Widok Tom 68 Nr 4 (2016)

Urządzenia do sortowania mielników w kształcie kul

J

S

*, P

P

AGH Akademia Górniczo Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Katedra Maszyn Górniczych, Przeróbczych i Transportowych, Kraków

*e-mail: jsidor@agh.edu.pl

Streszczenie

W młynach kulowych, wibracyjnych i mieszadłowych najczęściej stosowanymi elementami roboczymi są mielniki w kształcie kul. Mielni-ki 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 sor-towania kul o kilkakrotnie większej wydajności. Urządzenie to ma budowę modułową, dzięki czemu można je przystosować do sorsor-towania 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 mły-ny 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 nastę-puje w czasie przerw technologicznych lub remontowych, podczas których przygotowywany jest nowy zestaw granu-lometryczny mielników. Ścierające się kule są pełnowarto-ściowymi mielnikami, dopóki nie osiągną średnicy granicz-nej lub ich kształt nie ulegnie znaczgranicz-nej 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 sor-towanych kul [3–7]. Są to sortowniki walcowe, bębnowe i sortowniki bębnowo-walcowe.

W Katedrze Maszyn Górniczych Przeróbczych i Trans-portowych Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Aka-demii Górniczo-Hutniczej prowadzone są prace nad nowym typem sortownika o kilkakrotnie większej wydajności sor-towania od wydajności stosowanych obecnie sortowników.

2. Sortowniki walcowe

Sortowniki walcowe są najczęściej wykorzystywanym typem sortowników; schemat urządzenia przedstawiono

na Rys. 1. Sortownik tego typu składa się z dwóch pod-stawowych zespołów: kosza zasypowego wraz z podaj-nikiem 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 po-dajnika mielniki trafi ają na klatkę walców roboczych. Dwa walce robocze, obracające się współbieżnie do siebie, za-pobiegają zakleszczaniu się mielników w szczelinie i wspo-magają 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 miel-ników oraz ich sortowanie. Dzięki rozbieżności szczeliny na jej początku do rynien zbiorczych przedostają się mielniki o wymiarach najmniejszych, natomiast na jej końcu miel-niki o wymiarach największych. Mielmiel-niki przedostające się przez szczelinę na poszczególnych odcinkach trafi ają do rynien klasyfi kacyjnych odprowadzających je do pojemni-ków zbiorczych.

Główne wady sortowników walcowych związane są z nie-dokładnością sortowania, zwłaszcza mielników o mniej-szych średnicach. Nierównomierne dozowanie mielników przez podajnik wibracyjny oraz zbyt duża struga nadawy po-woduje 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 trafi ają do rynien klasyfi kacyjnych prze-znaczonych 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 fi rmy Christian Pfeiffer przedstawiono na Rys. 3 i 4, natomiast jego parametry ujęto w Tabeli 1. Urzą-dzenie to zostało zaprojektowane z myślą o sortowaniu miel-ników 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

w dwóch elementach, który może zostać zrealizowany za pomocą wózka jezdnego wyposażonego w widły.

Sortownik fi rmy 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 trans-portu i przemieszczania sortownika. W tym wypadku klatka walców roboczych oraz podajnik są osadzone na wspól-nej ramie jezdwspól-nej na podwoziu kołowym ogumionym. Pod-czas 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 od-powiednią mobilność na dużych odległościach bez wcze-śniejszego specjalnego przygotowania. Kolejna różnica to pomost technologiczny umiejscowiony na ramie, który uła-twia obsługę sortownika i nadzór nad jego pracą.

Sortowniki walcowe fi rmy Fonperies Magotteaux są jedną z starszych konstrukcji, jednak nadal mogącą sprostać wy-maganiom rynku. Obecnie fi rma skupia się na konstrukcjach sortowników bębnowych, które mają zastąpić starsze kon-strukcje fi rmy. W ofercie dostępne były urządzenia w dwóch wersjach, standardowej i specjalnej. Wersja standardowa z racji analogii konstrukcji i parametrów do wcześniej wymie-nionych 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-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.

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 de-vice [3].

Parametr Wartość

Zakres sortowania [mm) 15–100

Wydajność [Mg/h] 7–12

Liczba rynien klasyfi kacyjnych 9 Sposób transportu wózek jezdny

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].

3. Sortowniki bębnowe

Urządzenia tego typu przypominają przesiewacze bębno-we. Sortowniki te składają się z obrotowego ażurowanego bębna podzielonego na segmenty o odpowiednich średni-cach otworów, począwszy od otworów najmniejszych do naj-większych. Wewnątrz bębna osadzony jest na stałe ślimak, odpowiedzialny za przemieszczanie materiału wzdłuż bęb-na. Drugim podstawowym elementem jest rama, na której osadzony jest napęd bębna oraz rynny zbiorcze. Na Rys. 8 przedstawiono konstrukcję sortownika fi rmy Fonperies Ma-gotteaux, 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, przed-stawionego na Rys. 10. W wyniku podzielenia bębna na sekcje o różnych rozmiarach oczek w sekcji pierwszej odseparowane są zanieczyszczenia i mielniki o wymia-rach mniejszych niż średnica minimalna. W kolejnych sekcjach odseparowane zostają mielniki o najmniejszej średnicy. Mielniki pozostałe w komorze w wyniku jej ru-chu 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 opada-ją na jej dno. Po trafi eniu mielników do kolejnej sekcji z większymi oczkami niż w poprzedniej, proces się po-wtarza, aż do ostatniej sekcji. Ilość sekcji o różnych oczkach zależy od wymaganej ilości klas na jakie należy

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 hybry-dową powstałą w wyniku połączenia dwóch sortowników: bębnowego i walcowego. Idea działania polega na zasypa-niu mielnikami kosza zasypowego, skąd za pomocą rynny podajnik wibracyjnego trafi ają do bębna sortownika. Bę-ben 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 docho-dzi 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. 10.

5. Koncepcja wysokowydajnego sortownika

do mielników

Niska wydajność sortowników stosowanych obecnie była powodem podjęcia prac w Katedrze Maszyn Górniczych Przeróbczych i Transportowych Wydziału Inżynierii Mecha-nicznej i Robotyki AGH nad projektem nowego wysokowy-dajnego sortownika. Głównymi założeniami do projekt było

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

Fonper-ies Magotteaux w wersji specjalnej [3].

Table. 2. Selected technical parameters of the special version of the Fonperies Magotteaux sorter [3].

Parametr Wartość

Wymiary gabarytowe [mm] 5500 × 800 × 2500

Masa [kg] 4500

Zakres sortowania [mm] 0–100 Liczba rynien klasyfi kacyjnych 5

Wydajność [Mg/h] 1–8

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

Wydajność [Mg/h] 1–12

Szczelina początkowa [mm] 10–60 Szczelina końcowa [mm] 80–130 Liczba rynien klasyfi kacyjnych 7

Wymiary gabarytowe [mm] 5300 × 2300 × 2700

Rys. 8. Sortownik bębnowy fi rmy Fonperies Magotteaux [7]. Fig. 8. A Fonperies Magotteaux drum sorter [7].

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.

Rys. 9. Widok wnętrza sortownika bębnowego podczas pracy [8]. Fig. 9. A view of interior of the drum sorter at work [8].

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 energo-chłonność. Wykładziny poliamidowe na rolkach sortujących obniżają poziom hałasu i częściowo tłumią drgania. Han-dlowe krążniki zastosowane jako rolki sortujące obniżają koszty wykonania i serwisowania sortownika oraz skracają czas serwisu.

Problem klasyfi kacji 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 stoso-wane na wykładziny młynów kulowych oraz mielniki, Krzep-nięcie Metali i Stopów, nr 34, PAN Oddział Katowice (1997). [2] Informacje prasowe http://mostostal.com.pl

[3] Materiały fi rmy Christian Pfeiffer, http://www.christianpfeiffer.net/ [4] Materiały fi rmowe fi rmy Cementec, http://www.cemtec.at/ [5] Broszura fi rmy Fonperies Magotteaux

[6] Materiały firmy Ceylan Makina Montaj, San, http://www.ceylanmakina.c o m . t r /

[7] Materiał fi lmowy,

https://www.youtube.com/watch?v=QW2vZz2C2aA/

[8] Materiał fotografi czny, http://fl uegasknowhow.com/2013/09/10/ ball-mill-sorting-machine/

[9] Materiały fi rmowe fi rmy Iteca Socadei, http://www.iteca.fr/ Rys. 12. Teoretyczna wydajność w zależności od średnicy mielników.

Fig. 12. Theoretical output depending on diameter of grinding media.

