СПОСОБ ДЕЗИНТЕГРИРОВАНИИЯ КУСКОВОГО СЫРЬЯ Российский патент 2020 года по МПК B02C13/22 

Изобретение относится к способам и устройствам для тонкого измельчения, смешивания, горизонтального и вертикального транспортирования, и механической активации материалов, в том числе с наноструктурой, и может быть использовано в химической, строительной и других отраслях промышленности, для переработке твердого кускового сырья, в частности отходов химических производств, например фторангидрита, к дезинтеграции кусковой горной массы, которая содержит частицы полезного компонента в обособленном виде, или в породных сростках.

Известен способ обогащения сырья с металлическими включениями. Способ включает подачу исходного сырья в пространство рабочей камеры, которая имеет донную часть и крышку, воздействие разрушающими элементами, распределение на компоненты, которые содержат и не содержат металл (И.М. Келина "Обогащение руд", М.: Недра, 1979 г., с.93).

Недостатком известного способа является его низкая производительность из-за цикличности технологического цикла дезинтеграции. Способ имеет ограниченное применение, так как он позволяет разделять исходное сырье, которое характеризуется низкой прочностью, или сырье, которое представлено сростками из крепких и не крепких компонентов.

Способ требует предварительной подготовки исходного сырья, что отрицательно сказывается на себестоимости конечного товарного продукта.

Известен способ дезинтеграции кускового сырья, который реализуется в способе обогащения сырья с металлическими включениями.

Известный способ включает подачу кускового сырья в ограниченное пространство рабочей камеры, воздействие на сырье в донной части разрушающими элементами, дезинтеграцию сырья и придание его частицам центробежного ускорения до столкновения их с боковой стенкой рабочей камеры и ее крышкой, извлечение дезинтегрованного сырья из бокового проема в рабочей камере и из ее донной части (Патент Украины на изобретение № 64672).

Недостатком известного способа является то, при дезинтеграции сырья, которое состоит из высокопрочных частиц, процесс их разрушения занимает продолжительный период времени.

Известен способ дезинтегрирования сырья (SU 1704821 A1, МПК B02C 13/22, опубл. 15.01.1991). Дисмембратор, реализующий указанный способ содержит корпус, внутри которого вертикально расположены ротор и неподвижный диск с концентрично установленными рядами штифтов, загрузочный и выгрузной патрубки. При этом штифты, распределены на подвижном диске по окружности, расположенной ближе к центру диска, и выполнены в поперечном сечении в виде прямоугольной формы. Остальные штифты, установленные на подвижном диске распределены равномерно по концентрическим окружностям, удаленным от центральной части диска выполнены в виде трапециевидной формы с углом наклона рабочих плоскостей к радиальной плоскости 4-6°. Штифты, расположенные на концентрических окружностях неподвижного диска выполнены в форме равнобочной трапеции с вогнутыми боковыми сторонами 9, центр кривизны которых расположен над меньшим основанием на расстоянии, равном 0,6-0,8 высоты трапеции, а радиус составляет 2,5-3,0 ее высоты.

Дезинтегрирование сырья в указанном способе осуществляется следующим образом. Исходный материал через загрузочный патрубок поступает в рабочую камеру, где последовательно измельчается на концентрично установленных рядах штифтов ротора и штифтов неподвижного диска и через выгрузной патрубок выводится наружу. При износе рабочих поверхностей штифтов вращения ротора дисмембратора меняют на противоположное. Выполнение штифтов указанной формы и параметров обеспечивает прямое центральное соударение с частицами измельчаемого материала без скольжения и истирания, что способствует повышению однородности продукта помола и срока службы штифтов. Возможность работы дисмембратора в реверсивном режиме также существенно увеличивает срок службы. Прямое соударение приводит к равномерному износу рабочих поверхностей штифтов, что оставляет неизменными качество помола в течение всего срока службы штифтов.

Недостатком данного измельчителя является то, что согласно рабочей гипотезе, разработанной И.А. Хинтом [Хинт И. А. Об основных проблемах механической активации. Таллин, 1977. Препринт 1.], активация определяется тремя параметрами: скоростью соударения, числом ударов и интервалом времени между последующими ударами. Мелющие элементы с круглым поперечным сечением дают материалу наиболее широкую гамму видов соударения от прямого удара до скользящего со всевозможными углами наклона, активизация материала происходит в широких пределах силовых воздействий от сил чистого сжатия до сдвиговых усилий, в зоне прямого удара материал активируется силами сжатия, и продукт получается преимущественно крупной фракции, в зоне скользящего удара материал активируется усилиями сдвига, и продукт получается преимущественно мелкой фракции. В дисмембраторе, реализующим упомянутый способ отсутствует скольжение и истирание частиц измельчаемого сырья, поэтому невозможно добиться максимальной тонины помола.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ, описанный в патенте (RU 2 668 675 C1, МПК B02C 13/22, опубл. 02.10.2018 Бол.№28). Способ–прототип включает в себя подачу кускового сырья в ограниченное пространство камеры помола, внутри которой расположено вертикально два параллельных диска, на обращенных друг к другу плоскостях которых радиально закреплены с зазорами относительно друг друга, разрушающие элементы (билы), разрушение кусков сырья, путем придания его частицам центробежного ускорения за счет вращения одного из дисков, и столкновения их с боковой стенкой рабочей камеры и разрушающими элементами (билами), и извлечение дезинтегрированного сырья из отверстия разгрузочного патрубка в рабочей камере, при этом дополнительно создают градиент давления в зазорах между рядами разрушающих элементов (билов) подвижного и неподвижного дисков, для чего в упомянутых зазорах повышают скоростной поток воздуха, с помощью которого инициируют разрежение на выходе загрузочного отверстия и избыточное давление в выгрузочном патрубке рабочих органов, для этого обращенные друг к другу поверхности подвижного и неподвижного дисков гофрируют, причем гофры выполняют в виде рассеченных в продольном направлении сопел Лаваля, которые равномерно располагают в радиальном направлении по поверхности дисков, при этом сужающаяся часть сопел располагают в направлении от загрузочного отверстия к средним радиальным рядам билов, а расширяющиеся части сопел располагают от средних радиальных рядов билов к выгрузному отверстию, расположенному в периферийной части дисков, при этом для усиления вентиляционного эффекта, возникающего в зазорах, на торце подвижного диска закрепляют вентиляционные лопасти, которые выполняют в виде плоских лопаток, повернутых под углом 45 градусов по отношению к направлению вращения подвижного диска, дезинтегрированный материал из разгрузочного отверстия по трубопроводу направляют на циклонную батарею.

Недостатком способа–прототипа является то, что на частицы дезинтегрированного сырья на выходе из разгрузочного отверстия имеют относительно крупные размеры. Относительно крупная тонина зерна переработанного сырья происходит из-за того, что на процесс дезинтеграции существенно влияет скорость соударения частиц сырья с разрушающими элементами. В упомянутом способе эта скорость мала, так как частицы перемещаются по зазорам между билами только под воздействием гравитационных и центробежных сил, которые создают незначительные динамические усилия и придают отдельным частицам относительно низкое ускорение в направлении от загрузочного отверстия к выгрузному отверстию, расположенному в периферийной части камеры помола. Потеря скорости частиц при перемещении требует многоциклового динамического воздействия для их измельчения до заданных размеров.

При реализации известного способа в устройстве для дезинтеграции минерального сырья тяжело создать избыточное давление внутри рабочей камеры, чем усложняются условия выноса измельченных частиц и создаются условия для осаждения этих частиц внутри рабочей камеры.

Техническая задача, на которую направлено изобретение, заключается в повышении скорости перемещения частиц дезинтегрированного сырья внутри дезинтегратора и интенсификации процесса помола, и снижение размера зерен дезинтегрированного сырья.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе дезинтегрирования кускового сырья включающего в себя подачу кускового сырья в ограниченное пространство камеры помола, внутри которой расположено вертикально два параллельных диска, на обращенных друг к другу плоскостях которых радиально закреплены с зазорами относительно друг друга разрушающие элементы (билы), разрушение кусков сырья, путем придания его частицам центробежного ускорения за счет вращения одного из дисков, и создания градиента давления в зазорах между рядами разрушающих элементов (билов) подвижного и неподвижного дисков, путем повышения скоростного потока воздуха, с помощью которого инициируют разрежение на выходе загрузочного отверстия и избыточное давление в выгрузочном патрубке рабочих органов, для чего обращенные друг к другу поверхности дисков гофрируют, причем гофры выполняют в виде рассеченных в продольном направлении сопел Лаваля, которые равномерно располагают в радиальном направлении по поверхности дисков, при этом сужающаяся часть сопел располагают в направлении от загрузочного отверстия к средним радиальным рядам билов, а расширяющиеся части сопел располагают от средних радиальных рядов билов к выгрузному отверстию, расположенному в периферийной части дисков, при этом для усиления вентиляционного эффекта, возникающего в зазорах, дополнительно вводят вентиляционные пластины и вентиляционные лопасти, которые равномерно закрепляют на образующей поверхности ротора предварительно измельченный материал сырья на выходе разгрузочного патрубка дополнительно ускоряют до высоких скоростей, направляют поток указанных ускоренных частиц на поверхность элемента разгрузочного устройства, при этом для ускорения измельченного материала сырья разгрузочный патрубок выполняют в виде улитки, внутри которой выполняют канал в виде сопла Лаваля, направленного по касательной к направлению вращения подвижного диска, и подают в упомянутое сопло Лаваля струю сжатого газа, направление которой совпадает с направлением перемещающегося потока предварительно измельченных частиц материала, при этом в качестве поверхности элемента разгрузочного устройства используют поверхность собирающей воронки которую выполняют в виде усечённого полого конуса, по которой дезинтегрированный материал ссыпают в накопительную ёмкость.

На фиг. 1 схематически показано поперечное сечение дезинтегратора, реализующего заявляемый способ.

На фиг. 2. схематически показан радиальный вид гофр на неподвижном диске (статоре), выполненных в виде усеченного сопла Лаваля.

На фиг. 3. Схематически показан радиальный вид гофр на подвижном диске (роторе), выполненных в виде усеченного сопла Лаваля.

На фиг. 4 схематически процесс финишной операции разгрузки дезинтегрированного материала.

На фиг. 5 показан размер гофры на подвижном и неподвижном дисках.

На фиг. 1. введены следующие обозначения: 1–корпус камеры помола; 2–загрузочное отверстие; 3–выгрузное отверстие; 4–подвижный диск; 5–неподвижный диск; 6–рабочие элементы (билы) на неподвижном диске; 7–рабочие элементы (билы) на подвижном диске; 8–вентиляционные лопасти; 9–ось вала привода; 10,11–шарикоподшипник; 12–загрузочный патрубок; 13–вентиляционные пластины; 14–разгрузочный патрубок, 15–патрубок с фланцем; 16–компрессор.

На фиг. 2. введены следующие обозначения: 2–загрузочное отверстие; 5–неподвижный диск (статор); 17–гофры, выполненные в виде усеченного в продольном направлении сопла Лаваля.

На фиг. 3. введены следующие обозначения: 4–подвижный диск (ротор); 18– вентиляционные пластины; 19–гофры, выполненные в виде усеченного в продольном направлении сопла Лаваля.

На фиг. 4. введены следующие обозначения: 3–разгрузочное отверстие; 4–подвижный диск (ротор); 9–ось ротора; 20–собирающая воронка; 21–накопительная ёмкость.

На фиг. 5 введены следующие обозначения: З1,З2,З3–сечения в загрузочной части гофры; в1,в2,в3 – сечения в выгрузочной части гофры; О – диаметр критического сечения сопла Лаваля.

Фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5 служат для пояснения сущности изобретения.

Сущность изобретения заключается в следующем. Исходный материал (фиг. 1) через загрузочный патрубок 12 поступает через загрузочное отверстие 2 в рабочую камеру 1, где последовательно измельчается на концентрично установленных рядах разрушающих элементов (билов) 7 ротора 4 и разрушающих элементов (билах) 6 неподвижного диска (статора), 5 и через отверстие 3 разгрузочного патрубка 14 выводится наружу. Ротор 4 приводится во вращение приводом, ось которого 9 через шарикоподшипник 10, 11 механически соединена с центром ротора 4. Исходный материал через загрузочный патрубок 12 и загрузочное отверстие 2 падает на первый ряд разрушающих элементов (билов) 7, 6 статора 5 и ротора 4. B результате удара об эти элементы частицы материала разрушаются и отбрасываются к следующим разрушающим элементам статора и так далее, до полного выхода измельченного материала через разгрузочное отверстие 3 разгрузочного патрубка 14. В заявляемом способе перемещение дезинтегрированных частиц от загрузочного отверстия 2 к разгрузочному отверстию 3 происходит не только под действием центробежных и гравитационных сил, как это реализуется в способе-прототипе, но и под действием градиента давления, возникающего между указанными отверстиями. Создание градиента давления происходит следующим образом. Высокая скорость вращения ротора, с установленным на нём билами, при помощи вентиляционных пластин 13 и вентиляционных лопастей 8 создает поток воздуха, движущегося от загрузочного отверстия 2 к разгрузочному отверстию 3. Вентиляционные пластины 13 выполняют роль не только дополнительного источника усиления вентиляционного потока, но и служат для создания направленного движения поступающего комкового сырья к рабочим элементам дезинтегратора. Кроме того они являются дополнительным инструментом дробления поступающего сырья. Вентиляционные лопасти 8 выполнены в виде полых цилиндров, рассеченных под углом 45^о к направлению движения ротора 4. Такое выполнение и расположение вентиляционных лопастей 8 способствует созданию большего потока воздуха в дезинтеграторе, что достигается за счет увеличения их поверхности, по сравнению с возможным плоским исполнением этих лопастей. Созданный поток воздуха, проходит через гофры 17 (фиг. 2) статора 5, и гофры 19 (фиг. 3) ротора 4, выполненные в виде усеченного в продольном направлении сопла Лаваля, (сужающееся-расширяющееся сопло) представляющего собой канал, суженный в середине. Сопло Лаваля служит для ускорения газового потока, проходящего через него. Напор и скорость образованного воздушного потока в значительной мере усиливаются при помощи струи сжатого газа, поступающего в канал от компрессора 16, закрепленного на фланце патрубка 15. На фиг.1. струя сжатого газа показана стрелкой. Под действием суммарного воздействия созданного вентиляционными пластинами 18 и вентиляционными лопастями 8 и струи сжатого газа от компрессора 16 предварительно измельченные частицы сырья приобретают сверхзвуковые скорости. Поскольку гофры 17 и 19 выполнены аналогичными по форме и размерам не только в статоре, но и в роторе, то при вращении ротора они, при перекрытии гофр, образуют полное сопло Лаваля. Скоростной поток воздуха в гофрах создает внутри камеры сильнейшее разрежение, засасывая дезинтегрированные частицы и придавая им высокие скорости, что существенно повышает интенсивность дезинтгрирования и степень измельчения (дезинтгрирования) частиц сырья. Измельченный материал, доходя до последнего ряда билов выбрасывается на высокой скорости в канал разгрузочного патрубка 14. Разгрузочный патрубок 14 выполнен в виде улитки (фиг. 4). Канал разгрузочного патрубка (фиг. 4) также выполнен в виде сопла Лаваля и направлен по касательной к ротору 4 в сторону движения ротора (направление вращения показано стрелкой). Измельчённый материал, проходя через канал разгрузочного патрубка 14, выполненный в виде сопла Лаваля, приобретает дополнительное ускорение, выходит на высокой скорости через разгрузочное отверстие 3, и направляется на поверхность собирающей воронки 20 и ссыпается в накопительную ёмкость 21. Сверхзвуковая скорость частично дезинтегрированных частиц сырья при соударении с поверхностью собирающей воронки 20 вызывает дальнейшее существенное измельчение дезинтегрированных частиц сырья, что в значительной мере способствует уменьшению размера зерен тонины помола. Одновременно с этим, свежий материал непрерывно засасывается в патрубок 12 , поддерживая постоянный цикл смешивания, помола и накачки.

Пример конкретного выполнения. При помощи заявляемого способа осуществлялся помол фторангидрита, который из накопительного бункера, шнеком-дозатором направляется дозированно на измельчение гранул в молотковую мельницу (дозирование осуществляется тарировкой и поддержанием требуемой частоты вращения электроприводом шнека-дозатора). После молотковой мельницы фторангидрит поступал в дезинтегратор (фиг. 1) через загрузочный патрубок 12 и загрузочное отверстие 2.

Дезинтегратор был выполнен в виде подвижного (ротора) 4 и неподвижного 5 (статора) дисков. Диаметр обоих дисков был одинаков (фиг. 2 и фиг. 3) и составлял 513 мм. Каждый из дисков имел 6 гофр 17 и 19 (фиг. 2, фиг. 3) равномерно выполненных в дисках в радиальном направлении. Каждая из гофр представляла собой усеченное в продольном направлении сопло Лаваля. Размеры поперечных сечений гофр и углы скосов сужающейся и расширяющейся частей сопла указаны на фиг. 5.

На подвижном и неподвижном дисках на обращенных друг к другу поверхностях были концентрически расположены соответственно 6 и 5 ряды ударных элементов (билов) 7 и 6 соответственно. При этом между рядами бил подвижного и неподвижного дисков был образован зазор, равномерно изменяющийся от 26 мм ближе к центру до 14 мм на самых удаленных радиусах. На торце подвижного диска (роторе) были выполнены вентиляционные лопасти 8, в виде усеченных цилиндров рассеченных под углом 45^о к направлению движения ротора 4. При помощи упомянутых лопастей 8 и вентиляционных пластин 13 внутри камеры помола создавался поток воздуха, который, проходя через гофры, выполненные в виде сопел Лаваля ускорялся до высоких скоростей, захватывая дезинтегрированные частицы сырья и интенсивно измельчая и разрушая и измельчая их до малых размеров. Скорость частиц частично измельчённого материала направлялась в канал разгрузочного патрубка 14, выполненного в виде улитки. Канал разгрузочного патрубка 14 был также выполнен в виде сопла Лаваля, что дополнительно увеличивало скорость измельченных частиц сырья. Сжатый воздух под давлением 1,0 МПа (порядка 10 кг/см²), подавался от компрессора 16 через нагнетательный патрубок 15 в область перемещения предварительно дезинтегрированного сырья. Для создания струи сжатого газа была использована компрессорная установка СБ4/С–50 LB30.

Выброс на высокой скорости измельченных частиц сырья из разгрузочного отверстия 3 и их соударение с поверхностью собирающей воронки 20 способствовал еще более высокой степени дезинтеграции частиц. Собирающая воронка 20 была выполнена в виде полого усеченного конуса. В результате такого выполнения собирающей воронки 20 измельченный материал не разлетался в разные стороны а направленно ссыпался в накопительную ёмкость 21.

При использовании заявляемого способа была достигнута производительность 2400 кг/час. Средняя дисперсность измельченного фторангидрита составляла 5 мкм. При дезинтегрировании фторангидрита способом-прототипом, производительность не превышала 1200 кг/час, а средняя дисперсность измельченного фторангидрита не снижалась ниже 3 мкм.

Таким образом, заявляемый способ по сравнению со способом – прототипом позволил повысить производительность в 2 раза, а дисперсность частиц сырья уменьшить в 1,7 раза.

Изобретение относится к способам тонкого измельчения. Предложен способ дезинтегрирования, включающего в себя подачу кускового сырья в ограниченное пространство камеры помола, внутри которой расположено вертикально два параллельных диска, на обращенных друг к другу плоскостях которых радиально закреплены с зазорами относительно друг друга разрушающие элементы, разрушение кусков сырья, путем придания его частицам центробежного ускорения за счет вращения одного из дисков, и создания градиента давления в зазорах между рядами разрушающих элементов подвижного и неподвижного дисков, путем повышения скоростного потока воздуха, с помощью которого инициируют разрежение на выходе загрузочного отверстия и избыточное давление в выгрузочном патрубке рабочих органов, для чего обращенные друг к другу поверхности дисков гофрируют. Гофры выполняют в виде рассеченных в продольном направлении сопел Лаваля, которые равномерно располагают в радиальном направлении по поверхности дисков, при этом сужающаяся часть сопел располагают в направлении от загрузочного отверстия к средним радиальным рядам билов, а расширяющиеся части сопел располагают от средних радиальных рядов билов к выгрузному отверстию, расположенному в периферийной части дисков. Для усиления вентиляционного эффекта, возникающего в зазорах, дополнительно вводят вентиляционные пластины и вентиляционные лопасти, которые равномерно закрепляют на образующей поверхности ротора предварительно измельченный материал сырья на выходе разгрузочного патрубка дополнительно ускоряют до высоких скоростей, направляют поток указанных ускоренных частиц на поверхность элемента разгрузочного устройства. Для ускорения измельченного материала сырья разгрузочный патрубок выполняют в виде улитки, внутри которой выполняют канал в виде сопла Лаваля, направленного по касательной к направлению вращения подвижного диска, и подают в упомянутое сопло Лаваля струю сжатого газа, направление которой совпадает с направлением перемещающегося потока предварительно измельченных частиц материала, при этом в качестве поверхности элемента разгрузочного устройства используют поверхность собирающей воронки, которую выполняют в виде усечённого полого конуса, по которой дезинтегрированный материал ссыпают в накопительную ёмкость. Способ позволил повысить производительность. 1 пр., 5 ил.

Способ дезинтегрирования кускового сырья, включающий в себя подачу кускового сырья в ограниченное пространство камеры помола, внутри которой расположено вертикально два параллельных диска, на обращенных друг к другу плоскостях которых радиально закреплены с зазорами относительно друг друга разрушающие элементы, билы, разрушение кусков сырья, путем придания его частицам центробежного ускорения за счет вращения одного из дисков, и создания градиента давления в зазорах между рядами разрушающих элементов, билов, подвижного и неподвижного дисков, путем повышения скоростного потока воздуха, с помощью которого инициируют разрежение на выходе загрузочного отверстия и избыточное давление в выгрузочном патрубке рабочих органов, для чего обращенные друг к другу поверхности дисков гофрируют, причем гофры выполняют в виде рассеченных в продольном направлении сопел Лаваля, которые равномерно располагают в радиальном направлении по поверхности дисков, при этом сужающаяся часть сопел располагают в направлении от загрузочного отверстия к средним радиальным рядам билов, а расширяющиеся части сопел располагают от средних радиальных рядов билов к выгрузному отверстию, расположенному в периферийной части дисков, при этом для усиления вентиляционного эффекта, возникающего в зазорах, дополнительно вводят вентиляционные пластины и вентиляционные лопасти, которые равномерно закрепляют на образующей поверхности ротора, причём разгрузочный патрубок выполняют в виде улитки, внутри которой выполняют канал в виде сопла Лаваля, направленного по касательной к направлению вращения подвижного диска, и дезинтегрированный материал из разгрузочного отверстия, направляют на внутреннюю полость собирающей воронки, которую выполняют в виде усеченного полого конуса, по которой дезинтегрированный материал ссыпают в накопительную емкость, отличающийся тем, что предварительно измельченный материал сырья на выходе разгрузочного патрубка ускоряют до высоких скоростей, направляют поток указанных ускоренных частиц на поверхность элемента разгрузочного устройства, при этом для ускорения измельченного материала сырья подают в сопло Лаваля в канале разгрузочного устройства струю сжатого газа, направление которой совпадает с направлением перемещающегося потока предварительно измельченных частиц материала, при этом в качестве поверхности элемента разгрузочного устройства используют поверхность собирающей воронки, которую выполняют в виде усечённого полого конуса, по которой дезинтегрированный материал ссыпают в накопительную ёмкость.