Встановлення впливу швидкості обертання на енергетичну ефективність процесів подрібнення ударом, роздавлюванням та стиранням в барабанному млині

Автор(и)

  • Юрій Васильович Науменко Національний університет водного господарства та природокористування, Україна https://orcid.org/0000-0003-3658-3087
  • Катерина Юріївна Дейнека Відокремлений структурний підрозділ “Рівненський технічний фаховий коледж Національного університету водного господарства та природокористування”, Україна https://orcid.org/0000-0001-7376-6734

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.343388

Ключові слова:

барабанний млин, внутрішньокамерне завантаження, подрібнення ударом, роздавлюванням та стиранням, енергетична ефективність

Анотація

Об’єктом дослідження є процес подрібнення в барабанному млині при реалізації навантаження ударом, роздавлюванням та стиранням. Враховано ударну, стискаючу та зсувну взаємодії частинок, інтенсивність яких визначається зонами польоту, зсувного шару та твердотільного руху завантаження у поперечному перерізі камери обертового барабана.

Вирішувалась проблема визначення впливу швидкості обертання на енергоємність процесу помелу для окремих механізмів навантаження.

Застосовано експериментальний метод чисельного моделювання аналогів продуктивності для механізмів подрібнення за енергіями відповідних взаємодій.

Енергоємність процесу оцінювалась за співвідношеннями аналогів продуктивності та відносної потужності приводу обертання. Енергетична ефективність визначалась із урахуванням експериментальних даних фізичної продуктивності та потужності приводу моделі млина.

Експериментально оцінено вплив швидкості обертання на помел при ступені заповнення камери 0.45.

Встановлено явище інтенсивного зниження енергоємності процесу помелу зі зменшенням швидкості обертання.

Отримані результати дозволили виявити енергетично ефективні значення відносної швидкості обертання для процесів подрібнення: грубого –ударом при ψω = 0.75–0.9, середнього – роздавлюванням при ψω = 0.55–0.65 та тонкого – стиранням при ψω = 0.3–0.4. Встановлений ефект пояснюється виявленою активізацією взаємодій: ударної  – при швидкохідному, стискаючої – при середньоходовому та зсувної – при тихохідному обертанні.

Встановлені закономірності дозволяють прогнозувати раціональні технологічні параметри енергоощадних процесів багатостадійного подрібнення в барабанних млинах

Біографії авторів

Юрій Васильович Науменко, Національний університет водного господарства та природокористування

Доктор технічних наук, доцент, професор

Кафедра будівельних, дорожніх та меліоративних машин

Катерина Юріївна Дейнека, Відокремлений структурний підрозділ “Рівненський технічний фаховий коледж Національного університету водного господарства та природокористування”

Кандидат технічних наук, викладач вищої категорії

Посилання

  1. Deniz, V. (2013). Comparisons of Dry Grinding Kinetics of Lignite, Bituminous Coal, and Petroleum Coke. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 35 (10), 913–920. https://doi.org/10.1080/15567036.2010.514591
  2. Góralczyk, M., Krot, P., Zimroz, R., Ogonowski, S. (2020). Increasing Energy Efficiency and Productivity of the Comminution Process in Tumbling Mills by Indirect Measurements of Internal Dynamics – An Overview. Energies, 13 (24), 6735. https://doi.org/10.3390/en13246735
  3. Tavares, L. M. (2017). A Review of Advanced Ball Mill Modelling. KONA Powder and Particle Journal, 34, 106–124. https://doi.org/10.14356/kona.2017015
  4. Kelly, E. G., Spottiswood, D. J. (1982). Introduction to Mineral Processing. Wiley.
  5. Gupta, A., Yan, D. S. (Eds.) (2016). Mineral processing design and operations: An introduction. Elsevier. https://doi.org/10.1016/c2014-0-01236-1
  6. King, R. P. (2001). Modeling and simulation of mineral processing systems. Elsevier. https://doi.org/10.1016/c2009-0-26303-3
  7. Wills, B. A., Finch, J. (2015). Wills’ mineral processing technology: an introduction to the practical aspects of ore treatment and mineral recovery. Butterworth-Heinemann. https://doi.org/10.1016/c2010-0-65478-2
  8. Kwon, J., Jeong, J., Cho, H. (2016). Simulation and optimization of a two-stage ball mill grinding circuit of molybdenum ore. Advanced Powder Technology, 27 (4), 1073–1085. https://doi.org/10.1016/j.apt.2016.03.016
  9. Dhiman, S., Joshi, R. S., Singh, S., Gill, S. S., Singh, H., Kumar, R., Kumar, V. (2022). Recycling of Ti6Al4V machining swarf into additive manufacturing feedstock powder to realise sustainable recycling goals. Journal of Cleaner Production, 348, 131342. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.131342
  10. Mulenga, F. K., Moys, M. H. (2014). Effects of slurry filling and mill speed on the net power draw of a tumbling ball mill. Minerals Engineering, 56, 45–56. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2013.10.028
  11. Soleymani, M. M., Fooladi, M., Rezaeizadeh, M. (2016). Experimental investigation of the power draw of tumbling mills in wet grinding. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 230 (15), 2709–2719. https://doi.org/10.1177/0954406215598801
  12. Soleymani, M. M., Fooladi, M., Rezaeizadeh, M. (2016). Effect of slurry pool formation on the load orientation, power draw, and impact force in tumbling mills. Powder Technology, 287, 160–168. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2015.10.009
  13. Yin, Z., Peng, Y., Zhu, Z., Ma, C., Yu, Z., Wu, G. (2019). Effect of mill speed and slurry filling on the charge dynamics by an instrumented ball. Advanced Powder Technology, 30 (8), 1611–1616. https://doi.org/10.1016/j.apt.2019.05.009
  14. Bian, X., Wang, G., Wang, H., Wang, S., Lv, W. (2017). Effect of lifters and mill speed on particle behaviour, torque, and power consumption of a tumbling ball mill: Experimental study and DEM simulation. Minerals Engineering, 105, 22–35. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2016.12.014
  15. Anticoi, H., Guasch, E., Pérez-Álvarez, R., de Luis-Ruiz, J. M., Oliva, J., Hoffman Sampaio, C. (2022). Rod Mill Product Control and Its Relation to Energy Consumption: A Case Study. Minerals, 12 (2), 183. https://doi.org/10.3390/min12020183
  16. Deniz, V. (2004). The effect of mill speed on kinetic breakage parameters of clinker and limestone. Cement and Concrete Research, 34 (8), 1365–1371. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2003.12.025
  17. Deniz, V. (2013). Effects of Mill Speed on Kinetic Breakage Parameters of Four Different Particulate Pumices. Particulate Science and Technology, 31 (2), 101–108. https://doi.org/10.1080/02726351.2012.658903
  18. Mulenga, F. K., Chimwani, N. (2013). Introduction to the use of the attainable region method in determining the optimal residence time of a ball mill. International Journal of Mineral Processing, 125, 39–50. https://doi.org/10.1016/j.minpro.2013.09.007
  19. Yin, Z., Peng, Y., Zhu, Z., Yu, Z., Li, T. (2017). Impact Load Behavior between Different Charge and Lifter in a Laboratory-Scale Mill. Materials, 10 (8), 882. https://doi.org/10.3390/ma10080882
  20. Soleymani, M. M. (2021). RETRACTED: Experimental Study of Operational Parameters on Product Size Distribution of Tumbling Mill. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering. https://doi.org/10.1177/09544089211062763
  21. Li, T., Yin, Z., Wu, G. (2021). Study on heat transfer behavior and thermal breakage characteristic of the charge in ball mills. Advances in Mechanical Engineering, 13 (3). https://doi.org/10.1177/1687814021994964
  22. Cayirli, S. (2018). Influences of operating parameters on dry ball mill performance. Physicochemical Problems of Mineral Processing, 54 (3). https://doi.org/10.5277/ppmp1876
  23. Hanumanthappa, H., Vardhan, H., Mandela, G. R., Kaza, M., Sah, R., Shanmugam, B. K. (2020). A comparative study on a newly designed ball mill and the conventional ball mill performance with respect to the particle size distribution and recirculating load at the discharge end. Minerals Engineering, 145, 106091. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2019.106091
  24. Gupta, V. K., Sharma, S. (2014). Analysis of ball mill grinding operation using mill power specific kinetic parameters. Advanced Powder Technology, 25 (2), 625–634. https://doi.org/10.1016/j.apt.2013.10.003
  25. Gupta, V. K. (2020). Energy absorption and specific breakage rate of particles under different operating conditions in dry ball milling. Powder Technology, 361, 827–835. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2019.11.033
  26. Chimwani, N., Mulenga, F. K., Hildebrandt, D., Glasser, D., Bwalya, M. M. (2014). Scale-up of batch grinding data for simulation of industrial milling of platinum group minerals ore. Minerals Engineering, 63, 100–109. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2014.01.023
  27. Chimwani, N., Mulenga, F. K., Hildebrandt, D., Glasser, D., Bwalya, M. M. (2015). Use of the attainable region method to simulate a full-scale ball mill with a realistic transport model. Minerals Engineering, 73, 116–123. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2014.06.012
  28. Chimwani, N., Hildebrandt, D. (2018). Modeling of an open mill with scalped feed for the maximum production of a desired particle size range. Particulate Science and Technology, 37 (3), 314–324. https://doi.org/10.1080/02726351.2017.1370048
  29. Chimwani, N. (2021). A Review of the Milestones Reached by the Attainable Region Optimisation Technique in Particle Size Reduction. Minerals, 11 (11), 1280. https://doi.org/10.3390/min11111280
  30. Makgoale, D. M. (2019). Effects Of Mill Rotational Speed On The Batch Grinding Kinetics Of A UG2 Platinum Ore. UNISA. Available at: https://uir.unisa.ac.za/items/2894bd6d-32c1-418e-a4c5-e011f4b757d0
  31. Metzger, M. J., Glasser, B. J. (2013). Simulation of the breakage of bonded agglomerates in a ball mill. Powder Technology, 237, 286–302. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2012.12.006
  32. Metzger, M. J., Desai, S. P., Glasser, D., Hildebrandt, D., Glasser, B. J. (2011). Using the attainable region analysis to determine the effect of process parameters on breakage in a ball mill. AIChE Journal, 58 (9), 2665–2673. https://doi.org/10.1002/aic.12792
  33. Metzger, M. J., Glasser, D., Hausberger, B., Hildebrandt, D., Glasser, B. J. (2009). Use of the attainable region analysis to optimize particle breakage in a ball mill. Chemical Engineering Science, 64 (17), 3766–3777. https://doi.org/10.1016/j.ces.2009.05.012
  34. Naumenko, Y. (2017). Modeling of fracture surface of the quasi solid-body zone of motion of the granular fill in a rotating chamber. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (1 (86)), 50–57. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.96447
  35. Naumenko, Y., Sivko, V. (2017). The rotating chamber granular fill shear layer flow simulation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (7 (88)), 57–64. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.107242
  36. Naumenko, Y. (2017). Modeling a flow pattern of the granular fill in the cross section of a rotating chamber. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (1 (89)), 59–69. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.110444
  37. Deineka, K., Naumenko, Y. (2019). Revealing the effect of decreased energy intensity of grinding in a tumbling mill during self-excitation of auto-oscillations of the intrachamber fill. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (1), 6–15. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.155461
  38. Deineka, K., Naumenko, Y. (2019). Establishing the effect of a decrease in power intensity of self-oscillating grinding in a tumbling mill with a reduction in an intrachamber fill. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (7 (102)), 43–52. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.183291
  39. Deineka, K., Naumenko, Y. (2020). Establishing the effect of decreased power intensity of self-oscillatory grinding in a tumbling mill when the crushed material content in the intra-chamber fill is reduced. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (1 (106)), 39–48. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.209050
  40. Deineka, K., Naumenko, Y. (2021). Establishing the effect of a simultaneous reduction in the filling load inside a chamber and in the content of the crushed material on the energy intensity of self-oscillatory grinding in a tumbling mill. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (1 (109)), 77–87. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.224948
  41. Deineka, K., Naumenko, Y. (2022). Revealing the mechanism of stability loss of a two-fraction granular flow in a rotating drum. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (1 (118)), 34–46. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.263097
  42. Deineka, K. Yu., Naumenko, Yu. V. (2018). The tumbling mill rotation stability. Scientific Bulletin of National Mining University, 1, 60–68. https://doi.org/10.29202/nvngu/2018-1/10
  43. Naumenko, Y., Deineka, K. (2023). Building a model of the impact grinding mechanism in a tumbling mill based on data visualization. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (7 (123)), 65–73. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.283073
  44. Naumenko, Y., Deineka, K. (2023). Building a model of the compression grinding mechanism in a tumbling mill based on data visualization. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (1 (125)), 64–72. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.287565
  45. Naumenko, Y., Deineka, K., Zabchyk, S. (2024). Building a model of the abrasion grinding mechanism in a tumbling mill based on data visualization. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (1 (128)), 21–33. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.301653
  46. Coal preparation plant – Principles and conventions for flowsheets (ISO/IEC Standard No. 924:1989). International Organization for Standardization. Available at: https://www.iso.org/ru/standard/5340.html
  47. DIN EN 1009-3. Maschinen für die mechanische Aufbereitung von Mineralien und ähnlichen festen Stoffen - Sicherheit - Teil 3: Spezifische Anforderungen für Brecher und Mühlen; Deutsche Fassung EN 1009-3:2020. Deutsches Institut für Normung. Available at: https://www.din.de/de/mitwirken/normenausschuesse/nam/veroeffentlichungen/wdc-beuth:din21:316006092
Встановлення впливу швидкості обертання на енергетичну ефективність процесів подрібнення ударом, роздавлюванням та стиранням в барабанному млині

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-12-30

Як цитувати

Науменко, Ю. В., & Дейнека, К. Ю. (2025). Встановлення впливу швидкості обертання на енергетичну ефективність процесів подрібнення ударом, роздавлюванням та стиранням в барабанному млині. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(1 (138), 41–53. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.343388

Номер

Том 6 № 1 (138) (2025): Производственно-технологические системы

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Yuriy Naumenko, Kateryna Deineka

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.