм; в отдельных случаях до 50 мм. Крупность продукта 10—20% остатка на сите с отверстиями 0,088 мм. В производстве керамики и огнеупоров для измельчения полевого шпата, доломита и др. применяют бегуны (рис. 4). В них материал раздавливается и истирается между цилиндрической поверхностью катков и плоским днищем чаши. Размеры катков (диаметр и длина) до 1,8 и 0,8 м. Бегуны (чилийские М.) ведут начало от «арастры», применявшейся на древних разработках золота в Мексике (по мощенному камнем дну круглой чаши конным приводом волочились тяжёлые валуны). Основные патенты на современные бегуны выданы в 50-х гг. 19 в.

Для приготовления пылевидного топлива из мягких углей, сланца, торфа применяются молотковые (шахтные) М. (рис. 5). В кожухе вращается ротор с закрепленными на нём шарнирно или наглухо молотками — билами. Исходный материал подаётся на ротор и измельчается ударами бил. В М. подаётся горячий воздух и одновременно с измельчением происходит сушка топлива. Измельченный и подсушенный материал выносится в шахту, из которой мелкие готовые частицы потоком воздуха подаются в топку, а крупные падают на ротор и доизмельчаются. Шахтные М. — быстроходные машины, линейная скорость на конце била до 65 м/сек. Размеры ротора (диаметр и длина) до 1,6 и 2 л. Топливо, подаваемое в шахтные М., предварительно дробится мельче 15 мм; продукт — пыль грубого помола, остаток на сите с отверстиями 0,088 мм составляет 30—60%. Шахтные М. применяются с 1925, хотя патент на ударную крестовую М. с закрепленными билами выдан в Великобритании Х. Кариеру в 1875.

Для измельчения мягких материалов (уголь, сухая глина) применяются ударные пальцевые М. — Дезинтеграторы. Для измельчения материалов средней твёрдости от 2 до 0,06 мм и мельче при малой производительности применяют вибрационные М. (рис. 6). Барабан М., заполненный шарами на 80% объёма, установлен на пружинах. Под действием механического вибратора (вращающийся неуравновешенный груз — дебаланс) барабан совершает частые (до 3000 в 1 мин) круговые колебания малого радиуса (3—5 мм). Материал, загружаемый в барабан, измельчается шарами при их частых соударениях в колеблющейся массе. Объём барабана вибрационных М. не превышает 1000 л, производительность невелика. Первые вибрационные М. появились в 1930-х гг.

Для очень тонкого измельчения до размера зёрен 0,001—0,05 мм применяются струйные М. (рис. 7). Измельчаемый материал подаётся во встречно расположенные на одной оси эжекторы, к которым подводится сжатый воздух под давлением 0,4—0,8 Мн/м² (40—80 кгс/см²), перегретый пар или горячие газы — продукты сгорания. Через разгонные трубки материал с огромной скоростью (до 500 м/сек) поступает в помольную камеру. Частицы материала, летящие одна навстречу другой, соударяются и разрушаются; измельченный материал отсасывается из камеры в классификатор, откуда крупный продукт вновь поступает в эжекторы. Идея использования струи сжатого газа для сообщения скорости куску при дроблении запатентована в 1880, но разработка струйных М. начата в 1925.

Исследуются новые электрофизические способы измельчения токами высокой частоты, электроимпульсные, электрогидравлическим ударом и др. Однако для массового измельчения материалов, по-видимому, будут применяться барабанные М. больших размеров, в том числе М. самоизмельчения.

Лит.: Ромадин В. П., Пылеприготовление, М. — Л., 1953; Андреев С. Е., Зверевич В. В., Перов В. А., Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых, М., 1966; Акунов В. И., Струйные мельницы, 2 изд., М., 1967; Ильевич А. П., Машины и оборудование для заводов по производству керамики и огнеупоров, М., 1968; Schubert Н., Aufbereitung fester mineralischer Rohstoffe, Bd 1, Lpz., 1968. см. также лит. при ст. Измельчение.

В. А. Перов.

Рис. 1. Схемы мельниц: а — барабанной; б — роликовой; в — кольцевой; г — бегуны; д — молотковой; е — пальцевой (дезинтегратор); ж — вибрационной; з — струйной.

Рис. 2. Барабанная мельница (шаровая): 1 — барабан; 2 — дробящие тела (шары); 3 — загрузка исходного материала; 4 — подшипники; 5 — разгрузка измельченного материала.

Рис. 3. Роликовая среднеходная мельница: 1 — корпус; 2 — мелющее кольцо; 3 — ролик; 4 — нажимной рычаг; 5 — нажимная пружина; 6 — воздушный классификатор; 7 — подача измельчаемого материала; 8 — измельченный продукт; 9 — крупный продукт классификатора; 10 — подача воздуха.

Рис. 4. Бегуны: 1 — катки; 2 — полуоси катков; 3 — водило; 4 — центральный вал; 5 — чаша; 6 — привод; 7 — скребки.

Рис. 5. Молотковая (шахтная) мельница: 1 — ротор; 2 — било; 3 — кожух; 4 — отверстие для горячего воздуха; 5 — шахта; 6 — загрузка исходного угля; 7 — подача пыли в топку.

Рис. 6. Вибрационная мельница: 1 — электродвигатель; 2 — эластичная муфта; 3 — вал с дебалансом; 4 — барабан; 5 — пружины.

Рис. 7. Струйная противоточная мельница: 1 — эжекторы; 2 — разгонные трубы; 3 — размольная камера; 4 — трубы сжатого воздуха или пара; 5 — загрузочные воронки; 6 — подача измельчаемого материала; 7 — измельченный продукт.