Mulini a sfere

1. Introduzione al mulino a sfere

Il mulino a sfere è l'attrezzatura fondamentale per la frantumazione dei materiali dopo la frantumazione.

Il mulino a sfere è una delle macchine per la macinazione ad alta finezza ampiamente utilizzata nella produzione industriale e ne esistono molti tipi, come il mulino a sfere tubolare, il mulino a sfere a barre, il mulino a sfere per cemento, il mulino laminato superfine, il mulino a sfere manuale, il mulino a sfere orizzontale, la boccola del cuscinetto del mulino a sfere, il mulino a sfere a risparmio energetico, il mulino a sfere a trabocco, il mulino a sfere in ceramica, il mulino a sfere a traliccio.

Il mulino a sfere è adatto alla macinazione di vari minerali e altri materiali. È ampiamente utilizzato nella lavorazione dei minerali, nei materiali da costruzione e nell'industria chimica. Può essere suddiviso in metodi di macinazione a secco e a umido. In base alle diverse modalità di scarico, può essere suddiviso in due tipologie: a griglia e a tracimazione. In base alla forma del cilindro, può essere suddiviso in quattro tipologie: mulino a sfere a tubo corto, mulino a sfere a tubo lungo, mulino a tubo e mulino a cono.

2. Principio di funzionamento del mulino a sfere

Il mulino a sfere è composto da un cilindro orizzontale, un albero cavo per l'alimentazione e lo scarico dei materiali e una testa di macinazione. Il cilindro è un lungo cilindro con un corpo di macinazione installato al suo interno. Il cilindro è realizzato in lamiera d'acciaio. Il rivestimento in acciaio è fissato al cilindro. Generalmente, il corpo di macinazione è una sfera d'acciaio, che viene inserita nel cilindro in base a diversi diametri e a una determinata proporzione. Anche il corpo di macinazione può essere in acciaio. La scelta avviene in base alla granulometria del materiale da macinare. Il materiale viene caricato nel cilindro tramite l'albero cavo all'estremità di alimentazione del mulino a sfere. Quando il cilindro del mulino a sfere ruota, il corpo di macinazione è attaccato al rivestimento del cilindro per inerzia, forza centrifuga e attrito. Trascinato dal cilindro, una volta portato a una certa altezza, verrà scagliato verso il basso per gravità. Il corpo di macinazione in caduta schiaccerà il materiale nel cilindro come un proiettile.

Il materiale entra uniformemente nella prima camera del mulino attraverso il dispositivo di alimentazione, attraverso l'albero cavo del dispositivo di alimentazione. All'interno della prima camera del mulino è presente un rivestimento a gradini o ondulato. La camera è dotata di sfere d'acciaio di diverse specifiche. La caduta oltre l'altezza ha un forte impatto e un effetto di macinazione sul materiale. Dopo aver raggiunto la macinazione grossolana nel primo magazzino, il materiale entra nel secondo magazzino attraverso il pannello divisorio monostrato. Il magazzino è rivestito con rivestimenti piatti e sfere d'acciaio per un'ulteriore macinazione del materiale. La polvere viene scaricata attraverso la griglia di scarico per completare l'operazione di macinazione.

Quando il cilindro ruota, anche il corpo macinante scivola via. Durante il processo di scorrimento, il materiale viene macinato. Per sfruttare efficacemente l'effetto di macinazione, quando si macina materiale con granulometria maggiore, il corpo macinante è fine. Diviso in due sezioni da una piastra divisoria, diventa un doppio silo. Quando il materiale entra nel primo silo, viene frantumato dalla sfera d'acciaio. Quando il materiale entra nel secondo silo, la sezione in acciaio macina il materiale e il materiale macinato qualificato è cavo dall'estremità di scarico. Quando l'albero viene scaricato per macinare materiali con piccole particelle di alimentazione, come scorie di sabbia n. 2 e ceneri volanti grossolane, il cilindro del mulino può essere realizzato come un mulino a barile singolo senza piastra divisoria e anche il corpo macinante può essere realizzato in acciaio.

Le materie prime vengono immesse nel cilindro cavo attraverso il perno dell'albero cavo per la macinazione. Il cilindro è dotato di corpi macinanti di vario diametro (sfere d'acciaio, barre d'acciaio o ghiaia, ecc.). Quando il cilindro ruota attorno all'asse orizzontale a una certa velocità, il corpo e le materie prime contenute nel cilindro vengono separate dal cilindro quando questo raggiunge una certa altezza sotto l'azione della forza centrifuga e della forza di attrito. La parete del corpo viene proiettata verso il basso, schiacciando il minerale a causa della forza d'impatto. Allo stesso tempo, durante la rotazione del mulino, il movimento di scorrimento tra i corpi macinanti ha anche un effetto di macinazione sulle materie prime. Il materiale macinato viene scaricato attraverso il perno cavo.

3. Caricamento del mulino a sfere

La funzione principale della sfera d'acciaio nel mulino a sfere è quella di impattare e frantumare il materiale, e svolge anche un ruolo importante nella macinazione. Pertanto, lo scopo della classificazione delle sfere d'acciaio è soddisfare questi due requisiti. L'effetto di frantumazione influisce direttamente sull'efficienza di macinazione e, in ultima analisi, sulla resa del mulino a sfere. Il rispetto dei requisiti di frantumazione dipende dalla ragionevolezza della gradazione delle sfere d'acciaio, tra cui la dimensione delle sfere d'acciaio, il numero di diametri delle sfere e la posizione delle sfere in base a specifiche diverse. Proporzione e così via.

Per determinare questi parametri, è necessario considerare le dimensioni del mulino a sfere, la struttura interna del mulino a sfere, i requisiti di finezza del prodotto e altri fattori, le caratteristiche del materiale macinato (facilità di macinazione, dimensione delle particelle, ecc.).

Per frantumare efficacemente i materiali, è necessario seguire alcuni principi per determinare la gradazione:

Innanzitutto, la sfera d'acciaio deve avere una forza d'impatto sufficiente a far sì che la sfera d'acciaio del mulino a sfere abbia abbastanza energia per frantumare il materiale particellare, il che è direttamente correlato al diametro massimo della sfera d'acciaio.

In secondo luogo, la sfera d'acciaio deve avere un tempo di impatto sul materiale sufficiente, che è correlato alla velocità di riempimento della sfera d'acciaio e al diametro medio della sfera. Quando la quantità di riempimento è costante, al fine di garantire una forza d'impatto sufficiente, si può provare a ridurre il diametro del corpo macinante e ad aumentare il numero di sfere d'acciaio per aumentare il numero di impatti sul materiale e migliorare l'efficienza di frantumazione.

Infine, il materiale ha un tempo di permanenza sufficiente nel mulino per garantire che venga completamente frantumato, il che richiede che la sfera d'acciaio abbia una certa capacità di controllare la portata del materiale.

Il cosiddetto metodo di classificazione a sfere a due stadi prevede l'utilizzo di sfere d'acciaio di due diverse dimensioni con una notevole differenza di diametro. Il principio teorico si basa sul fatto che gli spazi tra le sfere grandi vengono riempiti da sfere piccole per aumentare al massimo la densità di riempimento delle sfere d'acciaio. In questo modo, da un lato, è possibile migliorare la capacità d'impatto e il numero di impatti del mulino, in linea con le caratteristiche funzionali del corpo macinante. Dall'altro, la maggiore densità apparente consente al materiale di ottenere un determinato effetto di macinazione. Nella distribuzione a sfere a due stadi, la funzione principale della sfera grande è quella di impattare e frantumare il materiale. La prima funzione della sfera piccola è quella di riempire lo spazio tra le sfere grandi e aumentare la densità apparente del corpo macinante per controllare la portata del materiale e aumentare la capacità di macinazione; svolge il ruolo di trasferimento di energia e trasferisce l'energia d'impatto della sfera grande al materiale; la terza funzione è quella di espellere le particelle grossolane dallo spazio e depositarle nell'area d'impatto della sfera grande. 

4. Struttura meccanica del mulino a sfere

Il mulino a sfere è composto da una parte di alimentazione, una parte di scarico, una parte rotante, una parte di trasmissione (riduttore, piccolo ingranaggio di trasmissione, motore, controllo elettrico) e altre parti principali. L'albero cavo è realizzato in acciaio fuso, il rivestimento interno è rimovibile, l'ingranaggio rotante di grandi dimensioni è lavorato mediante dentatura a creatore e il cilindro è rivestito con un rivestimento antiusura, che offre una buona resistenza all'usura. La macchina funziona in modo fluido e affidabile.

Il corpo principale del mulino a sfere è costituito da un cilindro, nel quale è inserito un rivestimento in materiale resistente all'usura, da cuscinetti che sostengono il cilindro e ne mantengono la rotazione e da parti di trasmissione quali motore, ingranaggi di trasmissione, pulegge e cinghie trapezoidali.

Per quanto riguarda le parti chiamate lame, generalmente non sono i componenti principali. Le lame a spirale interna all'ingresso del componente nell'estremità di alimentazione possono essere chiamate lame a spirale interna, e anche le lame a spirale interna all'uscita del componente nell'estremità di scarico possono essere chiamate lame a spirale interna.

Inoltre, se nell'attrezzatura ausiliaria all'estremità di scarico viene utilizzato un trasportatore a coclea, nell'attrezzatura saranno presenti parti chiamate lame a spirale, ma a rigor di termini non fanno più parte del mulino a sfere.

In base al materiale e al metodo di scarico, è possibile scegliere tra un mulino a sfere a secco e un mulino a sfere a griglia umida. Il mulino a sfere a risparmio energetico adotta cuscinetti radiali orientabili a doppia fila di rulli autoallineanti con bassa resistenza al rotolamento e un significativo risparmio energetico. Nella parte del cilindro, una sezione conica viene aggiunta all'estremità di scarico del cilindro originale, il che non solo aumenta il volume effettivo del mulino, ma rende anche più ragionevole la distribuzione del fluido nel cilindro. Questo prodotto è ampiamente utilizzato per la macinazione di materiali in metalli non ferrosi, metalli ferrosi, impianti di lavorazione di minerali non metallici, industrie chimiche e dei materiali da costruzione.

5. Accessori per mulini a sfere

Ingranaggio del mulino a sfere

Gli accessori per mulini a sfere includono ingranaggi per mulini a sfere, pignoni per mulini a sfere, alberi cavi per mulini a sfere, anelli per ingranaggi per mulini a sfere, sfere in acciaio per mulini a sfere, piastre per compartimenti per mulini a sfere, dispositivi di trasmissione per mulini a sfere, cuscinetti per mulini a sfere, rivestimenti terminali per mulini a sfere e così via.

La scelta del materiale del grande ingranaggio del mulino a sfere:

In base alle condizioni di lavoro, gli ingranaggi di grandi dimensioni sono solitamente realizzati con i seguenti materiali:

(1) Acciaio strutturale a medio tenore di carbonio

(2) Acciaio strutturale legato a medio tenore di carbonio

(3) Acciaio cementato

(4) Acciaio nitrurato

La struttura dell'ingranaggio principale del mulino a sfere presenta una varietà di forme diverse a seconda delle diverse esigenze di utilizzo, ma dal punto di vista tecnologico, l'ingranaggio può essere considerato composto da due parti: la corona dentata e il corpo della ruota. In base alla distribuzione dei denti sulla corona dentata, si può distinguere in denti dritti, denti elicoidali e denti a spina di pesce.

Processo di produzione e controllo qualità dei mulini a sfere

I. Processo di fabbricazione dei mulini a sfere

1. Produzione dei componenti principali

(1) Produzione di cilindri

• Selezione dei materiali: In genere si utilizza Q345R (acciaio bassolegato per recipienti a pressione) o Q235B (acciaio strutturale al carbonio). Lo spessore (16–50 mm) viene determinato in base alle specifiche dell'attrezzatura e alle condizioni operative (ad esempio, durezza di rettifica, corrosività).

• Fasi di elaborazione:

1. Taglio di lamiere d'acciaio: Il taglio a fiamma CNC o al plasma viene utilizzato per tagliare le piastre di acciaio in settori grezzi (settori grezzi) corrispondenti alle dimensioni dispiegate del cilindro, con riserva di tolleranze di saldatura.

2. Laminazione e formatura: Una grande macchina laminatrice piega i pezzi grezzi in una forma cilindrica, garantendo un errore di rotondità ≤1 mm/m e un errore di rettilineità ≤0,5 mm/m.

3. Saldature: La saldatura ad arco sommerso viene applicata alle giunzioni longitudinali (giunzioni assiali del cilindro). Dopo la saldatura, viene eseguito un trattamento di invecchiamento di 24 ore per eliminare le sollecitazioni di saldatura. Per i cilindri più lunghi della larghezza della piastra d'acciaio, le giunzioni circonferenziali (giunzioni radiali) vengono saldate con saldatura simmetrica per ridurre al minimo la deformazione.

4. Calibrazione della rotondità: Una macchina arrotondatrice corregge l'ellitticità del cilindro saldato per garantire la precisione dell'assemblaggio con i tappi terminali.

(2) Produzione di tappi terminali

• Selezione dei materiali: Spesso utilizza ZG35CrMo (lega di acciaio fuso) o strutture saldate di Q345R (i cappucci terminali saldati sono comuni per i mulini a sfere di grandi dimensioni, mentre i cappucci terminali fusi sono utilizzati per quelli più piccoli).

• Fasi di elaborazione:

1. Fusione/Saldatura Formatura: I terminali fusi sono realizzati tramite fusione in sabbia o fusione a schiuma persa, garantendo l'assenza di ritiri o crepe. I terminali saldati sono realizzati mediante taglio e saldatura di piastre in acciaio, seguite dalla verifica dei difetti.

2. Lavorazione meccanica: I torni verticali lavorano il perno (gradino per il collegamento al cilindro) e il foro della sede del cuscinetto (per l'installazione dell'albero cavo), assicurando che la tolleranza del diametro del perno sia IT7 e la rugosità superficiale Ra ≤1,6μm.

3. Collegamento al cilindro: I tappi terminali sono collegati al cilindro tramite bulloni flangiati o saldatura (la saldatura è comune per i mulini a sfere di grandi dimensioni). La saldatura simmetrica segmentata viene utilizzata per prevenire la deformazione.

(3) Produzione di alberi cavi

• Selezione dei materiali: Tipicamente forgiati in acciaio 45# o ZG45CrNiMo (acciaio fuso legato). I forgiati vengono sottoposti a tempra e rinvenimento (durezza: 220–260 HBW).

• Fasi di elaborazione:

1. Forgiatura: Le billette di acciaio vengono riscaldate a 1100–1200 °C e formate tramite forgiatura a stampo aperto o forgiatura a stampo, seguita da ricottura per eliminare le sollecitazioni.

2. Lavorazione grezza: Tornitura del cerchio esterno e del foro interno (canale di alimentazione/scarico) con una tolleranza di finitura di 3–5 mm.

3. Trattamento termico: La tempra e il rinvenimento garantiscono le proprietà meccaniche (resistenza alla trazione ≥600MPa, tenacità all'impatto ≥30J/cm²).

4. Lavorazione meccanica di precisione: I torni CNC lavorano il perno (superficie di accoppiamento con il cuscinetto principale) con tolleranza IT6 e rugosità superficiale Ra ≤0,8μm, garantendo la precisione di adattamento con il cuscinetto.

(4) Produzione di sistemi di trasmissione

• Grande ingranaggio:

• Materiale: Forgiatura in ZG35SiMn (acciaio fuso) o 42CrMo, con tempra della superficie del dente (durezza: 35–45HRC).

• Elaborazione: Dopo la fusione/forgiatura, si esegue la tornitura di sgrossatura, seguita da tempra e rinvenimento. Si esegue la tornitura di precisione del cerchio esterno e della superficie frontale, quindi la dentatura per formare i denti. Infine, si procede alla tempra e alla rettifica della superficie del dente (precisione: Grado 6 secondo GB/T 10095.1-2008).

• Piccola attrezzatura:

• Materiale: Forgiatura 40CrNiMoA, con tempra e rinvenimento complessivi seguiti da tempra della superficie del dente (durezza: 45–50 HRC).

• Elaborazione: Dopo la forgiatura, si procede alla lavorazione grezza, seguita dal trattamento termico, dalla tornitura di precisione del perno, dalla dentatura e dalla rettifica finale (stessa precisione dell'ingranaggio grande).

(5) Produzione di rivestimenti

• Selezione dei materiali: Ghisa ad alto tenore di cromo (15–20% Cr), acciaio ad alto tenore di manganese (ZGMn13) o compositi bimetallici (strato resistente all'usura + materiale di base).

• Fasi di elaborazione:

1. Fusione: La ghisa ad alto tenore di cromo viene fusa in sabbia, con temperatura di colata controllata a 1400-1450 °C per evitare il ritiro. L'acciaio ad alto tenore di manganese viene sottoposto a tempra in acqua (riscaldamento a 1050 °C e tempra in acqua per eliminare i carburi).

2. Lavorazione meccanica: Fresatura dei fori dei bulloni e posizionamento delle scanalature sul retro del rivestimento per garantire la perfetta aderenza al cilindro (spazio ≤1 mm).

2. Processo di assemblaggio complessivo

1. Pre-assemblaggio dei componenti: Ispezionare le dimensioni dei componenti (ad esempio, rotondità del cilindro, tolleranza del perno del tappo terminale) e pulire macchie d'olio e sbavature sulle superfici lavorate.

2. Gruppo cilindro e tappo terminale: Allineare i tappi terminali con le flange del cilindro, serrare i bulloni in modo uniforme (in ordine diagonale) o saldarli (con rilevamento dei difetti post-saldatura).

3. Installazione dell'albero cavo: Collegare l'albero cavo alla sede del cuscinetto del tappo terminale tramite montaggio a caldo (riscaldamento della sede del cuscinetto a 100–150°C) o bulloni, assicurando che l'errore di coassialità dei due alberi cavi sia ≤0,1 mm/m.

4. Assemblaggio del sistema di trasmissione:

• L'ingranaggio di grandi dimensioni è collegato al cilindro tramite montaggio a caldo o bulloni, garantendo che la perpendicolarità della superficie terminale dell'ingranaggio rispetto all'asse del cilindro sia ≤0,05 mm/m.

• L'ingranaggio piccolo è collegato all'albero di uscita del riduttore. Regolare il gioco di accoppiamento (0,2–0,4 mm) e il tipo di contatto (≥60% lungo l'altezza del dente, ≥70% lungo la lunghezza del dente) degli ingranaggi grande e piccolo.

5. Installazione del cuscinetto principale: Fissare la sede del cuscinetto alla fondazione, regolare il gioco di montaggio tra l'albero cavo e il cuscinetto (0,15–0,3 mm per i cuscinetti scorrevoli, secondo le specifiche per i cuscinetti volventi) e assicurarsi che l'errore di planarità della sede del cuscinetto sia ≤0,05 mm/m.

6. Esecuzione di prova:

• Prova a vuoto: Far funzionare per 4 ore, controllando la temperatura del cuscinetto (≤65°C), il rumore di accoppiamento degli ingranaggi (≤85dB) e la vibrazione del cilindro (ampiezza ≤0,1mm).

• Test di carico: Caricare gradualmente fino al 50%, 80% e 100% del carico di progetto, con un tempo di funzionamento totale di 8 ore, verificando l'assenza di anomalie nei componenti.

II. Processo di controllo qualità

1. Controllo qualità del materiale

• Ispezione delle materie prime:

• Lamiere, pezzi forgiati e getti in acciaio devono essere corredati da certificati dei materiali (composizione chimica, proprietà meccaniche). È richiesto il campionamento per l'analisi spettrale (per confermare il contenuto di elementi) e per le prove di trazione (per rilevare la resistenza alla trazione e lo snervamento).

• I rivestimenti in ghisa ad alto tenore di cromo vengono testati per durezza (≥HRC58) e resilienza (≥3J/cm²). L'acciaio ad alto tenore di manganese viene ispezionato per verificarne la struttura metallografica dopo la tempra in acqua (assenza di carburi reticolati).

2. Controllo di qualità del processo

• Controllo della precisione della lavorazione:

• Cilindro: i misuratori laser di rotondità verificano la rotondità; i calibri a righe e gli spessimetri verificano la rettilineità.

• Albero cavo: gli indicatori a quadrante misurano la rotondità (≤0,01 mm) e la cilindricità (≤0,02 mm) del perno; le macchine di misura a coordinate verificano la coassialità.

• Ingranaggi: i rilevatori di ingranaggi misurano l'errore di passo (≤0,02 mm) e l'errore del profilo del dente (≤0,015 mm); il metodo di colorazione verifica i modelli di contatto di accoppiamento.

• Controllo di qualità della saldatura:

• Vengono eseguiti controlli non distruttivi al 100% (UT per difetti interni, MT per crepe superficiali) sulle giunzioni longitudinali e circonferenziali, con qualificazione della saldatura al 100%.

• Le prove sulle proprietà meccaniche (prove di trazione e flessione) sui giunti saldati garantiscono una resistenza non inferiore a quella del materiale di base.

• Ispezione del trattamento termico:

• Dopo la tempra e il rinvenimento di pezzi forgiati e ingranaggi, i durometri controllano la durezza superficiale (errore ±5HBW); i microscopi metallografici osservano le strutture (ad esempio, sorbite rinvenuta per acciaio temprato e rinvenuto).

3. Controllo qualità del prodotto finito

• Controllo della precisione dell'assemblaggio:

• I livelli controllano la planarità delle sedi dei cuscinetti e dei riduttori; gli indicatori a quadrante misurano il movimento assiale del cilindro (≤0,5 mm).

• Il gioco di accoppiamento degli ingranaggi viene misurato con il metodo del filo conduttore (diametro del filo conduttore = 1,5 × gioco stimato) per soddisfare i requisiti di progettazione.

• Test delle prestazioni:

• Prova a vuoto: eseguire il test ininterrottamente per 4 ore, registrando ogni ora la temperatura, le vibrazioni e il rumore dei cuscinetti. Interrompere il test se la temperatura supera i 70 °C o se le vibrazioni sono anomale.

• Prova di carico: caricare i materiali secondo i parametri di progetto (50%, 80%, 100%), per un tempo di funzionamento totale di 8 ore. Verificare la portata (deviazione ≤5%), la granulometria del prodotto macinato (soddisfa i requisiti) e assicurarsi che non vi siano allentamenti di rivestimenti o bulloni.

• Ispezione dell'aspetto e dell'etichettatura:

• La superficie dell'apparecchiatura è verniciata uniformemente (spessore 60-80 μm) senza cedimenti o mancanze di rivestimento. Le etichette sono chiare (modello, specifiche, nome del produttore, data di produzione).