소련의 분쇄 전문가들은 수직형 장비가 장착된 제분소에서 분할 다이어프램, 과도한 분쇄는 미세 입자가 뭉쳐 라이너와 분쇄 매체에 부착되게 하여 분쇄 효율을 저하시킵니다. 강구와 라이너에 부착된 물질층의 두께가 200 μm에 이르면, 충격 에너지는 80%만큼 감소합니다.

전문가들은 또한 분쇄 매체의 약 절반만이 실제로 분쇄 과정에 참여하고, 나머지는 밀의 중앙 부위에 고밀도 층을 형성하여 가동 중 외피와 함께 회전할 뿐 분쇄 작용에는 거의 기여하지 않는다는 사실을 발견했다. 이를 바탕으로 그들은 경사형 칸막이 다이어프램을 제안하고 설계했다.

이 다이어프램은 직경 90 mm의 A3 연강 원형 봉을 일렬로 배열하여 구성됩니다. 이 봉들은 밀의 회전 중심선과 일정한 각도를 이루는 평면을 형성하도록 배열되어 있으며, 봉 사이에는 지정된 간격이 유지됩니다. 조립된 평면은 양쪽 끝에 용접된 러그 플레이트를 통해 볼트로 밀 외피에 고정됩니다.

경사형의 작동 원리는 다음과 같습니다. 분할 다이어프램 그림 2.24에 나와 있다.

그림 2.24에서 볼 수 있듯이, 경사형 격막이 장착된 분쇄기가 작동 중일 때, 격막의 상단 및 하단 위치와 분쇄 매체 및 원료의 위치는 끊임없이 변화합니다. 격막이 다음 위치에 있을 때 I 그림에서, 거친 연삭 구획의 길이 L₁ 이 가장 짧을 때, 반면 적재 높이는 h₁ 이 구획에서 연마 매체의 양은 최대치에 달하며, 동시에 미세 연마 구획의 길이는 L₃ 가장 길 때 (L₃ = L₂ + △L), 그리고 적재 높이 h₂ 이 구획 내의 연마 매체의 양은 최소 수준입니다. 분쇄기 외피가 180° 회전하고 경사형 다이어프램이 위치에 도달하면 II (그림의 점선으로 표시된 바와 같이), 조분쇄 구획의 길이가 △L만큼 증가하여 최대값에 도달합니다(△L = D / tan α, 여기서 D는 튜브 밀의 유효 내경이고, α는 다이어프램과 밀의 종축 사이의 각도입니다). 이 시점에서, 거친 분쇄 구획 내의 분쇄 매체와 원료는 △L의 거리만큼 종방향으로 이동하며, 거친 분쇄 구획 내 분쇄 매체의 적층 높이는 최소값이 됩니다. 미세 분쇄 구획의 상황은 이와 정반대입니다. 구획 길이는 △L만큼 줄어들어 최소가 되는 반면, 분쇄 매체의 적층 높이는 최대치로 증가합니다. 이러한 방식으로, 밀이 작동하는 동안 경사 다이어프램의 상단과 하단 위치는 주기적이고 지속적으로 변화하며, 구획 내의 연마 매체도 주기적인 종방향 이동을 겪게 되어 연마 작용이 강화됩니다. 연마 매체가 종방향으로 이동하는 이유는 다이어프램의 설치 경사각이 연마 매체의 자연 안정각보다 크기 때문이며, 이로 인해 추가적인 에너지 투입이 필요하지 않습니다. 강철 실린더(cylpebs)의 자연 안식각은 강철 볼의 자연 안식각보다 크므로, 경사형 칸막이 다이어프램이 장착된 튜브 밀에는 강철 실린더를 사용해서는 안 되며, 대신 φ25–30 mm 크기의 작은 강철 볼을 사용해야 합니다.

그림 2.24 경사형 격막의 작동 원리

1—외피; 2—거친 분쇄실; 3—경사형 격막 장치; 4—미세 분쇄실; 5—배출 격자판; 6—분쇄 매체

경사형 격막의 그레이트 개구부는 거친 분쇄 구획에서 원료와 접촉하는 영역에만 배치되어야 하며, 미세 분쇄 구획에서 원료와 접촉하는 영역에는 그레이트 개구부를 설치해서는 안 됩니다. 이러한 방식으로, 경사형 다이어프램이 위치 I에서 위치 II로 회전하는 동안, 거친 분쇄 구획의 △L 구역에 있는 분쇄 매체와 원료가 모두 들어 올려진 후 그 표면을 따라 아래로 이동합니다. 이때, 미세 입자는 그레이트 구멍을 통과하여 미세 분쇄 구획으로 이동하는 반면, 거친 입자는 재분쇄를 위해 거친 분쇄 구획의 L₁ 구역으로 되돌아가게 됩니다.

요약하자면, 경사형 칸막이 다이어프램이 장착된 분쇄기에서는 분쇄 매체의 “정적 층”(데드 레이어)이 제거되어 매체의 충격 및 분쇄 작용이 강화될 뿐만 아니라, 분쇄기 내 원료의 선별 효율도 향상되고 과도한 분쇄가 줄어듭니다. 결과적으로 분쇄 효율이 높습니다.

구 소련은 경사형 격막이 장착된 Φ4 × 13.5 m 시멘트 밀에 대한 시험을 실시했다. 다이어프램의 경사각은 42.5°였으며, 제1 구획의 충전율은 0.30, 제2 구획의 충전율은 0.25, 밀 속도비는 76%, 운전 속도는 16.3 r/min이었습니다. 연마 매체 부하를 총 60톤 줄인 결과, 밀의 생산량은 15.29% 증가했으며, 연마 매체 1kg당 생산량은 수직 다이어프램을 사용했을 때보다 40% 더 높았고, 단위 전력 소비량은 25.8% 감소했으며, 필요 전력은 14.5% 감소했으며, 주 구동 장치의 전류 요구량은 310 A에서 240 A로 떨어졌고, 배출 물질의 온도는 약 10 °C 낮아졌으며, 윤활유 및 주 베어링 온도는 10–15 °C 하락했고, 주 구동 장치의 모터 베어링 온도는 3–8 °C 낮아졌으며, 로터 및 고정자 코일 권선의 온도는 10–12 °C 낮아졌다.

중국의 창수 건축자재 공장은 수직 및 경사형 칸막이 다이어프램을 장착한 MB1577 원료 분쇄기와 MB1870 분쇄기에 대해 생산 비교 시험을 실시했다. 그 결과는 표 2.8에 나와 있다.

표 2.8: 수직 칸막이판 설치와 경사 칸막이판 설치 간의 생산성 비교 시험 결과

공장 테스트 결과 또한 다음과 같은 사실이 밝혀졌습니다:

(1) 경사형 격막의 면적이 수직형보다 30%–45% 더 크고, 경사형 바 사이의 간격이 수직형 격막의 슬롯보다 넓기 때문에, 밀의 내부 환기가 개선된다: 밀 내부의 음압은 원래 10 MPa 미만이었으나, 경사형 다이어프램을 설치한 후 30–50 MPa로 증가했습니다.

(2) 연마재 소비량이 감소했다. 원래는 10일마다 6~9t을 보충해야 했으나, 현재는 2개월마다 6t만 보충하면 된다.

(3) 제분소 가동률은 89%에 달했으며, 이는 경사형 격막이 신뢰할 수 있음을 보여준다.

(4) 수직형 격막을 경사형 격막으로 변경하더라도 밀 쉘의 기하학적 치수나 회전 속도를 변경할 필요가 없으며, 모터 출력을 높일 필요도 없어 구현이 용이하다.

(5) 첫 번째 구획에 들어가는 강구의 충전율을 적절히 낮추어야 한다(약 20% 수준). 이는 강구가 자유롭게 움직일 수 있는 충분한 공간을 확보하고, 강구의 운동 에너지를 최대한 활용하기 위함이다. 첫 번째 구획에 들어가는 강구의 평균 직경은 10~20 mm 줄여야 한다.

(6) 두 번째 구획에는 강철 볼을 채워야 한다. 대신 강철 실린더(cylpebs)를 사용하는 경우, 첫 번째 구획의 분쇄 능력과 균형을 맞추기 위해 두 번째 구획의 적재량을 적절히(약 10% 정도) 늘려야 한다. 이는 경사형 다이어프램이 장착된 분쇄기에서 실린더의 유동성이 더 나쁘기 때문에, 실린더 구획의 분쇄 능력 향상 폭이 볼 구획만큼 크지 않기 때문이다.

(7) 경사형 칸막이 다이어프램의 수평면 대비 경사각은 가급적 42°에서 60° 사이여야 한다.

(8) 경사형 칸막이 다이어프램의 분류(선별) 효과는 이상적이지 않습니다. 다이어프램이 그림 2.24의 위치 I에 있을 때, 전방 구획의 연마 매체와 원료의 높이가 후방 구획보다 높아서 다량의 원료가 후방 구획으로 역류하게 됩니다. 다이어프램이 위치 II에 있을 때는 후방 구획의 높이가 전방 구획보다 높아져 대량의 원료가 전방 구획으로 역류하게 된다. 이러한 현상으로 인해 분쇄기 내부의 분쇄 상태가 불안정해진다. 또한, 경사된 다이어프램과 밀 쉘 사이에 형성된 각도로 인해 체류 구역(데드 존)이 발생하는데, 이 구역에서는 연마 매체의 종방향 이동이 제한되어 연마 작용이 충분히 발휘되지 못합니다.