Вибір механічного режиму роботи кульового млина (іноді називають «режим роботи помольних тіл») залежить від трьох основних параметрів:
- Відносна частота обертання барабана, яка дорівнює відношенню фактичної частоти обертання до критичної частоти обертання барабана кульового млина.
Умовна критична частота обертання барабана млина відповідає такій частоті обертання, при якій сила інерції обертального руху мелючих тіл, центр ваги яких знаходиться на внутрішній поверхні барабана, дорівнює силі тяжіння цього тіла. При цьому подрібнюване тіло нескінченно малих розмірів, підняте в найвищу точку барабана, знаходиться в динамічній рівновазі, тобто не відривається від поверхні футеровки барабана і обертається з нею як одне ціле (центрифугують). Умовна критична частота обертання визначається за формулою:
де: D – внутрішній діаметр барабана кульового млина, м.
- Коефіцієнт відносного заповнення млина помольними кулямитілами, що дорівнює відношенню обсягу помольних тіл до внутрішнього об’єму барабана млина.
Параметр відношення обсягу тіл, що мелють в млині до робочого об’єму млина визначається за формулою:
де:
Gн – маса помольних тіл, кг;
γ – насипна щільність помольних тіл, кг / куб.м;
L – довжина барабана, м.
Насипна щільність помольних тіл залежить від діаметрів куль в збірці і щільності матеріалу.
- Технологічні параметри подрібнення: подрібнюється матеріал, крупність живлення, вимога до ступеня подрібнення і т.д.
Залежно від перерахованих факторів на практиці розрізняють наступні режими роботи кульового млина:
- Каскадний – з перекочування помольних тіл всередині барабана млина (див. рисунок нижче);
- Змішаний – перекочування помольних тіл, при цьому частина помольних куль рухається по круговій траєкторії вздовж обертання млина з подальшим падінням (див. рисунок нижче);
- Водоспадний – переважно рух помольних тіл здійснюється по круговій траєкторії з подальшою її зміною під силою тяжіння;
- Надкритичний або “махового колеса”, з центрифугуванням всього обсягу помольних тіл.
При невеликій частоті обертання барабана здійснюється каскадний режим руху помольних тіл. У початковий момент запуску млина молольне завантаження повертається на деякий граничний кут і потім помольні тіла починають рухатися по замкнутих траєкторіях. При роботі млина в сталому режимі мелючі тіла безперервно циркулюють, піднімаючись по кругових траєкторіях і скочуючись потім “каскадом” донизу.
Подрібнення матеріалу при каскадному режимі відбувається в результаті роздавлюючого і стираючого впливу помольних тіл. Такий режим найчастіше застосовується при роботі стрижневих млинів, кульових млинів з центральним розвантаженням і трубних млинів при мокрому і сухому подрібненні не міцних матеріалів.
Змішаний режим руху помольних тіл проілюстрований на малюнку вище (б), де пунктиром зображено положення помольних куль, що знаходяться в польоті по траєкторії, а суцільними лініями – переміщаються шляхом перекочування. Мелючі тіла, які беруть участь при змішаному режимі в каскадному русі, розташовані між зовнішніми шарами і малорухливим ядром, навколо якого і відбувається їх циркуляція.
Водоспадний режим руху помольних тіл в млині спостерігається при частоті обертання барабана, що забезпечує перехід більшості верств молольних тіл з кругової на параболічну траєкторію. Піднімаючись по кругових траєкторіях, помольні тіла відхиляються від кругової траєкторії і здійснюють вільне падіння.
У млинах з водоспадних режимом подрібнення відбувається переважно за рахунок удару падаючих тіл і тільки частково за рахунок стирання і розчавлювання. Цей режим широко засовується переважно в промислових млинах різних типів і є єдиним при подрібненні крупних матеріалів, що важко подрібнюються.
Окремим випадком водоспадного режиму є субкритичний режим, який здійснюється при частоті обертання барабана, близькою або рівною критичної. При цьому більшу частину циклу подрібнюючі тіла мають кругову траєкторію і висота їх падіння невелика. Надкритичний режим руху помольних тіл в млині спостерігається при частоті обертання барабана вище критичної, коли в центрифугування поступово вступають всі верстви подрібнювального середовища.
У момент часу, коли все помольне завантаження починає центрифугувати, млин стає подібним маховому колесу, при цьому витрата корисної енергії і робота на подрібнення дорівнюють нулю.
