Urządzenia do sortowania mielników w kształcie kul

Transkrypt

1 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 4, (2016) Biuletyn Newsletter Urządzenia do sortowania mielników w kształcie kul JAN SIDOR*, PAWEŁ PIEKAJ AGH Akademia Górniczo Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Katedra Maszyn Górniczych, Przeróbczych i Transportowych, Kraków * jsidor@agh.edu.pl Streszczenie W młynach kulowych, wibracyjnych i mieszadłowych najczęściej stosowanymi elementami roboczymi są mielniki w kształcie kul. Mielniki te podczas mielenia zużywają się nierównomiernie, co powoduje niekorzystną zmianę ich zestawu granulometrycznego. Wskutek tego, następuje pogorszenie warunków technologicznych procesu mielenia, szkodliwe zatykanie przegrody sitowej oraz uszkodzenie urządzeń transportowych układu mielenia. W pracy podano przykłady rozwiązań konstrukcyjnych produkowanych obecnie urządzeń do sortowania mielników, opisy ich budowy i podstawowe parametry techniczne. Przedstawiono również własną koncepcję nowego urządzenia do sortowania kul o kilkakrotnie większej wydajności. Urządzenie to ma budowę modułową, dzięki czemu można je przystosować do sortowania mielników o średnicy od kilkunastu do 120 mm. Słowa kluczowe: sortownik mielników, urządzenie do klasyfi kacji mielników, mielnik SORTING MACHINES FOR SPHERICAL GRINDING MEDIA In ball mills, vibratory mills, and stirred ball mills, the most commonly used working parts are spherical grinding media that wear out unevenly during grinding, resulting in an unfavorable change in their size distribution followed by deterioration of technological conditions of the grinding process, harmful clogging of sieve compartments, and damage of transport equipment of a grinding system. In the paper given are examples of design solutions currently manufactured grinding media sorting machines, descriptions of their structure, and basic technical parameters. There is also presented our own concept of a new device for sorting balls, being several times more productive. This device has a modular structure, so it can be adapted to sort grinding media with a diameter from a few to 120 mm. Keywords: Grinding media sorting machine, Device for grinding media classifi cation, Grinding medium 1. Wstęp W technologiach mielenia, w których stosowane są młyny grawitacyjne popularnie nazywane młynami kulowymi, najczęściej stosowanymi elementami roboczymi są mielniki w formie stalowych kul. Podczas pracy mielniki ścierają się, zmieniając swoją średnicę, a często także kształt, co wiąże się z ubytkiem ich masy oraz zmianą stopnia napełnienia młyna [1]. Ubytek ten najczęściej uzupełnia się mielnikami o największej średnicy, jednak ten zabieg prowadzi do zmiany proporcji zestawu granulometrycznego mielników, co skutkuje pogorszeniem parametrów roboczych młyna. Przywrócenie odpowiednich parametrów roboczych następuje w czasie przerw technologicznych lub remontowych, podczas których przygotowywany jest nowy zestaw granulometryczny mielników. Ścierające się kule są pełnowartościowymi mielnikami, dopóki nie osiągną średnicy granicznej lub ich kształt nie ulegnie znacznej deformacji. Żeby jednak móc wykorzystać je podczas tworzenia nowego zestawu mielników, należy je posortować na odpowiednie klasy wymiarowe. Sortowanie mielników jest czasochłonne ze względu na dużą ich ilość, sięgająca nawet 500 Mg [2]. Jednym ze sposobów skrócenia czasu jest zastosowanie urządzeń do sortowania mielników o dużej wydajności. Obecnie na rynku dostępnych jest kilka typów urządzeń do sortowania kulistych mielników, charakteryzujących się stosunkowo niewielką wydajnością sortowania w zakresie od 0,5 Mg/h do 12 Mg/h w zależności od średnicy sortowanych kul [3 7]. Są to sortowniki walcowe, bębnowe i sortowniki bębnowo-walcowe. W Katedrze Maszyn Górniczych Przeróbczych i Transportowych Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Akademii Górniczo-Hutniczej prowadzone są prace nad nowym typem sortownika o kilkakrotnie większej wydajności sortowania od wydajności stosowanych obecnie sortowników. 2. Sortowniki walcowe Sortowniki walcowe są najczęściej wykorzystywanym typem sortowników; schemat urządzenia przedstawiono ISSN

2 BIULEYN /NEWSLETTER/ Rys. 1. Schemat sortownika walcowego: 1 kosz zasypowy wraz z podajnikiem wibracyjnym, 2 walce robocze rolki, 3 mielnik. Fig. 1. Diagram of a roller sorter: 1 hopper with vibrating feeder, 2 working rolls, 3 grinding media. na Rys. 1. Sortownik tego typu składa się z dwóch podstawowych zespołów: kosza zasypowego wraz z podajnikiem wibracyjnym (1) oraz klatki walców roboczych (2). Proces sortowania rozpoczyna się od wypełnienia kosza zasypowego, z którego mielniki trafi ają na rynnę podajnika wibracyjnego. Podajnik wyposażony w odcinek z rusztem wstępnie odseparowuje rdzę i inne zanieczyszczenia oraz mielniki o średnicy mniejszej niż wymiar minimalny. Z podajnika mielniki trafi ają na klatkę walców roboczych. Dwa walce robocze, obracające się współbieżnie do siebie, zapobiegają zakleszczaniu się mielników w szczelinie i wspomagają ich ruch wzdłuż walców, gdy mielniki utraciły swój kształt. Odpowiednio wyregulowana rozbieżność szczeliny między walcami oraz pochylenie klatki walców roboczych ułatwia prawidłowe, grawitacyjne przemieszczanie się mielników oraz ich sortowanie. Dzięki rozbieżności szczeliny na jej początku do rynien zbiorczych przedostają się mielniki o wymiarach najmniejszych, natomiast na jej końcu mielniki o wymiarach największych. Mielniki przedostające się przez szczelinę na poszczególnych odcinkach trafi ają do rynien klasyfi kacyjnych odprowadzających je do pojemników zbiorczych. Główne wady sortowników walcowych związane są z niedokładnością sortowania, zwłaszcza mielników o mniejszych średnicach. Nierównomierne dozowanie mielników przez podajnik wibracyjny oraz zbyt duża struga nadawy powoduje negatywne zjawisko wzajemnego przenoszenia się mielników. Zjawisko to polega na tym, że mniejsze mielniki podczas przemieszczania się wzdłuż szczeliny spoczywają na mielnikach o średnicy większej. W wyniku czego mielniki o małej średnicy trafiają do rynien klasyfikacyjnych przeznaczonych dla mielników o większej średnicy. Zjawisko to zobrazowane jest na Rys. 2. Sortowniki walcowe oferowane są przez takie fi rmy jak Fonperies Magotteaux (Belgia), Christian Pfeiffer (Niemcy), Cemtec (Kanada), Ceylan Makina Montaj San. (Turcja). Sortowniki tego typu są powszechnie stosowane również w polskich zakładach. Sortownik firmy Christian Pfeiffer przedstawiono na Rys. 3 i 4, natomiast jego parametry ujęto w Tabeli 1. Urządzenie to zostało zaprojektowane z myślą o sortowaniu mielników w kształcie kul o średnicy od 15 mm do 100 mm przy wydajności od 7 do 12 Mg/h [3]. Sortownik składa się z dwóch stabilnych autonomicznych pod względem konstrukcji podzespołów, kosza zasypowego wraz z podajnikiem wibracyjnym i klatki walców roboczych, co znacznie ułatwia transport i magazynowanie urządzenia Rys. 2. Widok zjawiska wzajemnego przenoszenia się mielników. Fig. 2. A view of the phenomenon of mutual moving grinding media. Tabela 1. Wybrane parametry techniczne sortownika fi rmy Christian Pfeiffer [3]. Table 1. Selected technical parameters of a Christian Pfeiffer device [3]. Parametr Wartość Zakres sortowania [mm) Wydajność [Mg/h] 7 12 Liczba rynien klasyfikacyjnych 9 Sposób transportu wózek jezdny Ilość sekcji 2 w dwóch elementach, który może zostać zrealizowany za pomocą wózka jezdnego wyposażonego w widły. Sortownik firmy Cemtec przedstawiony na Rys. 5. W swej idei działania oraz parametrach technicznych nie odbiega w niczym od sortownika wspomnianego wcześniej. Główna różnica istnieje w konstrukcji i odnosi się do sposobu transportu i przemieszczania sortownika. W tym wypadku klatka walców roboczych oraz podajnik są osadzone na wspólnej ramie jezdnej na podwoziu kołowym ogumionym. Podczas pracy sortownika rama stabilizowana jest za pomocą czterech stóp regulowanych hydraulicznie, gwarantujących jego poprawną i stabilną pracę [4]. Rama wyposażona jest w uchwyt umożliwiający podczepienie całej konstrukcji do pojazdu ciągnącego np. wózka jezdnego, co gwarantuje odpowiednią mobilność na dużych odległościach bez wcześniejszego specjalnego przygotowania. Kolejna różnica to pomost technologiczny umiejscowiony na ramie, który ułatwia obsługę sortownika i nadzór nad jego pracą. Sortowniki walcowe firmy Fonperies Magotteaux są jedną z starszych konstrukcji, jednak nadal mogącą sprostać wymaganiom rynku. Obecnie fi rma skupia się na konstrukcjach sortowników bębnowych, które mają zastąpić starsze konstrukcje fi rmy. W ofercie dostępne były urządzenia w dwóch wersjach, standardowej i specjalnej. Wersja standardowa z racji analogii konstrukcji i parametrów do wcześniej wymienionych przykładów została pominięta, natomiast na Rys. 6 przedstawiono sortownik walcowy w wykonaniu specjalnym wraz z wybranymi parametrami ujętymi w Tabeli 2. Sortownik fi rmy Ceylan Makina jest typową konstrukcją sortownika walcowego. W odróżnieniu od pozostałych sor- MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 4, (2016) 385

3 URZĄDZENIA DO SORTOWANIA MIELNIKÓW W KSZTAŁCIE KUL J. SIDOR, P. PIEKAJ towników został wyposażony w przenośnik taśmowy, transportujący mielniki z rynny podajnika wibracyjnego na klatkę walców roboczych. Przenośnik taśmowy ma za zadanie poprawić jakość procesu sortowania oraz wyeliminować negatywne zjawisko wzajemnego przenoszenia się mielników do nieodpowiednich rynien klasyfi kujących. Rozwiązanie to przedstawiono na Rys. 7. Konstrukcja osadzona jest na ramie jezdnej o podwoziu kołowym ogumionym. Rama wyposażona jest w dyszel umożliwiający podczepienie całej konstrukcji do pojazdu ciągnącego, co umożliwia szybki transport na terenie zakładu. Wybrane parametry techniczne sortownika tej fi rmy przedstawiono w Tabeli 3. Rys. 3. Sortownik walcowy fi rmy Christian Pfeiffer bez konstrukcji wsporczej [3]. Fig. 3. A Christian Pfeiffer roller sorter without a support frame [3]. Rys. 4. Rys. 4. Widok klatki walców roboczych sortownika fi rmy Christian Pfeiffer [3]. Fig. 4. A view of work rolls of the Christian Pfeiffer roller sorter [3]. Rys. 5. Sortownik walcowy fi rmy Cemtec [4]. Fig. 5. A Cemtec roller sorter [4]. 386 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 4, (2016)

4 BIULEYN /NEWSLETTER/ Rys. 6. Schemat sortownika fi rmy Fonperies Magotteaux w wersji specjalnej [3]. Fig. 6. Schematic of special version of a Fonperies Magotteaux sorter [3]. Rys. 7. Sortownik fi rmy Ceylan Makina [6]. Fig. 7. A Ceylan Makina roller sorter [6]. Tabela 2. Wybrane parametry techniczne sortownika fi rmy Fonperies Magotteaux w wersji specjalnej [3]. Table. 2. Selected technical parameters of the special version of the Fonperies Magotteaux sorter [3]. Tabela 3. Wybrane parametry techniczne sortownika fi rmy Ceylan Makina [6]. Table 3. Selected technical parameters of the Ceylan Makina roller sorter [6]. Parametr Wartość Wymiary gabarytowe [mm] Masa [kg] 4500 Zakres sortowania [mm] Liczba rynien klasyfikacyjnych 5 Wydajność [Mg/h] Sortowniki bębnowe Urządzenia tego typu przypominają przesiewacze bębnowe. Sortowniki te składają się z obrotowego ażurowanego bębna podzielonego na segmenty o odpowiednich średnicach otworów, począwszy od otworów najmniejszych do największych. Wewnątrz bębna osadzony jest na stałe ślimak, odpowiedzialny za przemieszczanie materiału wzdłuż bębna. Drugim podstawowym elementem jest rama, na której osadzony jest napęd bębna oraz rynny zbiorcze. Na Rys. 8 przedstawiono konstrukcję sortownika fi rmy Fonperies Magotteaux, natomiast na Rys. 9 wnętrze bębna sortującego fi rmy Manvia. Idea działania polega na zasypaniu mielnikami kosza zasypowego, skąd za pomocą podajnika wibracyjnego mielniki trafi ają do wnętrza obrotowego bębna, przedstawionego na Rys. 10. W wyniku podzielenia bębna na sekcje o różnych rozmiarach oczek w sekcji pierwszej odseparowane są zanieczyszczenia i mielniki o wymiarach mniejszych niż średnica minimalna. W kolejnych sekcjach odseparowane zostają mielniki o najmniejszej średnicy. Mielniki pozostałe w komorze w wyniku jej ruchu obrotowego przesuwane są przez ślimak osadzony na ściance do kolejnej sekcji. Jednocześnie w wyniku ruchu obrotowego bębna mielniki pozostałe w oczkach, po obróceniu komory o pewien kąt, swobodnie opadają na jej dno. Po trafi eniu mielników do kolejnej sekcji z większymi oczkami niż w poprzedniej, proces się powtarza, aż do ostatniej sekcji. Ilość sekcji o różnych oczkach zależy od wymaganej ilości klas na jakie należy Parametr Wartość Wydajność [Mg/h] 1 12 Szczelina początkowa [mm] Szczelina końcowa [mm] Liczba rynien klasyfikacyjnych 7 Wymiary gabarytowe [mm] Masa [kg] 5200 podzielić dany zbiór mielników. Odseparowane mielniki trafi ają do zasobników umieszczonych bezpośrednio pod bębnem i grawitacyjnie przemieszczane są rynnami do pojemników zbiorczych usytuowanych poza sortownikiem. 4. Sortowniki bębnowo-walcowy Sortownik bębnowo walcowy jest konstrukcją hybrydową powstałą w wyniku połączenia dwóch sortowników: bębnowego i walcowego. Idea działania polega na zasypaniu mielnikami kosza zasypowego, skąd za pomocą rynny podajnik wibracyjnego trafi ają do bębna sortownika. Bęben odpowiedzialny jest za odseparowanie zanieczyszczeń w tym pyłów oraz najmniejszych klas. Natomiast mielniki, które nie zostały odseparowane w bębnie trafi ają po jego opuszczeniu na klatkę walców roboczych, gdzie dochodzi do ich ostatecznej klasyfi kacji. Rozwiązanie tego typu oferowane jest przez fi rmę Iteca Socadei [9]. Wydajność wskazana przez producenta wynosi do 10 Mg/h. Sortownik przedstawiony został na Rys Koncepcja wysokowydajnego sortownika do mielników Niska wydajność sortowników stosowanych obecnie była powodem podjęcia prac w Katedrze Maszyn Górniczych Przeróbczych i Transportowych Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Robotyki AGH nad projektem nowego wysokowydajnego sortownika. Głównymi założeniami do projekt było MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 4, (2016) 387

5 URZĄDZENIA DO SORTOWANIA MIELNIKÓW W KSZTAŁCIE KUL J. SIDOR, P. PIEKAJ uzyskanie kilkukrotnie większej wydajności niż obecnie osiągana w sortownikach dostępnych na rynku. Ponadto konstrukcja powinna być uniwersalna i łatwa do dostosowania dla indywidualnych potrzeb użytkownika oraz osiągać większą dokładność sortowania. Na Rys. 11 przedstawiono wirtualny model opracowanej koncepcji wysokowydajnego urządzenia do sortowania mielników w kształcie kul. Na Rys. 12 przedstawiono teoretyczną wydajność sortownika dla poszczególnych klas wymiarowych mielników. Rys. 8. Sortownik bębnowy firmy Fonperies Magotteaux [7]. Fig. 8. A Fonperies Magotteaux drum sorter [7]. Rys. 9. Widok wnętrza sortownika bębnowego podczas pracy [8]. Fig. 9. A view of interior of the drum sorter at work [8]. Rys. 10. Sortownik bębnowo-walcowy fi rmy Iteca Socadei [9]. Fig. 10. An Iteca Socadei drum-roller sorter [9]. Rys. 11. Model sortownika w układzie sekcji napędowej, załadowczej i trzech sekcji roboczych oraz przenośnika dozującego i beczek zbiorczych. Fig. 11. A model of sorter in the confi guration composed of a drive section, loading section, three working sections, dosing conveyor, and collecting barrels. 388 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 4, (2016)

6 BIULEYN /NEWSLETTER/ Rys. 12. Teoretyczna wydajność w zależności od średnicy mielników. Fig. 12. Theoretical output depending on diameter of grinding media. Zaproponowane rozwiązanie charakteryzuje się wysoką wydajnością i dużą dokładnością sortowania. Konstrukcja modułowa pozwala na łatwe dostosowanie urządzenia do różnych potrzeb użytkownika. Dodatkowo sortownik charakteryzuje się łatwością regulacji zakresu klas wymiarowych, a mała moc napędu gwarantuje niską energochłonność. Wykładziny poliamidowe na rolkach sortujących obniżają poziom hałasu i częściowo tłumią drgania. Handlowe krążniki zastosowane jako rolki sortujące obniżają koszty wykonania i serwisowania sortownika oraz skracają czas serwisu. Problem klasyfikacji mielników sprawia użytkownikom młynów trudności, a stosowane urządzenia charakteryzują się niską wydajnością od kilku do 12 Mg/h dla mielników o średnicy 120 mm. Opracowane rozwiązanie pozwala zwiększyć kilkukrotnie wydajność, co pozwala na efektywne przesortowanie mielników nawet w czasie krótkiego postoju technicznego młyna. Literatura [1] Grzesiak, S.: Materiały odporne na zużycie ścierne stosowane na wykładziny młynów kulowych oraz mielniki, Krzepnięcie Metali i Stopów, nr 34, PAN Oddział Katowice (1997). [2] Informacje prasowe [3] Materiały firmy Christian Pfeiffer, [4] Materiały fi rmowe fi rmy Cementec, [5] Broszura fi rmy Fonperies Magotteaux [6] Materiały firmy Ceylan Makina Montaj, San, [7] Materiał filmowy, [8] Materiał fotograficzny, ball-mill-sorting-machine/ [9] Materiały fi rmowe fi rmy Iteca Socadei, Otrzymano 20 września 2016, zaakceptowano 15 listopada MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 4, (2016) 389