Некоторые аспекты износа мелющих тел шаровой мельницы.

Для снижения металлоемкости процесса измельчения было проведено множество исследований по выбору оптимальной формы мелющих тел. Испытаниям подвергались простые шары, шары со сферическими вогнутостями, кубы, тетраэдры, сдвоенные призмы, сдвоенные усеченные конусы, цилиндры и эллипсоиды. Лучшие показатели эффективности остались за шарами и стержнями.

Стержни изготавливаются из проката углеродистой стали и после критического изнашивания должны разламываться по длине на более короткие куски, не допуская скручивания. Шары изготавливаются прокаткой, ковкой или штамповкой из различных марок стали.

Диаметр изготавливаемых шаров от 15 до 125 мм. Стандартизированный шаг размера – 10 мм для диапазона 30÷110 мм. Шары диаметром 15÷60 мм изготавливаются из стали с содержанием углерода не менее 0,35%, а сталь для изготовления шаров диаметром 70÷125 мм должна содержать не менее 0,6% углерода.

Шары для шаровых мельниц подвергаются закалке для получения твёрдости не менее 400 HB по Бринелю, для шаров диаметром 15÷80 мм, не менее 350 HB для шаров диаметром 90÷110 мм и не менее 300 HB для шаров диаметром 125 мм. Не допускается наличие трещин, закатов, пленок, пузырей или шлаковых включений на поверхности шара.

Процессы изнашивания мелющих элементов.

Изнашивание мелющих элементов (шаров, стержней) и футеровки происходит под действием сил трения, возникающих при их скольжении в среде абразивного материала и при соударении между собой и футеровкой при наличии прослоек абразивного измельчаемого материала. Такое изнашивание так же называют абразивным, при котором происходит микрорезание и микроцарапание металла рудными частицами и отрыв частиц металла в виде стружек или сколов.

При сухом измельчении изнашивание шаров в основном происходит за счет абразивного действия. При мокром измельчении в агрессивных или химически активных водных средах абразивное изнашивание сопровождается коррозионным, при котором разрушение металла происходит вследствие химического или электрохимического взаимодействия со средой.

Таким образом процесс изнашивания шаров чрезвычайно сложен и зависит от таких условий, как свойства металла или сплава, из которого изготовлен шар, его размеров, абразивных свойств измельчаемого материала, его размеров, способа измельчения (сухого или в присутствии воды), степени агрессивности среды (кислотная или щелочная), температуры процесса измельчения, присутствия в процессе поверхностно-активных веществ, скоростного режима мельницы (каскадный, водопадный), схемы измельчения (открытая или замкнутый цикл) и т.д.

Влияние коррозионной составляющей на процесс изнашивания шаров исследовалось с применением ингибиторов (реагентов-замедлителей электрохимической коррозии металлов). Введение в качестве ингибитора в виде нитрита натрия в процесс измельчения сульфидной медно-никелевой руды позволяет снизить износ кованных стальных шаров на 60%, шаров из белого легированного чугуна на 40÷50%.

Почти не подвергаются коррозии шары из нержавеющей хромомолибденовой и хромоникелевой стали, тем не менее и в этом случае присутствует снижение износа в пределах 10%.

В практике износ шаров и стержней колеблется в широких пределах. При измельчении магнетитовых кварцев средний расход мелющих тел, замеряемый за долгий период наблюдений составлял: стержней – 0.4÷0.5 кг/тонну, шаров - 1.2÷2.2 кг/тонну и футеровок - 0.14÷0.2 кг/тонну. По медным флотационным фабрикам измеренный средний расход шаров – 1.5, футеровки – 0.1. По свинцово-цинковым, шаров – 1.3, футеровки – 0.2. По медно-никелевым, шаров – 1.6, футеровки – 0.12.

Реальный расход шаров на одну тонну измельчённой руды неустойчив и может сильно отличаться от среднего. Он напрямую зависит от производительности конкретной мельницы и свойств измельчаемой руды.

Чуть более устойчив показатель расхода шаров по отношению к единице энергии, затрачиваемой на измельчение. Измеренные показатели – 0.091 кг шаров и 0.12 кг стержней на 1 кВт*ч полезной энергии.

Возобновление мелющих элементов в процессе.

Износ шаров необходимо компенсировать, иначе процесс помола просто прекратится. Для поддержания стабильности массы шаров в процессе помола, их периодически добавляют внутрь мельницы.

Износ шара происходит по его поверхности, проявляясь в уменьшении его массы и диаметра. Так как шары поступают в мельницу не одновременно, в процессе участвуют шары различного размера, от самых крупных, загруженных последними, до самых мелких, загруженных в начале процесса.

Соотношение количества крупных и мелких шаров оказывает значительное влияние на процесс измельчения и работу мельницы. Поэтому так важно выявлять и знать закономерности процесса изнашивания шаров и определения вида шаровой нагрузки мельницы.

Выработано несколько гипотез описывающих закономерности изнашивания шаров в шаровой мельнице. По гипотезе Дэвиса скорость изнашивания шара в мельнице пропорциональна его массе.

Если догрузка мельницы новыми шарами с максимальной массой и диаметром производится через равные промежутки времени, она называется регулярной. При регулярной догрузке общая масса шаров, называемая так же шаровой нагрузкой, представляет собой ряд в виде убывающей прогрессии.

В результате ряда манипуляций с цифрами, которые не будем здесь приводить (смотрите специальную литературу) получаем, что вся шаровая нагрузка мельницы изнашивается по тому же закону, что и отдельный шар.

Пользуясь полученным уравнением характеристики крупности шаровой нагрузки, образующейся при регулярной догрузке шаров в мельницу, можно решить задачу рационального питания мельницы и рассчитать необходимую догрузку в неё шаров разного размера для компенсации износа.

По гипотезе Мертселя и Прентиса скорость изнашивания шара в мельнице пропорциональна его поверхности. При водопадном режиме работы мельницы шары действуют преимущественно ударом и их износ правильнее отражается гипотезой Дэвиса. При каскадном режиме работы мельницы, когда преимущественно происходит истирание, более работоспособна гипотеза о поверхности.

Существуют и другие гипотезы изнашивания шара в мельнице, использующие больше зависимостей.