Способ и устройство для эксфолиации слоистых материалов в стержневой барабанной мельнице Российский патент 2024 года по МПК B02C17/00 

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.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство и способ для реализации процесса эксфолиации в непрерывном режиме (Патент РФ №2792428). Стержневая барабанная мельница, содержащая основной барабан и четное число дополнительных барабанов, расположенных внутри основного барабана, привод вращения, узел загрузки исходного материала, узел выгрузки готового материала, стержни, соединенные между собой гибкими связями и расположенные внутри барабанов.

Способ эксфолиации слоистых материалов в стержневой барабанной мельнице, содержащей основной барабан, четное число дополнительных барабанов, расположенных внутри основного барабана, привод вращения, узел загрузки исходного материала, узел выгрузки готового материала, стержни, соединенные между собой гибкими связями и расположенные внутри барабанов.

Недостатком устройства и способа является нестабильное движение суспензии в мельнице, что снижает ее производительность.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение производительности стержневой мельницы непрерывного принципа действия.

Указанная задача решается тем, что стержневая барабанная мельница, содержащая основной барабан и четное число дополнительных барабанов, расположенных внутри основного барабана, привод вращения, узел загрузки исходного материала, узел выгрузки готового материала, стержни, соединенные между собой гибкими связями и расположенные внутри барабанов, отличающаяся тем, что барабаны выполнены в виде усеченных конусов с углами наклона, образующих к осям барабанов от 1 до 5 градусов, основной барабан расположен большим диаметром со стороны узла выгрузки, причем при нумерации дополнительных барабанов, начиная от основного барабана, имеющие нечетные номера, большими диаметрами расположены со стороны узла выгрузки, а большие диаметры дополнительных барабанов, имеющие четные номера, расположены со стороны загрузки, кроме этого мельница снабжена дополнительными узлами дозированной подачи частично обработанной смеси, которые установлены со стороны меньшего диаметра барабана.

Способ эксфолиации слоистых материалов в стержневой барабанной мельнице, содержащей основной барабан, четное число дополнительных барабанов, расположенных внутри основного барабана, привод вращения, узел загрузки исходного материала, узел выгрузки готового материала, стержни, соединенные между собой гибкими связями и расположенные внутри барабанов, выполненных в виде усеченных конусов с углами наклона, образующих к осям барабанов от 1 до 5 градусов, причем основной барабан расположен большим диаметром со стороны узла выгрузки, а при нумерации дополнительных барабанов, начиная от основного барабана, имеющие нечетные номера, большими диаметрами расположены со стороны узла выгрузки, а большие диаметры дополнительных барабанов, имеющие четные номера, расположены со стороны загрузки, включает дозированную подачу исходного порошка и дисперсионной жидкости во внутренний дополнительный барабан мельницы, перемещение смеси из одного барабана в другой и выгрузку готовой смеси, при этом в каждый последующий дополнительный барабан, с его загрузочного края, дополнительно подают частично обработанную смесь в объеме прямо пропорциональном разнице рабочих объемов между данным дополнительным барабаном и предыдущим дополнительным барабаном.

На фиг. 1 показан продольный разрез мельницы (привод, узел выгрузки готового материала и стержни условно не показаны), на фиг. 2 показан поперечный разрез А-А стержневой мельницы. Мельница состоит из основного барабана 1 (фиг.1), первого дополнительного барабана 2, второго дополнительного барабана 3. Дополнительных барабанов может быть больше, но их число четное. Дополнительные барабаны расположены соосно основному барабану и соединены с ним, т.е. вращаются с той же скоростью, что и основной барабан. Исходные материалы дозировано подаются в самый внутренний барабан 3 узлом загрузки 4. Смесь последовательно перемещается из барабана 3 в барабаны 2 и 1. При переходе смеси из одного барабана в другой для обеспечения одинаковой степени заполнения рабочих объемов барабанов (объем занимаемый стержнями и смесью, в котором происходит эксфолиация частиц) дополнительно подают частично обработанную смесь в объеме прямо пропорциональном разнице рабочих объемов между данным барабаном и предыдущим, узлами дозированной подачи смеси 5 и 6. На входе в каждый барабан установлены кольца 7. Внутри каждого барабана расположены стержни 8, соединенные гибкими связями 9 (фиг. 2). Барабаны имеют форму усеченных конусов с углами наклона, образующих к их осям от 1 до 5 градусов, основной барабан расположен большим диаметром со стороны узла выгрузки, причем при нумерации дополнительных барабанов, начиная от основного барабана, имеющие нечетные номера, большими диаметрами расположены со стороны узла выгрузки, а большие диаметры дополнительных барабанов, имеющие четные номера, расположены со стороны загрузки.

Особенности предлагаемого способа поясним на работе устройства для его реализации. Стержневая мельница непрерывного принципа действия работает следующим образом. С загрузочного края (левый край на фиг.1) в самый внутренний дополнительный барабан 3 подается исходный материал, который при вращении барабанов перемещается вдоль горизонтальной оси (в дополнительном барабане 3 материал перемещается слева направо). Достигнув выгрузочного края дополнительного барабана 3, материал перемещается в дополнительный барабан 2 и далее движется вдоль его оси (в дополнительном барабане 2 материал перемещается справа налево). Стержни 8, соединенные между собой гибкой связью 9, не вращаются, а постоянно скользят по внутренней поверхности барабана. На частицы, которые попадают в зону между внутренней поверхностью барабана и стержнями, действуют сдвигающие силы. Внутри частиц возникают касательные напряжения и происходит расслоение частиц, т.е. из одной частицы образуются две частицы, но меньшей толщины. Поскольку объем зоны, в которой происходит эксфолиация, в барабане 2 больше, чем в барабане 3, для обеспечения одинаковых условий процесса в барабан 2 дополнительно подают частично обработанную смесь узлом подачи смеси 5. Объемная производительность подачи прямо пропорциональна разнице рабочих объемов барабанов 3 и 2. Частично обработанная смесь образуется в технологическом процессе непрерывного производства нанопластин после классификации этих пластин ленточными фильтрами (Першин В.Ф., Альдавуд С.С.Ю., Альгураби А., Баити А., Салхи Х. Модифицирование пластичных смазок нанопластинами графита // Сборник научных статей по материалам XII Международной научно-практической конференции. Часть 1. Уфа. 2023. С. 158-165). Достигнув выгрузочного края дополнительного барабана 2, материал перемещается в основной барабан 1 и далее движется вдоль его оси (в основном барабане 1 материал перемещается слева направо). На входе в барабан 1 также подается частично обработанная смесь узлом подачи 6. Достигнув выгрузочного края основного барабана 1, готовый материал выгружается из мельницы (узел выгрузки условно не показан). Процесс измельчения закончен. Равномерному движению смеси в мельнице способствует то, что барабаны выполнены в виде усеченных конусов. Результаты экспериментальных исследований показали, что угла наклона, образующегося усеченными конусами, до 5 градусов достаточно для равномерного движения смеси в мельнице и обеспечения постоянной толщины смеси в зонах эксфолиации. Как отмечалось выше, стержневые мельницы наиболее эффективны при измельчении слоистых материалов, таких как графит, нитрид бора, дисульфид молибдена и др. Дело в том, что указанные материалы состоят из слоев, которые связаны слабыми силами Ван-дер-Ваальса и даже при небольших касательных напряжениях эти материалы расслаиваются, т.е. измельчаются, поскольку толщина частиц становится меньше.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что в каждый последующий барабан с его загрузочного края дополнительно подают частично обработанную смесь в объеме прямо пропорциональном разнице рабочих объемов между данным барабаном и предыдущим. Данная операция не только обеспечивает одинаковые условия обработки смеси во всех барабанах, т.е. одинаковую толщину смеси в зонах эксфолиации, но и повышает производительность мельницы.

Предлагаемое устройство для реализации способа за счет выполнения барабанов в виде усеченных конусов с углами наклона, образующих к осям барабанов от 1 до 5 градусов, а также расположением барабанов и дополнительных узлов подачи частично обработанной смеси полностью обеспечивает все условия способа. Расчеты показали, что выполнение мельницы с 4-мя дополнительными барабанами и максимальным диаметром основного барабана 1000 мм обеспечило увеличение производительности на 20%. Таким образом, поставленная задача выполнена.

Группа изобретений относится к стержневой барабанной мельнице и способу эксфолиации слоистых материалов в стержневой барабанной мельнице. Стержневая барабанная мельница содержит основной барабан и четное число дополнительных барабанов, расположенных внутри основного барабана, привод вращения, узел загрузки исходного материала, узел выгрузки готового материала, стержни, соединенные между собой гибкими связями и расположенные внутри барабанов. Барабаны выполнены в виде усеченных конусов с углами наклона, образующих к осям барабанов от 1 до 5 градусов, основной барабан расположен большим диаметром со стороны узла выгрузки, причем при нумерации дополнительных барабанов, начиная от основного барабана, имеющих нечетные номера, большими диаметрами расположены со стороны узла выгрузки, а большие диаметры дополнительных барабанов, имеющих четные номера, расположены со стороны загрузки. Кроме этого, мельница снабжена дополнительными узлами дозированной подачи частично обработанной смеси, которые установлены со стороны меньшего диаметра барабана. Способ эксфолиации слоистых материалов в описанной выше стержневой барабанной мельнице заключается в том, что в каждый последующий дополнительный барабан с его загрузочного края дополнительно подают частично обработанную смесь в объеме прямо пропорциональном разнице рабочих объемов между данным дополнительным барабаном и предыдущим дополнительным барабаном. Мельница характеризуется повышенной производительностью. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Стержневая барабанная мельница, содержащая основной барабан и четное число дополнительных барабанов, расположенных внутри основного барабана, привод вращения, узел загрузки исходного материала, узел выгрузки готового материала, стержни, соединенные между собой гибкими связями и расположенные внутри барабанов, отличающаяся тем, что барабаны выполнены в виде усеченных конусов с углами наклона, образующих к осям барабанов от 1 до 5 градусов, основной барабан расположен большим диаметром со стороны узла выгрузки, причем при нумерации дополнительных барабанов, начиная от основного барабана, имеющих нечетные номера, большими диаметрами расположены со стороны узла выгрузки, а большие диаметры дополнительных барабанов, имеющих четные номера, расположены со стороны загрузки, кроме этого, мельница снабжена дополнительными узлами дозированной подачи частично обработанной смеси, которые установлены со стороны меньшего диаметра барабана.

2. Способ эксфолиации слоистых материалов в стержневой барабанной мельнице, содержащей основной барабан, четное число дополнительных барабанов, расположенных внутри основного барабана, привод вращения, узел загрузки исходного материала, узел выгрузки готового материала, стержни, соединенные между собой гибкими связями и расположенные внутри барабанов, выполненных в виде усеченных конусов с углами наклона, образующих к осям барабанов от 1 до 5 градусов, причем основной барабан расположен большим диаметром со стороны узла выгрузки, а при нумерации дополнительных барабанов, начиная от основного барабана, имеющих нечетные номера, большими диаметрами расположены со стороны узла выгрузки, а большие диаметры дополнительных барабанов, имеющих четные номера, расположены со стороны загрузки, включает дозированную подачу исходного порошка и дисперсионной жидкости во внутренний дополнительный барабан мельницы, перемещение смеси из одного барабана в другой и выгрузку готовой смеси, при этом в каждый последующий дополнительный барабан, с его загрузочного края, дополнительно подают частично обработанную смесь в объеме прямо пропорциональном разнице рабочих объемов между данным дополнительным барабаном и предыдущим дополнительным барабаном.