Шаровая мельница представляет собой пустотелый барабан, закрытый загрузочной и разгрузочной торцевыми крышками, заполненный мелющими телами , что вращается вокруг своей оси. Барабан шаровой мельницы (Рис.1.) представляет собой стальной полый цилиндр, выложенный внутри броневыми футеровочными плитами, предохраняющими его от ударного и трущего воздействия шаров и измельчающего материала. Форма футеровки барабана мельницы оказывает заметное влияние на ее работу. Футеровки барабанов шаровых мельниц, работающих на крупном исходном материале, имеют ребра. Для мельниц, работающих на мелком материале, применяются футеровки с мелкими ребрами или совсем гладкие. Высота, взаимное расположение и форма ребер определяют силу сцепления дробящей среды с барабаном и результаты работы мельницы. Поэтому важно, чтобы при изнашивании футеровки характер ее поверхности резко не изменялся.
Рис 1. Барабан шаровой мельницы
Торцевые крышки отлиты заодно с полыми цапфами. На цапфы насажены опорные бандажи, которыми барабан опирается на две самоустанавливающиеся роликоопоры. Загрузка мельницы материалом осуществляется через загрузочную воронку. Мельница приводится во вращение от электродвигателя через муфту, редуктор и эластичную муфту. При вращении барабана помольные (мелющие) тела следуют в направлении его вращения, поднимаются на некоторую высоту и свободно падают либо перекатываются вниз.
В зависимости от способа разгрузки измельченного продукта различают мельницы с центральной разгрузкой и разгрузкой через решетку.
У мельниц с центральной разгрузкой измельченный продукт удаляется свободным сливом через пустотелую разгрузочную цапфу. Для этого необходимо, чтобы уровень пульпы в барабане был выше уровня нижней образующей разгрузочной цапфы. Поэтому мельницы с центральной разгрузкой называют иногда мельницами сливного типа или мельницами с высоким уровнем пульпы. Разгрузочная горловина (воронка) имеет несколько больший диаметр, чем загрузочная, для создания уклона и поддержания высокого уровня пульпы в мельнице.
У мельниц с разгрузкой через решетку имеется подъемное устройство, принудительно разгружающее измельченный продукт. Поэтому в мельницах такого типа уровень пульпы может быть ниже уровня разгрузочной цапфы. Мельницы с разгрузкой через решетку иногда называют мельницами с принудительной разгрузкой или мельницами с низким уровнем пульпы. Данный тип шаровой мельницы имеет в разгрузочном конце барабана решетку с отверстиями для разгрузки измельченного материала. На стороне, обращенной к торцевой разгрузочной крышке, решетка имеет радиальные ребра-лифтеры, делящие пространство между решеткой и торцевой крышкой на секторные камеры, открытые в цапфу. При вращении барабана ребра действуют как элеваторное колесо и поднимают пульпу до уровня разгрузочной цапфы. Такое устройство позволяет поддерживать низкий уровень пульпы в мельнице и сокращает время нахождения в ней материала вследствие уменьшения объема пульпы.
В зависимости от формы барабана различают мельницы цилиндрические и цилиндро-конические. Первые в свою очередь классифицируются на три типа: короткие, длинные и трубные. Короткие шаровые мельницы это мельницы у которых длина барабана меньше или равна его диаметру; длинные – у которых длина барабана больше одного, но меньше трех его диаметров; трубные – у которых длина барабана больше трех его диаметров.
Рис. 2. Цилиндрическая шаровая мельница
Цилиндрическая шаровая мельница (Рис.2.), служит для измельчения крупного материала. Такая мельница должна иметь небольшую длину, так как шары распределяются равномерно по всей ее длине и при ее вращении получают один и тот же импульс. Диаметр барабана цилиндрической шаровой мельницы должен быть тем большим, чем крупнее куски измельчаемого материала.
Рис. 3. Трубная шаровая мельница.
В трубных шаровых мельницах шары воздействуют на измельчаемый материал более длительно. Барабан такой мельницы облицован изнутри кремневыми брусками или кремневой галькой на цементе. Материал непрерывно поступает с одного конца барабана по его оси через загрузочную воронку и выходит с противоположного конца барабана через его торцовую стенку или отверстия в стенках. Трубная мельница шаровая (рис. 3) снабжена приводом, аналогичным по конструкции приводу прокатных станов. Центральный приводной вал имеет на концах фрезерованные выступы и впадины, которыми входит в соответствующие муфты. При таком устройстве осевое смещение мельницы не передается на редуктор или электродвигатель.
Рис. 4. Цилиндро – коническая шаровая мельница.
Корпус цилиндро-конической шаровой мельницы состоит из двух конусов и короткой цилиндрической части, расположенной между ними (рис. 4). Такое изменение формы цилиндрической мельницы весьма целесообразно, так как достигается пропорциональность между действующим усилием и полезным сопротивлением. Окружная скорость по барабану конической мельницы постепенно убывает в направлении от цилиндрической части к разгрузочному отверстию, в этом же направлении уменьшается угол подъема шаров внутри мельницы, а следовательно, и их кинетическая энергия. Величина измельчаемых кусков также постепенно уменьшается по мере приближения к месту разгрузки; этим снижается расход энергии на измельчение.
Нужно отметить, что производительность шаровых мельниц зависит от величины диаметра барабана и соотношения между диаметром и длиной барабана. В коротких шаровых мельницах помол получается более грубым и для достижения необходимой тонкости помола приходится возвращать большое количество материала из классификатора в мельницу, что приводит к ее перегрузке. В длинных шаровых мельницах помол происходит только в его передней части; при этом присутствие шаров в остальной части барабана лишь увеличивает потребление мощности.
Барабанные мельницы изготавливаются с одной камерой измельчения (короткие и длинные) и с двумя или несколькими камерами (длинные и трубные). Однокамерные мельницы непрерывного действия являются основным измельчительным оборудованием обогатительных фабрик.