Советские специалисты по измельчению обнаружили, что на мельницах, оснащённых вертикальными разделительные перегородки, чрезмерное измельчение приводит к агломерации мелких частиц и их налипанию на футеровку и измельчающие тела, что снижает эффективность измельчения. Когда слой налипшего материала на стальных шарах и футеровке достигает 200 мкм, энергия удара снижается на 80%.

Эксперты также установили, что лишь примерно половина измельчающих тел фактически участвует в процессе измельчения; остальная часть образует плотный слой в центральной части мельницы, вращаясь во время работы вместе с корпусом и практически не участвуя в процессе измельчения. Исходя из этого, они предложили и разработали наклонную разделительную перегородку.

Данная диафрагма состоит из ряда круглых прутков из мягкой стали марки A3, каждый из которых имеет диаметр 90 мм. Эти прутки расположены так, что образуют плоскость, наклоненную под определенным углом к оси вращения стана, с заданными зазорами между ними. Собранная плоскость крепится к корпусу стана с помощью болтов, проходящих через приварные на обоих концах опорные пластины.

Принцип работы наклонного разделительная перегородка показано на рисунке 2.24.

Как видно из рисунка 2.24, во время работы мельницы, оснащенной наклонной разделительной перегородкой, положения верхней и нижней частей перегородки, а также положения измельчающих тел и сырья постоянно меняются: когда перегородка находится в положении I На рисунке показана длина отсека грубого измельчения L₁ имеет минимальную длину, тогда как высота штабеля h₁ количество измельчающих тел в этом отсеке достигает максимального значения; при этом длина отсека тонкого измельчения L₃ достигает максимальной длины (L₃ = L₂ + △L), а также высота штабеля h₂ количество измельчающих тел в этом отсеке сводится к минимуму. Когда корпус мельницы поворачивается на 180° и наклонная перегородка достигает положения II (обозначенная на рисунке пунктирными линиями), длина отсека грубого измельчения увеличивается на △L и достигает своего максимального значения (△L = D / tan α, где D — эффективный внутренний диаметр трубчатой мельницы, а α — угол между диафрагмой и продольной осью мельницы). В этот момент измельчающие тела и материал в отсеке грубого измельчения перемещаются в продольном направлении на расстояние △L, а высота слоя измельчающих тел в отсеке грубого измельчения достигает своего минимума. В отсеке тонкого измельчения ситуация противоположная: длина отсека уменьшается на величину △L и достигает минимального значения, в то время как высота насыпки измельчающих тел увеличивается до максимального значения. Таким образом, во время работы мельницы положения верхней и нижней частей наклонной перегородки периодически и непрерывно меняются, а измельчающие тела в отсеках также подвергаются периодическому продольному перемещению, что усиливает процесс измельчения. Причиной продольного перемещения измельчающих тел является то, что угол наклона перегородки при установке превышает естественный угол самоупаковки измельчающих тел, что не требует дополнительного затрачивания энергии. Следует отметить, что естественный угол естественного откоса стальных цилиндров (цилиндров) больше, чем у стальных шаров; поэтому в трубной мельнице, оснащенной наклонной перегородкой, не следует использовать стальные цилиндры, а вместо них — мелкие стальные шары диаметром φ25–30 мм.

Рисунок 2.24 Принцип работы наклонной перегородчатой мембраны

1 — Корпус; 2 — Отсек грубого измельчения; 3 — Устройство с наклонной перегородкой; 4 — Отсек тонкого измельчения; 5 — Выпускная решетчатая пластина; 6 — Измельчающие элементы

Отверстия решетки наклонной перегородки расположены только в той зоне, которая соприкасается с материалом в камере грубого измельчения; в зоне, соприкасающейся с материалом в камере тонкого измельчения, отверстия решетки не должны предусматриваться. Таким образом, при вращении наклонной перегородки из положения I в положение II как измельчающие тела, так и материал, находящийся в участке △L камеры грубого измельчения, поднимаются вверх, а затем движутся вниз по её поверхности. При этом мелкие частицы проходят через отверстия решетки в отсек тонкого измельчения, а крупные частицы возвращаются в участок L₁ отсека грубого измельчения для повторного измельчения.

Таким образом, в мельнице, оснащённой наклонной перегородкой, не только устраняется “статический слой” (мёртвый слой) измельчающих тел, что усиливает их ударное и измельчающее действие, но и улучшается классификация материала внутри мельницы, а также снижается степень избыточного измельчения. Следовательно, эффективность измельчения высока.

В бывшем Советском Союзе были проведены испытания цементной мельницы размером Φ4 × 13,5 м, оснащенной наклонной перегородкой. Угол наклона перегородки составлял 42,5°, коэффициент заполнения первого отсека — 0,30, второго — 0,25, скоростной коэффициент мельницы — 76%, а рабочая скорость — 16,3 об/мин. При общем сокращении загрузки измельчающих тел на 60 тонн производительность мельницы увеличилась на 15,29%, производительность на килограмм измельчающих тел была на 40% выше, чем при использовании вертикальной перегородки, удельное энергопотребление снизилось на 25,8%, требуемая мощность снизилась на 14,51 TP3T, ток, необходимый для главного привода, снизился с 310 А до 240 А, температура выходящего материала снизилась примерно на 10 °C, температуры смазочного масла и главного подшипника снизились на 10–15 °C, температура подшипников двигателя главного привода снизилась на 3–8 °C, а температура обмоток ротора и статора снизилась на 10–12 °C.

Завод строительных материалов в Чаншу (Китай) провёл сравнительные испытания производительности мельниц MB1577 и MB1870, как с вертикальными, так и с наклонными разделительными диафрагмами. Результаты приведены в таблице 2.8.

Таблица 2.8: Результаты сравнительных испытаний по производительности при установке вертикальных перегородок и наклонных перегородок

Заводские испытания также показали, что:

(1) Поскольку площадь наклонной перегородки на 30%–45% превышает площадь вертикальной перегородки, а зазоры между наклонными стержнями шире, чем прорези вертикальной перегородки, внутренняя вентиляция мельницы улучшается: отрицательное давление внутри мельницы, изначально составлявшее менее 10 МПа, после установки наклонной перегородки увеличилось до 30–50 МПа.

(2) Сократился расход измельчающих тел: раньше каждые 10 дней приходилось добавлять 6–9 т, а теперь каждые 2 месяца добавляется всего 6 т.

(3) Коэффициент загрузки мельницы достиг 89%, что свидетельствует о надежности наклонной разделительной диафрагмы.

(4) Замена вертикальной перегородки на наклонную не требует изменения геометрических размеров или скорости вращения корпуса мельницы, а также не требует увеличения мощности двигателя; эта модификация легко реализуется.

(5) Степень заполнения стальными шариками первого отсека следует соответствующим образом уменьшить (примерно до 20%), чтобы обеспечить достаточное пространство для свободного перемещения шариков и полного использования их кинетической энергии. Средний диаметр шариков в первом отсеке следует уменьшить на 10–20 мм.

(6) Второй отсек следует загрузить стальными шариками. Если вместо них используются стальные цилиндры (цилиндры), их загрузку следует соответствующим образом увеличить (примерно на 10%), чтобы сбалансировать производительность второго отсека по измельчению с производительностью первого. Это связано с тем, что в мельнице с наклонной перегородкой сыпучесть цилиндров хуже, и прирост производительности по измельчению в цилиндровой камере не так велик, как в шаровой.

(7) Угол наклона наклонной перегородки относительно горизонтальной плоскости должен предпочтительно составлять от 42° до 60°.

(8) Классификационный (просеивающий) эффект наклонной перегородки не является идеальным: когда перегородка находится в положении I на рисунке 2.24, высота измельчающих тел и материала в переднем отсеке превышает высоту в заднем отсеке, что приводит к обратному потоку большого количества материала в задний отсек; когда перегородка находится в положении II, высота в заднем отсеке превышает высоту в переднем, и значительное количество материала перетекает вперед, в передний отсек. Это явление приводит к нестабильным условиям измельчения внутри мельницы. Кроме того, угол, образованный между наклонной диафрагмой и корпусом мельницы, создает зону задержки (мертвую зону), в которой продольное движение измельчающих тел сдерживается, и их измельчающее действие не может полностью проявиться.