Независимо от других факторов производительность шаровой мельницы прямо пропорциональна удельному весу мелющих тел. Мелющие тела, которые тяжелее стали (удельный вес стальных шаров 7,8 тс/м3), соответственно повышают производительность шаровой мельницы. Мелющие тела из карбида вольфрама (удельный вес 14 тс/м3) позволяют повысить производительность мельницы, однако применение таких шаров неэкономично [148Ь].

Если в эту формулу подставить т = =0,5 кг (стальной шар диаметром около 50 мм), со=3 об/с=6я, г=1 м, то получим f=0,5 (6я)2-1 = 177,5 кгс/(м-с2), что соответствует усилию 177,5/9,81 = = 18 кгс.

На этом основан принцип центробежных, или планетарных, шаровых мельниц. Планетарная шаровая мельница состоит из двух или нескольких параллельных мелющих цилиндров, вращающихся по окружности вокруг общей оси. На рис. 14.1 показана схема поперечного сечения планетарной шаровой мельницы с двумя мелющими цилиндрами [148с].

Радиус вращения системы R больше радиуса мелющего цилиндра г. На мелющие тела, находящиеся в цилиндрах, воздействуют центробежные силы. Возникающие силы инерции мелющих тел значительно больше гравитационных сил, которые в этих условиях не имеют существенного значения. На содержимое мельницы оказывают влияние две силы: центробежная, возникающая при вращении вокруг главной оси;

центробежная, возникающая при вращении мелющих цилиндров вокруг собственных осей.

Их сочетание позволяет уменьшить рабочий объем мельницы и мелющую загрузку.

Кроме того, можно отметить, что производительность мельницы пропорциональна кубу частоты вращения вокруг главной оси, а траектория движения мелющих тел в цилиндрах зависит от соотношения между R и г.

На рис. 14.2 показана принципиальная схема планетарной шаровой мельницы с четырьмя мелющими цилиндрами, предназначенной для мокрого помола оксида железа [148d]. Длина мелющего цилиндра равна 1000 мм, его внутренний диаметр 150 мм. Редуктор расположен между двигателем и главным валом. Планетарная система и мелющие цилиндры вращаются в противоположных направлениях. Питание и разгрузка мельницы производятся через полые валы. Частота вращения планетарной системы 366 об/мин. Частота вращения мелющих цилиндров по отношению к планетарной системе равна 725 об/мин. Мощность привода для одного мелющего цилиндра равна 22 кВт, а для всей мельницы —88 кВт. При обычном уровне производительности такой планетарной мельницы энергозатраты на помол оксидов железа составляют только около 3% затрат в шаровой мельнице [148е].

Планетарная шаровая мельница с тремя мелющими цилиндрами производительностью около 5,5 т/ч для помола кускового золотоносного кварцита крупностью 7 мм до крупности 0,074 мм (70% частиц) имеет массу около 1 т [148f]. Шаровая мельница обычной конструкции с такой же производительностью весила бы около 25 т.

Жуазель [148g] (институт CERILH, Париж [148h]) предложил формулу, позволяющую определять размеры планетарных
шаровых мельниц для промышленных целей при заданной производительности Р:

Из этой формулы видно, что повышение производительности мельницы требует увеличения диаметра мелющего цилиндра и частоты вращения вокруг главной оси. В качестве исходных данных использовались результаты лабораторных помолов. В опытной планетарной мельнице при порционном помоле цемента с частотой вращения 160 об/мин в течение 5 мин достигнута удельная поверхность, по Блейну, 3000 см2/г при засыпке в каждый цилиндр по 2,8 кг размалываемого материала (два мелющих цилиндра длиной по 20 см). При непрерывной эксплуатации опытной мельницы можно достичь производительности, равной 2,8-2 (60: 5) =67,2 кг/ч.

Мельница с шестью мелющими цилиндрами длиной 60 см будет иметь производительность 67,2-3-3 = 604,8 кг/ч. При удвоенной частоте вращения (iV==320 об/мин) производительность будет равна 604,8-23=4838,4 кг/ч, а при увеличении частоты вращения в 4 раза (640 об/мин) производительность станет равной 604,8-43=38,7 т/ч. Строительный объем, необходимый для размещения такой мельницы, составляет 1,5 м3 [65].

Преимущества планетарной шаровой мельницы: низкая стоимость изготовления и эксплуатации, малая масса, регулировка тонкости помола путем изменения частоты вращения, возможность снижения размеров мелющих шаров в 4 раза по сравнению с обычными шаровыми мельницами.

Однако она имеет и некоторые недостатки. Малая масса мелющих тел и футеровки мельниц по сравнению с массой проходящего через мельницу материала требует частой замены стальных деталей. При помоле цемента имеется большая вероятность превышения критической температуры, однако опасность возникновения такой ситуации может быть снижена при интенсивной вентиляции мелющих цилиндров. Пока не найдено удовлетворительное конструктивное решение, обеспечивающее надежное питание и разгрузку мельницы. Поскольку идея планетарных шаровых мельниц уже не нова, в настоящее время во многих странах ведется работа по совершенствованию таких мельниц и доведению их до промышленной эксплуатации [99].

Управление южноафриканских рудников применяет планетарную шаровую мельницу с двигателем мощностью 1000 кВт для размола золотоносной руды [114].