Виброадгезионный сепаратор Советский патент 1992 года по МПК B03B13/00 

Изобретение относится к устройствам для выделения тонкодисперсных, фракций из смеси сыпучих материалов и может быть использовано в металлургической, химической, машиностроительной отраслях промышленности.

Известен сепаратор, включающий разделитель в виде кольцевого желоба, вибропривода и приемников продуктов разделения.

Недостатком его является низкий выход мелких фракций.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является вибрационный сепаратор, включающий разделитель круглой формы, верхняя фрикционная поверхность которого выполнена в виде концентрических желобов, углы наклона рабочих поверхностей которых увеличиваются по ходу Движения материала и снабженных кольцевыми бортами с перепускными окнами, питатель, вибропривод, отводящие и приемные устройства.

Ј

Ю СО

Вибрационный сепаратор работает следующим образом.

Материал из расположенного над крайним желобом питателя поступает на рабочую поверхность, совершающую круговые колебания, Крупная фракция скатывается в основание желоба и, перемещаясь вдоль него, выводится в соответствующий сборник.

Мелкая и промежуточная фракции дви- жутся вверх по желобу и, достигнув борта, движутся вдоль него, очищаясь от отдельных зерен крупной фракции и достигнув перепускного окна, выгружаются в следующий от периферии желоб, на кото- ром процесс повторяется.

Подбором наклона углов нижних рабочих поверхностей желобов порошок разделяется на заданные классы крупности.

Недостатком описанного сепаратора являются низкие показатели разделения (в частности выход фракций +30-40 мкм, +20- 30 мкм и 20 мкм не превышает 30-40% от исходного).

Визуально это выглядит следующим об- разом.

Достигнув кольцевого борта фракции менее 40 мкм, отскакивают от него и, скатываясь в- основание желоба, поднимаются вновь вплоть до борта и опять отскакивают от него и скатываются. В итоге 60-70% заданной фракции уходит с более крупной и не выводится через перепускное окно в следующий желоб. Качество верхнего продукта при этом, как правило, очень высокое, однако не допустимы и потери мелких (наиболее дорогих по стоимости) фракций с крупными.

Указанный эффект наблюдается при углах наклона рабочих поверхностей к гори- зонтали от 40° и выше.

Попытки решить проблему на углах меньших 40° за счет выбора оптимального режима вибрации резко ухудшают качество порошка мелких фракций из-за попадания в них большого количества крупных частиц.

Таким образом, получить устойчивое состояние виброкипящего слоя вблизи борта желоба при углах наклона рабочей поверхности 40-60 не удалось. Это проверено на порошках нитрида бора, карбида бора, кремния, карбида кремния, алюминия, титана и различных аморфных сплавов.

Удаление бортов увеличило выход мелких фракций до 90-95%, но при недопусти- мом снижений их качества с 95-98% до 80-82%.

Техническое противоречие в описанной установке следующее: борта должны быть, чтобы обеспечить высокое качество наибо- лее мелких фракций, и бортов не должно

быть, чтобы не терять часть мелкой фракции с крупной.

Целью изобретения является повышение эффективности фракционирования порошков крупностью менее 40 мкм.

Указанная цель достигается тем, что желоба с рабочей поверхностью, наклёненной к горизонтальной плоскости под углом, равным и больше 40°, выполнены в верхней части со стороны нерабочей поверхности с гранью, наклоненной к их рабочей поверхности, а кольцевые борта установлены у вер- хних краев желобов с рабочей поверхностью, наклоненной к горизонтальной плоскости под углом меньше 40°.

При превалирующем содержании в материале крупной фракции загрузочное приспособление расположено под периферийным желобом, а угол наклона грани каждого желоба меньше угла наклона его рабочей поверхности, а при превалирующем содержании в исходном материале мелкой фракции загрузочное приспособление расположено под центральным желобом, а угол наклона грани каждого желоба больше угла наклона его рабочей поверхности. Длина не грани равна м.

Роль непроницаемого борта выполняет сам порошок, а именно его часть, которая непрерывно циркулирует по гребню образованной гранью желоба и рабочей поверхностью за счет горизонтальной составляющей колебаний/Для большей устойчивости порошка на гребне необходимо подобрать угол наклона образующей грани и ограничить длину образующей этой грани, чтобы не нарушить сам процесс разделения.

Движущийся по гребню и вблизи его слой порошка значительно эффективнее выбивает из слоя материала крупные частицы и не препятствует радиальному перемещению мелких фракций.

Изобретение позволяет при фракционировании порошка кремния добиться качества фракции 95-97%, при выходе зерна меньше20 мкм - 90-95%.

На фиг. 1 изображен сепаратор, поперечный разрез; на фиг. 2 - то же, план; на фиг. 3 и 4 - сепаратор для порошков с превалирующим содержанием мелких классов; на фиг. 5 и 6 - то же, крупных.

Виброадгезионный сепаратор состоит из разделителя 1 в виде круглого стола с верхней рабочей поверхностью, выполненной в виде концентрических желобов 2. К рабочей поверхности 3 примыкает вспомогательная грань 4 с образованием кольцевого гребня 5. Кольцевые желоба 2 с углами наклона образующих к горизонтали до 40° снабжены кольцевыми бортами 6 с перепускными окнами 7, Каждый из желобов 2 име- ет выпускные отверстия 8, расположенные в днище желоба 2 и предназначенные для выпуска промежуточных фракций в сборни- ки продуктов разделения 9, питающего пат- рубка 10. который расположен в зависимости от гранулометрического состава исходного продукта либо над централь- ным желобом 2 - если превалирует содержание мелких фракций, либо над пе- риферийным желобом, если превалируют крупные фракции. Круговые колебания сепаратор получает от вибровозбудителя (не показан).

Виброадгезионный классификатор ра- ботает следующих образом.

Посредством вибровозбудителя рабочему органу 1 сообщаются круговые колебания. Исходный материал из питающего патрубка 10 подается в желоб 2 и минималь- ным углом наклона образующей рабочей поверхности 3 - к горизонтали ai (фиг. 1). Крупные частицы скатываются в днище желоба 2 и, перемещаясь вдоль него под действием вибрации, через выпускные отверстия 8 попадают в сборники продуктов разделения 9. Мелкие и промежуточной крупности под действием вертикальной составляющей колебаний достигают кольцевого борта 6 и, двигаясь вдоль него, выводятся через перепускное окно 7 в следующий кольцевой желоб, имеющий угол наклона образующей основной рабочей поверхности к горизонтали аз. больше предыдущего а . В этом желобе отделяет- ся одна из промежуточных фракций и в дальнейшем процесс повторяется аналогично первому желобу.

Углы «1,...«л подбираются для каждого конкретного материала предель- ными для каждой конкретной фракции, что позволяет разделить исходный полидисперсный материал на заданное число фракций. Диапазон углов an... On составляет 5-60°, что позволяет разделять исходный материал на узкие фракции в диапазоне - 100+10 мкм.

Экспериментально установлено, что кольцевые борта 6 целесообразно устанавливать при фракционировании порошков граничного зерна 40 мкм. это соответствует углунаклона образующей рабочей поверхности 3 желоба 2 (30-35°). При разделении более мелких порошков по граничным зернам 30,20, 10 мкм, чему соответствуют углы наклона образующей 40-60°, кольцевые борта ухудшают выход мелких фракций, что резко снижает показатели разделения. Так при фракционировании порошка кремния

по граничному зерну 20 мкм при а 50° выход фракции меньше 20 мкм падает почти в 2 раза с 93% до 42%. Однако отсутствие бортов не способствует достижению качества фракций. Оно ухудшается с 95-98% до 80-82% за счет попадания (уноса) крупных частиц. Разрешение указанного противоречия между качеством и количеством достигается за счет удаления бортов на желобах с углами а , большими 40°, и выполнения с противоположной рабочей поверхности 3 стороны вспомогательной грани 4, образующих в месте их пересечения кольцевой гре- бень 5. При этом возможны два варианта реализации указанного технического решения, зависящие от содержания мелкой (меньше 40 мкм) фракции в исходном продукте. Эти различия определяются радиальным направлением перемещения мелких фракций.

При превалирующем содержании мелкой фракции рационально обеспечить радиальное перемещение мелких фракций от центра к периферии (фиг. 1-4), а при превалирующем содержании крупных фракций - от периферии к центру (фиг. 5 и 6). Это объясняется необходимостью увеличения или уменьшения площади рабочей поверхности, для поддержания необходимого для эффективной классификации слоя материала на фрикционной поверхности. Оптимум находится в диапазоне 10-20 зерен заданного класса крупности.

Описанные особонности существенно влияют на углы наклона рабочих поверхностей 4 к горизонту (оа и оз); При радиальном направлении движения порошка от

центра к периферии углы с& должны быть на 10-20% меньше углов On , т.е. меньше углов наклона образующей рабочих поверхностей 3. Это вызвано тем, что центробежная сила Рцб

m V R

направлена к

периферии разделителя и способствует перемещению мелких частиц вверх по рабочей поверхности 3 и вниз по вспомогательной грани 4. Величина центробежной Силы не одинакова в радиальном направлении и изменяется в пределах 10-20% в зависимости от величины радиуса.

8 конечном итоге влияние этой силы сказывается на величине предельного угла On., который на 5-10° меньше для вспомогательной грани, чем для примыкающей к ней рабочей поверхности (фиг. 4).

При радиальном направлении движения от периферии к центру (фиг. 5 и 6) все изложенные рассуждения имеют противопопожный смысл. В этом случае, наоборот,

необходимо, чтобы угол а& был на 10-20% больше угла On..

Суть заключается в следующем.

Двигаясь по рабочей поверхности 3 (образующая авфиг. 2,4,6), частицы достигают вершины (в) и, изменяя направление движения в отрывном режиме, часть частиц начинает двигаться по кольцевому гребню 5. При этом за счет подпора со стороны частиц, движущихся по вспомогательной грани, образующая ев (фиг, 4, 6) (противоположное в радиальном направлении движения), положение слоя частиц, на гребне и вблизи его достаточно устойчивое. На самом гребне 5 и вблизи его на основной рабочей поверхности 3 образуется виброкипящий слой, из .которого крупные частицы буквально выбиваются частицами, движущимися по гребню 5 по круговой траектории, за счет горизонтальной составляющей колебаний. Избыток мелких частиц не накапливается на гребне, а переваливается через него и скатывается в следующий желоб. Это обеспечивается за счет того, что длина образующей вспомогательной рабочей поверхности (фиг. 3-й 5) невелика и находится в пределах от 1 до 4 1СГ3 м. Определенной толщины слой частиц по этой поверхности циркулирует постоянно, однако его толщина не увеличивается и все -излишки сбрасываются вниз и попадают на следующую, с большим углом наклона образующей ап рабочую поверхность 3, на которой процесс повторяется.

Диапазон длины образующей I (фиг. 3 и 5), равный (1-4) 1СГ3 м, объясняется тем, что размеры зоны виброкипящего слоя частиц вблизи гребня не являются постоянной величиной и зависят от величины п ризонталь- ной составляющей колебаний и соответственно от линейной скорости перемещения частиц по гребню и вблизи него.

Размеры этой зоны по обе стороны гребня можно регулировать, изменяя амплитуду горизонтальной составляющей колебаний-. Установлено, что на частоте 50 Гц при амплитуде горизонтальных колебаний (1,5-3) м для частиц крупностью меньших 40 мкм при углах On - 40-60° ширина виброкипящего слоя вблизи гребня 5 изменяется от 1 до м.

При практической реализации идеи необходимо уменьшить размер I по мере увеличения угла On в пропорции, установленной опытным путем. При углах 40, 50, 55 и 60° размеры I должны составлять (4, 3, 2, 1).

Реализация предлагаемого сепаратора позволяет увеличить выход готового продукта за одну перечистку в 1,5-2 раза при обеспечении качества монофракций до 95%.

10

Формула изобретения

1.Виброадгезионный сепаратор, включающий круглый стол с верхней фрикционной поверхностью, образованной

концентрическими желобами трапециевидного поперечного сечения, рабочая поверхность которых наклонена к горизонтальной плоскости под острым углом, который для каждой рабочей поверхности каждого последующего по ходу движения материала желоба больше угла наклона рабочей поверхности предыдущего желоба, загрузочное приспособление, расположенное над фрикционной поверхностью, приемники продуктов разделения, установленные под столом, кольцевые борта с перепускными окнами, от л.и чающийся тем, что, с целью повышения эффективности классификации, желоба с рабочей поверхностью, наклоненной к горизонтальной плоскости под углом,

равным и более 40°, выполнены в верхней

части со стороны нерабочей поверхности с

гранью, наклоненной к их рабочей поверхности, а кольцевые борта установлены по

верхним краям желобов с рабочей поверхностью, наклоненной к горизонтальной плоскости под углом меньше 40°,

2.Сепаратор по п. 1,отличаю щи й- с я тем, что при превалирующем содержании в исходном материале крупной фракции загрузочное приспособление расположено над периферийным желобом, а угол наклона грани каждого желоба меньше угла наклона его рабочей поверхности.

3. Сепаратор по п. 1, от л и ч а ю щи й- с я тем, что при превалирующем содержании в исходном материале мелкой фракции, загрузочное приспособление расположено над центральным желобом, а угол наклона

грани каждого желоба больше угла наклона его рабочей поверхности.

4. Сепаратор по пп.1-3.от л ич а ющий- с я тем, что длина грани равна м.

5N

Фог.1

Изобретение относится к устройствам для выделения тонкодисперсных фракций из смеси сыпучих материалов и может использоваться в металлургической, химической и машиностроительной отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение эффективности классификации. Посредством вибровозбудителя рабочему органу 1 сообщают круговые колебания. Исходный материал из питающего патрубка подается в желоб 2 с минимальным углом наклона образующей рабочей поверхности 3 к горизонтали а. Крупные частицы скатываются в днище желоба 2, перемещаются вдоль него и под действием вибрации через выпускные отверстия 8 попадают в сборники продуктов разделения 9. Мелкие и промежуточные крупности под действием вертикальной составляющей колебаний достигают кольцевого борта б и выводятся через перепускное окно. Следующий кольцевой желоб имеет угол наклона образующей основной рабочей поверхности к горизонтали at больше предыдущего. В этом желобе отделяется одна из промежуточных фракций. В дальнейшем процесс повторяется аналогично первому желобу. Углы а, ощ... On... подбираются для каждого конкретного материала предельными для каждой конкретной фракции. Это дает возможность разделить исходный полидисперсный материал на заданное число фракций. Диапазон углов cti...Oh составляет 5-60°. Это позволяет разделить исходный материал на узкие фракции в диапазоне(-100+10)мкм. 3 з.п. ф-лы, бил.

ШЈ

9аг.у

Редактор Н. Горват

Техред М.Моргентал

Заказ 559ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Корректор М. Демчик ;.