СПОСОБ РАЗМОЛА, ОТДЕЛЕНИЯ И ВЫВОДА ТРУДНОРАЗМАЛЫВАЕМЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ СМЕСИ МАТЕРИАЛОВ ИЗ РАБОЧЕЙ КАМЕРЫ СПИРАЛЬНОЙ СТРУЙНОЙ МЕЛЬНИЦЫ
METHOD FOR GRINDING, SEPARATION AND REMOVAL OF HARD-TO-GRIND COMPONENTS OF MIXTURE OF MATERIALS FROM WORKING CHAMBER OF SPIRAL JET MILL

Настоящее изобретение относится к способу выпуска трудноразмалываемых частиц из спиральной струйной мельницы, охарактеризованному признаками пункта 1 формулы изобретения.
Струйные мельницы известны из уровня техники, например из DE 4431534 10 A1. Такие струйные мельницы используют для измельчения различных веществ. Подлежащие измельчению частицы ускоряют посредством газовых струй, обеспечивая измельчение этих частиц за счет их соударения. Кроме того, в местах, где частицы ускоряются газовыми струями, возникают силы сдвига, вносящие дополнительный вклад в процесс измельчения.
При загрузке в струйную мельницу материала, состоящего из различных компонентов, может оказаться, что размолу в струйной мельнице поддаются лишь некоторые из этих компонентов. Частицы, измельченные достаточно, покидают размольную камеру за счет того, что такие достаточно измельченные частицы, также называемые тонкоизмельченным материалом, или мелкой фракцией, проходят через классификатор, например колесо сепаратора, после чего покидают струйную мельницу через выход для тонкоизмельченного материала. Компоненты с другими свойствами, например пластичностью или более высокой твердостью, могут задерживаться в размольной камере. С течением времени в процессе помола такие трудноразмалываемые составляющие измельчаемого материала, или же его крупная фракция, концентрируются в размольной камере, что приводит к уменьшению располагаемого, т.е. доступного для размола, объема размольной камеры и, как следствие, к значительному снижению производительности струйной мельницы.
В технологии струйных мельниц из уровня техники известно, что такие трудноразмалываемые составляющие выгружают из мельницы путем уменьшения частоты вращения сепаратора. Недостатком в случае уменьшения частоты вращения сепаратора является сильное загрязнение установки крупными частицами. После этого камеру приходится заново заполнять псевдоожижаемым материалом, вследствие чего до достижения оптимального уровня загрузки происходят сдвиги в гранулометрическом составе, а производительность мельницы уменьшается. Кроме того, для удаления из установки крупных частиц ее приходится промывать. Эта технология очень неэффективна и связана с большими затратами времени.
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы оптимизировать процесс размола таким образом, что обеспечить более быстрое и эффективное, чем в уровне техники, удаление из размольной камеры остатков, собирающихся в ней в процессе размола.
Вышеуказанные задачи решаются в способе по пункту 1 формулы изобретения. Другие варианты осуществления изобретения представлены в соответствующих зависимых пунктах формулы.
Изобретение относится к способу размола, отделения и вывода трудноразмалываемых составляющих смеси материалов, состоящей из компонентов с различной размолоспособностью, из рабочей камеры струйной мельницы. По причине различия свойств компонентов, содержащихся в смеси материалов, достаточно измельченные частицы, также называемые тонкоизмельченным материалом или мелкой фракцией, покидают рабочую камеру после классификации (сортировки) через выход для тонкоизмельченного материала. Классификация частиц осуществляется, например, при помощи колеса (ротора) сепаратора. Трудноразмалываемые составляющие, также называемые крупной фракцией, не в состоянии пройти через классификатор и поэтому задерживаются в рабочей камере. Во избежание концентрирования в рабочей камере крупных фракций эти фракции выводятся при помощи текучей среды через по меньшей мере один выпускной патрубок (штуцер).
Таким образом, при осуществлении предлагаемого в изобретении способа легкоразмалываемые составляющие смеси материалов выводят из рабочей камеры через выход для тонкоизмельченного материала, а трудноразмалываемые составляющие выводят из рабочей камеры при помощи текучей среды через по меньшей мере один дополнительный выпускной патрубок. При этом открытие выпускного патрубка выполняют одновременно с прерыванием подачи измельчаемого материала или со смещением от него во времени, т.е. согласованно во времени, или синхронизированно. Текучая среда, выносящая крупные фракции из рабочей камеры, подается через мелющие сопла, выступающие в рабочую камеру. Эти сопла создают в процессе размола газовые струи, посредством которых измельчаются частицы подаваемого (загружаемого) материала. За счет действующего в рабочей камере избыточного повышенного или пониженного давления мелющий газ выносит крупные фракции из рабочей камеры через по меньшей мере один выпускной патрубок.
Для дальнейшей оптимизации способа в процессе размола выпускной патрубок держат закрытым, запирая соответствующий из рабочей камеры, и открывают его вручную или автоматически только в фазе вывода крупной фракции.
Еще одним преимуществом предлагаемого в изобретении способа является ручное или автоматическое прерывание подачи измельчаемого материала. Таким образом во время опорожнения размольной камеры, т.е. во время вывода из размольной камеры трудноразмалываемых составляющих измельчаемого материала, предотвращают поступление в размольную камеру неизмельченного материала через вход для измельчаемого материала. Подачу в рабочую камеру измельчаемого материала через соответствующий вход осуществляют посредством дозирующего устройства, например шлюзового питателя или дозатора, или посредством дозирующего насоса.
Выпускной патрубок, а также вход для подачи измельчаемого материала могут закрываться для изоляции от рабочей камеры посредством соответствующих запорных элементов. Запорные элементы могут быть выполнены, например, в виде заслонки, задвижки или шлюзового питателя.
Для улучшения регулирования прерывания подачи измельчаемого материала при помощи по меньшей мере одного датчика регистрируют по меньшей мере один рабочий параметр способа. Важными рабочими параметрами являются, например, степень заполнения мельницы, количество и скорость подачи измельчаемого материала, количество, давление и скорость используемой мелющей текучей среды, частота вращения колеса сепаратора, сила тока, потребляемого электродвигателем, приводящим в движение колесо сепаратора, а также расход измельчаемого материала.
Различные параметры оказывают взаимное влияние друг на друга, в частности, это касается степени заполнения мельницы и подачи измельчаемого материала. Степень заполнения мельницы контролируют по силе тока, потребляемого приводом колеса сепаратора. Когда измельченный материал покидает рабочую камеру через колесо сепаратора и выход для тонкоизмельченного материала, в рабочей камере находится меньше измельчаемого материала, поэтому происходит меньше столкновений частиц измельчаемого материала с колесом сепаратора. Как следствие, снижается потребная мощность для поддержания постоянной частоты вращения колеса сепаратора, и соответственно, снижается сила тока, потребляемого электродвигателем привода колеса сепаратора. Если сила тока выходит вниз за определенное минимальное значение, например, падает ниже 60% максимальной мощности электродвигателя привода колеса сепаратора, в рабочую камеру через соответствующий вход впускают измельчаемый материал до тех пор, пока сила тока, потребляемого электродвигателем привода колеса сепаратора, вновь не достигнет максимального значения, например 65% максимальной мощности электродвигателя привода колеса сепаратора, за счет возросшего числа столкновений с частицами измельчаемого материала. Границы диапазона значений мощности, потребляемой электродвигателем привода колеса сепаратора, могут разниться в зависимости от подаваемого на измельчение материала. Например, минимальное значение может составлять от 30% до 80%, в частности от 40% до 60%. Максимальное значение мощности, потребляемой электродвигателем привода колеса сепаратора, может находиться между 50% и 100%, в частности между 60% и 80%.
Рассмотренный в приведенном выше абзаце процесс подачи измельчаемого материала в случае измельчаемого материала, не содержащего трудноразмалываемых или не поддающихся размолу составляющих, выражается постоянным интервалом. Это значит, что промежутки между остановкой и началом подачи измельчаемого материала, а также длительность подачи измельчаемого материала ведут себя приблизительно периодически. В случае измельчаемого материала, содержащего трудноразмалываемые или не поддающиеся размолу составляющие, это не так.
Концентрирование трудноразмалываемых или не поддающихся размолу составляющих измельчаемого материала приводит к тому, что рабочую камеру покидает меньше частиц, чем обычно. По этой причине и сила тока, потребляемого электродвигателем привода колеса сепаратора, опускается ниже заданного минимального значения не так быстро, что влечет за собой задержку в подаче измельчаемого материала. Трудноразмалываемые или не поддающиеся размолу составляющие измельчаемого материала, остающиеся в рабочей камере, продолжают нагружать колесо сепаратора, будучи неспособны пройти через него, из-за чего сила тока, потребляемого электродвигателем привода колеса сепаратора, снижается не так, как в случае нормального измельчаемого материала, не содержащего трудноразмалываемых или не поддающихся размолу составляющих, а промежутки между остановкой и началом подачи измельчаемого материала увеличиваются. Длительность же подачи измельчаемого материала сокращается, поскольку после выхода силы тока, потребляемого электродвигателем привода колеса сепаратора, вниз за заданное минимальное значение, достижение соответствующего максимального значения происходит быстрее, поскольку в рабочей камере осталось большее количество частиц.
Из-за описанного поведения измельчаемого материала с трудноразмалываемыми или не поддающимися размолу составляющими увеличение длительности процесса размола влечет за собой значительное уменьшение производительности мельницы, т.е. расхода измельчаемого материала. Это уменьшение расхода измельчаемого материала предпочтительно можно использовать как параметр управления для вывода из мельницы трудноразмалываемых или не поддающиеся размолу составляющих измельчаемого материала.
Если значение по меньшей мере одного контролируемого рабочего параметра, например расхода измельчаемого материала, выходит за пределы по меньшей мере одного заданного диапазона значений, подача измельчаемого материала автоматически останавливается. Аналогично подаче измельчаемого материала, т.е. также в зависимости от рабочих параметров, можно управлять открытием и закрытием выпускного патрубка. Прерывание или начало подачи измельчаемого материала и открытие или закрытие выпускного патрубка также можно согласовать друг с другом. Например, на основании по меньшей мере одного рабочего параметра можно управлять только подачей измельчаемого материала. При выходе по меньшей мере одного рабочего параметра, например расхода измельчаемого материала или длительности интервала подачи измельчаемого материала, за пределы заданного для него диапазона значений,  инициируется прерывание подачи измельчаемого материала. В зависимости от этого события, одновременно с ним или со смещением от него во времени, инициируется открытие выпускного патрубка. То же самое возможно, если на основании по меньшей мере одного рабочего параметра управлять только выпускным патрубком, и тогда воздействие на подачу измельчаемого материала будет осуществляться в качестве реакции на изменение состояния выпускного патрубка, т.е. в зависимости от управления им. Это позволяет создавать в автоматизированном режиме стабильные и адаптируемые к соответствующему измельчаемому материалу условия осуществления процесса размола. Соответствующие диапазоны значений рабочих параметров могут выбираться в зависимости от материала и мелющей текучей среды.
Длительность открытия выпускного патрубка, а также прерывания подачи измельчаемого материала устанавливаются индивидуально в зависимости от конкретного измельчаемого материала. Длительность открытия выпускного патрубка предпочтительно составляет от 1 до 10 секунд. Длительность прерывания подачи измельчаемого материала предпочтительно составляет от 1 до 10 секунд.
Как указано выше, открытие выпускного патрубка и прерывание подачи измельчаемого материала выполняют согласованно. То же касается закрытия выпускного патрубка и начала подачи измельчаемого материала. Прерывание подачи измельчаемого материала перед открытием выпускного патрубка позволяет, в частности, избежать потерь измельчаемого материала. Это обеспечивает возможность размалывания еще не измельченного подаваемого материала и вывод еще находящихся в рабочей камере, измельченных до требуемого размера частиц.
Таким образом, предлагаемый в изобретении способ в одном примере его осуществления можно описать следующей последовательностью действий:
1. Выход по меньшей мере одного рабочего параметра за пределы заданного диапазона значений из-за того, что в рабочей камере концентрируются трудноразмалываемые или не поддающиеся размолу составляющих измельчаемого материала.
2. Прерывание подачи измельчаемого материала.
3. Размалывание измельчаемого материала, еще находящегося в рабочей камере, и его вывод.
4. Открытие выпускного патрубка и выпуск из рабочей камеры трудноразмалываемых или не поддающихся размолу составляющих измельчаемого материала.
5. Закрытие выпускного патрубка.
6. Начало подачи измельчаемого материала и продолжение процесса размола.
Некоторые из описанных выше шагов способа предпочтительно имеют заданную длительность: например, размалывание и вывод еще находящегося в рабочей камере количества поддающихся размолу составляющих измельчаемого материала занимает от одной секунды до пяти минут, в частности от 1 до 60 10 секунд. Длительность открытия выпускного патрубка составляет от одной секунды до одной минуты, в частности от 1 до 10 секунд. Как только выпускной патрубок закрыт, можно снова начинать подачу измельчаемого материала. Время, проходящее между этими двумя шагами способа, может составлять от 0,5 до 60 секунд, в частности от 0,5 до 5 секунд.
Предлагаемый в изобретении способ осуществляется в спиральной струйной мельнице, предназначенной для воздействия на частично поддающийся измельчению и классифицируемый материал. Такие спиральные струйные мельницы имеют рабочую камеру, окруженную корпусом. В рабочую камеру выступают по меньшей мере два мелющих сопла, через которые в процессе размола в рабочую камеру направляется мелющая текучая среда.
В спиральных струйных мельницах рабочая камера выполнена вращательно-симметричной, плоской и круглой, с проходящей радиально, т.е. в окружном направлении, стенкой корпуса, ограниченной круглой поверхностью сверху и снизу, причем высота такого цилиндра меньше его диаметра. Мелющие сопла установлены тангенциально на стенке корпуса. Кроме того, мелющие сопла расположены в одной плоскости с колесом (колесом) сепаратора, который находится в центре рабочей камеры. Колесо сепаратора также выполнено вращательно-симметричным, плоским и круглым, с проходящими радиально, т.е. в окружном направлении, ламелями, которые сверху и снизу ограничены пластинами, выполненными с круглыми поверхностями, причем и в этом случае высота соответствующего цилиндрического тела меньше его диаметра.
В зависимости от конкретных измельчаемого материала и мелющей текучей среды регулируемое избыточное давление, под которым мелющая текучая среда направляется через мелющие сопла в рабочую камеру, колеблется от 0,1 до 40 бар. К типичным мелющим текучим средам относятся воздух, азот, водяной пар и инертные газы, такие, например, как аргон и гелий.
Измельчаемый материал, поступающий в рабочую камеру через сообщающийся с ней вход, увлекается струями мелющей текучей среды, ускоряется и измельчается за счет соударения частиц. Таким образом, речь идет о самопроизвольном размалывании измельчаемого материала. Мелющая текучая среда переносит размолотые частицы к колесу сепаратора, приводимому в движение двигателем, например частотно-регулируемым электродвигателем. Целевая крупность частиц тонкоизмельченного материала, или мелкой фракции (тонина помола), заранее задается частотой вращения колеса сепаратора. Тонкоизмельченный материал после прохождения колеса сепаратора выносится из машины через выход для тонкоизмельченного материала. Слишком крупные, т.е. еще недостаточно измельченные, частицы отражаются колесом сепаратора и таким образом снова попадают в содержащие продукт струи мелющей текучей среды для домола. Так возникает круговое движение измельчаемого материала в рабочей камере.
Для отвода из рабочей камеры концентрирующихся в ней трудноразмалываемых или не поддающихся размолу составляющих измельчаемого материала предусмотрен сообщающийся с рабочей камерой выпускной патрубок. Этот выпускной патрубок закрывается вручную или в автоматизированном режиме для его изоляции от рабочей камеры и в процессе размола закрыт.
Предлагаемая в изобретении машина для воздействия на частично поддающийся измельчению и классифицируемый материал, содержит измерительные приборы, регистрирующие рабочие параметры процесса размола. Релевантными рабочими параметрами являются, например, расход измельчаемого материала в единицу времени, количество и скорость подачи измельчаемого материала, количество, давление и скорость используемой мелющей текучей среды, частота вращения колеса сепаратора и сила тока, потребляемого электродвигателем, приводящим в движение колесо сепаратора, а также расход измельчаемого материала. Кроме того, предлагаемая в изобретении машина содержит устройство, позволяющее регистрировать дозирование измельчаемого материала в рабочую камеру и управлять этим дозированием.
В качестве альтернативы описанным выше признакам или в дополнение к ним, предлагаемый в изобретении способ может включать в себя один или несколько признаков и/или характеристик описанного выше устройства. И равным образом, в качестве альтернативы описанным выше признакам или в дополнение к ним, предлагаемое в изобретении устройство может включать в себя один или несколько признаков и/или характеристик описанного выше способа.
Здесь необходимо прямо указать, что любые аспекты и варианты осуществления изобретения, рассмотренные в связи с предлагаемым в изобретении способом, могут в равной мере касаться частичных аспектов или предлагаемой в изобретении спиральной струйной мельницы или могут являться такими частичными аспектами. Поэтому, если в том или ином месте описания осуществления изобретения или же раскрытия сущности изобретения и определения терминов патентных притязаний, относящемся к предлагаемому в изобретении способу, речь идет об определенных аспектах и/или взаимосвязях и/или эффектах, все это в равной мере относится и к предлагаемой в изобретении спиральной струйной мельнице. И наоборот, любые аспекты и варианты осуществления изобретения, рассмотренные в связи с предлагаемой в изобретении спиральной струйной мельнице, могут в равной мере касаться частичных аспектов или предлагаемого в изобретении способа или могут являться такими частичными аспектами. Поэтому, если в том или ином месте описания осуществления изобретения или же раскрытия сущности изобретения и определения терминов патентных притязаний, относящемся к предлагаемой в изобретении спиральной струйной мельнице, речь идет об определенных аспектах и/или взаимосвязях и/или эффектах, все это в равной мере относится и к предлагаемому в изобретении способу.
Примеры осуществления изобретения и его преимущества более подробно описаны ниже с использованием приложенного чертежа. Соотношение размеров отдельных элементов друг к другу на этих чертежах не всегда соответствует реальному соотношению размеров, поскольку для большей наглядности отдельные элементы показаны в упрощенном виде, а размеры некоторых элементов увеличены по сравнению с размерами остальных элементов.
Для обозначения одинаковых или функционально равнозначных элементов изобретения используются одни и те же ссылочные обозначения. Кроме того, на отдельных чертежах для наглядности проставлены только ссылочные обозначения, необходимые для описания соответствующих чертежей. Рассматриваемые варианты являются лишь примерами выполнения предлагаемого в изобретении устройства или осуществления предлагаемого в изобретении способа и не исчерпывают всех возможностей осуществления изобретения.
На чертеже приведен разрез спиральной струйной мельницы (1), имеющей вход (2) для подачи измельчаемого материала, через который в рабочую камеру (3) направляют измельчаемый материал (10). Дозирование измельчаемого материала (10), т.е. его подача осуществляется при помощи дозирующего устройства (на чертеже не показано), например шлюзового питателя или дозатора либо перекачивающего устройства.
В рабочую камеру (3) выступают мелющие сопла (4), расположенные на соответствующем расстоянии друг от друга. Это соответствующее расстояние разнится в зависимости от числа мелющих сопел (4) и поэтому должно выбираться таким, чтобы мелющие сопла (4) были расположены равномерно распределенными по круговой траектории, описывающей корпус (5), окружающий рабочую камеру (3), причем в показанном на чертеже примере мелющие сопла (4) расположены с угловым интервалом 90°, а их продольные оси (41) образуют с касательной (13), проведенной в области крепления соответствующего мелющего сопла в корпусе (5), угол (α), который должен составлять от 10° до 60°. В некоторых случаях применения мелющие сопла (4) также могут быть расположены на корпусе (5) неравномерно.
Мелющие сопла (4) подают в рабочую камеру (3) мелющую текучую среду (6). Эта мелющая текучая среда (6) служит для воздействия на введенный в камеру измельчаемый материал (10) и его измельчения. Параметры мелющей текучей среды (6), такие, например, как давление, расход, температура и угол распыления, могут регулироваться в зависимости от случая применения и введенного измельчаемого материала (10). В качестве мелющей текучей среды (6) могут использоваться, например, газы, в частности инертные газы, такие как аргон, гелий и азот.
В центре рабочей камеры (3) находится выход (7) для тонкоизмельченного материала, он направляет частицы из рабочей камеры (3) через крышку или днище корпуса (5). Через выход (7) для тонкоизмельченного материала отводятся частицы, получившие в результате размалывания в рабочей камере (3) необходимую крупность, т.е. размолотые составляющие измельчаемого материала (11). Для того чтобы рабочую камеру (3) могли покидать только частицы необходимой крупности, вокруг выхода (7) для тонкоизмельченного материала установлено колесо (8) сепаратора. Колесо (8) сепаратора приводится во вращение с переменной частотой вращения. Это позволяет регулировать необходимую крупность размолотых составляющих измельчаемого материала (11). Если через вращающееся колесо (8) сепаратора попытается пройти слишком крупная частица, колесо (8) сепаратора отбросит ее обратно в рабочую камеру (3) для домола. Если частица размолота достаточно тонко, т.е. имеет достаточно малый размер, она сможет покинуть рабочую камеру (3) через выход (7) для тонкоизмельченного материала с потоком текучей среды, несущим размолотые составляющие измельчаемого материала (11).
Таким образом, трудноразмалываемые, или не поддающиеся размолу составляющие измельчаемого материала (12) остаются в рабочей камере (3) и в процессе размола концентрируются в ней. Для вывода таких крупных частиц из рабочей камеры (3) закрывают вход (2) для подачи измельчаемого материала, изолируя его от рабочей камеры (3). Одновременно или с заданным временным промежутком открывают выпускной патрубок (9). Последний в процессе размола закрыт запорным элементом (14), например заслонкой или задвижкой, и изолирован от рабочей камеры (3). Этот запорный элемент (14) может быть установлен в выпускном патрубке (9) произвольным образом, например, запорный элемент (14) может прилегать к наружной оболочке корпуса (5) вровень с ней или может быть установлен внутри корпуса (5) и заподлицо с поверхностью рабочей камеры (3). Теперь за счет действующего в рабочей камере (3) избыточного повышенного или пониженного давления, составляющего от -500 мбар до +600 мбар, все находящиеся в рабочей камере (3) частицы выдуваются из нее через выпускной патрубок (9).
Спустя некоторый период времени, составляющий, например от 1 до 60 секунд, или по сигналу от датчика, контролирующего степень заполнения рабочей камеры (3) и таким образом проверяющего, выведены ли из рабочей камеры все трудноразмалываемые или не поддающиеся размолу составляющие измельчаемого материала (12), выпускной патрубок (9) снова закрывают посредством запорного элемента (14). Затем снова открывают вход (2) для подачи измельчаемого материала и начинают подачу измельчаемого материала, продолжая процесс размола.
При необходимости также может быть предусмотрена возможность закрытия входа (2) для подачи измельчаемого материала и его изоляции от рабочей камеры (3) при помощи еще одного запорного элемента (15), аналогично использованию запорного элемента (14) в выпускном патрубке (9).
Перечень номеров позиций
1 спиральная струйная мельница
2 вход для подачи измельчаемого материала
3 рабочая камера
4 мелющие сопла
5 корпус
6 мелющая текучая среда
7 выход для тонкоизмельченного материала
8 колесо сепаратора
9 выпускной патрубок
10 измельчаемый материал
11 размолотые составляющие измельчаемого материала
12 трудноразмалываемые или не поддающиеся размолу составляющие измельчаемого материала
13 касательная
14 запорный элемент
15 запорный элемент
41 продольная ось мелющих сопел