УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СУХИМ СПОСОБОМ ТВЕРДЫХ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2002 года по МПК B07B13/16 

Изобретение относится к технологии разделения сухим способом твердых сыпучих материалов, хранящихся навалом, преимущественно отходов листового стекла (стеклобой), и может быть использовано в технологии измельчения материала в молотковых дробилках для получения порошков определенного гранулометрического состава, в частности, для производства стеклянных микросфер.

Использование стеклобоя является важнейшим источником экономии сырьевых ресурсов. При этом сбор, транспортировка и особенно сортировка отходов являются самыми дорогостоящими и трудоемкими технологическими этапами, на долю которых приходится до 75% общей суммы расходов на переработку.

Для получения некоторых видов изделий используется преимущественно бесцветное оконное стекло, отходы которого имеют максимальный размер в несколько десятков сантиметров, хранятся и транспортируются навалом. Последующая переработка, например, для производства гранул идеально сферической формы предполагает получение исходного порошка размером от 5 до 1000 мкм. Это достигается использованием молотковых дробилок в сочетании с грохотами и ситами.

Материал, предназначенный для переработки в молотковой дробилке, должен иметь размеры, не превышающие ширины горловины дробилки, и поступать туда в виде равномерного, монослойного потока, что требует наличия эффективной системы разделения сыпучих отходов.

Известен широкий перечень устройств для разделения и транспортирования твердых сыпучих материалов, в основе которых лежат различные физические принципы. Одним из таких является принцип, основанный на различных скоростях движения частиц по поверхности, обусловленных различными коэффициентами трения материалов (относительное трение).

Например, "Устройство для отделения сферических твердых частиц от частиц неправильной формы" [Пат. РФ, 1478997, МПК В 07 В 13/00, приор.21.09.82], содержащее горизонтальный вращающийся стол с вогнутой конусной поверхностью и центральным отверстием. Сверху стола, вблизи к внешнему контуру, расположены вертикальные трубы для подачи материала и тангенциально косо расположенные скребки для удаления частиц неправильной формы. Разделение частиц осуществляется по различию их коэффициентов трения по столу: круглые частицы при заданной скорости вращения катятся к центру отверстия, а частицы неправильной формы принудительно удаляются скребками за пределы внешнего контура стола. Такое устройство не позволяет разделять плоские сыпучие материалы.

Известен также сепаратор для разделения сыпучих материалов [Пат. РФ, 2017552, МПК В 07 В 13/10, приор. 03.04.91], включающий несколько соосных винтовых желобов с наклоном днищ в сторону вертикальной оси симметрии. Шаг навивки винтовых желобов выполнен плавно уменьшающимся от верха к низу устройства. Чем меньше коэффициент трения гранул, тем выше скорость их скольжения по винтовому желобу и тем больше центробежное ускорение, а следовательно, тем дальше от центра они смещаются. На этом принципе основано разделение. Сепарация в таком устройстве малоэффективна и невысокого качества, так как частицы за счет взаимного трения увлекают друг друга в противоположные стороны, препятствуя сепарации. Другой существенный недостаток - повышенные габариты устройства. Устройство не пригодно для разделения плоских материалов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для раскладки кусков минерального сырья [Авт. св. СССР, 1607980, МПК 07 В 13/16, 15/00, приор. 23.11.87], включающее размещенные вдоль продольной оси симметрии разгрузочное устройство, устройство формирования потока в виде вибролотка, установленного под углом к горизонту, обеспечивающим скольжение материала по его поверхности, и сопряженную с ним установленную с подъемом вверх транспортерную ленту. При этом вибролоток установлен у боковой стороны барабана ленточного транспортера так, что его дно расположено выше оси барабана транспортера и ниже поверхности транспортерной ленты. Сырье в вибролотке располагается многослойно и движется непрерывно со стабилизированной скоростью (по всей видимости, вибролоток снабжен средствами регулировки линейной скорости движения материала). Основным недостатком этого устройства является малая эффективность сепарации, обусловленная короткой длиной рабочей зоны сепарации (9,16 см) у дуги барабана с углом, равным 35^o, что меньше среднестатистического размера фракции. При этом по длине дуги углы наклона к горизонту переменны и составляют величину меньше или больше оптимальной, в результате чего процесс сепарации нестабилен и малоэффективен, так как кусок материала или вообще не захватывается, или захватываются сразу 2 слоя.

Нами предложен высокопроизводительный, экономичный сепаратор твердых плоских сыпучих материалов, преимущественно боя листового стекла, обеспечивающий с высокой степенью надежности разделение лежащего навалом материала путем организации его движения самосыпом с постепенным преобразованием многослойного потока в монослой.

Такой технический эффект достигнут нами, когда в устройстве для разделения сухим способом твердых сыпучих материалов, хранящихся навалом, преимущественно боя листового стекла, включающем размещенные вдоль продольной оси симметрии формирователь потока в виде лотка, установленного под углом к горизонту, обеспечивающим скольжение материала по его поверхности, и сопряженную с ним установленную с подъемом транспортерную ленту, новым является то, что рабочая поверхность лотка выполнена из центральной и боковых частей, контур центральной части имеет форму треугольника, расположенного основанием к разгрузочному люку контейнера, с шириной В не менее ширины разгрузочного люка, и вершиной, сопряженной с прямым участком транспортерной ленты, при этом угол α при вершине треугольника найден из условия 20^o<α<80^o, боковые части лотка выполнены в виде примыкающих к сторонам треугольника и сходящихся при его вершине желобов, выполненных уступом вниз, возрастающим по направлению к транспортерной ленте, и суммарной шириной, не превышающей ширины рабочей зоны транспортерной ленты, а угол подъема β транспортерной ленты найден из соотношения T₁ ^o<β<Т₂ ^o, где T₁ - угол трения сепарируемого материала по сепарируемому материалу, Т₂ - угол трения сепарируемого материала по материалу транспортерной ленты, днища желобов выполнены наклонными в сторону грани уступа на угол δ, найденный из соотношения δ = arctg(tgα/2•tgβ), при этом глубина желоба со стороны, противоположной уступу, не менее глубины уступа, величина которого не менее 0,6 максимального размера фракции.

Новая совокупность существенных признаков позволила реализовать технологию разделения потока боя листового стекла, лежащего навалом, в монослой, обеспечивая самопроизвольное (самосыпом) формирование упорядоченного потока, исключая сцепление материала при сужении потока, при окончательном разделении в монослой на транспортерной ленте за счет относительного трения.

На Фиг.1 приведена схема технологической линии по дроблению стеклобоя в молотковой дробилке (вид сбоку), где размещенный вдоль продольной оси симметрии формирователь потока - лоток, состоящий из центральной части 1, боковых желобов 2, транспортерная лента 3 транспортера 4, транспортный контейнер 5 с разгрузочным люком 6, размещенный на регулируемом по высоте и наклону столе 7 с упорами 8, молотковая дробилка 9 с приемной горловиной 10.

АА - поперечное сечение лотка,
β - угол к горизонту подъема транспортерной ленты.

Стрелками обозначено направление движения сепарируемого материала.

На Фиг.2 приведена схема заявленного устройства (вид сверху), где центральная часть лотка 1 в виде треугольника, боковые желобы 2, транспортерная лента 3 транспортера 4, транспортный контейнер 5, разгрузочный люк 6, стол 7, упоры 8, дробилка 9 с горловиной 10.

СС - продольное сечение лотка.

В - ширина основания треугольника, D - ширина боковых желобов, S - ширина транспортерной ленты, L - длина центральной части лотка вдоль потока материала.

α - угол при вершине треугольника, сопряженной с прямым участком транспортерной ленты 3.

Стрелками обозначено направление движения сепарируемого материала.

На Фиг. 3 приведено поперечное сечение АА лотка, обозначенное на Фиг.1, где лоток 1, желоб 2.

В - ширина основания центральной части 1 лотка, D - ширина желоба, Н - высота уступа желоба в его начале.

δ - угол наклона днища желоба к грани уступа.

Стрелками обозначено направление движения сепарируемого материала с центральной части лотка в желобы.

На Фиг. 4 приведено продольное сечение СС лотка, обозначенное на Фиг.2, где лоток 1, желоб 2, транспортерная лента 3.

Н - высота уступа в начале желоба, H₁ - высота уступа в конце желоба у транспортерной ленты.

Устройство работает следующим образом. Из контейнера 5 сепарируемый материал высыпается навалом на наклонный лоток, ширина которого В не менее ширины разгрузочного люка 6 контейнера, что обеспечивает исключение потерь материала при загрузке. Толщина слоя сепарируемого материала на лотке может задаваться наклоном контейнера. Значительное превышение угла наклона контейнера по отношению к углу трения сепарируемого материала по материалу, из которого изготовлен пол контейнера 5, приводит к неоправданному увеличению толщины слоя, что в свою очередь ведет к увеличению давления слоя на движущуюся ленту 3 транспортера 4, приводящее к увеличению ее износа.

Угол наклона лотка к горизонту выбран из условия обеспечения свободного скольжения сепарируемого материала по поверхности, с учетом коэффициента трения сепарируемого материала по поверхности лотка, т.е. угол наклона лотка больше угла трения материала о лоток. Подходы к решению этой задачи известны. На лотке материал располагается навалом, многослойно. Благодаря выполнению лотка из центральной 1 и боковых 2 частей входной поток разделяется на 3 промежуточных потока. В силу того что центральная часть 1 лотка выполнена в форме треугольника, его боковые потоки повернуты относительно входного вправо и влево. Угол α при вершине треугольника выбран в пределах, обеспечивающих необходимую для формирования потока длину L и площадь лотка. Для сепарируемых материалов с небольшим размером фракций выбираются преимущественно углы больших размеров, для материалов с большим размером фракций - с меньшими. При чрезмерно большом угле происходит косое засыпание материала относительно оси симметрии транспортера, увеличивается трение сепарируемого материала о стенки желобов 2, что приводит к нежелательному увеличению поперечного наклона желобов на угол δ. Слишком малый угол при вершине неоправданно увеличивает габариты устройства.

Сужение потока материала на наклонном лотке выполняется не за счет сжатия потока с боков, при котором сцепленные листы затормаживаются и движение самосыпом не достигается, а за счет разрыва потока в вертикальном направлении на краях суживающейся центральной части лотка. При этом отдельные листы расцепляются друг от друга и падают вниз на левый и правый желобы. Экспериментально найденная высота Н падения, так же как и высота противоположной стенки желоба, выбрана не менее 0,6 максимального размера фракции сепарируемого листового боя, что обеспечивает надежное разделение кусков при падении материала в желобы. Высота Н уступа вниз у боковых желобов переменна по их длине: чем дальше от загрузочного контейнера, тем уступ глубже, высота у транспортерной ленты - H₁. Это, с одной стороны, поддерживает оптимальную высоту падения кусков материала при увеличивающейся толщине слоя на дне желоба по мере падения материала вниз с центральной части лотка и заполнения желобов, а с другой стороны, обеспечивает создание одинаковых условий скольжения материала на центральной и боковых частях лотка с учетом законов пространственной геометрии, так как длина желобов больше, чем длина центральной части лотка в 1/cos(α/2) раз. Перепад высот уступа в конце и начале желобов определяется следующим соотношением:
H₁-H= L•sin (α/2)([1/cos (α/2)-1], где L - длина центральной части лотка вдоль потока материала.

Боковые желобы 2 своими нижними концами сопряжены с транспортерной лентой 3. С целью обеспечения минимального зазора по всей длине линии сопряжения днища желобов выполнены наклонно к грани уступа, угол δ наклона выбран из соотношения, связывающего этот угол с углом α при вершине треугольника и углом β подъема транспортерной ленты, и рассчитывается по формуле δ = arctg(tgα/2•tgβ). Угол "перекоса" нижнего торцевого края желоба относительно продольной оси симметрии целесообразно выполнять равным 90^o - α, что соответствует приведенной выше зависимости. При этом нижний конец желоба будет прямоугольным.

Суммарная ширина желобов в зоне сопряжения с прямым участком транспортерной ленты 3 не превышает ширины S рабочей зоны транспортерной ленты, которая в свою очередь соотносится с шириной горловины 10 молотковой дробилки 9, и выбирается, как правило, несколько меньше, чем ширина горловины дробилки.

Транспортерная лента установлена с подъемом вверх на угол β, больший, чем угол трения сепарируемого материала по сепарируемому материалу и меньше угла трения сепарируемого материала по материалу транспортерной ленты. Это условие обеспечивает разделение кусков материала в монослой, т.к. при любой их толщине нижний слой материала сопряжен с материалом ленты транспортера и поэтому транспортируется в дробилку, все верхние слои материала соскальзывают назад к основанию транспортерной ленты. При случайном захвате в начальной зоне транспортерной ленты двух слоев материала верхний слой неизбежно соскользнет в процессе транспортирования. Эффективность и рациональность принципа сепарации основана на том, что сепарация выполняется только в самом нижнем слое лежащего хаотично материала, а все верхние куски материала не участвуют в процессе сепарации.

Как правило, прямой участок транспортерной ленты заходит под желобы с целью исключения просыпания материала на пол. Величина захода транспортерной ленты под желобы обусловлена запасом прямого участка ленты транспортера, соответствующего диапазону регулировки длины транспортера при обеспечении натяжения ленты. Для гарантированного исключения потерь мелкой фракции в этой зоне торцевые концы желобов снабжены эластичным фартуком.

Для устранения колебаний транспортерной ленты и изменения угла ее наклона верхняя лента по всей длине между барабанами опирается на несущую, выполненную из дерева.

Массовая производительность (кг/час) подачи материала в дробилку определяется массовой производительностью последней, зависит от поперечного сечения монослоя материала на лотке и задается скоростью движения транспортерной ленты. Подходы к нахождению скорости движения транспортерной ленты известны.

Пример конкретного исполнения. На нашем предприятии было изготовлено по предлагаемому изобретению устройство для разделения боя листового стекла. Устройство после успешных испытаний было включено в технологическую линию по получению исходного стеклянного порошка определенного гранулометрического состава для производства микросфер.

В качестве боя листового стекла использовались отходы стекольного производства (размер фракции до 300 мм, толщина 4 мм), поступающие в транспортных контейнерах грузоподъемностью 3 т и габаритами 1,8 х 1,8 х 0,8 (м) (длина, ширина, высота). Контейнер 5 размещали на столе 7 перед основанием центральной части 1 лотка. Наклон контейнера 5 выполняли с помощью электротали грузоподъемностью 5 т. Угол наклона контейнера составлял 16^o. Уступы 8 у стола не позволяют при наклоне соскальзывать контейнеру на лоток. Стеклобой высыпался через открывающийся в боковой стенке разгрузочный люк 6. Размеры люка составляли 1,8 х 0,6 (м). Стеклобой поступал на центральную часть 1 лотка, установленного под углом к горизонту, равным 16^o. Этот угол обеспечивал свободное скольжение стеклобоя по поверхности лотка, изготовленного из стали (угол трения стекла по стали 15^o).

Ширина центральной части лотка составляла 2,4 м, т.е. с запасом по 300 мм с каждой стороны разгрузочного люка. Угол при вершине центральной треугольной части лотка был выбран 46^o, длина L центральной части лотка вдоль потока материала составила 2,8 м.

Высота Н уступа была выбрана экспериментально и в начале боковых желобов составила 0,2 м, в конце желобов, у транспортерной ленты 0,3 м. Суммарная ширина желобов составила 500 мм, т.е. по 250 мм каждый желоб. Ширина S транспортерной ленты 600 мм, угол β ее подъема 18^o±2^o (угол трения стекла по стеклу равен 11^o, стекла по резиновой транспортерной ленте 22^o). Регулировка угла подъема транспортера осуществлялась двумя винтовыми домкратами в средней части и консольным регулируемым столиком в задней части.

Днища желобов были изготовлены под углом к грани уступа на угол δ, равный приблизительно 8^o. Для точного сопряжения желобов с лентой транспортера и исключения падения на пол мелких осколков концы желобов в месте сопряжения с лентой снабжены резиновым фартуком длиной 100 мм, тем самым компенсируя колебания ленты и деформации желобов.

Молотковая дробилка 9 типа МД - 5х5, конструкции НИИ "Механобр", г. С-Петербург. Горловина 10 дробилки имела размеры 0,6 х 0,25 (м). Производительность дробилки до 1500 кг/ч. Поэтому скорость транспортерной ленты была равна 9 м/мин.

Устройство разделения сыпучих материалов предложенной конструкции за смену (6 ч) разделяет до 9 т материала. Установка проработала 3 месяца, сбои и износ ленты транспортера при работе не зафиксированы. Сепарирование в монослой осуществлялось автоматически и бесперебойно.

Таким образом, предложена эффективная, надежная и простая в эксплуатации, не требующая регулировки дозирования материала установка для разделения сыпучих материалов. Установка не требует использования таких энергоемких агрегатов, как вибролоток и электрическая система автоматической регулировки подачи материала.

Работа без использования режима вибрации минимизирует образование стекольной пыли.

Изобретение относится к технологии разделения сухим способом твердых сыпучих материалов, преимущественно боя листового стекла, и может быть использовано в технологии измельчения материалов в молотковой дробилке для получения порошков определенного гранулометрического состава. Технический результат - высокопроизводительное и экономичное разделение плоских сыпучих материалов, преимущественно боя листового стекла, обеспечение высокой степени надежности разделения лежащего навалом материала. Устройство включает размещенные вдоль продольной оси симметрии формирователь потока в виде лотка, установленного под углом к горизонту, обеспечивающим скольжение материала по его поверхности, и сопряженную с ним установленную с подъемом транспортерную ленту. Рабочая поверхность лотка выполнена из центральной и боковых частей, контур центральной части имеет форму треугольника, расположенного основанием к разгрузочному люку контейнера, с шириной В не менее ширины разгрузочного люка, и вершиной, сопряженной с прямым участком транспортерной ленты. Угол α при вершине треугольника найден из условия 20^o<α<80^o, боковые части лотка выполнены в виде примыкающих к сторонам треугольника и сходящихся при его вершине желобов, выполненных уступом вниз, возрастающим по направлению к транспортерной ленте, и суммарной шириной, не превышающей ширины рабочей зоны транспортерной ленты, а угол подъема β транспортерной ленты найден из соотношения Т^o ₁<β<Т^o ₂, где Т₁ - угол трения сепарируемого материала по сепарируемому материалу, Т₂ - угол трения сепарируемого материала по материалу транспортерной ленты, днища желобов выполнены наклонными в сторону грани уступа на угол δ, найденный из соотношения δ = arctg(tgα/2×tgβ), при этом глубина желоба со стороны, противоположной уступу, не менее глубины уступа, величина которого не менее 0,6 максимального размера фракции. 4 ил.

Устройство для разделения сухим способом твердых сыпучих материалов, хранящихся навалом, преимущественно боя листового стекла, включающее размещенные вдоль продольной оси симметрии формирователь потока в виде лотка, установленного под углом, обеспечивающим скольжение материала по его поверхности, и сопряженную с ним транспортерную ленту, установленную с подъемом вверх, отличающееся тем, что рабочая поверхность лотка выполнена из центральной и боковых частей, контур центральной части имеет форму треугольника, расположенного основанием к разгрузочному люку контейнера, с шириной В не менее ширины разгрузочного люка, и вершиной, сопряженной с прямым участком транспортерной ленты, при этом угол α при вершине треугольника найден из условия 20^o<α<80^o, боковые части лотка выполнены в виде примыкающих к сторонам треугольника и сходящихся при его вершине желобов, выполненных уступом вниз, возрастающим по направлению к транспортерной ленте, и суммарной шириной, не превышающей ширины рабочей зоны транспортерной ленты, угол подъема β транспортерной ленты найден из соотношения Т₁ ^o<β<Т₂ ^o, где Т₁ - угол трения сепарируемого материала по сепарируемому материалу; Т₂ - угол трения сепарируемого материала по материалу транспортерной ленты, днища желобов выполнены наклонными в сторону грани уступа на угол δ, найденный из соотношения δ = arctg(tgα/2•tgβ), при этом глубина желоба со стороны, противоположной уступу, не менее глубины уступа, величина которого не менее 0,6 максимального размера фракции.