Стержневая барабанная мельница Российский патент 2023 года по МПК B02C17/20 

Изобретение относится к устройствам для сухого или мокрого измельчения минерального сырья и полуфабрикатов, преимущественно имеющих слоистую структуру, таких как графит и дисульфид молибдена, в химической промышленности и других производствах.

Известна стержневая барабанная мельница, содержащая вращающийся барабан, частично заполненный стержнями [Андреев С.Е. и др. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. - 3-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1980, с. 254, 255]. Недостатком этой мельницы является низкая эффективность помола материалов, имеющих слоистую структуру, таких как графит и дисульфид молибдена.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является стержневая барабанная мельница, содержащая барабан, привод его вращения, узел загрузки исходного материала, узел выгрузки готового материала, узел измельчения, расположенный внутри барабана и выполненный в виде стержней радиусами R1, имеющих по краям диаметральные отверстия, соединенных между собой гибкими связями, проходящими через эти отверстия (Патент РФ № 2670495 – прототип). Основной недостаток данной конструкции заключается в том, что при вращении барабана, стержни совершают колебательные движения, т.е. они сначала движутся вместе с обечайкой барабана вверх, а затем скользят вниз в исходное положение. При движении стержней вверх они неподвижны относительно обечайки барабана и измельчение частиц материала не происходит. При скольжении стержней вниз происходит измельчение частиц материала истиранием или сдвигом. Периоды подъема стержней вверх и скольжения вниз имеют один порядок, т.е. время подъема примерно равно времени скольжения. Таким образом, за единицу времени, только половину этого времени происходит измельчение, а вторая половина времени это «холостой ход».

Технической задачей настоящего изобретения является повышение удельной производительности стержневой мельницы.

Указанная задача решается тем, что стержневая барабанная мельница, содержащая барабан, привод его вращения, узел загрузки исходного материала, узел выгрузки готового материала, узел измельчения, расположенный внутри барабана и выполненный в виде стержней радиусами R₁, имеющих по краям диаметральные отверстия, соединенных между собой гибкими связями, проходящими через эти отверстия, отличающаяся тем, что узел измельчения снабжен дополнительным стержнем с радиусом R₂>R₁, изготовленным из материала с большей плотностью, чем плотность материала стержней и имеющим по краям диски с диаметрами R₃=R₂+δ, установленные с возможностью вращения относительно продольной оси дополнительного стержня, а отверстия по краям дополнительного стержня, через которые проходят гибкие связи, причем численное значение δ выбирается из диапазона от 4 до 10 мм.

На фиг. 1 показан поперечный разрез мельницы (привод, узел загрузки исходного материала, узел выгрузки готового материала условно не показаны), на фиг. 2 показана схема сил, действующих на отдельный стержень, на фиг. 3 показана схема сил, действующих на отдельный стержень при скольжении вниз, на фиг. 4 показан дополнительный стержень. Устройство работает следующим образом. Смесь порошка кристаллического графита и моторного масла загружается во вращающийся барабан 1, в котором расположены стержни 2 радиусом R1, соединенные гибкими связями 3, которые проходят через диаметральные отверстия стержней 2, выполненные по краям стержней. Согласно предлагаемому изобретению, гибкой связью со стержнями соединен дополнительный стержень 4 с радиусом R₂>R1, изготовленный из материала с большей плотностью, чем плотность материала стержней и имеющий по краям диски с диаметрами R₃=R₂+δ, установленные с возможностью вращения относительно продольной оси дополнительного стержня, а отверстия по краям дополнительного стержня, через которые проходят гибкие связи, выполнены по хордам, причем численное значение δ выбирается из диапазона от 4 до 10 мм. При вращении барабана стержни постоянно скользят по внутренней поверхности барабана. Смесь, увлекаемая обечайкой барабана, перемещается вверх и попадает в зону эксфолиации (расслоения), т.е. в зону контакта стержней с внутренней поверхностью барабана. Поскольку стержни скользят по внутренней поверхности барабана, на частицы действуют сдвиговые усилия и внутри частиц возникают касательные напряжения. Под действием касательных напряжений часть графеновых слоев, из которых состоят частицы кристаллического графита, сдвигается относительно другой части графеновых слоев и из одной частицы образуются две частицы. После того, как частицы пройдут через все стержни, они вместе с моторным маслом начинают перемещаться вниз по верхним частям стержней и снова попадают в зону эксфолиации. Таким процесс образования из одной частицы кристаллического графита двух частиц происходит многократно. В результате этого частицы графита сначала преобразуются в многослойный графен (10-25 графеновых слоев), а затем в малослойный графен (3-7 слоев).

Основное отличие предлагаемого устройства от прототипа заключается в том, что в прототипе стержни совершают колебательное движение (периодически поднимаются вверх, а затем скользят вниз), а в предлагаемом устройстве стержни постоянно скользят относительно внутренней поверхности барабана. Постоянное скольжение стержней достигается тем, что имеется дополнительный стержень 4 (фиг. 1) радиуса R₂> R₁, изготовленный из материала с большей плотностью, чем плотность материала стержней, т.е. имеющий больший вес. Кроме этого дополнительный стержень 4 не скользит по внутренней поверхности барабана, поскольку по его краям установлены диски 5, на оси 6, с возможностью свободного вращения вокруг оси. На каждый стержень 4 действует сила веса равная m₁g (фиг. 1), которую можно разложить на две составляющие: силу нормального давления N₁ и скатывающую силу F_СК1. Сила нормального давления вызывает силу трения F_ТР1. Численные значения F_СКi для конкретного стержня i зависят от его положения, а F_ТРi зависит еще и от коэффициента трения покоя стержня по внутренней поверхности барабана. Для дополнительного стержня сила нормального давления N₂ равна m₂g, которая больше, чем m₁g (фиг. 2). Численные значения F_СК2 зависят от положения дополнительного стержня 4, а F_ТР2 зависит еще и от коэффициента трения качения. Поскольку коэффициент трения качения в десятки раз меньше коэффициента трения скольжения, сила F_СК2 намного больше F_ТР2 и дополнительный стержень 4 всегда пытается занять положение максимально близко к вертикальному диаметру (самое низкое положение). При вращении барабана 1, стержни 2 и дополнительный стержень 4 прекращают подниматься вверх в момент, когда наступает равновесие между суммарной силой трения всех стержней 2 и дополнительного стержня 4 с суммарной скатывающей силой. При начале скольжения стержней 2 относительно внутренней поверхности барабана 1, между стержнями и барабаном начинает действовать коэффициент трения скольжения движения, численное значение которого немного меньше значения коэффициента трения скольжения покоя. На практике это проявляется в том, что при начале скольжения все стержни немного перемещаются вниз и затем стабильно занимают одно и то же положение. Выбор численного значения зазора δ от 4 до 10 мм обоснован тем, что при зазоре менее 2 мм затрудняется попадание смеси частиц кристаллического графита с моторным маслом в зону эксфолиации, а делать зазор более 10 мм приведет только к увеличению габаритов. Таким образом, за счет использования дополнительного стержня с дисками стержни постоянно скользят по внутренней поверхности вращающегося барабана и расслаивают частицы графита, преобразуя их в графен, т.е. достигнута поставленная задача – производительность повышена примерно в 2 раза.

Изобретение относится к устройствам для сухого или мокрого измельчения минерального сырья и полуфабрикатов, преимущественно имеющих слоистую структуру, таких как графит и дисульфид молибдена, в химической промышленности и других производствах. Стержневая барабанная мельница, содержащая барабан 1, привод его вращения, узел загрузки исходного материала, узел выгрузки готового материала, узел измельчения, расположенный внутри барабана 1 и выполненный в виде стержней 2 радиусами R_1, имеющих по краям диаметральные отверстия, соединенных между собой гибкими связями 3, проходящими через эти отверстия. При этом узел измельчения снабжен дополнительным стержнем 4 с радиусом R₂> R₁, изготовленным из материала с большей плотностью, чем плотность материала стержней R₁ и имеющим по краям диски с диаметрами R₃=R₂+δ, установленные с возможностью вращения относительно продольной оси дополнительного стержня 4, а по краям дополнительного стержня 4 имеются отверстия, через которые проходят гибкие связи, причем численное значение δ выбирается из диапазона от 4 до 10 мм. В мельнице за счет того, что стержни постоянно скользят по внутренней поверхности барабана и расслаиваются частицы слоистого исходного материала, обеспечивается увеличение производительности мельницы. 2 ил.

Стержневая барабанная мельница, содержащая барабан, привод его вращения, узел загрузки исходного материала, узел выгрузки готового материала, узел измельчения, расположенный внутри барабана и выполненный в виде стержней с радиусом R1, имеющих по краям диаметральные отверстия и соединенных между собой гибкими связями, проходящими через эти отверстия, отличающаяся тем, что узел измельчения снабжен дополнительным стержнем с радиусом R2>R1, изготовленным из материала с большей плотностью, чем плотность материала стержней с радиусом R1, и имеющим по краям диски с радиусом R3=R2+δ, где δ выбирается из диапазона от 4 до 10 мм, при этом диски установлены с возможностью вращения относительно продольной оси дополнительного стержня, а по краям дополнительного стержня выполнены отверстия, через которые проходят гибкие связи.