61

MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 1, (2016), 61-69

www.ptcer.pl/mccm

1. Wprowadzenie

Uziarnione surowce i spoiwa mineralne, a także wę-gle jako paliwa wymagają odpowiedniego rozdrobnienia – w szczególności zmielenia. Rozdrabniane surowce i półprodukty wykorzystywane są we wszystkich rodza-jach przemysłu ceramicznego, czyli spoiw mineralnych, materiałów ogniotrwałych, ceramiki budowlanej (czerwo-nej), sanitarnej, szlachetnej, izolacyjnej i specjalnej. Naj-większe koszty rozdrabniania (mielenia) ponoszone są w przemyśle spoiw mineralnych (rozdrabnianie surowców, klinkieru cementowego, wapna i gipsu) ze względu na ko-nieczność dużej wydajności, skutkującej dużymi mocami młynów. Najbardziej energochłonny jest proces mielenia. Jednostkowe zapotrzebowanie energii w tym procesie uwarunkowane jest rodzajem surowca, wymaganiami ja-kościowymi spoiwa, budową i parametrami technicznymi młyna i układu mielącego. Wskaźnik ten rośnie potęgowo wraz ze zmniejszaniem się wymaganych technologicznie wymiarów ziaren [1], przy czym znacznie silniejszy wzrost

ma miejsce przy wytwarzaniu produktu mielenia o ziarnach poniżej 50 μm [2].

W 2012 roku w świecie wyprodukowano 3736 mln Mg cementu [3]. Jeśli uwzględni się surowiec i węgiel [4], to łącz-nie zmielono ponad 10 mld Mg materiałów do uziarnienia poniżej 100 μm. Ilość mielonych materiałów należy jeszcze uzupełnić o surowce mielone w innych przemysłach cera-micznych, rudy mielone w przemyśle górniczym, surowce i produkty mielone w innych branżach.

Wzrost zapotrzebowania na tak drobno uziarnione mate-riały, w szczególności poniżej 100 μm, konieczność redukcji kosztów energii oraz wymóg zmniejszania emisji CO2 wy-muszają postęp techniczny w zakresie opracowania nowych młynów o korzystniejszych parametrach technologicznych, a w szczególności bardziej ekonomicznych i przyjaznych dla miejsca pracy i środowiska.

W technologiach wytwarzania proszków stosuje się setki rozwiązań konstrukcyjnych młynów oraz ich układów miele-nia [2]. Zastosowanie odpowiedniego młyna, funkcjonujące-go w najkorzystniejszym układzie mielenia (zwanym także

JAN SIDOR

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i RobotykiKatedra Maszyn Górniczych, Przeróbczych i Transportowych, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakówe-mail: jsidor@agh.edu.pl

Kierunki rozwoju młynów do mielenia surowców i spoiw mineralnych

Streszczenie

Praca zawiera opisy budowy i działania najnowszych młynów stosowanych w procesach mielenia surowców mineralnych do produk-cji cementu i klinkieru cementowego, a także wapna, gipsu i węgla. Są to nowe konstrukcje młynów grawitacyjnych rurowo-kulowych, młynów wysokoenergetycznych wibracyjnych i planetarnych oraz wysokociśnieniowych młynów walcowych, zwanych prasami. Młyny te użytkowane są jako młyny wstępne lub młyny fi nalne. Młyny wysokoenergetyczne cechuje ponad dwukrotnie większa moc jednostkowa przypadająca na jednostkę objętości komory młyna. W młynach wibracyjnych moc ta jest 3-5 razy większa od mocy jednostkowej młyna kulowego, a w młynach planetarnych Hicom 100-150 razy. Duże moce umożliwiły budowę młynów o dużych wydajnościach, mniejszych wymiarach i masie oraz mniejszym jednostkowym poborze energii. Inny kierunek rozwoju młynów dotyczy wysokociśnieniowych młynów walcowych, do których należą młyny Beta Mill, Horo Mill i Premill. W pracy zamieszczono główne kierunki rozwoju konstrukcji tych mły-nów obejmujące wzrost wymiarów komór mielących i mocy układów napędowych, nowe rozwiązania głównych zespołów roboczych oraz niektóre parametry młynów.

Słowa kluczowe: młyn kulowy, młyn autogeniczny, młyn semiautogeniczny, młyn planetarny walcowy

DIRECTIONS IN DEVELOPMENT OF MILLS FOR RAW MATERIALS AND MINERAL BINDERS GRINDING

The paper presents main directions in development of mills used in milling processes of mineral raw materials for cement production and cement clinker, lime, gypsum, and coal. These are new constructions of gravity (ball-pipe) mills and high energy mills, including vibratory, planetary and high pressure roll mills also called presses. These mills are used as preliminary or fi nal mills. The high-energy mills have more than twice output power per volume unit of the mill chamber, when compared to the gravity mills. The vibratory mills are characterized by 3-5 times bigger output power, whereas the Hicom planetary mills have 100-150 bigger output power. The bigger power made possible the construction of mills with larger capacities, smaller sizes and weight, and lower power consumption. The other direction concerns the development of high pressure grinding rolls (HPGR) that include Beta Mill, Horo Mill and Premill. The paper reports some parameters of the mentioned mills and the main directions in development of their construction, that is, an increase in dimensions of grind-ing chambers and power of drive systems, and new solutions of main working units.

Keywords: Ball mill, Autogenous mill, Semi-autogenous mill, Vibrating mill, Planetary mill

62 MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 1, (2016)

J. SIDOR

instalacją), w konkretnej technologii mielenia determinują: właściwości fi zyczne, głównie mechaniczne (podatność na mielenie, twardość, właściwości ścierne, wilgotność) oraz chemiczne mielonego materiału, a także wymagania tech-nologiczne surowców i spoiw, dostępność i warunki serwisu, możliwości fi nansowe, a często również przyzwyczajenie i konserwatyzm inwestora młyna [5].

W pracy omówiono główne kierunki rozwoju konstrukcji młynów grawitacyjnych, wysokoenergetycznych (miesza-dłowych i wibracyjnych planetarnych) i walcowych o wydaj-ności powyżej 50 Mg/h, stosowanych w przemyśle spoiw mineralnych, a także w przemyśle górniczym, chemicznym (w szczególności do produkcji surowców chemicznych, na-wozów mineralnych i sorbentów) oraz energetyce.

2. Młyny stosowane w procesach drobnego mielenia

Ze względu na mechanizm przekazywania energii w pro-cesie mielenia młyny można sklasyfi kować na pięć grup [6, 7]:

– z mielnikami swobodnymi z przekazywaniem energii przez ruchomą komorę: grawitacyjne, wibracyjne, planetarne,

– z mielnikami swobodnymi z przekazywaniem energii przez ruchomy wirnik,

– udarowe z ruchomymi (obrotowymi) elementami ro-boczymi – wirnikami z przekazywaniem energii przez te elementy,

– z mielnikami prowadzonymi (rolowo-misowe, walcowe),– strumieniowe z przekazywaniem energii przez medium

gazowe.W ostatnich latach pojawiły się nowe rozwiązania mły-

nów, którymi są: młyn obrotowo-magnetyczny [8] oraz młyn elektromagnetyczny [9]. Młyny te ze względu na niewielką wydajność nie znalazły szerszego zastosowania.

W procesach drobnego mielenia – o wydajności powyżej 50 Mg/h stosuje się młyny:

– grawitacyjne (kulowe, prętowe, autogeniczne, semiau-togeniczne) [10, 11, 12],

– mieszadłowe nazywane w Polsce: atrytorami, młynami kulkowymi, kuleczkowymi, perełkowymi, mieszadłowo-kul-kowymi, [2, 6, 13, 14, 15, 16],

– wibracyjne [6, 7, 17, 18],– planetarne – Hicom Mill [19],– rolowo-misowe zwane też pionowymi lub średniobież-

nymi o bardzo zróżnicowanych konstrukcjach rolek i mis [6, 20, 21, 22, 23],

– walcowe, zwane też prasami – budowane są w kilku odmianach o handlowych nazwach HPGR [24, 25], BetaMill [26], Horomill [27, 28] i Premill [29].

Młyny udarowe – bezmielnikowe produkowane są w wielu rozwiązaniach. Są to młyny: młotkowe, bijakowe, odśrod-kowe i wentylatorowe, stosowane są głównie przy mieleniu węgli energetycznych oraz surowców o twardości poniżej 3,5 w skali Mohsa.

W pracy skupiono się na młynach grawitacyjnych, wibra-cyjnych, planetarnych i walcowych, a pominięto ze względu na zróżnicowanie konstrukcji obszerną grupę młynów ro-lowo-misowych oraz grupę młynów udarowych i strumie-niowych.

3. Młyny grawitacyjne – rurowe, autogeniczne, semiautogeniczne

Nazwa „młyny grawitacyjne” związana jest ze sposobem ich działania. W literaturze nazywane są w zależności od stosowanych w nich mielników młynami kulowymi (z miel-nikami w kształcie kul lub cylpepsów), prętowymi (z miel-nikami prętowymi), autogenicznymi, w których mielnikami są większe ziarna materiału mielonego oraz semiautoge-nicznymi, w których większą część (80%-90%) mielników stanowią większe ziarna mielonego materiału, a pozostałą część mielniki w kształcie kul. Używane są jeszcze inne ich nazwy związane z budową komory mielącej, to jest bębno-we, w których stosunek długości komory do jej średnicy jest mniejszy od 2 oraz rurowe lub rurowo-kulowe, w których ten stosunek wynosi powyżej 2.

Efektywne młyny grawitacyjne znane są i powszechnie stosowane od ponad 100 lat i znajdują się w programach produkcyjnych wszystkich fi rm produkujących młyny dla potrzeb przemysłów: górniczego, hutniczego, spoiw mine-ralnych, ceramicznego, chemicznego i energetyki. Młyny te stosuje się do otrzymywania materiałów o uziarnieniu poni-żej 150 μm. Wytwarzanie w nich materiałów o uziarnieniu poniżej 50 μm jest technicznie bardzo trudne, a materiałów o uziarnieniu poniżej 10 μm praktycznie niemożliwe [5]. Średnice produkowanych obecnie młynów grawitacyjnych przekraczają 7 m, długości 18 m, a zainstalowane moce 20 MW [10, 11, 16, 30]. Średnice komór młynów autoge-nicznych (AG) i semiautogenicznych (SAG) dochodzą do 13,4 m, a zainstalowane moce do 35 MW [31].

Wydajność młynów grawitacyjnych w procesach maso-wych wynosi od 50 Mg/h do 500 Mg/h. Wzrost wymiarów średnic komór grawitacyjnych zdeterminowany jest głównie wzrostem sprawności młyna, spowodowanym charakterem wpływu średnicy komory młyna na wydajność i pobór mocy (Rys. 1). Analiza młynów pracujących w układach zamknię-tych z obiegiem pneumatycznym i mechanicznym wykaza-ła, że pobór mocy wzrasta wraz ze wzrostem średnicy do potęgi 2,5, natomiast wydajność rośnie wraz ze wzrostem średnicy do potęgi 2,6-2,8, czyli wyraźnie silniej [32]. Efekt

Rys. 1. Wpływ średnicy komory młyna kulowego na wydajność i po-bór mocy, kq , kN – współczynniki układu jednostek.Fig. 1. Effect of chamber diameter of a ball mill on capacity and power consumption; kq , kN – coeffi cients of unit system.

MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 1, (2016) 63

KIERUNKI ROZWOJU MŁYNÓW DO MIELENIA SUROWCÓW I SPOIW MINERALNYCH

mechanicznie jest napęd bezprzekładniowy, w którym wir-nikiem silnika jest walczak młyna. Napęd ten jest jednak najdroższy, dlatego stosuje się go tylko do napędów o mocy powyżej 10 MW. Natomiast najtańszym napędem jest na-pęd obwodowy, który ma pewne ograniczenia ze względu na trwałość przekładni. Dlatego stosuje się go jako napęd pojedynczy o mocy do 4,5 MW lub podwójny o mocy do 9 MW. Aby zwiększyć trwałość tego napędu, fi rma Polysius zastosowała oryginalne rozwiązanie konstrukcyjne, poka-zane na Rys. 3. Jest to napęd pojedynczy, w którym jedno czynne koło zębate zastąpiono dwoma kołami, co umożliwiło wyeliminowanie drugiego napędu i obniżenie kosztu młyna oraz zmniejszenie powierzchni zabudowy.

Doskonali się również elementy robocze młyna (wykła-dziny, przegrody sitowe). Przy mieleniu surowców i spoiw mineralnych stosuje się wyłącznie wykładziny metalowe z odpornego na zużycie staliwa. W pierwszej komorze mły-na mielącego na sucho stosuje się wykładziny profi lowane lub progowe, w drugiej profi lowane o mniejszych występach oraz wykładziny samosortujące. Przy mieleniu rud na mo-kro stosuje się trzy rodzaje wykładzin: metalowe, gumowe i hybrydowe gumowo-stalowe magnetyczne.

Duże młyny grawitacyjne eksploatowane są tylko w ukła-dach mielenia pracujących w cyklu zamkniętym. Jako klasy-fi katory ziarnowe stosuje się separatory turbinowe, a w star-szych układach mielenia separatory cyrkulacyjne.

4. Młyny mieszadłowe

Młyny mieszadłowe stosowane są głównie w procesach najbardziej drobnego mielenia. W literaturze występują jeszcze inne ich nazwy, tj. atrytory, młyny kulkowe, kulecz-kowe, perełkowe, mieszadłowo-kulkowe i ciśnieniowo-kul-kowe. Uzyskuje się w nich produkt mielenia o uziarnieniu d90 = 8 μm przy wydajności do 100 Mg/h, co praktycznie nie jest możliwe do uzyskania w młynach grawitacyjnych. Więk-szość tych młynów zastosowano do mielenia na mokro, ale znane są konstrukcje do mielenia na sucho. Elementami ro-

ten powoduje wzrost wydajności z jednostki objętości ko-mory młyna, obniżenie kosztów eksploatacyjnych (energii) i kosztów personelu przeznaczonego do obsługi mniejszej liczby układów mielenia o większej wydajności.

Rozwój młynów kulowych obejmuje również doskonale-nie konstrukcji komory młyna, w szczególności zastąpienie silnie obciążonych dennic z drążonymi czopami, osadzony-mi w dwóch łożyskach ślizgowych, nieobciążonymi i lżej-szymi pokrywami komór i wprowadzenie ułożyskowania walczaków za pomocą czterech hydrodynamicznych łożysk, co zmniejsza masę młyna o kilka procent. Takie rozwiązanie ma największy młyn kulowy w Europie, który zainstalowano w Cementowni „Górażdże” w 2012 roku. Młyn ten (Rys. 2) ma komorę o średnicy Ø 5,2 m, długości 16,75 m, moc 2 × 4,2 MW, masę mielników 500 Mg, wydajność 200 Mg/h – przy mieleniu cementu [33]. Cementownia ta jest także największą cementownią w Europie.

Doskonali się także napędy młyna, ponieważ duże moce generują znaczne obciążenia przekładni zębatych napędu. Stosowane są trzy rodzaje napędów: obwodowy, centralny i bezprzekładniowy (wieńcowy). Najmniej skomplikowany

a) b)

Rys. 2. Dwukomorowy młyn kulowy do mielenia cementu z napędem obwodowym z ułożyskowaniem walczaka na czterech łożyskach hydrodynamicznych [33].Fig. 2. A two chamber ball mill for grinding cement with a peripheral drive and drum bearing arrangement for four hydrodynamic bearings [33].

Rys. 3. Dwukomorowy młyn kulowy z napędem obwodowym [11].Fig. 3. A two chamber ball mill with a peripheral drive [11].

64 MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 1, (2016)

J. SIDOR

boczymi są swobodne mielniki (kulki o średnicy 0,5-20 mm), które otrzymują energię kinetyczną od obracającego się wir-nika nazywanego także mieszadłem. Wśród tych młynów występuje znaczne zróżnicowanie budowy w szczególności dotyczące rozwiązania konstrukcyjnego wirnika. Niemniej jednak wyróżnić można trzy najczęściej stosowane rozwią-zania młyna różniące się usytuowaniem wirnika oraz jego budową, pokazane na Rys. 4.

Uziarnienie nadawy do tego młyna jest znacznie drob-niejsze od nadawy do młynów grawitacyjnych i uzależnione od rodzaju procesu mielenia; wynosi 2-5 mm i 0,1-0,3 mm przy mieleniu odpowiednio poniżej 200 μm i poniżej 10 μm.

Przy mieleniu bardzo drobnym i koloidalnym w młynie mieszadłowym zachodzi praktycznie tylko domielanie ma-teriału. Stosowane są dwa rozwiązania konstrukcyjne du-żych młynów mieszadłowych uwarunkowane położeniem osi geometrycznej mieszadła i komory roboczej (pionowe i poziome). W tych młynach stosuje się kilkadziesiąt rozwią-zań konstrukcyjnych wirników (mieszadeł) [6]. W niektórych

mniejszych młynach [15] stosuje się dwa wirniki tarczowe lub trzpieniowe (Rys. 5).

Największe młyny stosowane są w przemyśle górniczym do mielenia rud [2, 5]. W młynach o wydajności powyżej 50 Mg/h stosuje się tylko trzy rodzaje wirników: ślimakowe (Rys. 4a), trzpieniowe (Rys. 4b) oraz tarczowe (Rys. 4c). Najczęściej młyny te budowane są z wirnikiem o osi geo-metrycznej pokrywającej się z osią geometryczną zbiornika (komory mielącej). Mielnikami w nich są kulki wykonane z odpornych na ścieranie staliw, żeliw, węglików, tlenków, a nawet z piasku kwarcowego.

Młyny dla potrzeb przemysłu ceramicznego (Rys. 5) mają wirniki, wykładziny i mielniki ceramiczne, stąd można w nich wytwarzać proszki bez zanieczyszczeń żelaza. Do mielenia rud zastosowano młyny z wirnikiem pionowym Vertimill typ VTM. Największe mają moc 600-3360 kW, masę od 100,4-725 Mg oraz wysokość 13,5-18,9 m [34]. Firma Metso pro-wadzi prace nad młynem VTM-6000 o mocy około 4500 kW. Jeszcze większe moce (8 MW) mają młyny poziome IsaMill

a) b) c)

Rys. 4. Schemat budowy i działania młynów mieszadłowych: a) i b) z wirnikiem pionowym, c) z wirnikiem poziomym: 1 – mielony materiał, mielniki i ciecz, 2 – wirnik, 3 – komora, 4 – wlot nadawy, 5 – wylot produktu mielenia, 6 – napęd, 7 – klasyfi kator ziarnowy, 8 – pompa, 9 – separator mielników.Fig. 4. Schematic of design and operation of stirred mills: a) and b) with vertical rotors, and c) with a horizontal rotor; 1 – ground material, grinding media and liquid, 2 – rotor, 3 – chamber, 4 – feed inlet, 5 – milling product outlet 6 – drive, 7 – classifi er, 8 – pump, 9 – separator of grinding media.

a) b)

Rys. 5. Młyny mieszadłowe dla przemysłu ceramicznego i chemicznego: a) z dwoma wirnikami trzpieniowymi, b) z wirnikiem tarczowym; 1 – komora, 2 – mielniki z materiałem mielonym, 3 – wlot nadawy, 4 – wylot produktu mielenia, 5 – wirnik trzpieniowy, 6 – wirnik tarczowy [15].Fig. 5. Stirred mills tank for ceramics and chemical industry: a) with two mandrel rotors mounted, b) with a disc rotor; 1 – chamber, 2 – grind-ing media and material, 3 – feed inlet, 4 – milling product outlet, 5 – mandrel rotor, 6 – disc rotor [15].

MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 1, (2016) 65

KIERUNKI ROZWOJU MŁYNÓW DO MIELENIA SUROWCÓW I SPOIW MINERALNYCH

(Rys. 4c). Największy standardowy młyn M 10 000 o po-jemności komory 10 m3 ma moc wynosząca aż 3 MW [2, 5, 14, 35]. Taką moc ma młyn kulowy o średnicy 5 m i długości 7,3 m i objętości komory 143 m3.

Największym młynem mieszadłowym jaki dotychczas zbudowano jest młyn M 50 000 o pojemności komory 46 m3, długości 34 m i mocy 8 MW [35]. Młyn kulowy z silnikiem o tej samej mocy ma średnicę 6,3 m i pojemność komory 310 m3 [36], czyli około 7 razy większą.

Duża szybkość procesu mielenia w młynach miesza-dłowych skutkuje większym poborem energii (do 10 razy

większym niż w starszych rozwiązaniach młynów kulowych) [6]. W nowych młynach wskaźnik ten maleje wraz z uzyski-waniem coraz drobniejszego produktu mielenia już od 50-80 μm [6, 37]. Wynika to ze sposobu działania młyna oraz mocy jednostkowej przypadającej na jeden m3 komory, która w tych młynach wynosi 150-300 kW/m3; w kulowych – 15-17 kW/m3, a w wibracyjnych – 45-70 kW/m3.

Podstawowe parametry dużych młynów mieszadłowych podano w Tabeli 1.

5. Młyny wibracyjne

Najbardziej uniwersalne technologicznie, przeznaczone do mielenia materiałów o twardości w zakresie całej skali Mohsa, są młyny wibracyjne. W tych młynach mielniki ener-gię – kilkakrotnie większą niż w młynach grawitacyjnych – otrzymują od drgającej komory. Energię tę można zwięk-szać przez zmianę przyspieszenia ruchu drgającego, to jest wzrost częstotliwości i amplitudy drgań mielącej komory. Ruch drgający zespołu roboczego, w którym znajduje się jedna lub więcej komór mielących (maksymalnie sześć) ge-neruje wibrator, zwykle bezwładnościowy. Wydajność star-szych typów młynów wynosi 40-60 Mg/h [39, 40]. Obecnie młyny te produkowane są w Niemczech, Czechach, Japonii, Chinach, Indiach, Turcji, Korei, Rosji, USA i Kazachstanie. W Polsce do końca lat 90. ubiegłego wieku nie były produko-wane. W 2000 roku zastosowano w Zakładach Chemicznych „Alwernia” dwa prototypowe młyny wibracyjne opracowane w AGH [7, 17, 18]. Licencyjne konstrukcje młynów są ofe-

a) b)

Rys. 6. Schemat budowy i działania rurowych młynów wibracyjnych: a) dwukomorowego i b) sześciokomorowego; 1 – komora, 2 – ładunek, 3 – przegroda sitowa, 4 – wlot nadawy, 5 – wylot produktu mielenia, 6 – wibrator, 7 – wspornik, 8 – podparcie sprężyste, 9 – rama, 10 – sil-nik, 11 – przekładnia.Fig. 6. Schematic of design and operation of vibratory tube mills: a) two-chamber solution, b) six-chamber solution; 1 – chamber, 2 – charge, 3 – bulkhead sieve, 4 – feed inlet, 5 – milling product outlet, 6 – vibrator, 7 – bracket, 8 – spring support, 9 – frame, 10 – engine, 11 – gear.

a) b)

Rys. 7. Schemat budowy i działania młynów wibracyjnych o eliptycznej trajektorii drgań: a) młyny ESM i MPV i b) młyn Vibra Drum; 1 – komora, 2 – ładunek, 3 – wibrator, 4 – wlot nadawy, 5 – wylot produktu mielenia, 6 – przegroda sitowa, 7 – wspornik, 8 – podparcie sprężyste, 9 – silnik, 10 – obciążnik.Fig. 7. Schematic of design and operation of vibratory mills on the elliptical trajectory of vibration: a) ESM and MPV mills, b) Vibra Drum mill; 1 – chamber, 2 – charge, 3 – vibrator, 4 – feed inlet, 5 – milling product outlet 6 – bulkhead sieve, 7 – bracket, 8 – spring support, 9 – engine, 10 – inertial mass.

Tabela 1. Podstawowe parametry techniczne przemysłowych młynów mieszadłowych.Table 1. Basic technical parameters of industrial stirred mills.

Parametr Zakres

Pojemność komory[m3] 1-46

Wydajność młyna[Mg/h] 25-350

Prędkość obwodowa wirnika [m/s] 5-23

Moc silnika[MW] 0,5-8,0

Masa młyna[Mg] 25-750

Masa układu mielącego[Mg] 60-1100

66 MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 1, (2016)

J. SIDOR

rowane przez polskie fi rmy FPM S.A. i Piomar. Ich zaletą w stosunku do młynów mieszadłowych jest możliwość mie-lenia nadawy o uziarnieniu nawet do 40 mm. Obecnie ofe-rowane są nowe konstrukcje tych młynów [40, 41] o mocach dochodzących do 2 MW. Niestety brak jest informacji o ich parametrach technologicznych.

Na Rys. 6 zamieszczono schematy młynów o quasi-ko-łowej trajektorii drgań, a na Rys. 7 o eliptycznej, które są rozwijane w ostatnich latach w Niemczech, Chinach i USA [42-44].

Młyny wibracyjne w stosunku do młynów grawitacyjnych o tych samych wskaźnikach technologicznych charaktery-zują się [7]:

– większymi możliwościami technologicznymi, w tym możliwością uzyskania produktu mielenia o znacznie drob-niejszym uziarnieniu, węższej klasie ziarnowej i ostrych krawędziach ziaren oraz możliwością mielenia ziaren płyt-kowych i igłowych;

– niższym o około 4-10 razy zapotrzebowaniem energii na proces mielenia;

– niższą o około 4-5 razy masą młyna i 6-8 razy niższym kosztem mielników;

– 3-4 razy mniejszą powierzchnią zabudowy młyna oraz 4-20 razy mniejszą kubaturą;

– prostotą łączenia komór młyna z zasilaczem i odbiorem produktu mielenia.

W stosunku do młynów mieszadłowych młyny wibracyjne cechują się [7, 17]:

– większym o około 4-10 razy maksymalnym wymiarem ziaren nadawy;

– kilkakrotnie mniejszym zużyciem elementów roboczych (mielników, wirnika i wykładziny komory).

Proces mielenia w tych młynach zachodzi w środowisku powietrza lub wody. Główna wada klasycznych młynów wibra-cyjnych to emisja hałasu o ciśnieniu akustycznym 95-110 dB. Prace nad nowymi młynami o mniejszej szkodliwości na oto-czenie prowadzone są w wielu ośrodkach m. in. w Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie [7, 17] oraz w Technische Universität w Clausthal [43]. Głównymi celami tych prac są zwiększenie możliwości technologicznych młynów oraz ob-niżenie szkodliwości oddziaływania na otoczenie. Najnowsze konstrukcje młynów wibracyjnych to młyny ESM fi rmy Sieb-technik [40, 44], MPV Lyvenus [41] i Vibra Drum fi rmy General Kinematics [42] (Rys. 7). W młynie Vibra Drum do napędu komory zastosowano handlowe elektrowibratory. Wykonano kilkanaście prototypów oraz wiele młynów przemysłowych. Młyn ten cechuje niższy o około 40% pobór energii w stosunku do klasycznych młynów wibracyjnych. Podstawowe parametry dużych młynów wibracyjnych podano w Tabeli 2.

Młyny Vibra Drum zastosowano do mielenia wielu mate-riałów, w tym rudy miedzi. Niższy pobór energii w stosunku do typowych młynów wibracyjnych uzyskano dzięki pracy młyna w pobliżu częstotliwości rezonansowych. Największe młyny wibracyjne oferuje chińska fi rma Lyvenus. W ofercie fi rma ta ma sześć typoszeregów dużych młynów, zawiera-jących po sześć młynów każdy, o mocy od 75 kW do 2 MW. Maksymalna pojemność komór przekracza 140 m3. Niestety, fi rma ta nie podaje dokładniejszych informacji o tych mły-nach. Jeden z takich młynów zastosowano w cementowni do mielenia cementu.

Tabela 2. Podstawowe parametry techniczne dużych młynów wibracyjnych.Table 2. Basic technical parameters of big vibratory mills.

Parametr Palla 65U GSM 2506 ESM – 856 Vibra Drum MPV

Średnica komory [m] 0,65 0,53 0,82 1,83 3,5

Długość komory [m] 4,0 2,12 5,9 4,57 15

Liczba komór w młynie [szt.] 2 6 1 1 1

Pojemność komór [m3] 2,66 2,82 1,90 12,0 144

Częstotliwość drgań [Hz] 16 16 16 20 ---

Masa młyna [Mg] --- 14,5 17 --- ---

Masa mielników stalowych [Mg] 11 10,8 7,1 --- ---

Moc silnika wibratora [kW] 160 160-200 160 74 2000

Wydajność [Mg/h] 5-30 40-60 6,3 --- ---

Tabela 3. Podstawowe parametry techniczne młynów Hicom [19].Table 3. Basic technical parameters of Hicom mills [19].

Model,Moc[kW]

Masa[Mg]

Wysokość[mm]

Powierzchnia zabudowy[mm × mm]

Prędkość obrotowa [obr./min]

Pojemność komory [dm3]

25 2,8 1 600 990 × 1 970 960 11

55 7,5 3 800 1 260 × 2 620 815 30

110 8,2 4 050 1 260 × 2 620 730 60

350 33,7 4 700 3 970 × 5 100 425 200

500 36,5 4 900 3 970 × 5 650 350 300

750 74,2 6 400 4 950 × 6 400 280 420

1 000 78,0 6 600 4 950 × 7 000 250 600

MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 1, (2016) 67

KIERUNKI ROZWOJU MŁYNÓW DO MIELENIA SUROWCÓW I SPOIW MINERALNYCH

6. Młyny planetarne

Znany jest tylko jeden typ młyna planetarnego o nazwie Hicom [19]. Jego nazwa angielska centrifugal mill używana jest również do młynów odśrodkowych i wibracyjnych o ki-nematycznym wymuszeniu drgań i jest niejednoznaczna, bowiem przy tak niewielkim promieniu ruchu obrotowego jarzma komory młyn ten powinno się nazwać obrotowo-wi-bracyjnym lub wibracyjnym o pionowej osi komory. Schemat budowy i działania tego młyna zamieszczono na Rys. 8. Podstawowe parametry techniczne produkowanych młynów podano w Tabeli 3.

Młyny Hicom użytkowane są także jako młyny autoge-niczne. Młyny te mają największą moc jednostkową 1500-

1780 kW/m3, która jest 6 razy większa niż w przypadku mły-nów mieszadłowych i około 100 razy większa niż młynów grawitacyjnych. W jednym przypadku osiągnięto moc 2500 kW/m3 [19]. Młyny te są przydatne do bardzo drobnego mie-lenia, to jest poniżej 10 μm, a nawet mielenia koloidalnego. Młyn Hicom 1000 w komorze o pojemności 0,6 m3 osiągnął wydajność 27 Mg/h przy mieleniu wapienia do rozmiaru cząstki d97 = 20 μm i 8 Mg/h przy wytwarzaniu produktu o uziarnieniu d97 = 5 μm.

7. Młyny walcowe – ciśnieniowe

Młyny walcowe zwane też prasami walcowymi znajdują w ostatnich latach coraz powszechniejsze zastosowanie. Największy w Polsce młyn walcowy zastosowano w Ce-mentowni Górażdże. Najczęściej produkowane i stosowane są młyny z dwoma walcami o tej samej średnicy o osiach geometrycznych usytuowanych równolegle w płaszczyźnie poziomej (Rys. 9a), zwane HPGR (ang. high pressure grin-ding rolls) [24, 25]. Odmiany tego młyna to Beta Mill z osiami rolek usytuowanymi w płaszczyźnie nachylonej pod pew-

a) b) c)

Rys. 9. Schemat budowy i działania młynów walcowych: a) HPGR, b) Beta Mill, c) Horomill; 1 – rolka o osi nieruchomej, 2 – rolka o osi ruchomej, 3 – układ docisku, 4 – zasobnik nadawy, 5 – rama, 6 – dźwignia, 7 – podajnik, 8 – bęben, 9 – łożyskowanie bębna, 10 – zgar-niak, 11 – odbojnik.Fig. 9. Schematic of design and operation of roller mills: a) HPGR, b) Beta Mill, c) Horomill; 1 – roll with fi xed axis, 2 – roller with movable axis, 3 – system pressure, 4 – feed tray, 5 – frame, 6 – lever, 7 – tray, 8 – reel, 9 – bearing of drum, 10 – scraper, 11 – bumper.

Tabela 4. Podstawowe parametry techniczne młynów walcowych HPGR [46].Table 4. Basic technical parameters of roller mills HPGR [46].

Parametr Najmniejsze Największe

Średnica robocza walca[m] 0,75 2,6

Długość robocza walca[m] 0,25 1,8

Zabudowa: długość × szerokość

[m]3,8 × 3,0 13,65 × 7,75

Wysokość instalacji[m] 2,0 5,2

Wydajność[Mg/h] 10 4200

Moc zainstalowana[kW] 2 × 100 2 × 4000

Masa młyna[Mg] 20 400

Rys. 8. Schemat budowy i działania młyna planetarnego Hicom: 1 – komora, 2 – ładunek (mielniki z mielonym materiałem), 3 – wlot nadawy, 4 wylot produktu mielenia, 5 – napęd komory, 6 – silnik, 7 – pokrywa z łożyskiem, 8 – podstawa, 9 – masa inercyjna.Fig. 8. Schematic of structure and operation of the planetary mill Hicom: 1 – chamber, 2 – charge (grinding media with minced mate-rial), 3 – inlet feed, 4 – outlet ground product, 5 – drive the chamber, 6 – engine, 7 – cover with bearing, 8 – base, 9 – inertial mass.

68 MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 1, (2016)

J. SIDOR

nym kątem do poziomu (Rys. 9b) [26] oraz młyn Horo Mill z jedną rolką dociskaną do wewnętrznej walcowej komory mielącej (Rys. 9c) [27, 28]. Młyn ten stosowany jest głównie w przemyśle spoiw mineralnych [28]. Sposób działania mły-nów walcowych wskazuje, że bardziej odpowiednią, ogólną nazwą powinna być młyny ciśnieniowe. Najmniejsze wydaj-ności uzyskuje młyn Premill o budowie zbliżonej do wersji Multiroler młyna Beta Mill [27, 28, 45].

Młyny walcowe stosuje się głównie na wstępnym stopniu rozdrabniania. Drugim stopniem jest młyn kulowy, miesza-dłowy lub udarowy. Ze względu na sposób mielenia szcze-gólnie przydatny jest młyn wibracyjny. Młyny walcowe pro-dukowane są przez kilka wiodących fi rm głównie z Niemiec, USA, Francji, a także Japonii i Chin. Podstawowe parametry młynów HPGR podano w Tabeli 4 [46].

8. Podsumowanie

Procesy drobnego i bardzo drobnego mielenia surowców i spoiw mineralnych, a także węgli energetycznych, przepro-wadza się w młynach grawitacyjnych, walcowych, miesza-dłowych, wibracyjnych, planetarnych i udarowych. W ostat-nich latach nastąpił znaczny wzrost wydajności wszystkich rodzajów młynów. Wzrost ten osiągnięto dzięki zwiększeniu objętości komór i mocy młynów. Znacznie większy wzrost wydajności młynów miał miejsce w przypadku młynów mie-szadłowych, wibracyjnych, planetarnych i walcowych niż grawitacyjnych. Największe moce (20-35 MW) mają młyny grawitacyjne stosowane w przemyśle górniczym; w przemy-śle spoiw mineralnych nie przekraczają 10 MW. Moc mły-nów mieszadłowych wzrosła z 3 MW do 8 MW. Największą moc jednostkową wynoszacą 1670 kW/m3 ma młyn Hicom o mocy 1 MW, który przy bardzo drobnym mieleniu kamienia wapiennego do uziarnienia d97 = 20 μm osiąga wydajność 27 Mg/godz w komorze o objętości zaledwie 0,6 m3. Ten sam rezultat można z dużym trudem uzyskać w młynie kulowym o pojemności komory powyżej 50 m3 i zainstalowanej mocy 3 MW.

Dobrą przydatność technologiczną, z możliwością mie-lenia na sucho i na mokro, do uziarnienia d97 = 10-50 μm i wydajność 40-100 Mg/godz mają młyny wibracyjne, któ-rych moc wzrosła do 2 MW. Młyny te mają porównywalny z młynami mieszadłowymi jednostkowy pobór energii przy kilkakrotnie grubszym uziarnieniu nadawy. Młyny walcowe budowane są w kilku odmianach konstrukcyjnych o sze-rokim spektrum wydajności. Wysokie koszty tych młynów wynikają z zastosowania na ich elementy robocze (walce) wysokiej jakości materiałów konstrukcyjnych. Jednak po-mimo wysokich kosztów coraz szerzej są stosowane jako młyny wstępne lub fi nalne, czego przykładem jest młyn Horomill.

Literatura

[1] Rumpf, H.: Problems of scientifi c developm ent in particle technology, looked upon from a practical point of view, Pow-der Technology, 18, 1, (1977), 3-17.

[2] Tamblyn, J. R: Analysis of Energy Requirements in Stirred Media Mills, A doctoral thesis, The University of Birmingham, 2009.

[3] http://www.cemnet.com/content/publications/GCR10Worldo-verview.pdf

[4] Romaniuk, P.: Zrównoważony rozwój w branży cementowej, Zrównoważony Rozwój – Zastosowania, nr 2, (2011), 82-89.

[5] Pease, J. D., Young, M. F., Curry, D. C.: Fine Grinding as Enabling Technology – The IsaMill, www.isa.mill.com 1-02-2013.

[6] Höffl , K.: Zerkleinerungs – und Klassiermaschinen, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffi ndustrie, Leipzig, 1985.

[7] Sidor J.: Badania, modele i metody projektowania młynów wibracyjnych, Rozprawy Monografi e nr 150, UWND AGH, Kraków, 2005.

[8] Calka, A., Wexler D., Oleszak D., Bystrzycki J.: Formation of amorphous and nanostructural powder particles from amor-phous metallic glass ribbons using ball milling and electrical discharge milling, Solid State Phenomena, 101-102, (2005), 111-116.

[9] Sławiński, K., Knaś, K., Gandor, M., Balt, B., Nowak, W.: Młyn elektromagnetyczny i jego zastosowanie do mielenia i suszenia węgli, Energetyka, Piece Przemysłowe & Kotły, nr 2, (2014), 21-25.

[10] www.metso.com[11] Autogenous mills, semi-autogenous mills and ball mills for

wet grinding – ThyssenKrupp, www.polysiususa.com.[12] www.tenovagroup.com[13] Rule, C. M.: Stirred Milling – New Comminution Technology

in the PGM Industry, J. S. Afr. Inst. Min. Metall., 111, (2010), 101-107.

[14] Kwade, A., Blecher, L., Schwedes, J.: Motion and stress in-tensity of grinding beads in a stirred media mills – Part 2, Powder Technology, 86, (1995), 69-76.

[15] www.eirich.com[16] Metso: Basics in Mineral Processing, Edition 7, 2010.[17] Sidor J.: Projecting of vibrating mills, w Advanced Grind-

ing – 25th Anniversary of the Comminution in Bydgoszcz, Mroziński, A., Macko, M. (Red.), Wyd. Fundacji Rozwoju Me-chatroniki, Bydgoszcz 2011, 225-241.

[18] Sidor J.: Rozwój technologii wytwarzania proszków z zasto-sowaniem młynów wibracyjnych, Powder & Bulk – Materiały Sypkie i Masowe, ISSN 1899-2021, Wyd. spec., (2011), 19-23.

[19] High Intensity Grinding Mills, www.hicom-mill.com.[20] Drzymała, Z., Dzik, T., Sidor, J.: Kombinatoryka w budowie

młynów, Cement Wapno Gips, nr 12, (1987), 267-273.[21] Mateuszuk, S.: Wybrane zagadnienie mielenia materiałów

w pionowych młynach rolowo-misowych, Prace Instytutu Ce-ramiki i Materiałów Budowlanych, 5, 9, (2012), 113-124.

[22] www.castolin.com[23] www.loesche.com[24] Morley, C.: HPGR – FAG, J. S. Afr. Inst. Min. Metall., 110, 3,

(2010), 107-115.[25] Feik, H. J., McClaskey, J. D.: Gutbettwalzenmühlen für die

Zerkleinerung von Erzen und Mineralen, Aufbereitungs Tech-nik, 44, nr 11-12, (2003), 53-73.

[26] www.cmpag.com/cmpag/beta-mill[27] Genc, Ö, Benzer, A. H.: Horizontal roller mill (Horomill) ap-

plication versus hybrid HPGR/ball milling in fi nish grinding of cement, Minerals Engineering, 22, (2009), 1344-1349.

[28] www.fi vesgroup.com[29] Horizontal Roller Mill PREMILL, www.pspengineering.cz.[30] ww.fl smidth.com[31] www.abb.com[32] Sidor J.: Wpływ średnicy komory na wydajność młynów

z mielnikami swobodnymi, w materiałach z II Konferencji „Problemy w Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn Hutniczych i Ceramicznych”, Kraków-Mogilany 1984, Wyd. AGH, Kra-ków, 1984, 135-144.

MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 1, (2016) 69

KIERUNKI ROZWOJU MŁYNÓW DO MIELENIA SUROWCÓW I SPOIW MINERALNYCH

[33] www.mostostal.com.pl[34] Ntsele, J., Allen, J.: Technology selection of stirred mills for

energy effi ciency in primary and regrinding applications for the platinum industry, The Southern African Institute of Min-ing and Metallurgy Platinum, 2012, 781-808.

[35] www.isamill.com[36] www.convencionminera.com[37] Allen, J.: Stirred milling machine development and applica-

tion extension, Metso, 2009, 1-44.[38] Gämmerler H.: Neuentwickelte Vierrohr-Schwingmühle, Auf-

bereitungs-Technik, nr 4, (1972), 244-247.[39] Gämmerler, H.: Einrohr – und Sechsrohr-Schwingmühlen als

Begrenzungen einer Typenreihe für den Produktionseinsatz, Aufbereitungs-Technik, nr 3, (1973), 173-175.

[40] www.siebtechnik-gmbh.de[41] www.lyvenus.com[42] www.generalkinematics.com[43] Gock, E., Corell, J.: Neueste Entwicklungen von Schwing-

mühlen am Beispiel der Mahlung von Carbiden und Pigment-en, Fortschrittsberichte der Deutschen Keramischen Gesells-chaft, Verfahrenstechnik, 16, 1, (2001), 51-59.

[44] http://www.siebtechnik-gmbh.de/fileadmin/user_upload/PDF/en/Abt2/wb238e.pdf.

[45] Horizontal Roller Mill PREMILL, www.pspengineering.cz.[46] Naziemiec, Z., Saramak, D.: Analiza zmian obciążenia

materiału w strefi e zgniotu pras walcowych, Górnictwo i Geoinżynieria, 33, 4, (2009), 221-234.

Otrzymano 28 września 2015, zaakceptowano 29 grudnia 2015.