Мельница для тонкого измельчения Советский патент 1983 года по МПК B02C17/16 

Изобретение относится к дроблению и измельчению различных материалов, в частности к конструкции мельниц с неподвижным барабаном и мелющей загрузкой, внутри которого устанавливается переметиваюидий орган. Известна шаровая мельница для и мельчения материала тийа шликера феррита бария, содержащая раму, ре зервуар с расположенной в нем мешалкой с вертикальным вгшом, на ко тором закреплены лопасти, расположенные под углом друг к другу по в товой линии, причем лопасти имеют, клиновидную форму с углом клина 30 40° и закругленными рабочими кромк ми, обращенньмй.в направлении вращения вала Однако в этой мельнице в силу ее конструктивного решения недостаточна скорость циркуляции в рабочей ка мере, что снижает качественный пока затель работы мельницы - гомогенность обработанных материалов, а пе риферийная кольцевая зона с понижен ными скоростями мелющих тел, интенсивностью их соударений и взаимоскольжением, и, следовательно, с по ниженной интенсивностью измельчения снижает удельную прсЯ1зводительность мельницы. В данной мельнице также не берется во внимание распол жение нижней лопасти мешалки по отн шению к дну и стенкам камеры. В случае, когда величина зазора между указанными поверхностями больше половины диаметра мелющих тел, на дне и в углах камеры образуется слой ра бочей массы, не участвующий в общей циркуляции, что ухудшает гомогенность обработанных материалов. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является мельница для тонкого измельчения, содержащая вертикальную рабочую камеру с мелющей загрузкой, размещенную в камере мешалку, на вертикальном валу которой радиально закреплены и расположены под углом друг к другу по винтовой линии лопасти, вы полненные в виде части геликоида, расширяющиеся в направлении от оси вала к периферии и расположенные с шагом, равномерно увеличивающимся снизу вверх по ходу винтовой линии tsj. Однако в этой мельнице разность диаметров камеры и мешалки пеньше используемых в. мельнице мелющих тел и периферийный кольцевой зазор, образованный между наружным диаметром мешалки и боковыми стенками камеры, не используется для прохода мелющих тел поэтому во всем объеме камеры происходит перемешивание рабочей массы путем ее подъема лопастями и ссыпания только в угловые разрывы между лопастями, что ограничивает скорость циркуляции во всем объеме камеры, а, следовательно, снижает гомогенность обработанных материалов. При загрузке в рабочую камеру этой мельницы смешиваемых и измельчаемых материалов в. виде порошков при контакте с ра:бочим раствором происходит образование плавающих комков, а также налипов на стенках камеры выше уровня рабочей массы, которые в процессе работы мельницы не участвуют в измельчении и смешении. Попадание частиц этих комков и налипов в конечный перемешанный , продукт резко нарушает его гомоген- . ность, а это, в свою очередь, сказывается на качестве изделий, изготавливаемых на основе измельчаемых и смешиваемых в такой мельнице материалов ., Цель изобретения - повышение удельной производительности и качества готового продукта. Указанная цель достигается тем, что в мельнице для тонкого измельчения, содержащей вертикальную рабочую камеру с мелющей загрузкой, размещенную в камере мешалку, на вертикальном вешу которой радиально закреплены и расположены под углом друг к другу по винтовой линци лопасти, выполненные в виде части геликоида, расширяющиеся в направлении от оси вала к периферии и расположенные с шагом, равномерно увеличивающимся снизу вверх по ходу винтовой линии, верхняя концевая ло-« . пасть мешалки закреплена, с противоположным направлением ее рабочей поверхности по отношению рабочих поверхностей остальных лопастей и расположена выше предлагаемого уровня мелющей загрузки, а нижняя концевая лопасть мешалки расположена по отношению дна камеры и ее стенок с зазором, меньшим половины минимального диаметра мелющих тел. При этом диаметр мешалки по лопастям, заключенным между верхней и нижней концевыми лопастя т, может быть определен Из соотношения OM Kгде Од - диаметр вгша мешалки, внутренний диаметр рабочей камеры; диаметр мешалки по средним лопастям/ диаметр мелющего тела. На чертеже схематично изображена рабочая камера мельницы с мешалкой и представлена принципиальная схема перемешивания. Мельница состоит из вертикальной цилиндрической рабочей камеры - 1, сооснр расположенной в ней мешалки, состоящей из вертикально полого вала 2 и радиально закрепленных на нем лопастей в форме геликоида: нижней 3, верхней 4 и сред них 5. Нижняя лопасть 3 выполнена из листового материала таким образом, что ее рабочая поверхность пре ставляет собой часть поверхности геликоида, образованного с помощью прямой-Образующей, наклонной вверх по отношению к оси геликоида, огра ниченнук) четырьмя линиями, принадле жащими этой поверхности; двумя винтовыми линиями, одна, из которых находится на наружной цилиндрической поверхности вала, а другая - на цилиндрической поверхности, диаметр .которой меньше диаметра камеры, уменьшенного на величину двух диаметров мелющих тел, нижней кромкой лопасти, образованной пересечением поверхности геликоида с плоскостью, парсшлельной дну камеры и находящей ся от него на расстоянии, меньшем половины диаметра мелющих тел, и одним из положений прямой-образующей. Верхняя подчищающая лопасть 4 также выполнена из листового матери ала таким образом, что ее рабочая поверхность представляет -собой част пбверхности геликоида, ограниченную четырьмя линиями, принадлежащими эт поверхности: двумя расположенными под углом друг к другу положениями прямой-образующе, перпендикулярной оси геликоида, и двумя винтовыми линиями, одна из которых находится на наружной цилиндрической: прверх-ности вала, а вторс1Я - на цилиндри.ческой поверхности., диаметр которой равен наружному диаметру лопасти, причем рабочая поверзЬюсть этой лопасти имеет противоположное направление по отношению к .рабочим поверх ностям всех остальных лопастей .мешалки и закреплена на валу выше остальных лопастей: над верхним уровнем мелющих тел, а зазор между наружным диаметром этой лопасти и сте ками камеры выполнен минимальным, обеспечивающим свободное вращение мешалки и удаление налипов со стено камеры. Средние лопасти 5 выполнены из листового материала таким образо что рабочая поверхность каждой из лопастей представляет собой часть поверхности геликоида, ограниченную четырьмя линиями, принадлежащими этой поверхности: двумя расположенными под углом друг к другу положениями прямой-образующей, перпендикулярной к оси геликоида, vt двумя винтовыми линиями, одна из которых нг содится на наружной цилиндрической поверхности вала, а вторая -..на цилиндрической поверхности , диаметр которой больию средней квадратичной двух величин: диаметра ваЛа и диаметра камеры и меньше диаметра камеры, уменьшенного на. величину двух диаметров мелющих тел, причем лопасти закреплены на валу таким образом, что их одноименные точки расположены по винтовой линии с различным угловым шагом по отношению друг к другу, равномерно увеличивающимся снизу вверх по Ходу виитовой линии. Конструктивно диаметр мешалки по средним лопастям должен удовлетворять неравенству: 3)|43)g 3) где Dg - диаметр вала мешалки; 0 - диаметр камеры мельницы, Ъ. - диаметр мешалки, по средним лопастям; d - диаметр мелющих тел. Мельница работает следующим образом. В рабочую камеру 1 с находящимися там мелющими телами (шара- ми), верхний уровень которых находится между верхней подчищающей лопастью и средними лопастями, заливается рабочий раствор с пластифицирующими добавками, загружаются иэмельчаекые и смешиваемые материалы. При включении привода мельницы ( не показан) со стороны верхней подчищающей лопасти 5 на загруженные материалы действуют следующие силы: сила, направленная по касательной к траектории вращения в сторону поворота мешалки; сила, направленнс1я вертикально вниз, совпадающая по направлению с силой веса; сила, напрсшленная от оси геликоида к периферии, совпадсиощая по направлению с центробежной силой. В результате действия этих сил загруженные материалы перемещаются вниз в зону действия мелющих тел, топятся в рабочем растворе, не об-, разуя комков, и счищаются со стенок камеры. В зоне действия мелющих тел происходит измельчение материалов за счет энергии истирания, зависящей, главным о,бразом, от сил взаимного давления тел друг на друга, и за счет кинетической энергии их удара, которая пропорциональна массе тел и квадрату их скорости. Кроме процесса измельчения происходит другой важный процесс -«перемешивание обрабатываемьах материалов.

В нижней части камеры, в зоне действия нижней лопасти 3, рабочая масса получает движение от равнодействующей следующих сил: силы, направленной по касательной к траектории вращения в сторону поворота мешалки; центростремительной силы, направленной к оси геликоида и превышающей направленную в противоположную сторону центробежную силу/ подъемной силы, направленной вертикально вверх и превышающей силу веса; сил трения о поверхности лопасти и стенок камеры. Перемещение рабочей массы в этой зоне происходит по нижней части траектории А, представляющей собой поднимающуюся и одновременно сужающуюся к валу спираль. В зоне действия средних лопастей рабочая масса получает движение от равнодействующей следующих сил: окружной силы, направленной по касательной к траектории вращения в сторону поворота мешалки; силы, направленной от -оси геликоида к периферии и центробежной силы, направленной в ту же сторону; подъемной силы, направленной вертикально вверхи превышающей силу веса, а также сил .треиия о поверности лопастей и стенок камеры.

Перемещение рабочей массы в этой части камеры происходит по остальной части траектории А, представ,ляющей собой поднимающуюся и расширающуюся кпериферии спираль.

в процессе подъема по траектории А материалы измельчаются за счет энергии истирания при Движении рабочей массы вдоль поверхности лопастей и за счет кинематической энергии взаимных ударов мелющих тел при их ссыпании в угловые разрывы между лопастями.

Достигнув периферии лопастей, рабочая масса под действием собственного веса ссыпается в кольцевую периферийную зону, свободную от лопатей, где получает движение от равнодействующей следующих сил: силы

веса, силы торможения о стенки ка меры, окружной силы, действующей по касательной к траектории вращения в сторону поворота мешалки и центробежной силы. Перемещение рабочей массы в этой части камеры происходит по траектории Б, спускающейся, и одновременно расширяющейся к периферии спирали. Достигнув дна камеры, рабочая масса вновь попадает в зону действия нижней лопасти и цикл перемешивания повторяется.

-Вследствие того, что объем кольцевой периферийной зоны в камере выполнен меньше объема остальной части камеры, в этой зоне в процессе работы .мельницы скорость ссыпания рабочей массыбольше скорости ее подъема в пределах диаметра мешалки. Увеличение соотношения скоростей обеспечивает повышение энергии соударений мелющих тел в кольцевой периферийной зоне за счет увеличения их скорости. Увеличение этого соотношения ограничено размерами мелющих тел: ширина кольцевого зазора должна бь1ть больше диаметра мелющих тел для соблюдения условия их свободного прохода в зазор .под действием собственного веса.

Таким образом, повышение степени гомогенности обработанных материалов, удельной производительности мельницы путем увеличения степени @диспергирования достигается в предлагаемой мельнице за счет повышения интенсивности взаимодействия мелющих тел в кольцевой периферийной зоне увеличением скорости ссыпания массы в этой части камеры и за счет ускорения процесса перемешивания путем создания в камере зоны, свободной От лопастей, и способствующей быстрой циркуляции рабочей массы, а также за счет установки на валу мешалки 5 специальной верхней подчищающей лопасти, и нижней лопасти, обеспечив .ющей отсутствие застойной зоны в нижней части камеры.

1. МЕЛЬНИЦА ДЛЯ ТОНКОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ содержащая вертикальную рабочую камеру с мелющей загрузкой, размещенную в камёр в мешалку, на вертикальном валу которой радиально закрепле,ны и расположены под углом друг к другу по винтовой линии лопасти, выполненные в виде части геликоида, расширяющиеся в направлении от оси вала к периферии и расположенные с шагомj равномерно увеличивающимся снизу вверх по ходу винтовой линии, отлитем, что, с целью чающаяся повышения удельной производительности и качества продукта, верхняя концевая лопасть мешалки закреплена с противоположным направлением ее рабочей поверхности по отношению .рабочих поверхностей остальных лопастей и расположена выше предполагаемого уровня мелющей загрузки, а нижняя концевая лопасть мешалки расположена по отношению дна камеры и ее стенок с зазором, меньшим половины минимального диаметра мелющих тел. 2. Мельница по п. 1, отличающаяся тем, что диаметр мешалки по лопастям, заключенным между верхней и нижней концевыми лопастями, определяют из соотношения (Л ) cDk.-aa, АЛ где Dg D., диаметр вала мешалки; внутренний диаметр рабочей камеры; DM диаметр мешалки по средd - диаметр мелющего тела.