СПОСОБ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ И МЕЛЬНИЦА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК B02C13/14 B02C13/30 

Изобретение относится к технологии и технике измельчения материала и может быть использовано в энергетике, строительной, горнорудной, металлургической, химической отраслях промышленности.

Известен способ измельчения материала (авторское свидетельство СССР №651845, B02C 19/00 от 9.03.1976 г., А.В. Ягупов. «Способ измельчения материала»// Бюл. №10 от 15.03.1979 г.), заключающийся в измельчении материала путем соударения частиц и кусков друг о друга, при котором материал формируют в виде вертикального кольцевого столба. Нижнюю часть этого столба вращают с окружной скоростью 10-70 м/с, а давление материала на нижнюю часть столба поддерживают равным 0,05-0,15 МПа.

Недостатком приведенного выше способа является низкая производительность вследствие того, что измельченный материал задерживается в зоне активного измельчения.

Известна мельница динамического самоизмельчения (патент SU 1308382 от 30.12.85 г., А.В. Ягупов, В.Н. Хетагуров, М.В. Гегелашвили, Е.М. Фридман. «Мельница динамического самоизмельчения» // Бюл. №17 от 07.05.1987 г.) содержащая, вертикально расположенный цилиндрический корпус с соосно установленным в нем валом, на котором смонтирован чашеобразный ротор с радиальными перегородками и ситами. Под чашеобразным ротором смонтирован сосуд, сообщенный каналами с полостью последнего для подачи транспортирующего агента. Цилиндрический корпус выполнен с конусообразным кольцевым выступом, расположенным над верхней кромкой чашеобразного ротора, с полым цилиндром, расположенным концентрично валу и с вертикальными перегородками. При этом чашеобразный ротор выполнен в верхней части с внешней стороны с кольцевым карманом, свободная кромка которого расположена у внешней поверхности конусообразного кольцевого выступа, а сита вмонтированы в наклонную стенку чашеобразного ротора.

Недостатком данного технического решения является низкая производительность за счет низкой интенсивности соударений кусков измельчаемого материала при его циркулирующем движении, а также за счет образования застойных зон (в которых измельченный материал находится без движения).

Известна технология измельчения материала (описанная в патенте RU №2084287 от 30.11.1994 г. МПК B02C 13/14, Хетагуров В.Н., Ильяшик В.П., Чужинов А.И., «Мельница» // опубл. 20.07.1997 г.), согласно которой вращают чашеобразный ротор и в рабочее пространство мельницы непрерывно подают подлежащий измельчению материал, измельченный материал удаляют из рабочего пространства мельницы через перфорированный цилиндр и через сита чашеобразного ротора.

Недостатком указанной технологии является низкая производительность, обусловленная образованием застойных зон, задерживанием измельченного материала в зоне активного измельчения, низкой интенсивностью соударений кусков измельчаемого материала при его циркулирующем движении.

Наиболее близкой, по технической сущности, к заявленной мельнице является мельница (патент RU №2084287 от 30.11.1994 г., Хетагуров В.Н., Ильяшик В.П., Чужинов А.И., «Мельница» // опубл. 20.07.1997 г.), содержащая цилиндрический корпус, в верней части которого установлена крышка, а в нижней - внутренний кольцевой выступ с окнами, на котором концентрично цилиндрическому корпусу установлен перфорированный цилиндр, накрытый сверху кольцом, соосно цилиндрическому корпусу установленный вал, соединенный в верхней части с чашеобразным ротором, имеющим радиальные перегородки, сита и отогнутый от центра горизонтальный участок, расположенный над внутренним кольцевым выступом, при этом поверхности внутреннего кольцевого выступа, перфорированного цилиндра, цилиндрического корпуса и кольца образуют камеру для вывода измельченного материала.

Недостатком указанного устройства является низкая производительность, обусловленная образованием застойных зон, задерживанием измельченного материала в зоне активного измельчения, низкой интенсивностью соударений кусков измельчаемого материала при его циркулирующем движении.

Задачей изобретения является повышение производительности мельницы.

Технический результат заключается в своевременной эвакуации измельченного материала из зоны активного измельчения, в ликвидации застойных зон, в создании высокой интенсивности соударений кусков измельчаемого материала при его циркулирующем движении, что приведет к увеличению образования измельченного материала в единицу времени.

Указанный технический результат достигается тем, что способ измельчения материала включает вращение чашеобразного ротора, непрерывную подачу в рабочее пространство мельницы подлежащего измельчению материала, удаление измельченного материала из рабочего пространства мельницы через перфорированный цилиндр и через сита чашеобразного ротора, при этом цилиндрический корпус мельницы периодически растормаживают, причем отношение времени, в течение которого, цилиндрический корпус расторможен ко времени, в течение которого цилиндрический корпус заторможен, выдерживают равным 0,03-0,1.

Указанный технический результат достигается тем, что мельница для измельчения материала содержит цилиндрический корпус, в верней части которого установлена крышка, а в нижней - внутренний кольцевой выступ с окнами, на котором концентрично цилиндрическому корпусу закреплен перфорированный цилиндр, накрытый сверху кольцом, соосно цилиндрическому корпусу установленный вал, соединенный в верхней части с чашеобразным ротором, имеющим радиальные перегородки, сита и отогнутый от центра горизонтальный участок, расположенный над внутренним кольцевым выступом, при этом поверхности внутреннего кольцевого выступа, перфорированного цилиндра, цилиндрического корпуса и кольца образуют камеру для вывода измельченного материала, при этом мельница дополнительно снабжена тормозным устройством, состоящим из цапфы, неподвижной траверсы, нажимного диска, подшипникового узла неподвижной траверсы, подшипникового узла нажимного диска, возвратной пружины, рычага, причем рычаг установлен на неподвижной шарнирной опоре и соединен с нажимным диском через подшипниковый узел нажимного диска, при этом нажимной диск имеет коническую наружную поверхность, шлицы на внутренней цилиндрической поверхности и опирается на возвратную пружину, которая установлена на неподвижной траверсе, имеющей коническую внутреннюю поверхность и подшипниковый узел неподвижной траверсы, в котором установлена цапфа, выполненная в виде втулки со шлицами на наружной цилиндрической поверхности, причем шлицы цапфы находятся в зацеплении со шлицами нажимного диска, а сама цапфа жестко соединена с крышкой цилиндрического корпуса и расположена с ней на одной оси.

На фиг.1 показана конструкция мельницы; на фиг.2 - разрез A-A.

Мельница состоит из цилиндрического корпуса 1, в верней части которого жестко установлена (посредством разъемного соединения) крышка 2, а в нижней (также посредством разъемного соединения) установлен внутренний кольцевой выступ 3 с окнами 4. На внутреннем кольцевом выступе 3 концентрично цилиндрическому корпусу 1 жестко закреплен перфорированный цилиндр 5, накрытый сверху кольцом 6, жестко с ним связанным и позиционирующим перфорированный цилиндр 5 в цилиндрическом корпусе 1. Тем самым цилиндрический корпус 1 представляет собой жесткую пространственную конструкцию, состоящую из перечисленных выше элементов.

Соосно цилиндрическому корпусу 1, в подшипниковой опоре 7, установлен вал 8, соединенный в верхней части с чашеобразным ротором 9. Чашеобразный ротор 9 выполнен в виде полого, усеченного конуса и имеет радиальные перегородки 10, сита 11, отогнутый от центра горизонтальный участок 12. Отогнутый от центра горизонтальный участок 12 расположен над внутренним кольцевым выступом 3. Поверхности внутреннего кольцевого выступа 3, перфорированного цилиндра 5, цилиндрического корпуса 1 и кольца 6 образуют камеру 13, для вывода измельченного материала из рабочего пространства мельницы. При этом рабочее пространство мельницы образовано внутренними поверхностями чашеобразного ротора 9 и перфорированного цилиндра 5.

Мельница дополнительно снабжена тормозным устройством 14, состоящим из: цапфы 15, неподвижной траверсы 16, нажимного диска 17, подшипникового узла неподвижной траверсы 18, подшипникового узла нажимного диска 19, возвратной пружины 20, рычага 21. При этом рычаг 21 установлен на неподвижной шарнирной опоре 22 и соединен с нажимным диском 17 через подшипниковый узел нажимного диска 19. Нажимной диск 17 имеет коническую наружную поверхность, шлицы 23 на внутренней цилиндрической поверхности и опирается на возвратную пружину 20, которая установлена на неподвижной траверсе 16. Неподвижная траверса 16 имеет коническую внутреннюю поверхность и подшипниковый узел неподвижной траверсы 18, в котором установлена цапфа 15, выполненная в виде втулки со шлицами 24 на наружной цилиндрической поверхности. Шлицы 24 цапфы 15 находятся в зацеплении со шлицами 23 нажимного диска 17, а сама цапфа 15 жестко соединена с крышкой 2 цилиндрического корпуса 1 и расположена с ней на одной оси.

Из камеры 13 измельченный материал через окна 4 попадает в сборник 25, откуда уже готовый продукт выводится через патрубок 26. Для загрузки исходного материала предусмотрена воронка 27, соединенная с цапфой 15.

В соответствии с заявленным способом, описанная выше мельница работает следующим образом.

Первоначально, через вал 8, приводят во вращение чашеобразный ротор 9. Непрерывно через воронку 27 и отверстие в цапфе 15 подают в рабочее пространство мельницы, образованное внутренними поверхностями чашеобразного ротора 9 и перфорированного цилиндра 5, подлежащий измельчению материал. При этом цилиндрический корпус 1 мельницы заторможен тормозным устройством 14, и материал формируется в виде вертикального цилиндрического столба. Попадая в чашеобразный ротор 9, куски измельчаемого материала сталкиваются с радиальными перегородками 10, и если энергии удара достаточно, то происходит разрушение куска, а если недостаточно, то происходит накопление потенциальной энергии упругой деформации в теле куска. Далее под действием центробежных сил измельчаемый материал вытесняется из чашеобразного ротора 9, проходя на своем пути сита 11, где частицы, соразмерные с отверстиями сит 11, выводятся в сборник 25. Вытесненные из чашеобразного ротора 9 куски измельчаемого материала попадают в цилиндрический корпус 1 - в зону активного измельчения, где вовлекаются в циркулирующее движение: вверх по винтовой линии вдоль перфорированного цилиндра 5, затем к оси цилиндрического корпуса 1 и далее по винтовой линии вниз в чашеобразный ротор 9. При таком циркулирующем движении куски измельчаемого материала непрерывно соударяются друг с другом, при этом на поверхностях кусков образуются локальные участки с высокими значениями контактных напряжений, что приводит к высвобождению накопленной ранее потенциальной энергии упругой деформации и измельчению материала. Далее производят растормаживание цилиндрического корпуса 1, снятием усилия с рычага 21 (усилие на рычаге 21 может обеспечиваться механическим, гидравлическим и др. приводом), при этом под действием возвратной пружины 20 разомкнутся нажимной диск 17 и неподвижная траверса 16. Весь материал, находящийся в рабочем пространстве, переходит во вращательное движение вокруг оси цилиндрического корпуса 1. Возникает переходной процесс, сопровождающийся активным перераспределением слоев измельчаемого материла, с ликвидацией застойных зон и эвакуацией уже измельченного материла из активной зоны измельчения. Причем более мелкие частицы под действием центробежных сил концентрируются непосредственно на внутренней поверхности перфорированного цилиндра 5. Далее, производят затормаживание цилиндрического корпуса 1, что вызывает переходной процесс от вращательного движения к циркулирующему, характеризующийся вовлечением всего объема материала в активное взаимодействие. При этом повышается количество соударяющихся друг с другом кусков измельчаемого материла и активно выводится из рабочего пространства мельницы, через перфорированный цилиндр 5, измельченный материал, эвакуированный из зоны активного измельчения и из разрушенных застойных зон. Измельченный материал попадает в камеру 13, откуда через окна 4 выводится в сборник 25. Часть измельченного материала, полученного в начальной стадии работы мельницы, попадает в кольцевой зазор между перфорированным цилиндром 5 и отогнутым от центра горизонтальным участком 12, заполняет его и уплотняется, препятствуя попаданию в продукты размола крупных частиц, ухудшающих общий гранулометрический состав измельчения. Отношение времени, в течение которого цилиндрический корпус 1 расторможен ко времени, в течение которого цилиндрический корпус 1 заторможен, выдерживают равным 0,03-0,1. Такой интервал необходим для того, чтобы при заторможенном цилиндрическом корпусе 1 куски измельчаемого материла, участвующего в циркулирующем движении, накопили достаточную потенциальную энергию упругой деформации, и для того чтобы образовался определенный объем измельченного материала в активной зоне измельчения. А также для того, чтобы при переходных процессах от циркулирующего движения к вращательному и от вращательного к циркулирующему создать высокую интенсивность соударений кусков измельчаемого материала, обеспечить своевременную эвакуацию измельченного материала из активной зоны измельчения и ликвидировать застойные зоны. При работе мельницы, когда отношение времени, в течение которого цилиндрический корпус 1 расторможен ко времени, в течение которого цилиндрический корпус 1 заторможен, выше 0,1 снижается эффективность, так как измельчаемый материал не успевает накопить достаточную потенциальную энергию упругой деформации, а также потому, что не образовался определенный объем измельченного материала в активной зоне измельчения. При работе мельницы, когда отношение времени, в течение которого, цилиндрический корпус 1 расторможен ко времени, в течение которого, цилиндрический корпус 1 заторможен, ниже 0,03 эффективность снижается, так как материал эвакуируется из рабочего пространства несвоевременно и подвержен переизмельчению.

Таким образом, предлагаемый способ в сочетании с мельницей для его осуществления позволяет обеспечить своевременную эвакуацию измельченного материала из активной зоны измельчения, ликвидировать застойные зоны, создать высокую интенсивность соударений кусков измельчаемого материала при его циркулирующем движении, что приведет к увеличению образования измельченного материала в единицу времени.

Способ и мельница для измельчения могут быть использованы в энергетической, строительной, горнорудной, металлургической и химической отраслях. Мельница содержит цилиндрический корпус 1 с верхней крышкой 2 и нижним внутренним кольцевым выступом 3 с окнами 4. Перфорированный цилиндр 5 закреплен на выступе и накрыт кольцом 6. Вал 8 соединен с чашеобразным ротором 9. Ротор содержит радиальные перегородки 10, сита 11 и отогнутый от центра горизонтальный участок 12 над выступом. Тормозное устройство 14 состоит из цапфы 15, неподвижной траверсы 16 с конической внутренней поверхностью и подшипниковым узлом 18, нажимного диска 17 с подшипниковым узлом 19, возвратной пружины 20 и рычага 21. Рычаг на неподвижной шарнирной опоре соединен с диском через подшипниковый узел. Диск с конической наружной и внутренней цилиндрической шлицевой 23 поверхностями опирается на пружину. Пружина установлена на траверсе. Цапфа подшипникового узла траверсы расположена на одной оси и жестко соединена с крышкой корпуса. Наружными шлицами 24 цапфа находится в соединении с диском. Согласно способу измельчения в рабочее пространство непрерывно подают материал при вращении чашеобразного ротора. Корпус мельницы периодически растормаживают и затормаживают с временным соотношением 0,03-0,1. Изобретение повышает производительность путем ликвидации застойных зон и создания высокой интенсивности соударения кусков материала при циркулирующем движении. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ измельчения материала, включающий вращение чашеобразного ротора, непрерывную подачу в рабочее пространство мельницы подлежащего измельчению материала, удаление измельченного материала из рабочего пространства мельницы через перфорированный цилиндр и через сита чашеобразного ротора, отличающийся тем, что цилиндрический корпус мельницы периодически растормаживают, причем отношение времени, в течение которого цилиндрический корпус расторможен, ко времени, в течение которого цилиндрический корпус заторможен, выдерживают равным 0,03-0,1.

2. Мельница для измельчения материала, содержащая цилиндрический корпус, в верней части которого установлена крышка, а в нижней внутренний кольцевой выступ с окнами, на котором концентрично цилиндрическому корпусу закреплен перфорированный цилиндр, накрытый сверху кольцом, соосно цилиндрическому корпусу установленный вал, соединенный в верхней части с чашеобразным ротором, имеющим радиальные перегородки, сита и отогнутый от центра горизонтальный участок, расположенный над внутренним кольцевым выступом, при этом поверхности внутреннего кольцевого выступа, перфорированного цилиндра, цилиндрического корпуса и кольца образуют камеру для вывода измельченного материала, отличающаяся тем, что мельница дополнительно снабжена тормозным устройством, состоящим из цапфы, неподвижной траверсы, нажимного диска, подшипникового узла неподвижной траверсы, подшипникового узла нажимного диска, возвратной пружины, рычага, причем рычаг установлен на неподвижной шарнирной опоре и соединен с нажимным диском через подшипниковый узел нажимного диска, при этом нажимной диск имеет коническую наружную поверхность, шлицы на внутренней цилиндрической поверхности и опирается на возвратную пружину, которая установлена на неподвижной траверсе, имеющей коническую внутреннюю поверхность и подшипниковый узел неподвижной траверсы, в котором установлена цапфа, выполненная в виде втулки со шлицами на наружной цилиндрической поверхности, причем шлицы цапфы находятся в зацеплении со шлицами нажимного диска, а сама цапфа жестко соединена с крышкой цилиндрического корпуса и расположена с ней на одной оси.