Badanie modelowe ruchu wypełnienia podczas pracy młynów kulowych

• Autorzy: Skoczkowska K. , Malek K. , Ulbrich R.

Warianty tytułu

EN

Model research on filling motion during ball mills operation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Młyny kulowe stosowane są od wielu lat w licznych gałęziach przemysłu. W urządzeniach tych proces rozdrabniania zachodzi w wyniku zderzania się mielników z mieliwem i ściankami komory młyna oraz wzajemnego tarcia cząstek materiałów. Celem badań eksperymentalnych było określenie zachowania się wypełnienia podczas pracy młynów kulowych, a tym samym wyznaczenie prędkości obrotowych bębna, dla których proces rozdrabniania zachodzi z odpowiednią intensywnością. Badania przeprowadzono na stanowisku pomiarowym, którego głównym elementem był obrotowy bęben o średnicy 700 mm i szerokości 30 mm, zamieszczony na obrotowym wale. Do rejestracji zachowania się wypełnienia w bębnie wykorzystano szybką, cyfrową kamerę CMOS. Na podstawie otrzymanych z kamery map bitowych, w programie DPIV ( z ang. digital particle image velocimetry) wyznaczono lokalne pola prędkości oraz trajektorię ruchu cząstek. Umożliwiło to wyznaczenie prędkości obrotowych bębna odpowiadających momentom charakterystycznym, tj.: początkowi ruchu kaskadowego – tzw. nerka, początkowi i końcowi ruchu kataraktowego, rozpoczęciu wirowania pierwszej cząstki mielników - prędkość krytyczna oraz wirowaniu wszystkich cząstek. Wypełnienie bębna stanowiła mieszanina polidyspersyjna cząstek kulistych wykonanych z tworzywa sztucznego o średnicy 6 mm oraz cząstek Zirblast B60 o średnicy 125-250 μm. Badania przeprowadzono dla trzech stopni wypełnienia mielnikami – 20%, 25% i 30%, przy stałym stopniu wypełnienia młyna mieliwem – 10%. Wraz ze wzrostem stopnia wypełnienia bębna charakterystyczne stany zachodziły przy podobnych lub niższych prędkościach obrotowych. W celu określenia wpływu powierzchni wewnętrznej młyna kulowego na kinetykę ruchu wypełnienia badania przeprowadzono dla trzech rodzajów wykładzin, umieszczonych na pobocznicy bębna: ścianka gładka z tworzywa sztucznego, guma oraz ocynkowana taśma stalowa. Zastosowane wykładziny spowodowały zmniejszenie prędkości, przy których zachodzą stany charakterystyczne. Koniec kataraktowania odpowiada prędkości równej 0,6-0,8 prędkości krytycznej, wyznaczonej na drodze eksperymentalnej. Trajektoria ruchu cząstki mielników dla końca ruchu kataraktowego odpowiada najdłuższej drodze opadania cząstki w młynie. Zastosowana metodyka badawcza pozwoliła na określenie zachowania się mielników podczas pracy młyna kulowego. Wyniki badań potwierdzają wpływ stopnia wypełnienia młyna oraz wykładzin na zachowanie się mielników. Wskazuje to na celowość przeprowadzenia dalszych badań nad kinetyką procesu mielenia.

EN

Ball mills are used in the cement industry for many years. In that kind of devices, the crushing process occurs as a result of collisions between grinding media and particles of material to be ground, and what is more, walls of the mill. Further, the described process embodied the mutual friction of the crushed particles. The aim of experimental research was to determine the behaviour of the grinding media while operating in a ball mill, and simultaneosly to measure rotational speeds of a drum, for which the milling process occurs with an appropriate intensity. The research was conducted on a test-bench that included, as a main feature, a rotating drum with a diameter of 700 mm and a width of 30 mm, posted on a rotating shaft. An examination of behaviour of the grinding media placed in the drum was possible to achieve due to recording data by a fast-speed camera. Based on registered bitmaps, assayed by using an analyzer DPIV (Digital Particle Image Velocimetry), local field speeds and a trajectory of moving particles were determined. This has allowed us to determine the rotational speeds that correspond to characteristic moments of the particle movement i.e.: the beginning of cascading, so-called the kidney phenomenon; the beginning and the end of cataracting motion; the commencement of swirling of the first grinding medium – critical speed, and the moment when the whole charge start to centrifuge. A polydisperse mixture including two types of spherical particles made of plastic material (a diameter of 6 mm) and Zirblast B60 (a diameter of 125-250 μm) constituted the charge. The research was conducted for three grinding media filling-degrees of 20%, 25%, and 30% at a constant content of material to be ground established on 10%. With an increase in the filling degree characteristic moments occured at similar or lower rotational speeds. The study was carried out in order to determine the impact of inner surface of the ball mill on kinetics of grinding media motion for three types of lining; plastic, rubber and galvanized steel tape was placed on a drum’s smooth contour wall. The use of the lining caused a reduction in the speed at which characteristic moments occurred. The end of the cataracting corresponds to a rotational speed of 0.6-0.8 critical speed, designated on experimental way. A trajectory at the end of the cataracting motion corresponds to the longest descending path of a moving grinding medium. The applied research methodology has allowed us to determine the behaviour of grinding media while operating of a ball mill. The test results confirm the influence of filling degree and also the type of lining on the behaviour of grinding media. This indicates the desirability to carry out further research on the kinetics of milling.

Słowa kluczowe

PL

młyn kulowy; młyn cementowy; analiza ruchu wypełnienia; kinetyka ruchu wypełnienia; rozdrabnianie

EN

ball mill; cement mill; analysis of charge motion; kinetics of charge motion; grinding

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 66, nr 3
• Strony: 336--340
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Skoczkowska K.

• Politechnika Opolska, Wydział Mechaniczny, Katedra Inżynierii Środowiska, ul. St. Mikołajczyka 5, 45-271 Opole

autor

Malek K.

• Politechnika Opolska, Wydział Mechaniczny, Katedra Inżynierii Środowiska, ul. St. Mikołajczyka 5, 45-271 Opole

autor

Ulbrich R.

• Politechnika Opolska, Wydział Mechaniczny, Katedra Inżynierii Środowiska, ul. St. Mikołajczyka 5, 45-271 Opole

Bibliografia

• [1] Olejnik, T. P., Gluba, T., Obraniak, A.: Kinetyka mielenia kwarcu przy kaskadowym ruchu złoża nadawy, Inż. Ap. Chem., 48, 4, (2009), 100-101.
• [2] Wu, M., Wang, V.: Modelling ball impact on the wet mill liners and its application in predicting mill magnetic liner performance, Minerals Engineering, 61, (2014), 126–132.
• [3] Chou, H. T., Lee, C. F.: Cross-sectional and axial flow characteristics of dry granular material in rotating drums, Granular Matter, 11, (2009), 13–32.
• [4] Rosenkranz, S., Breitung-Faes, S., Kwade, A.: Experimental investigations and modelling of the ball motion in planetary ball mills, Powder Technology, 212, (2011), 224–230.
• [5] Oyama, Y.: Studies on Mixing of Binary System of Two Size by Ball Mill Motion, Sci. Pap. Inst. Phys. Chem. Research, 951, (1940),17-29.
• [6] Battaglia, A., Banaszewski, T.: Maszyny do przeróbki węgla, rud i surowców mineralnych, Wyd. PWN, Warszawa – Kraków, (1972).