УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ Советский патент 1997 года по МПК B02C13/14 

Изобретение относится к устройствам для измельчения материалов и преимущественно может быть использовано для разрушения катодного осадка, полученного электролизом циркония из солевого расплава.

В настоящее время развитие производства электролитических порошков циркония требует увеличения выхода частиц заданного гранулометрического состава (-1,0+0,04) мм), содержащего основное количество металлического циркония (до 27-28% ). Важным обстоятельством для увеличения выхода частиц является создание устройства, которое бы отвечало этому требованию и рентабельности получения порошков циркония. Но при этом надо учесть, что основным сдерживающим фактором, оказывающим влияние на работу установки измельчения, является селективность при разрушении материалов катодного осадка, под которой понимается способность разрушать ударными элементами исходные куски (-10+ 0,05 мм) (с составом 30% циркония, 70% соли) до частиц заданного размера.

Предлагаемое изобретение является дополнительным к N 1460794. Рассмотрим основное решение и проанализируем его на возможность решения указанной выше задачи.

По основному изобретению (см. авт.св. N 1460794) устройство для измельчения материалов содержит установленный в корпусе стакан со щелями, внутри которого размещен вал с билами и крыльчаткой, при этом угол наклона лопастей крыльчатки противоположен углу наклона лопастей бил, а обечайка стакана выполнена из элементов в виде тел вращения, размещенных с зазором и возможностью свободного вращения.

В этом устройстве измельчение материала происходит за счет соударений кусков материала с вращающимися билами и лопастями устройства и с внутренней боковой поверхностью промежуточного стакана. По мере достижения ими заданных размеров частицы выносятся аэродинамическим противотоком через боковые щели стакана. Крупные частицы, которые не подвергаются выносу аэропотоком из зоны измельчения, попадают на била и лопасти крыльчаток и разрушаются до тех пор в зоне измельчения, пока материал окончательно не достигнет заданного гранулометрического состава. При этом движении этих частиц в зоне измельчения неравномерно, вследствие чего выносимые аэропотоком частицы (-1,0+0,04 мм), соударяясь с отскакивающими от стенки более крупными частицами, попадают вновь на била или лопасти и подвергаются повторному разрушению. В результате чего возрастает выход в конечный продукт субситовых частиц (-0,04 мм) до 10% Поэтому решение поставленной задачи не обеспечивается данным изобретением, что требует разработки нового решения.

Целью изобретения является увеличение выхода частиц заданного гранулометрического состава путем повышения селективности при разрушении крупных частиц.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для измельчения материалов, содержащем установленный в корпусе стакан со щелями, внутри которого размещен вал с билами и крыльчаткой, при этом угол наклона лопастей крыльчатки противоположен углу наклона лопастей бил, обечайку стакана, выполненную из элементов в виде тел вращения, размещенных с зазором и возможностью свободного вращения, новым является то, что устройство снабжено дополнительными крыльчатками, расположенными на валу под основной крыльчаткой, причем количество лопастей каждой дополнительной крыльчатки рассчитывается по формуле Z_n= 4(n-1)+4, где 4,1,4 расчетные величины, полученные в результате эксперимента; n порядковый номер, начиная после основной, дополнительной крыльчатки.

Предлагаемое техническое решение и признаки соответствуют критерию "Существенные отличия". При общеизвестности в технике признака "устройство снабжено дополнительными крыльчатками", новым признаком, не обнаруженным в аналогичных технических решениях, является "количество лопастей каждой дополнительной крыльчатки рассчитывается по формуле Z_n=4(n-1)+4, где 4,1,4 расчетные величины, полученные в результате эксперимента; n - порядковый номер, начиная после основной дополнительной крыльчатки". В соответствии с нормами по изобретательству, в случае наличия в совокупности признаков хотя бы одного неизвестного в науке и технике, такая совокупность признается новой, а отличия существенными. Между отличительными признаками и положительным эффектом существует причинно-следственная связь.

В предлагаемом устройстве измельчение материала происходит за счет соударений кусков исходного продукта с вращающимися билами и лопастями (создающими вентиляционный поток) устройства, с внутренней боковой поверхностью промежуточного стакана и лопастями дополнительных крыльчаток. При этом измельченные от удара бил до заданных размеров частицы выносятся аэропотоком (от вентиляционного эффекта) в патрубок вывода готового продукта. Часть крупных частиц (-1,0+0,04 мм) пролетает била, разрушается от удара по ним лопастями основной крыльчатки и аэропотоком выносится в виде частиц, достигающих заданного размера, через щели стакана. Оставшаяся часть крупных частиц (-0,1+0,04 мм) падает в зону измельчения материала, где измельчается лопастями дополнительных крыльчаток. Отсюда усиливающимся встречным аэропотоком, образованым вращающимися лопастями дополнительных крыльчаток, частицы (-1,0+0,04 мм) выносятся вверх, а падающие вниз отселекционированные крупные частицы тормозятся противоаэропотоком, подвергаясь многократному ударному воздействию лопастями, количество которых и задается в формуле предлагаемого изобретения. При этом количественное увеличение лопастей и дополнительных крыльчаток является не экстенсивным количественнным показателем (характеризующим размеры и их число), а его интенсивным количественным показателем, характеризующим степень силового воздействия лопаток на материал, по высоте зоны измельчения, а также и потому, что с увеличением количества лопастей в дополнительных крыльчатках изменяется их радикальное расположение по высоте относительно лопастей основных крыльчаток. Поэтому при взаимодействии аэродинамического потока с лопатками они повышают степень закрутки газа в зоне измельчение-сепарация по мере прохождения им и измельчающимися (сепарирующимися) частицами увеличивающегося количества лопаток в крыльчатках, тем самым уменьшая степень силового воздействия нижеразмещенными дополнительными лопатками на частицы сообщения разгона аэросмеси вследствие сообщения разгона материалу в направлении вращения лопастей.

В зоне измельчение-сепарация тонкие частицы в аэропотоке приобретают большую скорость, чем крупные, а следовательно, и сила воздействия на них от лопастей меньше, что приводит к уменьшению степени их разрушения. После разрушения исходного продукта до частиц (1,0+0,4 мм) готовый материал под действием гравитационных сил скатывается по стенке и падает в сборник готового продукта. Таким образом, частицы металла (основного материала, катодного осадка) сохраняют свои размеры после измельчения электролитического порошка металла, а его составляющие солевые фракции, имеющие меньшую (в 2 2,5 раза) твердость (чем металл) по шкале Мооса, равную 1,5 2, разрушаются до частиц с размером менее 40 мкм и удаляются из сепарационной зоны. При этом многократное увеличение количества ударов лопастями по крупным частицам, более медленно вращающимся в зоне измельчения- сепарация под действием аэродинамических сил вследствие меньшего увеличения их закручиваемым аэропотоком, повышающим интенсивность ударов по мере падения этих частиц вдоль зоны измельчения, исключает попадание их в готовый продукт.

Этот признак не присущ, как было показано выше, устройству для измельчения материалов, описанному в основном авт.св. N 1460794.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию "Положительный эффект".

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство для измельчения материалов; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 узел I на фиг.2; на фиг.4 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.5 расположение роликов в стакане.

Устройство для измельчения материалов состоит из корпуса 1, стакана 2, вала 3 с билами 4, основной крыльчатки 5, элементов 6, образующих боковую поверхность стакана, выполненных в виде полого тела вращения и установленных с зазором друг к другу с образованием щелей 7, дополнительной крыльчатки 8 с лопастями 9, дополнительной крыльчаткой 10 отверстий 11 в элементах стакана, патрубка 12 для подачи исходного материала, бункера 13 сбора готового материала, патрубка 14, трубопровода 15, циклона 16, трубопровода 17, воздуховода 18 с отверстием 19, патрубка 20 для вывода технологического продукта, трубопровода 21, регулятора 22 аэропотока. Элементы установлены с возможностью вращения относительно собственной оси.

Предложенное устройство работает следующим образом. Включается электродвигатель (на чертеже не обозначен), приводящий во вращение вал 3 с билами 4 и крыльчатками 5, 8 и 10. В патрубок 12 подается исходный материал (-10+0,5 мм), который в зоне измельчения, попадая на вращающиеся била 4, отбрасывается на внутреннюю стенку стакана 2 и измельчается в результате многократных соударений с цилиндрическими элементами 6 и билами 4. Технологичные частицы выдуваются встречным аэропотоком, образующимся от вращения основной крыльчатки 5 с одной стороны в патрубок вывода этого продукта, откуда они по трубопроводу 15 через регулятор 22 аэропотока транспортируются в циклон 16, где оседают в бункере 13 сбора готового материала, энергоаэроноситель которого по трубопроводу 17 и воздуховоду 18 через отверстие 19 возвращается в зону измельчения, а с другой стороны через щели 7 (отверстия 11) попадают на стенки корпуса 1 и ссыпаются в бункер 13 готового материала. Часть материала, состоящая из смеси неразрушенных ранее технологических частиц и крупных частиц, попадает ниже лопастей основной крыльчатки 5, откуда готовые падающие частицы и вновь образовавшийся продукт (-1,0 мм), получаемый после селекции при разрушении лопастями крыльчатки 8 крупных частиц, вносятся аэропотоком, образованным от вращения дополнительных крыльчаток 8, 10 по вышеуказанным направлениям в сборник 13. Крупные частицы, отселекционированные аэропотоком, еще не разрушенные, подвергаются окончательному разрушению лопастями дополнительной крыльчатки 10, после чего готовый материал удаляется о стенки дна стакана 2 и скатывается по ним в бункер 13. При работе установки возможно регулирование расхода аэропотока, которое достигается установкой регулятора 22 в положения (кроме вышеуказанного), при котором энергогазоноситель выносит технологичную смесь в циклон 16 через патрубок 20 и трубопровод 21. Возможно положение регулятора 22, при котором энергоноситель в циклон 16 поступает по этим направлениям параллельно.

Таким образом, конструкция установки измельчения материалов позволяет исключить неоднородности течения разрушаемого материала в зоне измельчения, обеспечивая вывод из нее аэропотоком технологичных частиц по мере достижения ими заданного размера и селективность при разрушении крупных частиц до достижения ими размера менее 1,0 мм. Повышение селективности при разрушении крупных частиц позволяет получать порошки заданного гранулометрического состава (-1,0+0,04 мм).

Пример. Проводили измельчение материала электрического катодного осадка циркония, содержащего 70% солей (KCl, K₂ZrF₆ и др.). Результаты испытаний устройств занесены в таблицу и проводились при одинаковом количестве бил (4) и лопастей (4) основной крыльчатки. В предлагаемом устройстве проведено 3 варианта испытаний разрушения материала при размещении на валу дополнительных крыльчаток, имеющих различное количество лопастей 2 и 4, 4 и 8, 6 и 12. После измельчения материалов осадков циркония проведен ситовой анализ содержания фракций в готовом продукте (см. таблицу).

Как видно из таблицы, наибольший выход (98%) частиц заданного гранулометрического состава (-1,0+0,04 мм) в предлагаемом устройстве достигается только в случае варианта 2, в котором количество лопастей определено из расчетной формулы Z_n=4(n-1)+4. Разрушение материала катодного осадка циркония до частиц с размером менее 1 мм при меньшем количестве бил (2 и 4,вариант 1) сопровождается уменьшением выхода частиц (86,9%) фракции -1,0+0,4 мм и увеличением выхода (13,1% ) частиц с размером менее 0,04 мм, поскольку уменьшается степень аэропротивопотока (величина закрутки аэросмеси в зоне измельчение-сепарация) и частицы падают с большей скоростью, чем в вышеуказанном варианте 2. При этом возрастает значение силы удара лопастями по материалу, вследствие чего повышается выход частиц с размером -0,04 мм. Измельчение с сепарацией материалов циркониевого осадка (вариант 3) при большем количестве лопастей (6 и 12), чем в предложенном расчете по формуле, сопровождается выходами 93,9% частиц с размером (-1,0+0,4 мм) и 6,1% частиц с размером -0,04 мм. Это также не превышает значений выхода в варианте 2, так как происходит экстенсивное повышение количества лопаток в крыльчатке, после которого геометрически уменьшается величина проходного сечения зоны измельчение-сепарация и возрастает степень скопления частиц порошка на крыльчатках. Это приводит к более длительной стесненной задержке материала в аппарате, снижению величины ударного импульса вращающимися лопатками об аэросмесь.

Таким образом, увеличение выхода частиц заданного гранулометрического состава практически происходит при количестве лопастей, величина которых повышается согласно расчету, т.е. предложенной формуле Z_n=4(n-1)+4.

Предлагаемое устройство для измельчения в сравнении с устройством по основному авт. св. N 1460794 (прототипом) имеет следующие технико-экономические преимущества: повышается производительность путем увеличения выхода частиц заданного гранулометрического состава на 8% повышается рентабельность использования в производственном процессе путем исключения из циркониевого передела энергоемкого оборудования.

Использование предлагаемого устройства позволит исключить необходимость выделять из готового продукта переизмельченный и недоизмельченный материал.

Использование: для измельчения материалов, преимущественно для разрушения катодного осадка, полученного электролизом циркония из солевого расплава. Сущность изобретения: устройство содержит основную 5 и дополнительные 8 и 10 крыльчатки, установленные на валу под основной. Количество лопастей 9 каждой дополнительной крыльчатки рассчитывается по формуле Z_n = 4(n-1)+4, где 4,1,4 - расчетные величины, полученные в результате эксперимента; n - порядковый номер, начиная после основной, дополнительной крыльчатки. 5 ил., 1 табл.

Устройство для измельчения материалов по авт.св. N 1460794, отличающееся тем, что, с целью увеличения выхода частиц заданного гранулометрического состава путем повышения селективности при разрушении крупных частиц, устройство снабжено дополнительными крыльчатками, расположенными на валу под основной крыльчаткой, причем количество лопастей каждой дополнительной крыльчатки рассчитывается по формуле
Z_n 4(n 1) + 4,
где 4, 1, 4 расчетные величины, полученные в результате эксперимента;
n порядковый номер, начиная после основной, дополнительной крыльчатки.