автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.08, диссертация на тему:Увеличение эффективности работы шаровых мельниц за счет повышения степени рудно-шаровой загрузки

Министерство образования Украины Криворожским технический университет

2 н гЛАР 1997 н3 пРавах рукописи

Шсстакон Александр Ашггольашч

Увегюте™© ©ффектадвшюотгш работы шар©!В1Ы]к ме^ьшщ за счет йювыш@&шя степени р^дша-шаровой зазруз&ш

Специальность: 05.15.08 - "Обогащение полезных ископаемых"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кривой Рог - 1997

Диссертация является рукописью

Работа выполнена в Криворожском техническом университете

Научный руководитель

академик. АГН Украины, д-р техн. наук, проф.

Губин Георгий Викторович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

Шудов Леонид Петрович ;

канд. .техн.- наук,"' доцент -Николаенко Виктор Павлович

Ведущая организация - Институт Механобрчермет

Защита состоится ". МЛртсх. 1997 г. час.

на заседании специализированного совета К 16,01.01 по защите диссертаций при Криворожском техническом Университете / 324002, г. Кривой Рог, ул. Пушкина, 37, КТУ / С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Криворокского технического университета

Автореферат разослан

-Л?»

1997 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

рЧ Ю.Г.Горбачев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность работы. Украина является одной из ведущих дергав кира по производству железорудного сырья, для металлурга"сской промышленности. Для получения железосодержащих концентратов необходимо добивать и перерабатывать сотни миллионов тонн сырой, руда.

Энергоемкость получения концентратов на горнообогати-тодышх комбинатах Украктг. составляет 110. „. 115 кВт «ч/т, из них на долю обогатительного передела приходится 90..»95 кВт.ч/т, в том числа на измельчение 55..»60 кВт-ч/т. Таким образом, наиболее энергоемкой. операцией в обогатительном переделе является измельчение руда, на которую приходится свыше 60 % расхода электроэнергии.

Усложнение геологических и горнотехнических условий до-бичи сырья сопровождается уменьшением вкрапленности минеральных зерен и ухудшению измельченности руда. Для раскрытия минералов требуется измельчать руду до минус 0,05 ш. Снижение крупности измельчения ведет к росту затрат электроэнергия и уменьшении производительности мельниц.

Поэтому поиск и разработка эффективных и сравнительно простых методов интенсификации измельчения, приводящих к снижению расхода электроэнергии и увеличению производительности мельниц является актуальной народно-хозяйственной задачей. Целью работы является снижение энергоемкости и повышение производительности мельниц.

Идея работы заключается в рациональном перераспределении действия разрушающих нагрузок на рудную массу за счет увеличения степени заполнения мельниц.

Методы исследования. При выполнении работы использованы:

- обобщение к анализ научной, информации о параметрах определяющие эффективность измельчения руда в шаровых мельницах и методы повышения эффективности их работы;

• аналитические и статистические исследования по оптимизации режимов измельчения: в шаровых мельницах;

- лабораторные исследования и промышленные испытания эффективности измельчения при высоких степенях заполнения мельниц;

- расчет ожидаемого экономического эффекта от предлагаемой технологии.

Основные защищаемые научные положения.

1. Модели, разрушения частиц руда описывающие рациональное сочетание ударных и истирающих нагрузок при измельчении.

2. Экспериментальные результаты, подтверждающие корректность модели распределения ударных и истирающих нагрузок между шарами и рудой: в мельницах с высокими степенями заполнения.

3. Рекомендация и конструктивные решения позволяющие использовать предлагаемый метод в существующих мельницах.

4. Принцип проектирования новых высокопроизводительных и энергосберегающих мельниц.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- подучены новые зависимости между силовыми нагрузками и степенью измельчения частиц руды;

- установлена зависимости между высокими коэффициентами заполнения мельницы шарами, производительностью по готовому классу, качеством измельчения и расходом электроэнергии в лабораторных ж промышленных условиях;

- предложена математическая модель процесса, которая дает возможность по результатам лабораторных опытов расчеты-

вать показатели промышленных мельнхц с высокой, степенью заполнения:. : Достоверность я обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций диссертации подтверждены: результатами исследований с использованием методов теории физики твердого тела, а также лабораторными, промышленными испытаниями и математической. обработкой экспериментальных данных на ЭВМ. Объем экспериментальных исследований определялся из условий обеспечения 90 % надежности результатов. Отклонение результатов теоретических и экспериментальных исследований не превышает 12 %, что доказывает их удовлетворительную сходимость. Новизна технического решения по конструкции мельницы защищена авторским свидетельством и изобретением.

Практическая ценность. На основе лабораторных исследований., и промышленных испытаний предложены оптимальные режимы измельчения частиц руды в шаровых мельницах с решеткой, позволяющие при высоких коэффициентах заполнения от 0,6 до 0,7 их объема повысить производительность на 30...35 % и сократить расход электроэнергии на 25...30 Разработаны рекомендации и конструкции портативных решеток для работы мельниц с центральной разгрузкой в режимах с высокими коэффициентами шарорудной. загрузки.

Реализация работы. Результаты работы могут быть использованы при измельчении руд в мельницах с решетками и в мельницах с центральной разгрузкой при переоборудовании разгрузочного устройства, а также при проектировании новых высокопроизводительных мельниц предназначенных для работы с высокими коэффициентами шарорудной загрузки.

Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на

научно-технических конференциях Криворожского горнорудного института /г. Кривой Рог, 1991...1995 г.г«/; научно-технической конференции "Вузовская наука - резерв ускорения научно-технического црогрессаи/г. Кривой Рог, 1991 г./; технических советах и координационных совещаниях на ЦГОКе, СевГОКе /г. Кривой. Рог, 1992...1993 т.г./, в институте Механобрчер-мет /г. Кривой-Рог, 1989...1995 г.г./. Личный, вклад в разработку научных результатов, вынесенных на защиту, состоит в формулировании цели, идеи, научных положений и задач исследований, теоретической и экспериментальном обоснованна повышения эффективности измельчения при использования высоких коэффициентов шарорудаой загрузки, в создании приборов для: контроля величины заполнения мельниц в промышленных условиях, разработке решеток для мельниц с центральной разгрузкой и получении исходных данных для проектирования промышленного образца мельницы с высоким коэффициентом заполнения*

Публикации. По результатам выполненных работ опубликованы две статьи и авторское свидетельство на изобретение. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 108 наименований, содержит 129 страниц, 21 рисунок, 11 таблиц и 3 приложения на 22 страницах.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю академику Губгну Г.В., доцентам Николаенко В.П. и Гвоздику B.C. за ценные советы, а также сотрудникам кафедры обогащения полезных ископаемых Криворожского технического университета за критические замечания по улучшению диссертационной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ литературных источников и опыт эксплуатации шаро-шх мельниц показывает, что наиболее энергоежой операцией в обогатительном переделе является измельчониэ. Так, на 14-ти Шах стран СНГ расход электроэнергии на измельчение составляет 5олое 60 % от общих затрат электроэнергии на обогащение.

Прогноз развития измельчения выполненного Г.В.Губиным, 1.П.Шуповш и Н.П.Самохваловой, показал, что барабанная иаро-зая мельница остается основным измольчителыши агрегатом в технологии обогащения г.алоэних руд. Повышение производительности, снижение расхода электроэнергии на измельчение будет осуществляться за счет- конструктивных изменений мельниц.

В диссертационной, работе приведены исследования меха-кизма взаимодействия между мелющими телами, футеровкой к частицами руды и его влияние на эффективность измельчения.

Для анализа зависимости эффективности измельчения от степени заполнения шаровой и рудной загрузкой, крупности частиц и расхода мощности в лабораторных условиях на моделях устанавливались зависимости, между уешгаем в контакте шара с рудой, степень» измельчения и работой измельчения при статических и динамических режимах воздействия.

При исследованиях шары диаметром 50, 65, 100 и 110 км сбрасывались с различной высоты на слой руды. При этом определялся средний диаметр частиц до удара и после и замерялся диаметр контакта. Аналогичные параметры определялись при статическом раздавливании частиц шарами на прессе. В результате была установлена следующая зависимость между диаметром контакта с/а? и диаметром шара С?/¿jj

d* = 03C¿lu CÍ)

Установлена зависимость работы измельчения и/ от усилия в контакте и степени перемещения шара А

/ /Ъ+1

(2)

■—^¿Н" степень перемещения шара за один

где__

удар адекватная степени измельчения;

.¿. - средний диаметр частззд до удара шара; / - средний диаметр частицы з контакте после угара; /2. - коэффициент нелинейности диаграмм; /с - эмпирический коэффициент. Но результатам зкспэрикекталькнх данных и расчета« по формуле (2^) били построены диаграммы зависимости степени измельчения частиц руды от усилия в контакте шара.

Показано, что для повышения эффективности измельчения целесообразнее использовать многократное воздействие на частицы руды кеболыгих нагрузок, чек иалых количеств воздействий с большими усилиям

Исследования по раздавлизашш частиц рзгды показывают, что величина усилий не превышает 10...20 кН„ Отсюда следует вывод,, что энергия падашгих шаров при существующих режимах работы является избыточной.

Далее в работе дается анализ напряжений возникающих в частицах руды различной формы от контактных напряжений при раздавливании частиц и разруиении их от скользящей нагрузки.

Показано, что большее нагрузки возникают на поверхности контакта даже при незначительных внешних усилиях. Это еще раз подтверждает вывод, что энергия падащкх шаров является избыточной. Для рационального перераспределения энергии раз-

рушения руды необходимо умениить дота усилий возникающих от энергии удара шарами к увеличить долю усклкй о? скользящей нагрузки.

Для уменьшения избытка энергии необходимо использовать реЕюдг работы мельниц с высокими коэффициентами загрузки.

Исследования эффективности измельчения руды при еусоких коэффициентах заполнения проводились в 14~тн литровой мельнице. Руда была с ЦГОКа крупностью - 0,210 + 0,071 Массовая доля твердого принималась в предела?: 70 Диаметр шаров был 30 гда. Навеска загружаемой руды 2,2...3,0 кг.

При исследованиях изменялись: коэффициент заполнения мельнддк '.парами от 0,35 до 0,9 и скорость вращения барабана от 0,5 до 0,9 от критической.

Результаты исследований, представлены на рпс. 1

Из данных рис. 1 также следует, что при измельчении рудц в барабанных мельницах с шаровой загрузкой 0,7...О,75 к относительной скоростыз вращения 0;.65П-.0,7 производительность измельчения по готовому классу повышается на 30...35 %, а потребляемая энергия на измельчение снижается ка 25...30

Затем были проведены исследования на укрупненной установке в мэльнкцэ объемом 60 л с диаметром барабана 420 и длиной 440 мм.

Исследования проводились а режиме сухого к мокрого измельчения. В мельницу загружали шары диаметром 50 мм. Крупность измельчаемой руды была -6 + 0 г«. Коэффициент заполнения мельккцы изменялся от 0,4 до 0,8, а навески руды при этом изменялись от 16 кг до 40,5 кг.

Математическая обработка экспериментальных данных представлена на рис. 2. в виде зависимостей производительности мельницы и удельного расхода электроэнергии Е

Зависимость скорости измельчения V и потребляемой мощности Д/ от величины заполнения барабана мельницы шарами (р

0,4

н

са

0,35

8 о,з

о

0 о

о в;

ч х?

О

О.

О

0,6

& 0,45

¡0.3

2)

л

ч

со й

0,25 | « 0,15

.Д О

а

о

к

0 "

......... ..... 1 Л

/ !,/ ( \ \: 1 X \ /

/ ^ 1 ! N

\

МШ

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1.0 Степень заполнения барабана мельницы шарами , доли ед.

Ркс. 1.

60

50

40

30

20

10

1 1 ,п*С у'

п

{ I I *

1 /Ч /

X ж

20

60

80 £ , мин-

Я

Зависимость производительности по классу крупности минус 0,071 мм и удельного расхода электроэнергии. £ на измельчение от коэффициента заполнения мельницы^?

Рис. 2.

от времени измельчения при различных коэффициентах заполнения мельницы шарами и рудой.

Из рис. 2 следует, что применяя режюлы работы мельницы с высокими коэффициентами заполнения можно повысить производительность мельниц по готовому классу на 30...35 %, сократив при атом удельный расход электроэнергии на 25...30

По материалам исследований были получены зависимости изменения среднего диаметра измельчаемой руда и выхода готового класса от времени измельчения, рис. 3.

Из рис. 3 , следует, что наиболее интенсивно измельчание происходит в первые 5...8 мин., а затем интенсивность процесса замедляется. Отсюда, вытекает вывод, что при малых коэффициентах заполнения мельниц 0,35...0,4 не целесообразно делать мельницы длинными.

Проведены исследования распределения энергии при измельчении в места контакта частиц руды, шаров и футеровки.

В работе построена теоретическая модель шаровой мельницы, позволяющая производить пересчет всех параметров измельчения из полученных в лабораторных условиях на промышлетше.

При¡построении модели мельница представлялась как набор элементарных мельниц имеющих длину равную диаметру шара, а диаметр равный диаметру барабана ( рис.4 ). Используя работу разрушения при ударе в формула (2) и приравнивая ее к кинетической ЯИЙПГИИ ТГЯ7ГЯППТЙГО шяпя пгипгчим

где /72 - масса шара;

]/п - скорость ¡пара в момент удара. Посла преобразований формулы СЗ) и учета геометрических и механических параметров мельниц получена зависимость произ-

2

Зависимость изменения среднего диаметра измельчаемой руды от времени

I

£ о ,

86

«

В с ей о

а

Й4

&3 о

я,

Ой

н

е

я (Ц

\ \ 2

\ X

/ -с1ср. 1 У

/ ь<

3 5 8 10 15

' Бремя, "¡1 , мин.

1 - средний диаметр измельчаемой руды,

2 - выход готового класса.

18

Ркс» Зс

cvi

Gf

тч

о

Г)

СЗГ,

/V,

'(Г

<2г

Г

D

hQ

i с

1 с

i п

i, d

i с:

i с

i а

Í о

i О

i о

i ■ о

k о

i \

-¡2*-

_ ,

О"

л t;

о

S

£5 а

о о

О ïî

« s

I 1 I

.H СЧ2 ГО

О

водкольности мельницы в виде

гда /V - количество шаров в мельнице при ^ =0,7;

*fZ - частота вращения барабана,

Промышленные испытания производилась с использованием мельниц МНР 3,6 х 4,0 на обогатительной фабрика ЦГОКа.

В мельницах ШР мокко без переделки загрузочного устройства осуществить загрузку шарами только до 60 % их объема.

Контроль величины загрузки шарами осуществлялся непосредственным замером объема шаров в мельнице..

Для дополнительного контроля загрузки «елькицы парами и определения величины потребляемой мощности была разработана схема преобразования активной потребляемой мощности 3-х фазного тока в унифицированный сигнал пропорциональный потребляемой мощности см. рис. 5.

Построена зависимость потребляемой мощности от степени загрузки шарами.

Загрузка шарами мельницу производилась ступенями от ?0 т до 95 т, коэффициент заполнения менялся от 0,4 до 0,6.

Промышленные испытания выполнялись при измельчении ¡агнетитовой руды Глееватского и Петровского месторождения, а акже обожженных окисленных железистых кварцитов Глееватского есторождения при коэффициентах загрузки от 0,4 до 0,6.

При испытаниях регулировался водный режим и циркуляци-нная нагрузка. После 2-х...3-х часов работы, когда устанав-ивался постоянный режим производились записи показаний произ-эдительности, потребляемой мощности, и отбор проб на качество змельчения. Результаты испытаний представлены в таблице.

Cy.eua. контроля загрузки кельииц А б кВ

I - преобразователь модности Е - 829, 21 - блок кондуктквЕОго разделителя БКР - ID,

III - прибор показывайте/.?, к самопишущий КСУ - 2,

IV - терксторнке возбудительные устройства- ТВУ, ТН - трансформатор напряжения,

ТТ^ и ТТ2 - трансформаторы тока, СД - синхронный электродвигатель.

Рис. 5.

Таблица

Результаты промышленных испытаний мальшщц Ш1Р 3,6 х 4,0 на кагнститовой руде 1-й стадии измельчения на обогатительной фабрике ЦГОКа

Производи- Шаровая ПСоэффи- Потреб- ! Удаль-! Повышение произво-! Сниже- Примечание

тельность загруз- ! цкент ляемая ! иый i дятел ыюсти, ! ние

по исход- ка, 'запол- мощ- ! расход! of t л ! расхода

ной руде, нения ность , !электро! по исход !ло классу!электро

!шарами, 'энергия!ной руде !крупности!энергии

т/час ! t „ 1 кВт»час' ¡минус ! %

т 'доли ед кВт -1 v ! 0,071 им!

75 - 90 65 0,4 905-930 10,76 - - -

110 - 120 95 0,6 780-795 6,85 32,2 20,4 14 Глееватская

руда

100 - 110 95 0,6 780-795 7,71 20,5 18,2 14 Руда Петровс-

кого карьера

Анализкрун результаты испытаний можно сделать вывод, что при повышении коэффициента загрузки мельниц шарами до 0,6 повышается производительность мельниц на 18...20 % и снижается расход;'электроэнергии на 12...14 %.

Кроме ЦГОКа промышленные испытания были проведены на обогатительной фабрике СевГОКа, где также имело место повышение производительности и снижение потребляемой мощности при повышении коэффициента загрузки шарами. Однако из-за частых поломок я остановок оборудования не удалось получить существенных результатов. Анализ существующих конструкций барабанных мельниц МПР и ШЦ применяемых на ГОКах показывает, что мельницы МШР уже в настоящее время можно эксплуатировать при коэффициентах заполнения 0,6.

Мельницы ЩЦ можно такте эксплуатировать при коэффициентах заполнения 0,6 предварительно переоборудовав их разгрузочный узел.

Для работы: барабанных шаровых мельнкц прн коэффициентах загрузки 0,7...0,75, когда прирост производительности к снижение электроэнергии максимальны прадпологается переоборудовать. их загрузочное устройство, увеличив величину высоты витка шнека к уменшив шаг на выходе из загрузочного устройства в 2 раза ( авт.свид. Я 1715409 (СССР) Шаровая барабанная мельница ).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-исслодователь-

ской работой, в которой повышение эффективности измельчения шаровых мельниц производится за счет выбора более рациональных схем передача энергии измельчающих тел руде.

Основные выводы и рекомендации сводятся к следующему:

1. В диссертации научно обоснован и экспериментально подтвержден метод рационального сочетания ударной и скользящей нагрузок при измельчении, приводящей к минимальным удельным энергозатратам.

2. В лабораторных условиях осуществлено перераспределение разрушающих усилий за счет повышения коэффициента заполнения шарами мельниц до 0,8 это позволило повысить производительность на 30.»,35 % и снизить расход электроэнергии на измельчение на 25...30 %.

3. Оптимальными режимами эксплуатации мельницы являются: коэффициент заполнения 0,7...О,75 и относительная скорость вращения мельницы 0,7.

4. Промышленные испытания шаровых мельниц с решетками со степенью заполнения шарами до 0,6 без переделки конструкции позволили повысить производительность на 18...20 % и снизить расход электроэнергии на тонну измельченного продукта на 14 %.

5. Шаровые мельницы с центральной загрузкой также могут работать в режима с высоким коэффициентом заполнения: при переоборудовании их разгрузочного узла.

6. Расчитано, что интенсивность износа шаров и футеровки снижается на. 8...12 %.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Повышение эффективности работы шаровых мельниц/Аерн. металлургия. - 1990. - № 3. - С.43...44./Соавтор Губин Г.В./. Исследовал процесс разрушения частиц руды в мельнице при высоких коэффициентах заполнения.

2. Авт.свид. № 1715409 /СССР/. Шаровая барабанная мель-

ница. - Опубл. в Бкшг.Изобр., 1992, й 8./Соавт. Шестаков А.,И., Елисеев А.К., 1убкн Г.В./. Предложил новую конструкцию загрузочного устройства шаровых мельниц для осуществления высоких коэффициентов заполнения.

3. Об энергосберегающих режимах барабанных'мельниц. -

- Сб.Разраб.руд.месторождений. - Кривой Рог: КТУ, 1996,..59.-

- С.53...55,/Соавт. Губин Г.В., Шестаков A.M./. Провёл промышленные- испытания измельчения при. высоких, коэффициентах загрузки.

4. Работа: мельниц. с высокой степенью заполнения. -

- Кривой Рог, 1996, - 6 с. - Рук. деп. в ГЕТБ Украины./Соавторы Губин Г.В., Шестаков A.M./. Установил зависимость производительности мельниц и расхода электроэнергии от коэффициента заполнения.

5. Об одном методе повышения, эффективности шаровых мельниц. - Кривой Рог, 1996. - 20 с. - Рузе. деп. в ГН1Б Украины. /Соавт. Губин Г.В,, Шестакоз А.Ы./.' Провел лабораторные испытания. измельчения при высоких коэффициентах, заполнения,

А1ШОТАТМН '

Shestakov A.A. Increasing of the ball mills functioning efficiency Ъу intensifying of the ball and ore mass filling. The thesis is submitted for Candidat's Degree (Bag.) in the field of mineral processing speciality (05.15.08), Xrivoy Rog Technical University, Krivoy Rog, 1996.

The way for increasing of the ore particles grinding rate efficiency owing to the optimum combination of the sliding and impact loadsrproduced due to the application of high coefficients of the will volume filling with balls and ore mass is to be defended.

.The determined relationships give a possibility to estimate the optimum grinding parameters and to project more effective ball mills.

2he proposed way ior (¿rinding optimisation conditions. Key words: GHIKDIIiG, BALLS, OWIIilSAMOK, PILLIKG 'WITH 3A.LLS AHD ORE ¡¿ASS, C3USHIKG, ORB PARTICLES, ?ILLI];G COSFyiCIiiNT.

АК0ТАЦ1Я

Шестаков А.А. Зб1льшення ефзктивкост! роботи кулъозш: млин1в за рахунок п!двкщенкя сгуяеня рудне-кулвового заванта-хуванкя.

Дгсертац1я на здобуття зченого ступеня кандидата техк1ч~ них наук за сдец1альн1стю 05.15.08 - "Збагачеккя корксних копалки", Кривор1зькЕй техн1чний ун1верс!гтет, Крквий Р1г, 1397.

Захкщаеться {¿вход. збЬльшення ефектквност1 здр1бнюванкя частин. рудн шляхом оптимального поеднакяя ковзаннх 1 ударнкх навантакень здобуткх за рахунок застосувакня зксокях коеф!ц1-ент1в заполнения об'е-ма млпна рудяо-кульовии завантагуганням.

Устаноаден1 залехност! дозволяэть розрахувати оптималь-н1 параметра здр1бкення i спроектуьатк б!льа еээктквн! кульов! млинк.

ПропонуБаккй метод оптюг1зад11 здр1бкеккя перезГрэкий у прошел овгх укогах.

ключов! СЛОВА: ЗДР1ш>ВАННЯ, КУЛ1, ОЯТЖаЗАДЗЛ, Р7ДГГ0-КУЛЬОВЕ ЗАВАНТАЕУВАННЯ, ЗРУЙНУВАННЯ, ЧАСТИКИ ?7ДЦ, КОЕФШЕНТ ЗАПОВНЕКНЯ,