Машины классифицируются по типоразмерам в соответствии с внешним диаметром валка, который варьируется от 0,8 до 2,8 метра. Производительность варьируется от 50 до 3000 т/ч. Типичное усилие гидропневматической нагнетательной системы регулируется в пределах от 2000 до 20000 кН, что соответствует давлению в рабочей зоне между валками в 80 - 300 МПа, в то время как предел прочности на сжатие для абсолютного большинства руд и минералов лежит в диапазоне от 50 до 280 МПа.

В процессе измельчения под высоким давлением исходный материал эффективно уплотняется в плотные «хлопья» за счет воздействия относительно высокого усилия прессования. После дезагломерации эти хлопья показывают наличие значительного количества уже полностью или частично разрушенных частиц материала.

Общий вид пресс-измельчителя (роллер-пресса) и схема распределения усилий на материал показаны на рисунке.

Основные параметры управления процессом:

- удельное усилие прессования – создается гидравлической системой и является основным параметром управления процессом измельчения (и в меньшей степени пропускной способностью пресса);

- скорость вращения валков (если установлен частотный преобразователь) – основной параметр управления пропускной способностью пресса. Пропускная способность пресса также зависит от величины рабочего зазора между валками, который не может быть жестко настроен для конкретной машины.

Рабочий зазор зависит от:

- исполнения машины (диаметра валков);

- характеристик и гранулометрического состава исходного материала;

- параметров управления процессом, перечисленных выше. Испытания на пилотной установке, как правило, проводятся перед размещением заказа для определения оптимальных параметров установки.

Технология HPGR требует значительно меньших энергозатрат, по сравнению с традиционными дробилками и мельницами, за счет:

- равномерной загрузки материала в зону уплотнения;

- короткого времени обработки материала;

- минимальных затрат энергии при транспортировке в валковые прессы HPGR.

Ключевые особенности валковых прессов HPGR фирмы Köppern:

- превосходная конструкция машины, обеспечивающая надежный процесс и легкое техническое обслуживание;

- передовые системы защиты от износа, обеспечивающие долгий срок службы и стабильный режим работы;

- системы управления для контроля, регулировки и оптимизации процесса измельчения.

Данные технологические достижения позволили достичь значительного сокращения простоев машины, вызванных износом и ремонтом. Клиентам Köppern в результате увеличения производительности в сочетании с сокращением энергопотребления стало проще конкурировать в своих сегментах рынка.

При любом количественном рассмотрении процесса измельчения минеральных порошков наиболее важной характеристикой является распределение материала по крупности. Для оценки степени дисперсности могут использоваться различные характеристики, такие как удельная поверхность, средний размер частиц, разность между наименьшим и наибольшим размерами и пр. Наиболее полно дисперсность характеризуется гранулометрическим (дисперсным) составом.

Гранулометрия(от латинского granulum – зёрнышко и греческого metreo – измеряю – совокупность приёмов определения гранулометрического состава материалов.

Физические свойства порошкообразных материалов, такие как плотность, форма, размер и характер поверхности частиц, удельная поверхность частиц определяют их свойства при дальнейшей переработке и применении. Принципы построения рациональных систем измерения частиц и установления корреляции между различными системами выделились в самостоятельный раздел порошковых технологий.

С точки зрения математической статистики образец измельченного материала можно рассматривать как статистическую совокупность частиц (общая масса пробы порошка), который состоит из членов, варьирующих по величине d и выходам р отдельных фракций. При этом аргументом совокупности является размер частиц. Масса отдельной фракции представляет собой частоту или численность класса.

В связи с широким применением дисперсных материалов в различных отраслях свойства порошков характеризуются различными показателями:

– гранулометрическим (дисперсным) составом;

–  величиной удельной поверхности;

– остатком на сите с заданным размером ячейки.

Гранулометрический (дисперсный) состав –распределение зёрен (кусков) по крупности, характеризуемое выходом в процентах от массы или количества зёрен. Гранулометрический состав принято определять по геометрическим размерам частиц.

Следует учитывать, что физические и химические свойства частиц порошка неодинаковы, оперировать же большим числом функций распределения отдельных свойств по частицам крайне трудно, тем более что в большинстве случаев надежные методы отыскания этих функций, особенно для тонких порошков, отсутствуют. Исходя из принятого допущения, определяющее значение приобретают функции массового или объемного распределения частиц порошка по их геометрическим характеристикам, т.е. гранулометрический состав порошка.

На рисунках представлены продольный разрез двухкамерной трубной шаровой мельницы, а также внутреннее устройство эффективной шаровой мельницы.

Загрузочная часть мельницы состоит из воронки с тумбой, трубошнека и днища, футерованного с внутренней стороны бронеплитами из износоустойчивой стали.

Разгрузочная часть состоит из радиально расположенных секторов, соединенных болтами с днищем, диафрагмы, трубошнека, разгрузочного патрубка, футеровки патрубка, приемной камеры, сита и секторов. Секторы перегородки имеют щелевидные отверстия для прохода размолотого материала; одновременно они предотвращают унос мелющих тел из второй камеры. Диафрагма имеет десять перегружающих лопастей, отлитых заодно с разгрузочным конусом. Приемная камера мельницы — сварной конструкции, с уплотнением из войлочной набивки в местах сопряжения с разгрузочным патрубком.

Сито представляет собой цилиндрическую сетку, отштампованную из стального листа толщиной 2 мм. Размер ячейки 5 х 25 мм.

Подшипник состоит из рамы, основания вкладыша с баббитовой заливкой, корпуса вкладыша и крышки. Рама подшипника сварная и при монтаже заделывается в бетонный фундамент мельницы. Основание подшипника и корпус вкладыша сопрягаются по сферическим поверхностям, что обеспечивает самоустанавливание подшипника при работе мельницы. Вкладыш с баббитовой заливкой имеет водяное охлаждение и выполнен с углом охвата цапфы 120°. Крышка подшипника сварной конструкции.

Корпус трубной шаровой мельницы представляет собой полый сварной цилиндр, закрытый днищами (крышками), отлитыми заодно с полыми цапфами, которыми мельница опирается на два подшипника. Через одну из цапф подается клинкер, гипс и другие добавки, а через другую выходит измельченный материал. Внутреннее пространство мельницы разделено специальной решетчатой межкамерной перегородкой на две камеры, сообщающиеся через отверстия в перегородке. В первой (по ходу движения материала) камере для измельчения применяют шары (стальные или из отбеленного чугуна), а во второй — цильпебсы (цилиндры) или более мелкие шары (диаметром 15-18 мм). Материал входит в загрузочную цапфу и проходит первую камеру с шарами, затем он поступает во вторую камеру с цильпебсами и выдается в качестве готового продукта через выходную цапфу. Такой цикл работы называется открытым, а сама мельница называется проходной.

Внутренняя полость барабана футерована броневыми плитами. Мельницы имеют центральный привод, ведущий вал которого присоединен к выходной цапфе. Электродвигатель и редуктор вынесены в отдельное помещение, чтобы свести к минимуму попадание в них пыли.

При вращении мельницы мелющие тела, прижимаемые центробежной силой инерции к стенкам барабана, поднимаются на некоторую высоту. Под действием силы тяжести, преодолевающей вертикальную составляющую силы инерции, и вызываемой ею силы трения мелющие тела падают на слой материала, дробят его и частично истирают. Цильпебсы продолжают измельчение мелкораздробленного материала истиранием.

При измельчении породы с высокой прочностью до состояния сверхтонких порошков в конце измельчения преодолевается прочность, при котором разрушение идет по объему кристалла. Эта прочность соответствует энергии кристаллической решетки. Бондом предложена «третья теория» - «энергокрупностная», по которой работа измельчения пропорциональна среднему геометрическому из объема и поверхности куска:

ГдеD₈₀– характеристический размер исходного материала - размер ячеек сита, через которое проходят 80% из исходного материала, подаваемого на измельчение, мкм; d₈₀- характеристический размер частиц измельченного материала – размер ячеек сита, через которое проходит 80% частиц измельченного материала, мкм.

Бонд ввел понятие «индекс работы» Wi- по существу удельную энергоемкость измельчения. W_i-энергия, затрачиваемая на измельчение 1 короткой тонны (907 кг) сплошного материала «бесконечного» размера до 100 мкм, кВт⋅ч/т.

Теория Бонда может рассматриваться как эмпирический метод группирования промышленных и лабораторных данных, при котором использование «индекса работы» обеспечивает некоторую степень экстраполируемости и интерполируемости результатов для известных материалов и аппаратов.

В законах Риттингера, Кирпичева-Кика и Бонда все уравнения имеют одно неизвестное в виде коэффициента пропорциональности, выступающего в качестве удельной энергоемкости разрушения и легко определяемого конечного результата в виде вновь образованной поверхности. Поэтому все перечисленные формулы обобщаются в уравнение:

Формула Риттингера (5) получается при n=2, формула Кирпичева-Кика (7) ̶ при n=1, формула (11)  ̶ при n=1,5. Коэффициенты пропорциональности в этих уравнениях (энергетические параметры) зависят от прочности материала. Величина n, т. е. число приемов разрушения, необходимых для получения из тела размером D частиц размеромd, при степени однократного разрушения а₀ определяется следующим образом: после n- кратного разрушения тела получается аn₀ частиц размером d. 

Тогда, работу измельчения можно выразить и через размер измельчаемых частиц (I):