СПОСОБ ТОНКОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ И ДИСКОВАЯ МЕЛЬНИЦА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B02C7/08 B02C19/00 

Изобретение относится к технике измельчения материалов и может быть широко использовано для тонкого измельчения различных материалов, включая трудно размалываемые и взрывоопасные, а также их смесей в химической, горно-рудной, строительной и пищевой и других отраслях промышленности, в металлургии.

Известно, что измельчение материала происходит либо посредством ударов частиц о преграду или друг о друга либо посредством истирания материала. При этом ограничивается тонкость измельчения и однородность гранулометрического состава из-за комкования частиц при сильном ударе, а также снижается чистота конечного продукта из-за намола материала мелющих тел и узлов при трении материала в процессе измельчения истиранием.

Известен способ измельчения материала, по которому измельчение материала осуществляется посредством его истирания об элементы дисков. При вращении дисков с переменной скоростью на материал действуют центробежные силы, причем внешние слои материала, прилегающие к рабочим поверхностям дисков, движутся с различными скоростями. При изменении разности скоростей дисков усиливается процесс самоизмельчения материала при смещении внешних слоев друг относительно друга, а также идет истирание материала рабочими поверхностями [1]
Недостатком указанного способа является высокий намол металла млеющих элементов в конечном продукте из-за значительного износа дисков устройства. Кроме того, при указанном способе невозможно обеспечить равномерный гранулометрический состав при измельчении смеси различных материалов, производительность процесса невысока, высоки энергетические затраты.

Известен выбранный в качестве прототипа способ тонкого измельчения материала, по которому измельчение материала осуществляется в разреженной среде. При указанном способе измельчение происходит только посредством многократных ударов частиц материала, например, о выступы размалывающих дисков, при этом давление разреженной среды должно быть не более 10 мм рт.ст. [2]
При ударе частиц измельчаемого материала о преграду происходит интенсивный износ последней, что приводит к намолу материала преграды и снижению чистоты конечного продукта. При этом однородность гранулометрического состава и тонкость измельчения недостаточна, так как при ударе при достижении определенных размеров частиц происходит их комкование (вторичное слипание), что практически приводит к прекращению процесса измельчения. Эти недостатки усугубляются тем, что при снижении степени разрежения среды в рабочей зоне происходит дестабилизация процесса формирования оптимально направленного потока измельчаемого материала, повышается сопротивление перемещению частиц, что отрицательно сказывается на достигаемой тонкости измельчения и однородности гранулометрического состава конечного продукта. При этом для достижения и поддержания требуемой степени разрежения требуются специальные конструкции уплотнений и значительные энергетические затраты.

Известна дробилка для измельчения замороженных материалов, содержащая загрузочно-дозирующее устройство, корпус с размещенными внутри вращающимися роторами, систему вакуумирования зоны измельчения материала и устройство для выгрузки продуктов измельчения. Ротор выполнен в виде установленного на валу сменного диска и размещенных над ним молотков. Корпус имеет отбойное кольцо конического профиля с зубцами, уменьшающимися по ходу материала [3]
При такой конструкции измельчение происходит вследствие удара частиц о молотки и частичного перетирания при транспортировке по поверхности отбойного кольца.

Однако практическое применение дробилки не обеспечивает требуемой эффективности процесса измельчение из-за необходимого равномерного предварительного дробления засыпаемого материала и низкой производительности вследствие малой скорости прохождения материала через зону измельчения и высокой вероятности заклинивания ротора. При этом в конечном продукте наблюдались высокий намол металла из-за износа элементов конструкции и неравномерный гранулометрический состав, так как максимальный размер частиц определяется калибрующим сечением рабочей зоны, а минимальный - характеристиками размалываемых материалов по истиранию. Недостатком конструкции является также высокое удельное потребление энергии.

Известна выбранная в качестве прототипа дисковая мельница, содержащая корпус, в котором соосно один над другим размещены с возможностью вращения в противоположные стороны два диска с Г-образными выступами. Диаметры дисков равны, выступы расположены по спиралям, ориентированным в направлении вращения, а внутренняя поверхность корпуса выполнена гладкой [4]
Измельчение материала и их смесей в дисковой мельнице такой конструкции также не обеспечивает высокой эффективности процесса. Так, конечный продукт содержит до 3% намола металла дисков и корпуса из-за их износа. Это объясняется тем, что при спиральном расположении дисков происходит перемещение самофутеровки вдоль Г-образных выступов под действием касательных сил, возникающих при вращении дисков, и как следствие износ выступов. Кроме этого, происходит износ корпуса, поскольку измельчаемый материал контактирует непосредственно с его поверхностью. Неудовлетворительными являются гранулометрический состав и тонкость помола, поскольку при равных размерах дисков происходит одноразовый контакт материала с выступами обоих дисков, что снижает интенсивность процесса и приводит к увеличению его продолжительности и росту энергозатрат.

В основу настоящего изобретения поставлена задача в способе тонкого измельчения материалов путем изменения величины разрежения в рабочей зоне и дополнительного воздействия на материал и в дисковой мельнице для тонкого измельчения материала путем изменения конструкции элементов обеспечить чистоту конечного продукта, однородность его гранулометрического состава и высокую степень измельчения.

Поставленная задача решается тем, что в способе тонкого измельчения материалов, по которому измельчение осуществляют многократными ударами в разреженной среде, согласно изобретению, материал дополнительно подвергают истиранию, а давление разреженной среды не превышает 0,02 МПа.

Сочетание ударного воздействия на материал и его истирания обеспечивает более высокую степень измельчения и однородность гранулометрического состава, поскольку при таком воздействии исключается комкование конечного продукта. При этом снижение степени разрежения также приводит к этому результату, поскольку облегчается перемещение материала после ударного воздействия, при котором комкование не происходит и достижима любая тонкость измельчения.

Поставленная задача также решается тем, что в дисковой мельнице для тонкого измельчения материалов, содержащей загрузочно-дозирующее устройство, устройство выгрузки конечного продукта, корпус, в котором соосно один над другим размещены с возможностью вращения в противоположные стороны два диска с Г-образными выступами на их обращенных друг к другу поверхностях, согласно изобретению, один из дисков имеет диаметр, превышающий диаметр другого диска, выступы выполнены кольцевыми и размещены на периферии дисков, при этом полость корпуса сообщена со средством создания разрежения, а на внутренней поверхности корпуса на уровне выступа диска меньшего диаметра выполнена кольцевая канавка.

Отличительные особенности заявленной мельницы обеспечивают чистоту конечного продукта, однородность его гранулометрического состава и повышение тонкости измельчения. Это обеспечивается тем, что форма и расположение выступов и наличие канавки на поверхности корпуса исключает контакт измельчаемого материала в ходе процесса с элементами мельницы вследствие образования самофутеровки и ограничения ее перемещения вдоль элементов мельницы, что исключает их износ и намол материала элементов мельницы в конечном продукте.

При этом указанные конструктивные особенности обеспечивают как ударное воздействие на материал при прямом ударе частиц, так и истирание их. При косом ударе (под углом к поверхности удара), а также при внедрении частиц в слой самофутеровки, что положительно сказывается на тонкости измельчения и гранулометрическом составе.

Целесообразно, чтобы геометрические размеры дисков были заданы соотношениями:
D₂≥D₁ + 4b,
2,1h≥Z≥1,8h,
b (0,001.0,003)D₁,
где D₁, D₂ диаметры дисков;
Z зазор между поверхностями дисков;
h, b высота Г-образного выступа и ширина горизонтальной части.

Выполнение мельницы с такими размерами дисков обеспечивает благоприятные условия происхождения измельчаемого материала рабочей зоны, исключая возврат частиц материала для повторного измельчения.

Предпочтительно, чтобы диск меньшего диаметра был бы размещен напротив выходного отверстия загрузочно-дозирующего устройства.

Целесообразно также стенки кольцевой канавки на внутренней поверхности корпуса выполнить наклонными в сторону диска большего диаметра.

На фиг. 1 дана дисковая мельница, продольный разрез; на фиг. 2 узел на фиг. 1.

Способ тонкого измельчения материалов осуществляют в общем виде следующим образом. Обрабатываемый материал подают в зону измельчения, где создают пониженное давление не более 0,02 МПа. Затем материалу сообщают кинетическую энергию, при этом часть материала подвергается прямому удару о самофутеровку и происходит измельчение за счет удара. Другая часть направляется под углом к поверхности самофутеровки, в результате чего происходит косой удар и истирающее воздействие на материал как за счет трения о самофутеровку, так и за счет взаимного трения частиц материала, что приводит к разрушению частиц. Чередуя ударное и истирающее воздействия на материал, добиваются необходимого гранулометрического состава и тонкости измельчения. При повышении разрежения более 0,02 МПа усложняется конструкция мельницы и увеличиваются энергозатраты.

Наиболее эффективно предлагемый способ возможно осуществить на предлагаемой дисковой мельнице.

Как показано на фиг. 1, дисковая мельница содержит корпус 1, в котором соосно один над другим размещены диски 2 и 3, которые расположены в корпусе 1 с возможностью вращения в противоположные стороны, для чего снабжены приводами 4 и 5, включающими электродвигатели и шкивоременные передачи. На дисках 2 и 3 выполнены Г-образные выступы 6 и 7 соответственно. На каждом диске 2 и 3 выполнено по одному выступу, расположенному на периферии (фиг. 1,2). Нижний диск 3, расположенный напротив выходного отверстия загрузочно-дозирующего устройства 8, имеет диаметр меньше диаметра верхнего диска 2. На внутренней поверхности корпуса 1 на уровне выступа 7 выполнена кольцевая канавка 9, стенки которой наклонены в сторону выступа 6. Размеры дисков 2 и 3 и зазор между их обращенными друг к другу поверхностями заданы соотношениями:
D₂≥D₁ + 4b,
2,1 h≥Z≥1,8 h,
b (0,001.0,003) D₁,
где D₁, D₂ диаметры меньшего диска 3 и большего диска 2 соответственно;
Z зазор между поверхностями дисков 2 и 3;
h, b высота Г-образных выступов 6 и 7 и ширина их горизонтальной части.

Полость корпуса 1 соединена с накопителем 10 устройства выгрузки конечного продукта и сообщена со средством создания разрежения, выполненным, например, в виде вакуум-насоса 11. Диски 2 и 3 в корпусе 1 закреплены на валах 12, 13, установленных соответственно на подшипниках 14 и 15. Подача материала осуществляется через канал 16, выполненный в валу 12 большего диска 2.

В корпусе 1 посредством вакуум-насоса 11 создается и поддерживается давление не выше 0,02 МПа. Измельчаемый материал через загрузочно-дозирующее устройство 8 и канал 16 поступает в зазор между дисками 2 и 3, вращающимися в противоположные стороны от приводов 4 и 5 соответственно. Под действием центробежных сил материал перемещается к периферии диска 3, где из-за наличия выступа 7 вначале формируется слой 17 (фиг. 2) самофутеровки, а потом происходит его взаимодействие с частицами материала. При этом, обладая запасом кинетической энергии, частица материала с малыми ее потерями вследствие того, что объем разрежен и силы сопротивления малы, достигает слоя 17 самофутеровки и взаимодействует с ним. При большом запасе кинетической энергии и ориентации вектора скорости нормально к поверхности слоя 17 самофутеровки происходит разрушение частицы за счет прямого удара о поверхность слоя и истирание материала за счет трения при внедрении частицы в слой самофутеровки и при сдвиге внутри него самофутеровки от ударного действия частиц. При ориентации вектора скорости под углом к поверхности самофутеровки измельчение материала происходит за счет трения о поверхность самофутеровки внутреннего трения в этом слое. После достижения материалом слоя 18 самофутеровки выступа 6 происходит его взаимодействие по описанному выше механизму. После взаимодействия продукт измельчения перемещается на кромку выступа 6, откуда под действием центробежных сил устремляется к кольцевой канавке 9 корпуса 1 или поступает накопитель 10. Туда же поступают продукты окончательного измельчения материала после взаимодействия его по известному механизму со слоем 19 самофутеровки в кольцевой канавке 9.

Таким образом, в заявленном устройстве обеспечивается измельчение материалов и их смесей в среде разрежения посредством многократного удара в сочетании с истиранием при трении и сдвиге, причем из-за наличия взаимного контакта частиц при взаимодействиях обеспечивается измельчение частиц различных геометрических размеров, физических характеристик, с различными значениями кинетической энергии. Этим достигается высокая тонкость измельчения материала при равномерном гранулометрическом составе. Исключение контакта материала с мелющими элементами устройства уменьшает их износ,им намол металла в конечном продукте. Обеспечение воздействия на каждую частицу материала при ее движении, снижение сопротивления движению материала при обработке, повышение допустимого давления в корпусе повышает производительность процесса и снижает удельные энергозатраты.

Пример 1. Измельчают смесь, состоящую из 60% угля, 30% гранита, 10% известняка. Геометрические размеры элементов мельницы: D₁ 0,8 m, b 0,015 м, h 0,030 м, Z 0,06 м, D₂ 0,87 м. Скорость вращения дисков 6000 об/мин, разрежение в корпусе 0,02 МПа.

В результате получена гомогенизированная смесь с тонкостью измельчения 8700 см²/г. При этом производительность составила 12 т/ч, затраты электроэнергии 4,1 кВт/т, намол металла 0,11%
Пример 2. Измельчают кварцевый песок. Основные геометрические размеры элементов мельницы, как и в примере 1. Скорость вращения дисков 9000 об/мин, давление в рабочем объеме 0,018 МПа. В результате получен измельченный песок с тонкостью помола 17000 см², при затратах энергии 4,7 кВт/т. Намол металла 0,1%

Изобретение может быть применено в строительной, металлургической, химической и других отраслях промышленности. При реализации способа тонкого измельчения материалов происходит измельчение материала в разреженной среде как за счет многократного удара частиц, так и за счет истирания их при трении и сдвиге. Давление в рабочей среде непревышает 0,02 МПа. Дисковая мельница для тонкого измельчения материалов имеет загрузочно-дозирующее устройство 8 и накопитель устройства выгрузки конечного продукта 10, корпус 1 с размещенными в нем соосно один над другим дисками определенных геометрических размеров с кольцевыми Г-образными выступами по периферии. Корпус на внутренней поверхности имеет кольцевую проточку. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ тонкого измельчения материалов, по которому измельчение осуществляют многократными ударами в разряженной среде, отличающийся тем, что материал дополнительно подвергают истиранию, а давление разреженной среды не превышает 0,02 МПа. 2. Дисковая мельница для тонкого измельчения материалов, содержащая загрузочно-дозирующее устройство, устройство выгрузки конечного продукта, корпус, в котором соосно один над другим размещены с возможностью вращения в противоположные стороны два диска с Г-образными выступами на их обращенных друг к другу поверхностях, отличающаяся тем, что один из дисков имеет диаметр, превышающий диаметр другого диска, выступы выполнены кольцевыми и размещены на периферии дисков, при этом полость корпуса сообщена со средством создания разряжения, а на внутренней поверхности корпуса на уровне выступа диска меньшего диаметра выполнена кольцевая канавка. 3. Мельница по п.2, отличающаяся тем, что геометрические размеры дисков заданы соотношениями
D₂ ≥ D₁ + 4b;
2,1h ≥ Z ≥ 1,8h;
b (0,001 0,003)D₁,
где D₁, D₂ диаметры дисков;
Z зазор между дисками;
h, b высота Г-образного выступа и ширина его горизонтальной части. 4. Мельница по п.2, отличающаяся тем, что диск меньшего диаметра размещен напротив выходного отверстия загрузочно-дозирующего устройства. 5. Мельница по п.2, отличающаяся тем, что стенки кольцевой канавки, выполненной на внутренней поверхности корпуса, наклонены в сторону выступа большего диска.