Гранулометрический состав – важный показатель физических свойств и структуры материала. Кроме того состав готового продукта при измельчении отражает вероятностный процесс образования кусков (зёрен) различной крупности в результате их разрушения [1, 2].Для получения готового продукта необходимого гранулометрического состава, который в дальнейшем используют для получения готового продукта, на обогатительных фабриках применяют широкий спектр различных измельчительных операций и операций по грохочению. Для этого используется разнообразное оборудование, удовлетворяющего технологическому процессу, для которого установлены основные закономерности формирования гранулометрического состава конечного продукта в зависимости от технологии, конструктивных и режимных параметров используемого для этого оборудования [3, 4].В то же время для нового класса машин, к которому относятся вертикальные мельницы динамического самоизмельчения с замкнутым контуром системы «МКАД», такие закономерности не разработаны по причине короткого срока их создания, сдерживает их внедрение в различных отраслях народного хозяйства РФ и странах СНГ.Так как процесс взаимодействия разрушаемых кусков и частиц в мельницах этой системы носит случайный характер, то на первоначальном этапе исследования получение экспериментальных данных о характере формирования гранулометрического состава продуктов помола минерального сырья в зависимости от режимных и конструктивных параметров мельниц системы «МКАД» является актуальной задачей.На рис. 1 представлена конструктивная схема вертикальной мельницы динамического самоизмельчения системы «МКАД», показывающая принцип её работы.Характерной особенностью мельниц этой системы является то, что в них для разрушения кусков и частиц используется не только кинетическая энергия вращающегося ротора, но итак называемая «циркулирующая» энергия замкнутого контура [5-10]. Рис. 1. Конструктивная схема вертикальной мельницы динамического самоизмельчения системы «МКАД»: 1 – приводной двигатель; 2 – ротор;3 – барабан; 4 – активная зона измельчения;5, 6 – верхняя и нижняя ветвь замкнутого контура Это достигается тем, что за счёт одновременного вращения в одном направлении, но с разными угловыми скоростями ротора 2 и барабана 4 (кинематическом несоответствии верхней 5 и нижней 6 ветви замкнутого контура замкнутого контура), осуществляется передача крутящего момента и мощности от приводного двигателя 1 к столбу измельчаемого материала производится по двум параллельным направлениям.За счёт этого происходит вовлечение в движение частиц и кусков верхней части столба, которое отсутствует в мельницах системы «МАЯ» [11–13]. Это способствует тому, за счет сил трения, возникающих при соприкосновении кусков материала с внутренней поверхностью вращающегося барабана 4, приводится во вращение верхняя часть столба измельчаемого материала, находящегося в барабане. Куски и частицы, находящиеся в верхней части столба материала, двигаясь к центру от внутренней поверхности барабана за счёт центробежных сил, приобретут дополнительную линейную скорость, что приведёт к росту их кинетической энергии. Рост скорости и кинетической энергии приведут к более интенсивному их перемешиванию и дополнительному силовому взаимодействию при их соприкосновении друг с другом. В результате этого происходит вовлечение в движение и взаимодействие большего объема частиц материала, исчезновению называемых «застойных» зон и их активное взаимодействие между собой. Так как скорость этих слоев в мельнице данной конструкции обеспечивается кинематическим несоответствием ветвей замкнутого контура, то интенсивность взаимодействия кусков и частиц, испытывающих дополнительное силовое воздействие, будет определять выходные параметры вертикальной мельницы динамического самоизмельчения –производительность, гранулометрический состав и энергозатраты. Вместе с этим вовлечение в движение дополнительного объёма частиц верхней части столба будет сопровождаться нарастающим доминированием процесса истирания, что ведёт к изменению гранулометрического состава готового продукта. Таким образом, величина кинематического несоответствия ветвей замкнутого контура позволит регулировать не только производительность, но и гранулометрический состав готового продуктаВ таблице 1представленырезультаты, полученные при проведении экспериментальных исследований гранулометрического состава измельченного мергеля в мельнице системы «МКАД» со средним размером исходных кусков dср=40 мм [14] и графики зависимости влияния кинематического несоответствия Iкн и высоты столба материала Hсл на гранулометрический состав измельчения мергеля при диаметре выпускных отверстий в барабане dвып=5,0 мм (рис. 2–7).Графики зависимостей построены с помощью программыAdvanced Grapher, которая позволяет по шести точкам эксперимента провести кривые, которые с минимальной погрешностью описывают образовавшийся гранулометрический состав в зависимости от величины кинематического несоответствия ветвей замкнутого контура мельницы системы «МКАД».Для мельницы системы «МКАД» гранулометрический состав измельченного мергеля при заданном диаметре выпускных отверстий в барабане будет зависеть от двух факторов: высоты слоя материала над ротором Hсл и величины кинематического несоответствия ветвей замкнутого контура Iкн.. Высота слоя материала, определяющая давление на ротор, и кинематическое несоответствия ветвей замкнутого контура, влияющее на силовые и энергетические показатели процесса измельчения, будут обеспечивать протекание процесса самоизмельчения для мельницы рассматриваемой системы.Анализ влияние кинематического несоответствия ветвей замкнутого контура и высоты слоя материала в барабане на изменение гранулометрического состава фракции 5,0÷3,0 мм (рис. 2) показывает, что при высотах слоя 260, 380 и 500 мм с увеличением значения кинематического несоответствия наблюдается незначительный её прирост на 10÷15 %. При этом частицы, разрушенные и уменьшенные до размера этой фракции, мгновенно вытесняются через выпускные отверстия в барабане за его внешние границы. Другая часть объёма находящихся в барабане частиц опускается вниз под действием их сил тяжести на ротор и под воздействием ребер вращающегося ротора совершают повторные движения по тороидальной траектории, взаимодействуя со встречающимися на пути их движения и постоянно уменьшаясь в размере в основном за счёт удара и раскалывания на более меньшие размеры.Для фракции 3,0÷1,2 мм характерно более резкое увеличение её содержание в общем объеме (рис. 3) при увеличении кинематического несоответствия Iкн. Это можно объяснить тем, что, несмотря на выпуск незначительного числа частиц уменьшенных в размере частицы размерами менее диаметра выпускных отверстий5,0÷ 3,0 мм в то же время их количество возросло при их раскалывании в первоначальный момент времени. Это приводит к тому, что их общая площадь возрастает. Следовательно, количество ударов и число соприкосновений их между собой также вырастет. В результате этого процесс будет протекать с нарастающей интенсивностью, приводящий к нарастанию по определённой зависимости содержания в готовом продукте помола фракции более мелкой фракции с размерами частиц 3,0÷1,2 мм. Таблица 1№п/пnрот -nротI к.н.Hсл,ммGвых, кг/минГранулометрический состав готового продуктаПо фракциям ∆y, % 5,0-3,0мм 3,0-1,2мм1,2-0,63мм0,63-0,27мм0-0,27мм 1.1768-196,40,222604.270,9111,70,8812,80,286,80,7925,41,2143,31.20,223805,440,8812,21,0912,40,3846,21,1722,11,9047,11.3 0,225004,621,186,40,78611,70,2656,30,86230,41,4045,2 1.1691,2-196,40,292603,350,58717,10,84514,30,2175,80,85322,81,2440,11.20,293804,250,7712,90,83311,30,2555,00,9325,91,4744,51.3 0,295003,6870,7019,00,7119,30,2175,90,8723,31,1944,3 1.1614,4-196,40,322603,650,66317,20,70221,50,2056,80,72223,90,9630,51.20,323803,910 ,8211,70,6917,40,204,40,8322,71,1143,81.3 0,325003,590,8411,40,6916,50,1875,10,76819,11,1247,9 1.1768-292,40,382603,120,7117,30,6718,00,246,30,7821,61,2333,91.20,383804,530,71515,80,7718, 40,3126,91,0122,11,7338,31.3 0,38 5003,810,8714,80,80815,20,216,20,8623,41,0640,4 1.1691,2-292,40,422603,980,60713,70,62219,40,1846,60,5722,80 ,73737,51.20,423804,260,5814,80,83519,10,2515,90,82223,61,7741,61.3 0,425004,840,81311,50,91419,70,2666,80,9522,81,9031,1 1.1614,4-292,40,482602,110,6421,80,58621,80,1645,80,63520,70,6729,81.20,483803,070,70318,20,72119,60,1755,10,68220,40,7935,71.3 0,485002,660,73421,20,5522,10,1285,20,57221,60,6829,9 Рис. 2. Зависимость выхода фракции 5,0÷3,0 мм мергеля с исходными кусками dср=40 мм от величиныкинематического несоответствия ветвей замкнутого контура и высоты слоя материала в барабане; диаметр выпускных отверстий в барабане dвып=5,0 мм: красная линия – Нсл =260 мм; синяя линия Нсл –380мм; серая линияНсл = 500 мм Рис. 3. Зависимость выхода фракции 3,0÷1,2 мм мергеля со средним размером исходных кусков dср=40 мм от величины кинематического несоответствия ветвей замкнутого контура и высоты слоя материала в барабане; диаметр выпускных отверстий в барабане dвып=5,0 мм красная линия – Нсл =260 мм; синяя линия – Нсл=380 мм; серая линия – Нсл = 500 мм Рис. 4.  Зависимость выхода фракции 1,2÷0,63 мм мергеля со средним размером исходных кусков dср=40 мм от величины кинематического несоответствия ветвей замкнутого контура и высоты слоя материала в барабане; диаметр выпускных отверстий в барабане dвып=5,0 мм красная линия – Нсл =260 мм; синяя линия – Нсл =380мм; серая линия Нсл =500 мм Рис. 5. Зависимость выхода фракции 1,2÷0,63 мм мергеля со средним размером исходных кусковdср=40 мм от величины кинематического несоответствия ветвей замкнутого контура и высоты слоя материала в барабане; диаметр выпускных отверстий в барабане dвып=5,0 мм красная линия – Нсл =260 мм; синяя линия – Нсл =380 мм; серая линия – Нсл = 500 мм Рис. 6.  Зависимость выхода фракции 0,27÷0 мм от величины кинематического несоответствия ветвейзамкнутого контура и высоты слоя материала в барабане; диаметр выпускных отверстий в барабане dвып=5,0 мм красная линия – Нсл =260 мм; синяя линия – Нсл =380 мм; серая линия – Нсл = 500 мм  Поэтому, когда угловая скорость ротора (частота) начинает превышать угловую скорость барабана на величину ∆n=(nрот – nбар) > 400 об/мин при заданной угловой скорости барабана, то происходит проскальзывание частиц слоев верхнего и нижнего столба относительно друг друга. В результате такого взаимодействия интенсивность их контактов снижается. Следовательно, объем выхода частиц самых мелких фракций 0,27÷0 мм будет снижаться, а более крупных возрастать.Дляфракции1,2÷0,63 мм характерной особенностью является практическое постоянное не зависящее от величины кинематического несоответствия ветвей замкнутого контура содержание этой фракции в готовом продукте (рис. 4).Это обусловлено тем, что в какой-то момент при определённых условиях процесс измельчения приобретает равновесный характер, когда процессы раскалывания и истирания равновесны, но уже обозначился плавный переход в процессы совращения размеров частиц в основном за счёт их истирания между собой.Для фракции 0,63÷ 0,27 и 0,27÷ 0 мм (рис. 5, 6) характерно то, что образовавшиеся частицы после предыдущих процессов будут преобладать в общем объёме циркулирующей по тороидальной траектории массы кусковатой формы, находящейся в барабане, после первичного измельчения примут шаровую или овальную форму. Поэтому каждая вновь образованная частица при движении вдоль стенок внутренней полости барабана будет соприкасаться не по всей поверхностью, с ней только в одной отдельной точке.Можно утверждать, что при таких значениях кинематического несоответствия изменение размеров частиц будет происходить главным образом преобладания процессов не раскалывания, а истирания, который приводит к большему объему выхода самых мелких фракций. При возрастании величины кинематического несоответствия, которая происходит за счет увеличения угловой скорости ротора, частицы материала, находящиеся в полости барабана и примыкающие к его стенкам начинают проскальзывать относительно неё. Проскальзывание частиц приводит к тому, что эти частицы не принимают участие в перемещении по наиболее выгодной для осуществления процесса самоизмельчения тороидальной траектории. Поэтому циркуляция частиц происходит менее интенсивно в вертикальной плоскости, и процесс самоизмельчения начинает затухать по мере возрастания величины кинематического несоответствия. Поэтому по возрастания величины кинематического несоответствия более Iкн>0,38 будет снижаться интенсивность взаимодействия частиц, а выход фракций0,27÷0 и 0,63÷0,27 мм в процентном соотношении будет уменьшаться.Таким образом, по полученным данным образования гранулометрического состава готового продукта можно с большой долей вероятности можно утверждать, что процесс измельчения в мельнице системы «МКАД» характеризуется тремя сопроцессами. При этом для самых крупных фракций 5÷3 и 3÷1,2 мм процесс измельчения исходного материала протекает в основном за счёт раскалывания и удара, для фракций 1,2÷0,63 является переходным (равновесным) процессом, при котором увеличение Iкн не влияет на изменение этой фракции и интенсивным истиранием, при котором увеличение Iкн приводит к существенному снижению содержание в продукте помола содержание наиболее мелких фракций 0,63÷0,27 и 0,27÷0 мм.Исследование влияния высоты слоя на формирование гранулометрического состава продукта измельчения показывает следующее.Высота столба материала над роторомHсл будет влиять на выход фракций самых мелких фракций 0,27 ÷0 и 0,63÷0,27 мм. Наибольший её выход происходит при высоте Hсл = 380 мм, а минимальная при слоя высотах соответственно 500 и 260 мм – красная и синяя линия. При этом зависимость выхода этих фракций при высотах 380 мм и 500 мм отличаются не более 4÷7 %. Выход этих фракций при высоте 260 мм во всех случаях меньше в среднем на 10÷15 %, чем при высоте 380–500 мм. При высоте более 500 мм выход фракций 0,27 ÷0 и 0,63 ÷0,27 мм начинает снижаться более резко. Это можно объяснить следующим образом. При высотах Hсл = 260 мм и менее процесс самоизмельчения происходит менее интенсивно, чем при больших высотах. Это происходит потому, что с уменьшением высоты столба материала над ротором, снижается давление, которое оказывают верхние слои материал на нижний слои, расположенные над ротором, которое должно находиться в пределах 0,005–0,05 МПа [13].Кроме того, в исследованиях было установлено, что при высотах более 500 мм при одновременном вращении ротора и барабана при средней крупности исходного материала, равной dср= 40 мм, в средней части столба образуются пустоты, и целостность столба нарушается. Поэтому образование этих пустот нарушает циркуляцию материала, интенсивность взаимодействия кусков и частиц снижается, а объем выхода мелких фракций снижается.Следовательно, высота столба материал над ротором в пределах Hсл= 380 ÷500 мм является наиболее оптимальной, при которой способ самоизмельчения будет осуществляться с большим выходом самых мелких фракций (45÷70 %).Анализ зависимостей рассева готового продукта от высоты столба материала, находящегося над ротором, и величины кинематического несоответствия ветвей замкнутого контура для фракции 1,2÷ 0,63 мм показывает, что его состав остается практически неизменным для всех диаметров выпускных отверстий и составляет в среднем 5-7 % от общего выхода фракций. Это явление объяснятся следующим образом.В начальный период самоизмельчения, когда протекает преимущественно процесс раскалывание исходных кусков за счет центробежных сил вращающегося ротора, наступает процесс перераспределения одного процесса с преимущественным способом раскалывания частиц и переход к преобладанию процесса их истирания. Этот переходной процесс представлен на рис. 5.15-5.19, где процесс образования фракции 1,2÷0,63 мм имеет практическую линейную зависимость, близкую к функции у3 = f(C) для высоты столба 380 и 500 мм и у2 = f(-ax +C) для высоты 260 мм. Характер последней зависимости объясняется менее интенсивным взаимодействием частиц из-за ослабевающего влияния давления верхних слоев на нижние.Анализ зависимости выхода самых крупных фракций 3,0÷1,2 мм и фракции 10,0÷3,0 мм от высоты столба материала над ротором и величины кинематического несоответствия ветвей замкнутого контура для всех размеров выпускных отверстий имеют полиноминальную возрастающую зависимость типаy1 =f(a1x2+b1x+C1),                    (1)Т.е. с возрастанием величины кинематического несоответствия ветвей замкнутого контура увеличивается в готовом продукте выход фракций 10,0 ÷ 3,0 и 3,0 ÷1,2 мм. Причина такого протекания процесса объяснятся тем, что в первоначальный период процесса самоизмельчения для кусков преобладающим способом сокращения их размеров является раскалывание, которое осуществляется за счет кинетической энергии вращающегося ротора. Поэтому с увеличением угловой скорости ротора, а с ним и величины кинематического несоответствия объем выхода этих фракций будет возрастать.Анализ зависимость выхода самых крупных фракций 3,0÷1,2 мм и фракции 10,0÷3,0 мм от высоты столба материала над ротором и величины кинематического несоответствия ветвей замкнутого контура для всех размеров выпускных отверстий имеют полиноминальную возрастающую зависимость типаy2=f(a2x2+b2x+C2),                           (2)Т.е. с возрастанием величины кинематического несоответствия ветвей замкнутого контура увеличивается в готовом продукте выход фракций 10,0 ÷ 3,0 и 3,0 ÷1,2 мм.Это объясняется тем, что в первоначальный момент времени ив начале процесса самоизмельчения преобладающим способом сокращения их размеров является раскалывание за счет кинетической энергии вращающегося ротора. Поэтому с увеличением угловой скорости ротора, а с ним и величины кинематического несоответствия удельный вес выхода этих фракций будет возрастать.ВыводыРезультаты экспериментальных исследований влияния конструктивных и режимных параметров на формирование гранулометрического измельченного материала (мергеля) для вертикальной мельницы динамического самоизмельчения системы «МКАД» позволили сделать следующие выводы.1. Конструктивные и режимные параметры влияют на формирование гранулометрического состава измельченного материала, что позволяет путём их регулирования в процессе работы мельницы получать в соответствии с требованиями производства необходимый состав этого продукта, что невозможно достичь в мельницах системы «МАЯ».2. Установлены зависимости гранулометрического состава готового продукта при измельчении мергеля от основных влияющих факторов – высоты столба материала, находящегося над ротором, кинематического несоответствия ветвей замкнутого контура и диаметра выпускных отверстий в барабане измельчительного устройства.3. При увеличении кинематического несоответствия ветвей замкнутого контура с Iкн= 0,38– 0,48 и частоте оборотов ротора более 292 об/мин интенсивность взаимодействия частиц внутри барабана снижается. Это объяснятся тем, что за счет центробежных сил вращающегося ротора частицы, ударяясь о внутреннюю поверхность барабана, раскалываются на ней и образуют липкий мелкий слой измельченных частиц, который препятствует эвакуации их из мельницы, что снижает производительность и удельный вес наиболее мелких фракций размером 0,63÷0 мм.4. Образование большего содержания не эвакуируемых фракций в барабане (переизмельчение) приводит к нарушению целостности столба материала над ротором как единого объекта, что нарушает процесс возврата части подведенной к нему мощности и рекуперации её, которая реализуется при её передаче по двум параллельным направлениям от приводного двигателя. Это ведёт к снижению производительности росту энергозатрат и изменению гранулометрического состава готового продукта5. Установлены соотношения высоты слоя над ротором и среднего размера исходных кусков материала, при которых достигаются максимальные значения производительности и гранулометрического состава готового продукта.6. Полученные экспериментальные поданные, показывающие формирование гранулометрического состава измельчённого материала (мергеля) в зависимости от кинематического несоответствия ветвей замкнутого контура и высоты слоя материала в барабане позволят их использовать при проектировании мельниц системы «МКАД», в конструкции которых имеется замкнутый контур.