После пресс-валкового измельчителя материал поступает повторно на подъемник. Крупные частицы неоднократно циркулируют по этой схеме до тех пор, пока размеры частиц не достигнут требуемых размеров. При достижении размера частицы менее 1 мм они из V-сепаратора направляются в сдвоенные циклоны, а затем в мельницу.

Для обеспечения многократной циркуляции материала на двух технологических линиях системы V-сепаратор - пресс-измельчитель- сдвоенные осадительные циклоны установлены два рукавных фильтра, которые работают с высокой запыленностью, два циркуляционных вентилятора большой мощности с реверсом на 45° (влево и вправо). Уловленная пыль поступает в аэрожелоб. Очищенный воздух сбрасывается в атмосферу с содержанием частиц менее 20 мг/м³. Для исключения провала пылеобразного материала воздуховод обустроен затвором маятниковым клапанным двухуровневым.

Питание V-сепаратора осуществляется сверху. Материальный поток проходит через зону сепарации по наклонным пластинам.  Сепарирующий воздух поступает в зону сепарации поперек материального потока.  Зона сепарации располагается между наклонными плитами и каскадом отбойных плит.

В зоне разделения порошка порошок разделяется ступенчатыми наклонными перегородками на входе и выходе концентратора порошка. Материалы сталкиваются вперед и назад на концах перегородки с обеих сторон для достижения эффекта рассеивания блоков материалов, полностью раскрывает мелкую пудру и продлевает время пребывания занавески из материала в зоне разделения порошка. Грубые материалы падают и отделяются от направляющей пластины, а газ с материалом уходит с воздуховыпускного отверстия и входит в концентратор порошка для сортировки, так, что материал и газ разделены. Перегородка имеет функцию направления потока и материала.

Готовый продукт, воздушным потоком, перемещается через пространство между отбойными плитами и выходит через выходной газоход. Крупка выгружается из сепаратора под собственным весом вниз.

Регулировка тонкости продукта настраивается подходящей скоростью воздуха, что позволяет контролировать границу разделения ≈1 мм.

Тонкая фракция материалов осаждается в сдвоенных циклонах и затем подается на в пресс-валковый измельчитель.

Такая схема позволяет тонкие фракции золы-уноса, угольного шлака сразу направлять на конечное измельчение в трубную мельницу, минуя пресс-валковый измельчитель. Кроме этого того, мелкие фракции материалов при прохождении через валки работают как «подушка», снижая эффективность дробления крупных частиц клинкера, гипса и кремневого шлака.

Для решения проблем снижения энергозатрат на помол цемента была разработана эффективная система измельчения, состоящая из валковой дробилки и V-образного сепаратора без двигателя. Эта система характеризуется высокой производительностью, небольшими одноразовыми инвестициями, низкими эксплуатационными расходами и другими преимуществами. V-образный сепаратор представляет собой новый тип оборудования для разделения измельченных сыпучих материалов, которое было самостоятельно разработано компанией Haijian. Данный сепаратор широко используется в процессе измельчения цемента и сырья.

По сравнению с шаровой мельницей при производстве одной тонны минерального порошка данная система измельчения Haijian потребляет на 30% меньше энергии.

V-образный порошковый концентратор-это своего рода статическое сортировочное и рассеивающее оборудование, которое в основном используется в комбинации с роликовым прессом. Он может распылить материал от роликового пресса, а затем отделить качественный мелкий порошок от частично измельченного материала. Что полезно для стабильной работы роликового пресса, может улучшить выходную мощность системы и имеет функцию сушки. V-образный порошковый концентратор обладает характеристиками простой конструкции, длительным сроком службы износостойких деталей, небольшим объемом воздуха и небольшим расходом давления. А тонкость конечного продукта можно контролировать, регулируя скорость воздуха.

В 1970-х годах разработки профессора Шонерта привели к развитию технологии измельчения под высоким давлением на валковых прессах HPGR (High-Pressure Grinding Rolls).

 Одним из основным преимуществ данной технологии по сравнению с традиционными методами дробления и измельчения являлось значительное сокращение энергопотребления. В результате внедрения технологии HPGR также удалось достичь более высокой производительности, чем обычно достигается традиционными способами.

Схемы HPGR, где это применимо, имеют несколько потенциальных плюсов в сопоставлении с эквивалентными схемами полу-самоизмельчения; например, более низкое удельное энергопотребление, сокращение расхода размольных тел, сокращение площади под размещение установки, более короткое время пуско-наладочных работ, более высокую эксплуатационную готовность оборудования. Данное новое применение получило широкое признание к середине 80-х годов, когда валковые прессы впервые были установлены для измельчения исходного материала в цементной промышленности. В настоящее время в цементной промышленности используется свыше 500 валковых прессов HPGR для предварительного измельчения продукта перед загрузкой в шаровые мельницы. Данная технология позволяет увеличить производительность шаровых мельниц и снизить общее энергопотребление процесса измельчения до 50%. Внедрение технологии HPGR в цементную промышленность существенно увеличило экономию электроэнергии и сократило затраты на замену быстроизнашиваемых деталей.

Функции 1-ой камеры:

• Дробление
• Измельчение до степени, которая позволит эффективно работать 2-ой камере.

В первой камере шаровой мельницы осуществляется грубый помол.

В первой камере крупные частицы дробятся мелющими шарами диаметром 75-90 мм. Поэтому в этой камере преобладает ударное воздействие, а шары поднимаясь на определенную высоту, падая разбивают частицы.

При этом уровень материала в первой камере относительно мелющих тел должен быть определенной высоты.

Идеальным считается, когда материал находится равномерно по всей площади 1-ой камеры на уровне шаров (шары должны быть только с тонким покрытием материала – слой не более 50 мм).

Неэффективная работа 1 –й камеры будет наблюдаться при неравномерности распределения материала:

• шары не видны под материалом;
• материал не видно под шарами.

Возможные причины отклонения:

• Износ бронеплит;
• Изношенные шары, изначально загрузка мелкими шарами;
• Объем шаровой загрузки низкий;
• Неправильно выбрано соотношение диаметров шаров.

На практике наиболее эффективным считается такое заполнение барабана, при котором уровень мелющих тел и измельчаемого материала не доходит до его осевой линии. В промышленном производстве, например, коэффициент заполнения мелющими телами обычно не превышает 0.35-0.4.Перегрузка и недогрузка мельницы шарами нерациональны: перегрузка ведет к повышенным расходам энергии и шаров, а недогрузка снижает производительность.

Производительность барабанных мельниц зависит от диаметра, рабочего объема, скорости вращения, конструктивных особенностей, размера и формы мелющих тел, твердости и крупности кусков руды (исходных и измельченных), плотности пульпы и выхода конечного продукта. Производительность мельниц подсчитывают по удельной затрате энергии.

Мощность, потребляемая шаровой мельницей, зависит только от физических параметров мельницы: диаметра, длины барабана, скорости вращения, коэффициента мощности А и размера шаров.

Вращающаяся шаровая мельница может рассматриваться как несбалансированный маховик. Она приближается в наибольшей степени дебаланса, когда происходит простое вращение сухой дробящей среды и не производится никакая полезная работа. В этих условиях для поддержания вращения мельницы требуется максимальная мощность.

Модель Слегтена расчета шаровой загрузки:

1 камера дробления

• Равное количество шаров (n) в каждом диапазоне размеров 80; 70 и 60 мм, к ним добавить шары 90 мм, чтобы измельчать крупные частицы клинкера.

2 переходная зона (начало второй камеры)

• Заполнить самыми большими шарами этой зоны (иногда совпадает с наименьшим размеров шара в первой камере). Конструктивно для этой зоны используют шары 50 и 40 мм.

Вторая камера (тонкий помол)

• Распределение шаров менее 40 мм следует из формулы: D=3.3e^-0,1x
• Где D– диаметр шаров, мм; х – расстояние от конца переходной зоны, м
• Шары диаметром 30 мм начинают загружать по окончанию переходной зоны и далее по формуле.

Факторы, определяющие эффективность работы помольного агрегата:

• Степень заполнения объема мельницы мелющими телами;
• Качество и ассортимент мелющих тел;
• Интенсивность аспирации рабочего пространства мельницы;
• Величина и равномерность питания мельниц материалом, автоматизация мельницы.

Скорость вращения

Зная принцип работы барабанной мельницы, очевидно, что скорость вращения барабана имеет очень большое значение. Скорость задает траекторию движения мелющих тел, а, следовательно, и характер воздействия на измельчаемый материал.

Скорость, при которой все содержимое барабана прижимается к его стенкам и начинает вращаться вместе с ним, называется критической скоростью n_кр(об\мин) и рассчитывается по формуле:

Скорость вращения мельниц обычно равна 0,70-0,85 от критической. В процессе измельчения шары при указанных условиях поднимаются в мельнице на достаточную высоту и эффективно дробят материал. При частоте вращения менее 0,75-0,85 от критической, создается водопадный режим измельчения – основная масса мелющих тел поднимается вместе с внутренней поверхностью на некоторую высоту, а затем, отрываясь, свободно падает под действием сил тяжести по траекториям, близким к параболическим. Измельчение клинкерных зерен в данных условиях происходит преимущественно ударом. Водопадный режим применяется при измельчении более крупного материала (в первой стадии). При смешанном режиме измельчения одна часть мелющих тел участвует в свободном полете, а другая – перекатывается внутри барабана по замкнутым траекториям, измельчая руду ударом и истиранием. Каскадный режим наиболее тихоходный, скорость вращения составляет 0,5-0,6 от критической, при этом свободный полет мелющих тел исключен, т.к. они непрерывно циркулируют внутри барабана, поднимаясь по круговым траекториям на некоторую высоту, затем скатываясь под углом, близким к углу естественного откоса. В воде нормальный угол откоса шаров составляет около 30°. При каскадном режиме материал измельчается преимущественно истиранием, он является наиболее эффективным для второй камеры мельниц.

Самым высокопроизводительным считается смешанный режим, который возникает при скорости около 0,7-0,75 от критической.

Для футеровки трубных цементных мельниц, применяемых в цементной промышленности, изготовляют преимущественно бронеплиты следующих типов (см. рисунок).

Типы профилей футеровочных плит шаровых мельниц: а – одноволновой; б – двухволновой; в – каскадный; г – блочный; д – с подъемной планкой; е – унифицированный; ж – плоский; з – цилиндрический полочного типа из стального проката; и – ступенчатый; к – каблучковый обыкновенный; л – конусно-ступенчатый с каблучковой поверхностью; м – резиновая.

Общий вид бронефутеровки камер мельницы

Для рационального распределения (классификации) мелющих тел по размеру в направлении движения измельчаемого материала используют классифицирующие цилиндрические самосортирующие бронефутеровки полочного типа. Классификация мелющих тел происходит за счет чередования футеровочных плит с выступами и без них и изменения размера выступа. Классификация мелющих тел также происходит при использовании бронеплит конусно-ступенчатой формы с каблучковой поверхностью и конусно-волнистой формы. Самосортировка мелющих тел при использовании конусных плит состоит в самораспределении по длине мельницы шаров разного диаметра. Футеровка устанавливается так, чтобы рабочая поверхность плиты образовывала набор коротких усеченных конусов, которые обращены своим большим основанием в сторону загрузки. Подобное расположение плит гарантирует распределение мелющих тел с уменьшающимся размером в сторону движения измельчаемого материала. В зоне загрузки находятся шары большего диаметра для разрушения кусков крупного размера, а при их удалении от места загрузки располагаются шары меньшей массы, которые необходимы для измельчения мелкокускового материала. Количество таких шаров необходимо большее. Сцепление между материалом, шарами и плитами достигается за счет каблучковой или волнистой поверхности. Размеры каблучков принимают равными диаметру самых больших шаров. Установлено, что футеровки быстро изнашиваются при меньшем диаметре каблучков из-за малого сцепления с шаровой загрузкой. Расстояния между каблучками выбирают исходя из следующего условия: самые малые шары не должны заклиниваться между каблучками.

Одними из самых распространенных футеровочных плит цилиндрической части барабана шаровых мельниц, выпускаемых отечественными заводами, являются ступенчатые футеровки. Резиновая футеровка применяется при следующих условиях эксплуатации мельниц: среда должна быть нейтральной, кислотность pH допускается не более 8-10 единиц; температура среды не выше 80°С; диаметр загружаемых шаров не более 80 мм; размер частиц загружаемого материала на более 20 мм. Массивные защитные резиновые футеровки позволяют экономить сотни тонн дорогостоящих дефицитных хромоникелесодержащих высоколегированных сталей, обеспечивает длительную работу оборудования – в течение заданного межремонтного периода всей линии в целом. Такие футеровки гарантируют снижение шума и создают условия для облегчения труда персонала. В футеровках из резины обычно применяется схема "лифтер - плита", что обусловлено характеристиками износа этого материала.

Футеровки обычно изготавливаются в виде отдельных плит соответствующих размеров. Габаритные размеры футеровочных плит определяются исходя из возможности их подачи внутрь барабана мельницы через люк или загрузочную цапфу, а также масса плит при толщине в пределах 40 – 50 мм; ширине как правило 300 – 400 мм; длине 350 – 500 мм равна 25-60 кг. Различают следующие способы крепления футеровки: болтовой и безболтовой. Чаще всего плита крепится к корпусу мельницы одним или двумя болтами. Особое значение уделяется надежности крепления плиты к корпусу. Безболтовая технология крепления плит предполагает стыковку футеровок за 15 счет краев необходимой высоты отдельных плит друг с другом. Футеровка внутри барабана мельницы укладывается таким образом, чтобы зазоры между плитами, направленные вдоль оси вращения корпуса, составляли прямую линию, а зазоры, идущие поперек корпуса, образовывали зигзагообразную линию. При такой схеме расположения плит исключается возможность перекатывания размалываемого материала вдоль поперечных зазоров и истирания им корпуса мельницы.

Более 2000 мельниц по всему миру оснащены футеровками компании "Christian Pfeiffer" в 1-й и 2-й камере, которые обладают износостойким профилем и новым видом крепления футеровочных плит (система Compact Lining). С помощью многоступенчатой термической обработки футеровок достигается гомогенная, непрерывная структура материала, которая гарантирует высокую износостойкость и прочность футеровки мельницы.

В результате целого ряда серий испытаний "Christian Pfeiffer" оптимизировал форму прогрессивных ступенчатых футеровок до такой степени, что достигается наилучшее измельчение материала мелющими шарами. Характер формы лифтеров сохраняется на протяжении всего срока службы, в связи с чем, эффективность мельницы в течение всего срока эксплуатации также остается постоянной.

Сегодняшние разработки в большей степени касаются резино-металлических футеровок, которые обладают высокой прочностью на растяжение и коррозионной стойкостью.

Помол по своей природе неэффективен, либо всего 20% потребленной энергии конвертируется в измельчение, остальная часть теряется в виде шума, тепла, износа оборудования от вибрации. По данным Christian Pfeiffer Maschinenfabrik GmbH для шаровых мельниц только 3-6% потребленной энергии используется на измельчение твердых частиц (рис.1.)

Эффективность работы помольного агрегата зависит от факторов, которые условно разделяют на три группы:

Первая группа, связанные с конструкцией мельницы

• Схема измельчения (замкнутая или открытая, одно или двухстадийный помол и т.д.);
• Технические характеристики мельницы (тип и размер);
• Скорость вращения мельницы;
• Профиль и поверхность броневых плит;
• Вид и конструкция межкамерной перегородки

Вторая группа, обусловливает режим работы мельницы

• Степень заполнения объема мельницы мелющими телами;
• Качество и ассортимент мелющих тел;
• Интенсивность аспирации рабочего пространства мельницы;
• Величина и равномерность питания мельниц материалом, автоматизация мельницы

Третья группа, составляет физико-химические свойстваразмалываемого материала среды в мельнице, определяющие его сопротивляемость размолу, крупность исходного и конечного продуктов, температуру и влажность, адсорбционные свойства среды.

Эффективность процесса измельчения клинкера и добавок в шаровых барабанных мельницах зависит от следующих режимов:

• физико-химического режима, в ходе которого создаются рациональные температурно-влажностные и адсорбционные условия;
• гидродинамического режима, направленного на обеспечение рациональных концентраций материала в зоне измельчения и скорости движения материальных и воздушных потоков;
• энергетического режима, обеспечивающего рациональный состав и предельную крупность мелющих тел, создание дифференциального скоростного режима работы мелющей загрузки, при котором осуществляется постепенное изменение вида и уровня измельчающих воздействий в радиальном и осевом направлениях.

Эффективность реализации этих режимов осуществляется посредством разработки рациональных конструкций бронефутеровок и диафрагм, обеспечивающих наилучшие режимы работы мелющей загрузки в поперечном и осевом направлениях, внедрения высокопроизводительных помольных систем с применением стадийно-поточных схем измельчения и эффективных конструкций сепараторов, применения способов интенсификации путем создания адсорбционно-активной среды в мельницах с помощью ПАВ, а также разработки способов пылеподавления, эффективных систем пылеулавливания и рационального аспирационного режима работы мельницы.