УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПОРОШКОВ Российский патент 1995 года по МПК B02C17/16 

Изобретение относится к области измельчения и механической активации материалов и может быть использовано для обработки материалов в металлургической, строительной и химической промышленности.

Известна конструкция аттритора, состоящая из вертикального цилиндрического корпуса, размещенной в корпусе мешалки, представляющей собой вал с закрепленными на нем лопастями, и шаровой загрузки [1] Диаметр вала мешалки равен 0,12-0,29 от радиуса корпуса. Зазоры между концами лопастей мешалки и корпусом больше четырех радиусов размольных шаров. Обработка материала производится за счет движения шаровой загрузки при вращении мешалки. После истечения времени обработки готовый порошок извлекают из аттритора.

Недостаток известной конструкции аттритора большой расход энергии.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является шаровая мельница, содержащая вертикальный цилиндрический корпус с загрузочным и разгрузочным отверстиями и с шаровой мелющей загрузкой, мешалку в виде вала с лопастями [2]
Недостаток прототипа большой расход энергии.

Цель изобретения снизить удельный расход энергии.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измельчения порошков, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, мешалку, представляющую собой вал с лопастями, размольные шары, диаметр вала в той его части, которая во время работы погружена в шаровую загрузку, выполняют больше 0,6 от диаметра корпуса и так, чтобы расстояние между поверхностями вала и корпуса было больше двух диаметров размольных шаров.

Во время работы мельницы вращающиеся лопасти мешалки сообщают вращательное движение шаровой загрузке и измельчаемому материалу. На вращающуюся шаровую загрузку и измельчаемый материал действуют центробежные силы, в результате чего вся загрузка мельницы смещается от центра к периферии и на поверхности загрузки образуется воронка. Размер частиц измельчаемого материала в десять и более раз меньше диаметра размольных шаров. Такие частицы под действием сил тяжести и центробежной просыпаются в отверстия между шарами. Поскольку просыпание обусловлено центробежными силами, то доля объема загрузки, занимаемого измельчаемым материалом в периферийных областях больше, чем в центральных. Таким образом, за счет общего смещения всей загрузки к периферии, то есть к стенкам корпуса, и за счет просыпания измельчаемого материала под действием центробежных сил через слой движущихся шаров содержание измельчаемого материала в периферийных, пристеночных областях выше, чем в центральных.

Интенсивность измельчения обрабатываемого материала в объеме корпуса неодинакова. Чем больше линейная скорость лопастей, тем больше сила ударов лопастей по шарам, тем больше скорости и силы соударения шаров друг с другом и со стенкой корпуса. Линейная скорость движения частей лопастей пропорциональна удалению этих частей от оси вращения и, чем больше к стенкам корпуса, тем больше. Поэтому наибольшее измельчающее действие создается на периферии рабочего пространства, т.е. вблизи стенок корпуса.

Таким образом, во-первых, в работающей мельнице измельчаемый материал располагается преимущественно на периферии рабочего пространства, и во-вторых, на периферии рабочего пространства, создается наиболее интенсивное измельчающее воздействие. Оба фактора приводят к заключению, что в центральной части рабочего пространства эффективность обработки материала низкая и затрачиваемая здесь на поддержание движения шаровой загрузки энергии используется малоэффективно. Поэтому увеличивая диаметр вала, и тем самым исключая центральные области корпуса из объема рабочего пространства, можно повысить эффективность использования подводимой энергии, а следовательно, уменьшить удельный расход энергии, то есть количество энергии, затрачиваемой на измельчение единицы массы обрабатываемого материала. Опыты показали, что уменьшение удельной энергии начинает проявляться при увеличении диаметра вала от 0,5 диаметра рабочего пространства.

С увеличением диаметра вала уменьшается зазор между боковой поверхностью вала и внутренней боковой поверхностью корпуса. Когда ширина этого зазора приблизится к двум диаметрам размольных шаров, то становятся возможными заклинивания шаров, что приводит к ударам и к остановкам движения мешалки. Работа мельницы становится неустойчивой. Поэтому диаметр вала должен быть меньше диаметра рабочего пространства на четыре диаметра размольных шаров.

На чертеже представлено схематическое изображение устройства для измельчения материалов.

Корпус 1 в виде вертикального цилиндра с внутренним диаметром D_к имеет входное отверстие 2 и выходные круговые щели 3. В корпусе размещены мешалка, представляющая собой вал 4 диаметром D_в с лопастями 5, и размольные шары 6 диаметром d. Диаметр вала принимают из условия 0,5D_к < D_в < D_к 4d.

Устройство действует следующим образом. После включения привода мешалка вращается и ее лопасти передают движение шаровой загрузке. Через отверстие 2 в рабочее пространство подают измельчаемый материал. Частицы измельчаемого материала попадают между соударяющимися рабочими поверхностями лопастей, шаров, поверхностей вала и корпуса, испытывают механическое воздействие и измельчаются. Одновременно обрабатываемый материал под действием силы тяжести просыпается между движущимися шарами, поступает к выходным отверстиям 3 и выходит через них. Под действием центробежных сил обрабатываемый материал распределяется преимущественно вблизи стенок корпуса, где линейная скорость движения лопастей и потому интенсивность измельчающего действия наибольшая. Диаметр вала мешалки выполнен достаточно большим в соответствии с левой частью выше приведенного соотношения, поэтому центральные части объема корпуса, где эффективность использования подводимой энергии низкая, из рабочего пространства исключены. В результате эффективность использования энергии в целом по рабочему пространству увеличивается, а удельный расход энергии уменьшается.

Так как диаметр вала меньше, чем (Dк 4d), то зазор Т между поверхностью вала и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса больше двух диаметров размольных шаров. Поэтому заклинивание вала не происходит и устройство работает без ударов и без остановок вращения мешалки.

В научно-технической литературе нами не обнаружено условий на соотношение диаметра вала мешалки и диаметра корпуса мельниц, поэтому мы считаем, что предлагаемое изобретение соответствует критерию изобретения "существенные отличия".

П р и м е р. Устройство для измельчения порошков было изготовлено по схеме, приведенной на чертеже со следующими размерами: внутренний диаметр корпуса 204 мм, диаметр размольных шаров 8 мм, расстояние между концами лопастей и внутренней стенки корпуса 2 мм. В ходе опытов меняли диаметр вала мешалки и измеряли производительность устройства, расход энергии. По этим данным вычисляли расход удельной энергии. Устройство работало в непрерывном режиме. Измельчали доменный шлак, прошедший валковую мельницу высокого давления.

После включения привода вращающаяся мешалка сообщает движение шаровой загрузке. Через верхнее отверстие в устройство подают доменный шлак. Частицы шлака попадают между соударяющимися шарами, шарами и лопастями, шарами и стенкой, подвергаются механическому воздействию и измельчаются. Одновременно обрабатываемый материал под воздействием сил тяжести проходит через рабочее пространство сверху вниз и выходит через выходные щели. Результаты опытов приведены в таблице.

Данные таблицы показывают, что снижение мощности и удельной энергии наблюдается уже при D_в/D_к 0,5. При D_в/D_к > 0,6 снижается также производительность, однако снижение мощности происходит более быстро, поэтому удельная энергия уменьшается. При D_в/D_к 0,7 выигрыш в энергии составляет 30% По мере увеличения D_в/D_к уменьшается зазор между боковыми поверхностями вала и корпуса. Когда ширина зазора становится равной или меньшей 2d, или (D_к D_в)/d < 4, то вследствие заклинивания шаров между поверхностями вала и корпуса происходят удары и остановка вала. Работа устройства становится неустойчивой.

Порошок доменного шлака, полученный измельчением в валковой мельнице, а затем в предлагаемом устройстве, имеет тонину, достаточную для использования в бесцементном производстве строительных изделий.

Использование: при измельчении и механической активации материалов в металлургической, строительной и химической промышленностях. Сущность изобретения: устройство для измельчения порошков содержит вертикальный цилиндрический корпус с входным отверстием на верхней торцовой стенке и выходным на нижней стенке. Диаметр вала мешалки в той части вала которая во время работы погружена в мелющую загрузку, выполняют большим на 0,5 диаметра корпуса мешалки. Расстояние между поверхностью вала и корпуса должно быть не менее двух диаметров размольных шаров. 1 ил. 1 табл.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПОРОШКОВ, содержащее вертикальный цилиндрический корпус с входным отверстием на верхней торцевой стенке и выходным на нижней торцевой стенке, мешалку, на валу которой расположены лопасти, и размольные шары, отличающееся тем, что диаметр рабочей части вала мешалки выполнен на 0,5 больше внутреннего диаметра корпуса, а расстояние между цилиндрическими поверхностями вала и корпуса не менее двух диаметров размольных шаров.