(1) «Флэт Лайнерс»

Вкладыши с плоской рабочей поверхностью или с литыми узорами одинаково называются плоскими вкладышами. Вкладыши с литыми узорами также называют плоскими вкладышами с узорами. Плоские вкладыши обеспечивают низкое трение о измельчающие тела, благодаря чему тела в большей степени скользят по их поверхности, что усиливает износное (измельчающее) воздействие на материал. Обычно они используются в сочетании с гофрированными вкладышами в камере тонкого измельчения.

(2) Гофрированный Вкладыши

Гофрированные вкладыши имеют рабочую поверхность в форме волн. Вкладыш с одним гребнем волны называется одноволновым или крупноволновым гофрированным вкладышем; вкладыш с двумя гребнями — двухволновым или средневолновым гофрированным вкладышем; а вкладыш с несколькими гребнями — мелковолновым гофрированным вкладышем или просто гофрированным вкладышем. Высота подъема шаров у одноволновых и двухволновых футеровок ниже, чем у футеровок с подъемными стержнями. Когда гребень волны находится на восходящей стороне, он поднимает шары вверх; когда — на нисходящей стороне, он сбрасывает шары вниз, что делает такие футеровки подходящими для стержневого отсека стержневых мельниц. Гофрированные футеровки с мелкой волной имеют небольшие гребни и шаг, а также низкую высоту подъема, что делает их пригодными для камер тонкого измельчения и угольных мельниц.

(3) Ребристый Вкладыши

Ребристые вкладыши представляют собой плоские вкладыши с полукруглой или трапециевидной ребристой поверхностью, отлитой на рабочей поверхности. Ребра приподнимают измельчающие тела, обеспечивая более сильное ударное воздействие. Они используются в первом отсеке, но не подходят для стержневых мельниц или стержневого отсека стержнево-шаровых мельниц. Поскольку ребра быстро изнашиваются, производительность мельницы становится нестабильной, поэтому ребристые футеровки постепенно заменяются ступенчатыми.

(4) Подъемная штанга Вкладыши

Вкладыши с подъемными стержнями состоят из плоского вкладыша и подъемных стержней. Стержни имеют отверстия для болтов, через которые проходят болты, крепящие стержни и вкладыш (не имеющий отверстий) к внутренней стенке корпуса. Стержни выступают над поверхностью вкладыша, усиливая подъемное действие на измельчающие тела и обеспечивая им более сильное ударяющее и измельчающее усилие. Они подходят для первого отсека, особенно когда подаваемый материал крупнозернистый и твёрдый. В отсеках с подкладками с подъёмными стержнями износ как шаров, так и подкладок более интенсивен, поэтому их не рекомендуется использовать в мельницах с повышенной скоростью вращения.

(5) Ступенчатые вкладыши

Ступенчатые футеровки, также называемые «рулевыми», имеют наклонную рабочую поверхность. После установки они образуют множество ступеней и подходят для головного отсека трубчатых мельниц. Такие футеровки увеличивают давление на мелющие тела. Они обеспечивают равномерную высоту подъема шаров в одном и том же слое; оказывают сильное сдерживающее воздействие на шары, предотвращая скольжение и износ между различными слоями измельчающих тел, а также уменьшая скольжение и износ между крайними измельчающими телами и вкладышами. Кроме того, поверхность вкладыша изнашивается равномерно, а изменение формы после износа не заметно. Тонкий конец ступенчатой футеровки обращён в сторону вращения во время работы мельницы.

(6) Полусферические вкладыши

Полусферические футеровки имеют на рабочей поверхности выступы в форме полусфер, расположенные в шахматном (треугольном) порядке. Они предотвращают скольжение шаров по корпусу и предотвращают образование кольцевых канав в результате износа, тем самым снижая износ как измельчающих элементов, так и футеровок. Они подходят для дробильных камер.

(7) Конические сортировочные вкладыши

Конические классификационные вкладыши, также называемые коническими сортировочными вкладышами, после установки образуют сегментированную коническую камеру измельчения вдоль отсека. Тангенс угла наклона таких вкладышей больше или равен эквивалентному коэффициенту трения качения шариков. Под действием наклона шары катятся по конической поверхности в направлении головки мельницы, причем чем больше диаметр шара, тем больше его продвижение вперед, что обеспечивает эффективную классификацию стальных шаров. К распространенным типам относятся коническая классификационная вставка Кармана, коническая классификационная вставка Шлегельтона и коническая классификационная вставка типа FLS. Первая имеет плоскую коническую рабочую поверхность, вторая сочетает плоскую коническую поверхность с дуговой конической поверхностью, а последняя состоит из двух плоских вкладышей и одного конического классификационного вкладыша Кармана.

Футеровка данного типа может применяться как в мельницах с открытым, так и с замкнутым контуром; как в мельницах для сырья, так и в цементных мельницах; как в сухом, так и во влажном технологическом процессе; а также как для классификации стальных шаров, так и для смешанных шаро-цилиндрических загрузок. Как правило, такие футеровки используются только в камере тонкого измельчения мельниц средней и большой длины. В мельнице средней и большой длины с небольшим отношением L/D, когда применяется процесс предварительного дробления и размер частиц подаваемого материала d₈₀ уменьшается примерно до 3 мм, вся мельница фактически превращается в камеру тонкого измельчения. В этом случае промежуточную перегородку можно удалить и установить конические классификационные вкладыши по всей длине мельницы, чтобы увеличить эффективный объем и снизить сопротивление вентиляции, тем самым еще больше повысив производительность. Согласно опубликованным данным, после установки конических классификационных вкладышей в трубчатых мельницах производительность увеличивается на 5%–15% при практически неизменной тонкости продукта, а удельное энергопотребление снижается на 10%–18%. Недостатки конических классификационных вкладышей: уменьшается эффективный объем мельницы; требуется высокая точность угла наклона конуса (погрешности угла влияют на эффективность классификации), что затрудняет изготовление; монтаж является довольно трудоемким.

(8) Угловые спиральные вкладыши

Угловые спиральные вкладыши, также называемые вкладышами CZ, в основном используются во втором отсеке. После установки они образуют внутри отсека квадратно-коническую поверхность с четырьмя закругленными углами, поэтому их также называют квадратными вкладышами с закругленными углами. Закруглённые квадратные углы соседних колец смещены друг относительно друга под углом и образуют определённый угол наклона спирали в осевом направлении (обычно 12°–22,5° для цементных мельниц и около 36° при производстве цемента высокой марки). Направление вращения футеровок противоположно направлению вращения корпуса мельницы. Таким образом, по всей длине мельницы камера измельчения образует непрерывную четырёхзаходную спираль. Спиральные поверхности на закруглённых углах оказывают сильное захватывающее воздействие на мелкие шарики, толкая их к разгрузочному концу; в то же время тяга, создаваемая углом наклона спирали, толкает крупные шарики к загрузочному концу. Поэтому данная футеровка обеспечивает хорошую позитивную классификацию шариков, даже лучшую, чем конические классификационные футеровки.

После установки данного вкладыша наблюдаются следующие эффекты:

① Радиус вращения каждого слоя шариков мгновенно изменяется, что приводит к колебаниям высоты падения, точки падения и кинетической энергии удара шариков в одном и том же слое, тем самым улучшая перемешивание и проникновение между наполнителем и материалом.

② Различные скорости вращения и падения шариков и материала приводят к интенсивному трению между поверхностями “завесы из шариков и материала” соседних футеровок.

③ Давление, создаваемое внутренними спиральными поверхностями, вызывает локальные осевые вихревые токи в областях шариков, относящихся к зоне одного и того же диаметра, что усиливает шлифовальное действие.

④ Обеспечивает высокую точность классификации шаров. Значительно сокращается избыточная измельчение (что особенно заметно в мельницах с открытым контуром); работа мельницы становится более стабильной; продлевается срок службы трансмиссии.

После установки данной футеровки эффективный объем камеры уменьшается на 10%–15% по сравнению с обычными футеровками. Как правило, она хорошо подходит для крупных мельниц (диаметром более φ3 м). Установка и демонтаж этой футеровки затруднительны. При использовании данной футеровки необходимо соответствующим образом уменьшить загрузку шаров и увеличить средний диаметр шаров в первом отсеке; кроме того, следует строго контролировать влажность подаваемого материала.

(9) Классификационные вкладыши гиперболоидной формы

Классификационные вкладыши гиперболоидной формы сочетают в себе преимущества как классификационных, так и ступенчатых вкладышей. В осевом направлении они напоминают классификационные вкладыши, что обеспечивает рациональную классификацию стальных шаров вдоль оси. По мере того как шары катятся и скользят по изогнутой поверхности вкладыша, из-за разницы в уровнях энергии больших и мелких шаров более мелкие шары выталкиваются в осевом направлении к хвостовику мельницы, что обеспечивает автоматическую классификацию шаров. Изогнутая поверхность образует прерывистую спиральную линию внутри мельницы, создавая тягу, направляющую материал к хвостовой части мельницы, что ускоряет поток материала и эффективно снижает избыточное измельчение. По окружности вкладыш имеет ступенчатую конфигурацию с определенным углом подъема, что гарантирует, что падающие шарики не ударяются о голые вкладыши, тем самым снижая повреждения и износ вкладышей. По сравнению с обычными футеровками данная футеровка позволяет сэкономить около 10% энергии.

(10) Вкладыши со спиральными канавками

Вкладыши со спиральными канавками имеют рабочие поверхности с канавками, угол наклона которых составляет менее 12°. После установки поверхность измельчающей камеры напоминает непрерывную многозаходную спираль (направление спирали совпадает с направлением вращения мельницы). Используемые в камерах тонкого измельчения, эти вкладыши сочетают в себе функции рифленых вкладышей с возможностью обеспечения рациональной осевой классификации стальных шаров.

(11) Комбинированные классификационные вкладыши

В пределах одного отсека сочетаются несколько типов футеровок с различными коэффициентами подъема/трения на их рабочих поверхностях, благодаря чему средний коэффициент подъема/трения каждого кольца постепенно уменьшается вдоль направления потока материала. Это позволяет снизить удерживающую и подъемную способность футеровки к выпускному концу, выталкивая более крупные шары в зону высокой энергии и обеспечивая автоматическую классификацию измельчающих тел. В Германии (бывшей ФРГ) подкладки с подъемными стержнями различной высоты были объединены для формирования классифицирующих подкладок, что позволило увеличить производительность мельницы на 5%–10%. Эта практика заключалась в расположении подъемных ребер в камере грубого измельчения в пять рядов: первый ряд — высота ребер 55 мм (16 ребер), второй ряд — 45 мм (16 ребер), третий ряд — 45 мм (8 стержней), четвёртый ряд — 30 мм (8 стержней), пятый ряд — 30 мм (4 стержня), а шестой ряд представлял собой плоские вкладыши без стержней. На цементном заводе «Хуасинь» ступенчатые и плоские футеровки были расположены попеременно таким образом, что энергия, передаваемая от футеровок к шагам, уменьшалась по направлению потока материала, что позволило устранить обратную классификацию шагов, увеличить производительность на 4%–7% и снизить расход как футеровок, так и шагов.

(12) Классификационные вкладыши в форме двойной спирали

Классификационные вкладыши в форме двойной спирали представляют собой многоугольные вкладыши с закруглёнными углами, снабжённые наклонными ребрами, расположенными с различной плотностью. Как многоугольные профили с закруглёнными углами, так и наклонные ребра расположены в осевом направлении по схеме двойной спирали, причём плотность ребер уменьшается вдоль направления потока материала. Такие вкладыши передают различные уровни энергии через свою поверхность, а также создают осевую тягу за счет угла наклона спирали вкладышей и ребер. Это обеспечивает надежное разделение стальных цилиндрических шаров в отсеке для цилиндрических шаров, надежное разделение шариков в отсеке для шариков и надежное разделение смешанной среды в комбинированном отсеке для шариков и цилиндрических шаров. Испытания на трубчатых мельницах диаметром φ2,2 м и менее показали увеличение производительности на 5%–15% и снижение энергопотребления на 8%–15%. Кроме того, поскольку эти футеровки расположены попеременно по длине мельницы, нагрузка распределяется попеременно, что усиливает сдвиговое воздействие между стальными цилиндрами и сырьем и значительно повышает тонкость помола при неизменной производительности.

(13) Рифленые вкладыши

В гильзах с канавками на рабочей поверхности каждой отдельной гильзы имеется несколько канавок. После установки они образуют кольцевые канавки, поэтому их также называют гильзами с кольцевыми канавками.

Канавки на канавчатых вкладышах спроектированы таким образом, чтобы стальные шарики могли укладываться на поверхности вкладыша в виде шестиугольной решетки. При такой форме укладки шарики имеют более высокое координационное число и большую плотность, что приводит к более высокой вероятности эффективных столкновений между шариками. Кроме того, характер контакта шариков с футеровкой меняется с точечного (как в случае с плоской или рельефной футеровкой) на линейный под углом 120°, что значительно увеличивает площадь измельчения. При таких условиях контакта материал между шариками и вкладышами не разбрасывается так легко, как в случае с плоскими или рельефными вкладышами, а образует слой материала, который не отрывается легко, что позволяет осуществлять полное измельчение внутри канавок, обеспечивая тем самым высокую эффективность измельчения.

Рифленые вкладыши бывают трех типов: с кольцевыми канавками, со спиральными канавками и активированные вкладыши. В зависимости от условий эксплуатации мельницы они позволяют обеспечить рациональную классификацию шариков и повысить производительность измельчения.

К дополнительным преимуществам использования рифленых вкладышей относятся:

① Угол отклонения мелющих тел на гофрированных вкладышах составляет 55°, а на рифленых — 60°. Поскольку угол отклонения увеличивается, крутящий момент мельницы уменьшается; в сочетании с тем, что рифленые вкладыши примерно на 10% легче обычных, требуемая мощность мельницы снижается примерно на 20%.

② Между шариками и вкладышами всегда находится слой материала, поэтому шарики не соприкасаются с вкладышами напрямую. Это не только значительно снижает износ как шариков, так и футеровок, но и существенно уменьшает шум при измельчении, а количество тепла, выделяемого в процессе измельчения, на 6%–7% ниже, чем при использовании обычных футеровок.

③ Поскольку угол разбега шаров на рифленых вкладышах больше, а вкладыши не ускоряют бросок шаров, при падении шары приземляются в зоне носка, не ударяясь непосредственно о гладкие вкладыши. Таким образом, вкладыши корпуса и болты менее подвержены поломкам, сокращается объем технического обслуживания, а уровень шума при работе и температура измельчения снижаются.

④ Канавки изнашиваются равномерно по всей длине, поэтому их форма остается неизменной на протяжении всего срока службы — от момента установки до замены. Следовательно, эффективность измельчения и дробления не снижается из-за износа футеровки.

⑤ Высота подъема измельчающих тел на рифленых футеровках ниже и более равномерна, чем на ступенчатых или ребристых футеровках. В результате центр тяжести нагрузки смещается к центру, что позволяет снизить мощность привода, вибрацию мельницы и износ зубчатых колес трансмиссии.

⑥ В небольших мельницах после износа рифленых вкладышей эффективный внутренний диаметр значительно увеличивается. В этом случае соответствующее увеличение загрузки измельчающих тел может повысить производительность мельницы.

⑦ Меньшее количество типов футеровок, меньший вес и простота монтажа — их можно крепить болтами или заклиниванием. Благодаря вышеперечисленным факторам установка рифлёных вкладышей позволяет увеличить производительность на 7%–20%, снизить энергопотребление на 8%–20%, сократить расход шариков на 15%–40%, почти в три раза продлить срок службы вкладышей и снизить уровень шума на 4–6 дБ.

Условия применения рифленых вкладышей:

① В камере в качестве измельчающих тел необходимо использовать шары. В мельницах с замкнутым контуром каждая камера может быть оснащена рифлеными облицовками; в двухкамерных мельницах с открытым контуром рифленые облицовки, как правило, устанавливаются только в первой камере.

② Материалом для рифленых футеровок, как правило, служит высокохромистое чугунное изделие, среднеуглеродистая легированная сталь, низкохромистое чугунное изделие или другие износостойкие материалы с высокой твердостью, в зависимости от диаметра мельницы и типа камеры. В мельницах больших размеров футеровки в камере грубого измельчения должны обладать повышенной вязкостью.

③ Рифленые вкладыши демонстрируют ещё более высокую эффективность при более высоких скоростях прокатки.

④ Общее содержание влаги в сырье, подаваемом в мельницу, должно быть менее 2%, чтобы избежать застревания материала в канавках.

⑤ Размер d₈₀ исходного сырья должен быть не более 20 мм.

⑥ Размеры канавки рассчитываются исходя из диаметра шариков наибольшего размера. Для усиления эффекта канавки рекомендуется использовать шарики большего размера и избегать многоступенчатой градации шариков. Цементный завод при Чжэнчжоуском алюминиевом заводе перешёл с четырёхступенчатой градации шаров на двухступенчатую с использованием крупных шаров размером 50% каждый; цементный завод «Чаньлю» применил двухступенчатую градацию с заполнением зазоров между крупнейшими шарами мелкими шарами — оба завода достигли хороших результатов. При использовании мелких шаров для заполнения зазоров между крупными шарами диаметр мелких шаров d₁ = 0,414d (где d — диаметр крупного шара, мм). Загрузка мелких шаров должна составлять 4%–5% от общей загрузки шаров в данном отсеке.