Электропривод рудной мельницы

Барабанные мельницы используются во всех технологических схемах обогащения руд черных и цветных металлов, а также при добыче золота и алмазов. К барабанным мельницам предъявляются требования обеспечения высокой производительности, высокого качества измельчения исходного сырья и безотказности в работе.

Основным традиционным элементом электропривода барабанной мельницы является мощный высоковольтный синхронный электродвигатель с электромагнитным возбуждением. В условиях достаточно частых пусков барабанных мельниц возникает задача обеспечения плавного безударного пуска мощных приводных синхронных электродвигателей с высоким моментом инерции и высоким моментом сопротивления подключенного к валу механизма.

Если используется прямой пуск синхронного электродвигателя мельницы, то возникают сильные механические вибрации, которые разрушают венцы, шестерни и подшипники механических приводов. В процессе прямого пуска электродвигателя мельницы на обмотки двигателя действуют электродинамические усилия, величина которых пропорциональна квадрату тока. Пусковой ток двигателя в 5...7 раз превышает номинальный, соответственно в 25...49 раз возрастают электродинамические усилия, действующие на обмотки. Электродинамические усилия приводят к механическим перемещениям обмотки в пазовой и лобовых частях, которые разрушают изоляцию электродвигателя. Прямой пуск электродвигателя также отрицательно сказывается на питающей сети и коммутационной аппаратуре питающей подстанции. Негативные последствия частых прямых пусков электродвигателей барабанных мельниц приводят к выходу из строя электродвигателей и элементов механических передач, что сопровождается простоями технологического оборудования и приводит к убыткам.

Плавный безударный пуск приводного высоковольтного синхронного электродвигателя барабанной мельницы может быть выполнен за счет частотного регулирования момента и скорости с помощью полупроводникового высоковольтного преобразователя частоты.

Ранее традиционно для частотного пуска синхронных электродвигателей мельниц использовались тиристорные преобразователи выпрямитель-инвертор со звеном постоянного тока и коммутацией тиристоров инвертора за счет ЭДС синхронной машины. Такие преобразователи имеют относительно низкую стоимость, но потребляют из сети большую реактивную мощность и генерируют в сеть высшие гармоники тока, что отрицательно сказывается на качестве напряжения в сети и мешает работе других потребителей электроэнергии. При работе тиристорного инвертора форма тока в обмотках статора синхронного электродвигателя близка к прямоугольной, что приводит к дополнительным потерям в электродвигателе. Поэтому тиристорные преобразователи используются только для частотного пуска электродвигателей мельниц с обязательным байпасом электродвигателя на питание от сети после окончания частотного пуска и отключением преобразователя от электродвигателя.

В последние годы наметилась тенденция применения высоковольтных транзисторных преобразователей на базе многоуровневых инверторов напряжения для плавного частотного пуска и регулирования скорости барабанных мельниц с приводными синхронными электродвигателями.

Многоуровневые инверторы напряжения на IGBT-транзисторах потребляют из сети только активную мощность при практически синусоидальном токе в сети. Форма выходного напряжения и тока многоуровневых инверторов с синусоидальной широтно-импульсной модуляцией также близка к синусоидальной, что обеспечивает минимальные дополнительные потери синхронных электродвигателей. Эти положительные свойства многоуровневых инверторов напряжения позволяют использовать их не только для кратковременного частотного пуска, но и для длительного регулирования скорости мощных синхронных электродвигателей барабанных мельниц.

Если плавный частотный пуск электродвигателей барабанных мельниц с последующим байпасом на сеть достаточно широко используется и приносит неоспоримую пользу для повышения надежности и долговечности электрического и механического привода барабанных мельниц, то частотное регулирование скорости мельниц в процессе измельчения материалов находится в начальной стадии применения в отечественной горно-добывающей промышленности.

Ниже рассмотрены вопросы использования частотного регулирования скорости барабанных мельниц различных модификаций (ММС, ММПС, МПСИ, МШ) применительно к нескольким отраслям горно-добывающей промышленности: добыча алмазов, добыча золота, цветная металлургия, черная металлургия.

Регулирование скорости мельниц самоизмельчения при добыче алмазов

На алмазодобывающих предприятиях АК «АЛРОСА» для дробления и измельчения алмазосодержащего сырья применяются мельницы мокрого самоизмельчения (ММС) с диаметром барабана 7; 9; 10,5 м. Большинство применяемых мельниц запроектировано с постоянным числом оборотов 0,75 nкр (nкр – критическая скорость вращения барабана, при которой груз вращается по круговым траекториям). Рядом проектных и исследовательских организаций (Иргиредмет, Якутнипроалмаз и др.) были проведены испытания, при которых изменялась частота вращения барабана мельницы и определялись производительность, затраты электроэнергии и сохранность алмазов. В работе исследовались режимы работы, при которых внутри барабана мельницы одновременно существовали прилифтерный, водопадный и каскадный режимы. Выбор наиболее эффективного режима работы мельницы зависит прежде всего от частоты вращения барабана, при которой минимальные затраты энергии на подъем груза и повреждаемость алмаза. Установлено экспериментально, что вероятность возникновения повреждаемости алмазов, при прилифтерном режиме составляет 0.001, при водопадном увеличивается в 3-5 раз и при каскадном снижается ниже уровня 0.001. Изменяя режимы работы мельниц (прилифтерный, водопадный, каскадный), можно внутри барабана влиять на процессы, происходящие при вращении крупнокуского материала и взаимодействии отдельных крупных кусков друг с другом и лифтерами. При этом можно увеличивать (уменьшать) количество стадий дробления и самоизмельчения, а также влиять на сохранность алмаза вследствие его физико-механических свойств. В результате исследований установлено, что оптимальным режимом работы ММС по критериям удельного расхода электроэнергии и средневзвешенного диаметра зерен измельченной руды на выходе является скорость ММС 0,7пкр. Поскольку оптимальная частота вращения барабана мельницы во многом зависит от гранулометрического состава загружаемой руды, поэтому целесообразно регулировать этот параметр в диапазоне 0,6–0,75 nкр.

Таким образом, в алмазодобывающей отрасли теоретически и экспериментально установлена необходимость и целесообразность регулирования оборотов барабанных мельниц самоизмельчения в диапазоне 0,6–0,75 nкр с точки зрения сохранности алмазов, повышения производительности мельниц и экономии затрат электроэнергии.

Регулирование скорости мельниц полусамоизмельчения в цветной металлургии и золотодобывающей отрасли

В цветной металлургии и золотодобывающей отрасли широко используются барабанные мельницы полусамоизмелчения (МПСИ, ММПС), в которых измельчение исходного материала происходит за счет крупных кусков руды в исходном питании и добавления относительно небольшого количества крупных стальных шаров. На процесс измельчения руды влияют крупность ее кусков и измельчаемость. На практике оба эти свойства руды не остаются постоянными, а колеблются в довольно широких пределах. Управление процессом измельчения регулированием скорости вращения мельницы возможен, если известны количественные зависимости изменения твердости и крупности исходного материала и другие факторы.

Рядом исследователей установлено, что со снижением или колебаниями крупности и твердости исходного материала необходимый диапазон регулирования скорости должен находиться в области скоростей вниз от наибольшей и при снижении скорости повышается производительность мельницы и качество помола.

Также доказано, что при применении регулирования скорости вращения мельниц требуемый диапазон регулирования не превышает 20…30 % вниз от наибольшей скорости.

Регулирование скорости вращения мельницы обеспечивает оптимальный режим измельчения внутримельничного заполнения, способствует повышению эффективности автоматизированных систем управления процессом измельчения, сочетается с таким режимом работы, при котором траектория движения внутримельничной загрузки становится переменной (каскадно_водопадный режим).

Регулирование скорости шаровых мельниц при обогащении руд в черной металлургии

В черной металлургии в связи со снижением содержания железа в исходной железной руде до 20-40% при необходимом содержании железа не менее 60% для эффективной переработки на стадии металлургического передела широко применяется обогащение руд. Одной из важных подготовительных операций обогащения железной руды является измельчение в шаровых мельницах.

Производительность шаровой мельницы зависит от многих других факторов: заполнения барабана шарами, их размера, степени износа шаров, формы брони, числа оборотов барабана, тонкости размола, влажности и крупности измельчаемого материала, своевременности удаления готового продукта.

Шаровые мельницы отличаются большим расходом энергии; при работе вхолостую мельницы, заполненной шарами, расход энергии приблизительно равен расходу энергии при работе мельницы с полной загрузкой, т. е. при измельчении материала. Поэтому работа мельницы с неполной нагрузкой весьма невыгодна. Расход энергии для шаровых мельниц является функцией многих факторов: физических свойств измельчаемого материала и в первую очередь его удельного веса и твердости, степени заполнения барабана мельницы измельчающими шарами, числа оборотов барабана и др. Шаровые мельницы имеют невысокий к. п. д.-не более 15%. Энергия в основном расходуется на износ шаров и корпуса мельницы, трение; нагрев материала и т. п.

Было проведено ряд исследований, в которых установлено, что по мере увеличения степени заполнения барабана рудой скорость его вращения необходимо было уменьшать для повышения производительности мельницы, улучшения качества помола и обеспечения максимума полезно потребляемой приводом мощности.

Таким образом, регулирование скорости барабанных мельниц всех модификаций во всех отраслях горно-добывающей промышленности сопровождается повышением производительности, улучшением качества помола и сохранности извлекаемых материалов, а также снижением потребляемой мощности и повышением КПД установок.

ЗАО «ЭРАСИБ» имеет положительный опыт применения высоковольтного транзисторного многоуровнего преобразователя частоты типа «ЭРАТОН-В» для плавного частотного пуска и регулирования скорости двух барабанных мельниц мокрого полусамоизмельчения типа МПСИ 7,0х5,2 с приводными синхронными электродвигателями типа СДМ-2-21-91-40УХЛ4 (4000 кВт, 6 кВ, 446А, 150 об/мин) на золото-добывающем предприятии ОАО «Южуралзолото Группа Компаний» (ОАО «ЮГК» г. Пласт, Челябинская обл.).

Внедрение станции плавного пуска двух мельниц с преобразователем частоты «ЭРАТОН-В-450-6-50-О-0-1-IP54-УЗЛ3.1» в ОАО «ЮГК» позволило уменьшить пусковой ток, повысить надежность пуска мельниц и обеспечить возможность снижения оборотов одной из двух работающих мельниц для оптимизации процесса измельчения. Относительно небольшое снижение оборотов мельницы позволило обеспечить оптимальную работу комплекса измельчения и настроить технологический процесс на выпуск продукции требуемого размера. После внедрения преобразователя частоты была реализована возможность оперативного внесения изменений в технологический процесс работы мельницы без её остановки при помощи управления скоростью вращения электродвигателя. Также установка преобразователя частоты позволила снизить затраты на ремонт оборудования, уменьшить потребление электроэнергии и увеличить рабочий срок службы всего технологического оборудования мельницы.

ЗАО «ЭРАСИБ» предлагает к поставке высоковольтные преобразователи частоты для плавного частотного пуска и регулирования скорости мощных приводных электродвигателей барабанных мельниц всех модификаций и всех производителей мельниц.

Ниже в качестве примера приведены предложения ЗАО «ЭРАСИБ» по поставке преобразователей частоты типа «ЭРАТОН-В» для плавного частотного пуска и регулирования скорости приводных синхронных электродвигателей барабанных мельниц производства АО «Тяжмаш» г. Сызрань.

Преобразователи частоты ЗАО "ЭРАСИБ" для мельниц производства завода АО «Тяжмаш» г. Сызрань

Мельницы мокрого самоизмельчения ММС

Мельницы мокрого полусамоизмельчения ММПС

Мельницы шаровые с разгрузкой через решетку МШР

Мельницы стержневые с центральной разгрузкой МСЦ

Мельницы шаровые с центральной разгрузкой МШЦ