ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ПРОИЗВОДСТВУ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ ЧЕШУЙЧАТОЙ ФОРМЫ Российский патент 2024 года по МПК B22F9/04 B22F1/68 

Изобретение относится к технологическому комплексу оборудования для производства металлических порошков чешуйчатой формы, в частности, медных порошков чешуйчатой формы, используемых при химической очистке хлорида титана от примесей, а также для производства красок.

Наиболее прогрессивной технологией является получение медного или медьсодержащего чешуйчатого порошка из медной шихты с частицами сферической или полиэдрической формы, включающее нанесение на частицы шихты гидрофобизирующей смазки, расплющивание и размол частиц в шаровой мельнице до образования смеси в виде чешуек из исходного порошка с расположенной по границам чешуек гидрофобизирующей смазкой с последующим извлечением из образующейся смеси продукта требуемых параметров. Реализация указанной технологии осуществляется посредством использования образующего технологический комплекс основного оборудования, обеспечивающего выполнение перечисленных операций, и вспомогательного оборудования, выполняющего сопутствующие операции. Известна конструкция технологического комплекса (.Ю.И. Химченко, Л.С. Радкевич, А.В. Лещенко, З.В. Литвишко, Л.Н. Дегтярева, Н.А. Лихачева и Е.А. Хайнакова. Способ получения металлического порошка чешуйчатой формы. Автооское свидетельство СССР SU 1395427 А1. 15.05.88. Бюл. 11 18 (71)), представляющего стальной барабан, вращающийся на валках шаровой мельницы и при комнатной температуре со скоростью 100 об/мин до 20 ч., куда загружается порошок измельчаемого металла, растворитель (этанол, ацетон) в соотношении 1:1, стальные шары диаметром 1-8 мм в соотношении 6:1 к весу порошка, соль двучетвертичного аммониевого основания в количестве 0,02-0,14 к весу порошка металла. Обработанный в барабане порошок вручную или с использованием средств малой механизации выгружается на металлическое сито, отделяется от шаров и промывается органическим растворителем до полного удаления соли. Такое техническое решение позволяет снизить содержание окислов на частицах порошка и увеличить степень дисперсности получаемого порошка чешуйчатой формы, которая характеризуется увеличением удельной поверхности в несколько раз по сравнению с удельной поверхностью исходных порошков, взятых в качестве шихты. Это позволяет получать высокодисперсный порошок металла чешуйчатой формы с низким содержанием окислов и увеличенным сроком хранения.

Недостатками данной конструкции оборудования технологического комплекса являются низкая производительность вследствие дискретности технологических операций выгрузки, отделения от мелющих шаров и промывки растворителем, большое количество ручного труда и связанная с этим обстоятельством сравнительно высокая стоимость порошка. Известна конструкция технологического комплекса (Будаков О.В., Варгасов Д.Д., Козицин А.А., Плеханов К.А. Способ получения медного или медьсодержащего чешуйчатого порошка из медного или медьсодержащего порошка с частицами сферической формы и установка для его осуществления. Патент РФ №2051009. От 20.03.1993. Опубл. 27.12.1997), содержащая питатель исходного сырья, питатель смазки, расположенную на горизонтальном валу центробежную шаровую мельницу с мелющими шарами, устройство для классификации измельченного порошка, узел подачи инертного газа в полости установки и систему сообщающих трубопроводов, ударно-центробежную мельницу на горизонтальном валу, расположенная между шаровой мельницей и устройством для классификации измельченного порошка, выполненным в виде линейно-инерционного сепаратора и центробежного сепаратора, полости которых сообщены между собой и с полостью питателя исходного порошка, и циклоном, при этом патрубок выхода газа из циклона сообщен с полостью ударно-центробежной мельницы, ее разгрузочное отверстие сообщено с патрубком ввода чешуйчатой смеси в линейно-инерционный сепаратор, а патрубок вывода высокодисперсной фракции чешуйчатой смеси из центробежного сепаратора сообщен с патрубком ее ввода в циклон. В рассматриваемом технологическом комплексе перенос получаемого порошка от одного агрегата к другому обеспечивается циркулирующим внутри него воздухом.

Недостатками данной конструкции являются:

1. - сложность состава оборудования комплекса, наличие двух мелющих устройств, у последнего из которых предполагается интенсивный износ вращающихся частей вследствие взаимодействия со смесью воздуха и производимого порошка, наличие двух разных по устройству типов сепараторов для выделения продукта требуемой фракции;

2. - низкая производительность по объему продукта вследствие двух причин:

а) - наличия замкнутой системы трубопроводов, при которой циркуляция воздуха, обеспечиваемая центробежным вентилятором, затруднена. Для нее характерны малые скорости течения воздуха из-за больших внутренних объемов соединенных в единое аэродинамическое кольцо узлов комплекса, а также высоких аэродинамических сопротивлений его отдельных элементов, снижающих перепад давления воздуха между соседними участками аэродинамического кольца. Это затрудняет перенос образующихся в мельнице чешуйчатых частиц порошка, снижая КПД технологического комплекса и его производительность;

б) - невозможность изменения скорости вращения барабана мельницы, что делает оптимальным использование оборудования комплекса только для переработки сырья определенной марки. Переход на сырье с другими параметрами также приведет к снижению производительности оборудования;

3. - невозможность изменять количество вырабатываемого размолом чешуйчатого порошка с учетом возможностей его переноса внутри комплекса циркулирующим там воздухом, что приводит в процессе работы комплекса к дополнительному измельчению частиц порошка, нежелательному с точки зрения потребительских свойств получаемого продукта.

Наиболее близкой по технической сущности изобретения является конструкция технологического комплекса (Алексеев В.Д., Вершинин С.В., Юдин А.Д., Слукин Е.Ю., Мотовилов П.А., Белов В.В., Хатьянов А.Л. Технологический комплекс по производству металлических порошков чешуйчатой формы. Патент РФ №2736121. От 03.04.2019. Опубл. 11.11.2020), имеющая в своем составе питатель для загрузки гранул, питатель для загрузки защитной смазки гранул, мельницу с мелющими шарами, вращающейся посредством электропривода с постоянной нерегулируемой частотой вокруг своей горизонтальной оси, узел подачи воздуха во внутреннюю полость мельницы, узел аспирации, узел выгрузки порошка, систему трубопроводов связывающих перечисленные узлы в единое аэродинамическое кольцо, по которому циркулирует воздух и осуществляется перенос производимого продукта, состоящее из работающих параллельно основного и вспомогательного контура, отличающийся тем, что трубопровод, соединяющий всасывающую часть узла подачи воздуха в мельницу и узел аспирации на выходе имеет возможность регулируемой подачи в него наружного воздуха (регулируемого подсоса наружного воздуха), а трубопровод, соединяющий нагнетающую часть узла подачи воздуха и мельницу, оснащен заслонкой, количество подаваемого во внутреннюю полость мельницы воздуха; привод мельницы для регулирования частоты ее вращения снабжен устройством позволяющей изменять бесступенчатого регулирования скорости электродвигателя.

Недостатками данной конструкции являются:

- невозможность регулировать фракционный состав производимого порошка в процессе работы комплекса;

- выделение в процессе работы комплекса на всасывающем участке главного вентилятора мелких пылевидных частиц производимого порошка, попадающих в небольших количествах через приоткрытую заслонку в воздушную среду при работе технологического комплекса, что требует от обслуживающего персонала применять индивидуальные средства защиты органов дыхания.

Техническим задачей является обеспечение возможности регулирования фракционного состава производимого порошка в процессе работы комплекса и удаление мелких пылевидных частиц производимого порошка, попадающих в воздушную среду из внутреннего пространства технологического комплекса при его работе. Поставленная задача решается тем, что: 1. технологический комплекс для производства металлических порошков чешуйчатой формы, содержащий питатель для загрузки гранул, питатель для загрузки защитной смазки гранул, мельницу с мелющими шарами, выполненную с возможностью вращения посредством электропривода с регулируемой частотой вокруг своей горизонтальной оси, центробежный вентилятор, всасывающая часть которого выполнена с возможностью регулировки количества поступающего к нему воздуха посредством заслонки для регулируемого подсоса наружного воздуха, нагнетающий трубопровод для подачи воздуха во внутреннюю полость мельницы от центробежного вентилятора, снабженный регулируемой заслонкой, узел аспирации, узел выгрузки порошка и систему трубопроводов, связывающих перечисленные узлы в единое аэродинамическое кольцо, состоящее из работающих параллельно основного и вспомогательного контуров для циркуляции воздуха и осуществления переноса производимого продукта, отличающийся тем, что он снабжен вытяжным вентилятором для направления поступающего в него окружающего воздуха, загрязненного мелкими пылевидными частицами для дальнейшей очистки, и соединенным с ним посредством трубопровода вытяжным зондом, установленным над узлом центробежного вентилятора и обеими заслонками, при этом узел аспирации содержит соединенные последовательно трубопроводами циклон первичной очистки и циклон вторичной очистки, каждый из которых сообщается с соответствующим приемным бункером для сбора производимого порошка;

2. технологический комплекс, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью производства механоактивированных металлических порошков чешуйчатой формы.

Схема технологического комплекса по производству металлических порошков чешуйчатой формы, включая механоактивированные, показана на Фиг. 1 и Фиг. 2.

Технологический комплекс состоит из мельницы барабанного типа с горизонтальной осью 1, снабженной снаружи зубчатым венцом и имеющей возможность вращаться посредством электропривода, включающего электродвигатель с возможностью бесступенчатого регулирования частоты вращения 2, редуктора 3 и находящейся в зацеплении с зубчатым венцом мельницы ведущей шестерни 4, соединенных в единую кинематическую цепь. В мельницу 1 предварительно загружены мелющие шары, количество и размеры которых определяются особенностями шихты и требованиями к готовому порошку. Расположенный выше мельницы центробежный вентилятор 5 соединяется с ее внутренней полостью трубопроводом 6, проходящим со стороны зубчатого венца через неподвижный относительно указанного трубопровода торец 7, снабженный уплотнительным устройством, взаимодействующим с вращающимся барабаном мельницы 1. Питатель 8 с шихтой, представляет собой бункер, снабженный вибратором для предотвращения слипания в нем шихты, и дозатор, располагающийся в нижней части бункера, для обеспечения требуемой величины подачи шихты в мельницу по трубопроводу 9. Шихта в виде гранул загружаться в бункер питателя 8, размещенного на площадке обслуживания 11. На площадке 11 также размещен смеситель 10, предназначенный для возможного смешивания исходных гранул и стеарина в определяемых технологией производства пропорциях. Трубопровод 9 для лучшего распределения в мельнице подаваемого порошка при входе в барабан мельницы проходит внутри нагнетающего воздух от вентилятора в мельницу трубопровода 6, имеющего больший диаметр.

Проходящий со стороны, противоположной зубчатому венцу через неподвижный относительно трубопроводов торец 13, снабженный уплотнительным устройством и взаимодействующий с вращающимся барабаном мельницы 1, трубопровод 14 соединен с узлом аспирации 15. Узел аспирации 15, включает циклон первичной очистки, в котором происходит первичная очистка воздушного потока с выносимым из мельницы 1 металлическим порошком и установленный после него циклон вторичной очистки для доочистки воздушного потока. После узла аспирации 15 очищенный воздух поступает в главный вентилятор и далее вновь нагнетается в мельницу 1.

Мелкодисперсный медный порошок, уловленный циклоном первичной очистки, является готовым продуктом производства и через течку этого циклона 12 поступает в подготовленную тару. Порошок, уловленный циклоном вторичной очистки, представляет собой более мелкую фракцию, и пригоден в качестве готовой продукции. Он также затаривается в отдельную тару, для дальнейшего смешивания с основной массой порошка. Соединенные последовательно друг с другом трубопроводом оба циклона, располагается на отдельной площадке или иной несущей металлоконструкции выше верхней части барабана мельницы. Трубопровод 6 соединен с трубопроводом 14 трубопроводом меньшего сечения 16 для обеспечения возможности лучшей циркуляции воздуха, движущегося через барабан мельницы. Патрубок очищенного воздуха, выходящего из циклона узла аспирации 15, соединяется со всасывающей частью центробежного вентилятора 5 узла подачи воздуха в мельницу трубопроводом 17, в боковой поверхности которого имеется патрубок, к торцу которого крепится регулируемая заслонка 18 для изменения соотношения количества подаваемого в вентилятор 5 воздуха из узла аспирации 15 и подмешиваемого наружного воздуха (для изменения регулируемого подсоса наружного воздуха). Каждый циклон узла аспирации 15 своей нижней частью сообщаются с соответствующим приемным бункером для сбора производимого порошка. Каждый приемный бункер оснащен своим затвором: 12 - у циклона первичной очистки и 19 - у циклона вторичной очистки, перекрывающим подачу порошка в подготовленную тару по ее наполнению. Нагнетающий воздух в мельницу трубопровод 6 непосредственно за местом его соединения с центробежным вентилятором 5 снабжен регулируемой заслонкой 20, регулирующей давление направляемого центробежным вентилятором 5 в мельницу 1 воздуха. Пространство над центробежным вентилятором 5 и заслонками 18 и 20 сверху находится под вытяжным зондом 21, который соединен трубопроводом 22 с вытяжным вентилятором 23, направляющим поступающий в него окружающий главный вентилятор и обе заслонки 18 и 20 воздух для дальнейшей очистки.

Устройство работает следующим образом. Перед запуском комплекса на основании накопленного опыта и имеющихся рекомендаций устанавливается для каждого вида шихты частота вращения барабана мельницы 1 при помощи его электропривода, включающего электродвигатель с возможностью бесступенчатого регулирования частоты вращения 2, редуктора 3 и находящейся в зацеплении с зубчатым венцом мельницы ведущей шестерни 4, соединенных в единую кинематическую цепь. При запуске мельницы барабан, с находящимися в нем мелющими шарами начинает вращаться с заданной частотой, а шары перекатываться внутри барабана, что обеспечивает последующий размол шихты. После запуска электродвигателя мельницы 1, последовательно запускаются центробежный вентилятор 5, обеспечивающий циркуляцию воздуха внутри рабочего пространства комплекса и вытяжной вентилятор 23, обеспечивающий улавливание и отвод загрязненного продуктами размола наружного воздуха.

1. Загрузка мельницы 1 шихтой осуществляется с площадки обслуживания 11, располагающейся выше верхней части барабана мельницы 1 через питатель 8, представляющий собой бункер, куда загружается подготовленная шихта, снабженный вибратором для предотвращения слипания шихты в бункере, и дозатором, располагающемся в нижней части бункера, обеспечивающим требуемую величину подачи шихты в мельницу 1 по трубопроводу 9. Трубопровод 9 для лучшего распределения в мельнице подаваемого порошка при входе в барабан мельницы проходит внутри нагнетающего воздух от вентилятора в мельницу трубопровода 6, имеющего больший диаметр, что обеспечивает более равномерное распределение шихты внутри барабана мельницы. Для подготовки шихты может применяться предварительное смешивание исходных гранул шихты и стеарина в определяемых технологией производства пропорциях, осуществляемое во вращающемся смесителе 10, куда в этом случае загружается исходный продукт. Смеситель 10, расположен с питателем 8 на одной и той же площадке обслуживания 11 и обеспечивает подготовку шихты со стеарином для подачи в последний. Подача подготовленной шихты от питателя 6 в мельницу 1 осуществляется через неподвижный снабженный уплотнительным устройством со стороны зубчатого венца торец 9, взаимодействующий с вращающимся барабаном мельницы 1. Загружаемая во вращающуюся шаровую мельницу 1 шихта размалывается мелющими шарами при постоянно движущемся внутри барабана с потоке воздуха. При этом, величина воздушного напора обеспечивается при помощи регулирования положения задвижки 20, а трубопровод 16, работающий параллельно с трубопроводом 6, полостью мельницы и трубопроводом 14 стабилизирует циркуляцию воздуха внутри аэродинамического контура при работе комплекса независимо от степени наполнения циклонов узла аспирации 15 получаемым порошком. Трубопровод 14 проходит через неподвижный торец 13, находящийся со стороны, противоположной зубчатому венцу мельницы 1, снабжен уплотнительным устройством, взаимодействующим с ее вращающимся барабаном. Через приоткрытую заслонку 20 возможно попадание в окружающий воздух наиболее мелких неулавливаемых узлом аспирации 15 частиц порошка из внутренней полости аэродинамического контура.

2. По достижении определенного размера размолотых в мельнице 1 частиц чешуйчатой формы они захватываются потоком воздуха, проходящим через барабан мельницы 1 и генерируемым центробежным вентилятором 5 с регулируемым задвижкой 20, по трубопроводу 14 попадают в циклон первичной очистки узла аспирации 15, где происходит отделение из смеси частиц требуемой фракции и накапливанием их в бункере этого циклона. Более мелкие частицы порошка с движущимся воздухом попадают в циклон вторичной очистки узла аспирации 15, где аккумулируются в соответствующем бункере. Очищенный от порошка воздух, двигаясь далее по воздуховоду, которым является трубопровод 17, направляется центробежным вентилятором вновь в мельницу 1, при этом, центробежным вентилятором 5 забирается дополнительный объем воздуха из окружающей среды через регулируемое по сечению задвижкой 18 отверстие во впускном, соединяющем циклон с вентилятором, трубопроводе 17, что делает возможным попадание в окружающий воздух наиболее мелких неулавливаемых узлом аспирации 15 частиц порошка из внутренней полости аэродинамического контура рассматриваемого устройства. 3.Выделенная из сепаратора узла аспирации 15 крупная фракция порошка попадает в разгрузочный бункер, снабженный затвором 12, узла разгрузки, откуда по мере накопления пересыпается персоналом в готовую тару. Порошок, уловленный циклоном вторичной очистки, представляет собой более мелкую фракцию, пригодную к использованию в качестве готовой продукции. Он также попадает в разгрузочный бункер этого циклона, снабженный затвором 19, узла разгрузки, откуда по мере накопления пересыпается персоналом в готовую тару, для дальнейшего смешивания с основной массой произведенного порошка.

4. Наиболее мелкие и неулавливаемые узлом аспирации 15 частицы порошка, попавшие в окружающий воздух через находящиеся поблизости от центробежного вентилятора 5 приоткрытые в процессе работы комплекса заслонки 18 и 20, под действием разряжения, создаваемого вытяжным вентилятором 23, попадают в находящимся над ними вытяжной зонд 21 и по трубопроводу 22 проходят вместе с отсасываемым из-под зонда 21 наружным воздухом через вытяжной вентилятор 23 для последующей очистки более эффективными, чем циклоны устройствами.

Техническим результатом является регулирование фракционного состава производимого порошка и удаление мелких пылевидных частиц производимого порошка, попадающих в воздушную среду из внутреннего пространства технологического комплекса при его работе через заслонки на всасывающем и нагнетающем узле центробежного вентилятора.

Для расширения технологических возможностей комплекса он может снабжаться системой подачи внутрь мельницы инертного газа, что обеспечит снижение окисления частиц производимого порошка.

Для работы комплекса в благоприятном с точки зрения получения его наивысшей производительности температурном диапазоне (от +5 до +30 градусов Цельсия) и отвода лишнего тепла, образующегося при размоле шихты, желательно снабдить комплекс автономной системой охлаждения наружной поверхности вращающегося барабана мельницы.

Изобретение относится к получению порошковых материалов, а именно к медному порошку чешуйчатой формы, используемому при химической очистке и для производства красок. Комплекс содержит питатель для загрузки гранул, питатель для загрузки защитной смазки гранул, мельницу с мелющими шарами, центробежный вентилятор, нагнетающий трубопровод для подачи воздуха во внутреннюю полость мельницы от центробежного вентилятора, снабженный регулируемой заслонкой, узел аспирации, узел выгрузки порошка и систему трубопроводов, связывающих перечисленные узлы в единое аэродинамическое кольцо, состоящее из работающих параллельно основного и вспомогательного контуров для циркуляции воздуха и осуществления переноса производимого продукта. При этом он снабжен вытяжным вентилятором для направления поступающего в него окружающего воздуха, загрязненного мелкими пылевидными частицами для дальнейшей очистки, и соединенным с ним посредством трубопровода вытяжным зондом, установленным над узлом центробежного вентилятора и обеими заслонками. Узел аспирации содержит соединенные последовательно трубопроводами циклон первичной очистки и циклон вторичной очистки, каждый из которых сообщается с соответствующим приемным бункером для сбора производимого порошка. Обеспечивается регулирование фракционного состава производимого порошка и удаление мелких пылевидных частиц производимого порошка, попадающих в воздушную среду. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Технологический комплекс для производства металлических порошков чешуйчатой формы, содержащий питатель для загрузки гранул, питатель для загрузки защитной смазки гранул, мельницу с мелющими шарами, выполненную с возможностью вращения посредством электропривода с регулируемой частотой вокруг своей горизонтальной оси, центробежный вентилятор, всасывающая часть которого выполнена с возможностью регулировки количества поступающего к нему воздуха посредством заслонки для регулируемого подсоса наружного воздуха, нагнетающий трубопровод для подачи воздуха во внутреннюю полость мельницы от центробежного вентилятора, снабженный регулируемой заслонкой, узел аспирации, узел выгрузки порошка и систему трубопроводов, связывающих перечисленные узлы в единое аэродинамическое кольцо, состоящее из работающих параллельно основного и вспомогательного контуров для циркуляции воздуха и осуществления переноса производимого продукта, отличающийся тем, что он снабжен вытяжным вентилятором для направления поступающего в него окружающего воздуха, загрязненного мелкими пылевидными частицами для дальнейшей очистки, и соединенным с ним посредством трубопровода вытяжным зондом, установленным над узлом центробежного вентилятора и обеими заслонками, при этом узел аспирации содержит соединенные последовательно трубопроводами циклон первичной очистки и циклон вторичной очистки, каждый из которых сообщается с соответствующим приемным бункером для сбора производимого порошка.

2. Технологический комплекс по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью производства механоактивированных металлических порошков чешуйчатой формы.