СПОСОБ СМЕШИВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2009 года по МПК B01F3/18 B01F11/00 

Изобретение относится к смесеприготовлению, а конкретно к способам смешивания сыпучих материалов, и может быть использовано в порошковой металлургии, строительной и других отраслях промышленности.

Известен способ смешивания сыпучих материалов, включающий подачу воздуха и компонентов смеси тангенциально в емкость и перемешивание их во взвешенном состоянии. Подачу воздуха и отдельных компонентов смеси осуществляют совместно посредством всасывания за счет создания разрежения в емкости с одновременным дозированием тангенциальными патрубками и последующим смешиванием компонентов смеси в одной рабочей зоне (патент РФ №2294795, МПК B01F 3/18, B01F 13/02, опубл. 2007.03.10).

Недостатками данного способа являются:

- необходимость отвода воздуха в отдельные желоба, которые при смешивании высокодисперсных порошков приведет к потере через эти каналы порошка;

- при смешивании различных порошков потери более высокодисперсного порошка приведут к изменению состава смеси;

- необходимость использования дополнительного оборудования для создания разрежения в смесительной камере;

- слабое диспергирование конгломератов.

Также известен способ (прототип) смешивания сыпучих материалов, включающий создание псевдоожиженного слоя и подачу в него воздушного потока, отличающийся тем, что воздушный поток создают знакопеременным, а его скорость определяют по формуле V=V₀Sinϖt, где V₀ - амплитудное значение скорости, Sinϖ - угловая частота колебаний воздушного потока, совпадающая с частотой колебаний слоя материала, t - время (заявка №97102307, Способ смешивания сыпучих материалов и устройство для его осуществления, МПК B01F 3/18, B01F 11/00, опубл. 1999.07.20).

Недостатками данного способа являются:

- необходимость установки дополнительных устройств (мембраны со специальными грузами) для создания циклического потока воздуха;

- отсутствие возможности смешивания высоко- и ультрадисперсных порошков;

- неполное разрушение конгломерационных образований.

Задачей предлагаемого технического решения является создание процесса перемешивания порошков, различных по морфологии, химическому и гранулометрическому составу, в том числе высоко- и ультрадисперсных.

Технический результат настоящего изобретения достигается за счет создания высокого градиента давлений между надпорошковой и подпорошковой полостями смесительной камеры, увеличивающего эффективность пульсирующих ударов турбулентных потоков газа, повышая диспергацию порошковых конгломератов и усиливая процесс виброкипения.

Поставленная задача решается тем, что в способе смешивания сыпучих материалов, включающем создание псевдосжиженного слоя путем воздействия на них виброколебаниями, прилагаемыми к смесительной камере, и пульсирующими газовыми потоками, направленными на порошковый массив, согласно изобретению пульсирующий газовый поток создается движением порошка при свободном перетекании газа из полости над порошком в создающуюся полость под порошком по отводным каналам, а обратное движение газовых потоков идет при закрытых отводных каналах через порошковый массив, при этом виброобработку ведут с частотой колебаний µ=10-50 Гц, а амплитуду определяют по формуле А=(1÷7)·10^-4·µ, где А - амплитуда колебаний, м, µ - частота колебаний, Гц, 1÷7 - экспериментально определенный коэффициент, м·сек.

Сущность отличительных признаков заключается в следующем:

- создание высокого градиента давления между надпорошковой и подпорошковой зонами смесительной камеры движением порошка при свободном перетекании газа из полости над порошком в создающуюся полость под порошком по отводным каналам обеспечивает «разрыхление» порошкового массива;

- обратное движение газовых потоков идет при закрытых отводных каналах через порошковый массив, обеспечивая условия (высокое давление газа) аэроудара, выполняющего диспергирование конгломератов и усиление перемешивания;

- ведение виброобработки с частотой колебаний µ=10-50 Гц создает необходимый уровень виброкипения, при котором идет интенсивное перемешивание порошков;

- определение амплитуды колебаний по формуле А=(1÷7)·10^-4·µ, м создает необходимое ускорение движения смесительной камеры, обеспечивая необходимую длину пути движения порошковой массы относительно смесительной камеры.

Перемешивание порошков по предлагаемому способу ведется следующим образом: в смесительную камеру, закрепленную на виброплощадке, под которой находится механизм генерации упругих колебаний, засыпают набор порошков необходимого состава в произвольном порядке, затем камеру герметично закрывают крышкой и начинают виброобработку с частотой 10÷50 Гц и амплитудой, определенной по формуле А=(1÷7)·10^-4·µ, м. При колебаниях смесительной камеры в установленном выше режиме порошковая масса начинает двигаться относительно камеры. Движение порошкового массива относительно камеры вверх обеспечивает выдавливание газа (воздуха) из полости над порошком по отводным каналам в полость, образовавшуюся между дном камеры и порошком. При движении порошка вниз относительно камеры отводные каналы запираются клапаном и создается высокий перепад давления между надпорошковой и подпорошковой полостями, который разрежается за счет ударного потока газа (воздуха) через порошковую массу, при этом разбиваются конгломерационные образования и усиливается перемешивание.

Условие свободного перетекания воздуха (газа) при движении порошкового массива вверх относительно смесительной камеры из полости над порошком в полость под порошком необходимо, чтобы создать градиент давлений в этих зонах при движении порошка вниз и, тем самым, создать аэрационный удар по порошковому массиву, приводящему к разрушению конгломератов и усилению смешивающего действия колебаний.

Значение частоты колебаний 10÷50 Гц является теоретически определенным и экспериментально проверенным диапазоном, обеспечивающим необходимое виброкипение порошковой массы, создающим перемешивающий эффект. При более низких частотах колебаний теряется эффект перемешивания и появляется эффект сепарации. При более высоких частотах колебаний резко повышаются динамические нагрузки на конструкцию, происходит рассогласование движения порошкового массива и клапана, в результате чего теряется аэрационный эффект и интенсивно изнашиваются детали виброагрегата.

Амплитуда колебаний, определенная по формуле А=(1÷7)·10^-4·µ, м, обеспечивает необходимую длину пути порошкового массива, создающую то избыточное давление газа (воздуха) в подпорошковой полости, которое осуществляет разрушение конгломератов и усиливает перемешивание. При меньшей амплитуде потеряется аэрационный эффект и, следовательно, не будет разрушения конгломератов, а при большей - резко возрастут динамические нагрузки на конструкцию, что приведет к аварии.

Предлагаемый способ виброаэрационного смешивания различных порошков, включая высокодисперсные, был опробован в лабораторных условиях в ГУ Институт металлургии УрО РАН на специально сделанной для этого установке. Смешиванию подвергали следующие сочетания порошков: 65 об.% Al, 35 об.% Pb, 5 об.% Cu, гранулометрический состав соответственно 50÷60 мкм, 3÷5 мкм, 2÷10 мкм, и второй состав шихты: 80 об.% Cu, 15 об.% NbC, 5 об.% графит, гранулометрический состав соответственно 2÷10 мкм, 10÷20 мкм, 20÷60 мкм.

При смешивании варьировали частоту колебаний смесительной камеры от 10 до 45 Гц, а амплитуду от 2 до 12 мм. Во всем проверенном диапазоне колебаний получили качественно перемешанную шихту порошков и полное исчезновение конгломератов. Проверка качества перемешивания проводилась визуально, на пробах, взятых с разных участков порошкового массива, при шестидесятикратном увеличении. Проверка показала полное отсутствие конгломератов и однородность состава порошковой шихты.

Изобретение относится к смесеприготовлению и может быть использовано в порошковой металлургии, строительной и других отраслях промышленности. Создание псевдоожиженного слоя при смешивании сыпучих материалов обеспечивают путем воздействия на материалы виброколебаниями, прилагаемыми к смесительной камере, и пульсирующими газовыми потоками, направленными на порошковый массив. Для создания высокого градиента давления газа между надпорошковой и подпорошковой полостями камеры смешивания пульсирующий газовый поток создают движением порошка при свободном перетекании газа из полости над порошком в создающуюся полость под порошком по отводным каналам. Обратное движение газовых потоков идет при закрытых отводных каналах через порошковый массив. Виброобработку ведут с частотой колебаний µ=10-50 Гц, амплитуду определяют по формуле A=(1÷7)·10^-4·µ, где А - амплитуда колебаний, м, µ - частота колебаний, Гц, 1÷7 - экспериментально определенный коэффициент, м·сек. Технический результат состоит в повышении однородности смеси при отсутствии конгломератов.

Способ смешивания сыпучих материалов, включающий создание псевдоожиженного слоя путем воздействия на них виброколебаниями, прилагаемыми к смесительной камере, и пульсирующими газовыми потоками, направленными на порошковый массив, отличающийся тем, что пульсирующий газовый поток создается движением порошка при свободном перетекании газа из полости над порошком в создающуюся полость под порошком по отводным каналам, а обратное движение газовых потоков идет при закрытых отводных каналах через порошковый массив, при этом виброобработку ведут с частотой колебаний µ=10-50 Гц, а амплитуду определяют по формуле A=(1÷7)·10^-4·µ, где А - амплитуда колебаний, м, µ - частота колебаний, Гц, 1÷7 - экспериментально определенный коэффициент, м·сек.