ЦЕНТРОБЕЖНО-СТРУЙНАЯ МЕЛЬНИЦА
CENTRIFUGAL-JET MILL

Изобретение относится к центробежно-струйным мельницам для тонкого измельчения и активации твердых тел, например, в химической, металлургической или строительной промышленности на стадиях подготовки сырья к химическому переделу.
Из уровня техники известен центробежный измельчитель встречного удара, включающий цилиндрический корпус с верхним загрузочным и нижним разгрузочным отверстиями, соосно расположенные верхний и нижний роторы встречного вращения, образующие между собою рабочую камеру. Верхний ротор выполнен полым, внутренняя поверхность его ступенчатая, на вертикальной стенке каждой ступени размещены отбойные плиты, нижний ротор представляет собою ступенчатый конус, где на каждой ступени расположены радиальные ребрышки. Между роторами обеспечена относительная угловая скорость вращения, а отбойные плиты на верхней поверхности ступеней верхнего ротора ориентированы по нормали к направлению вектора сообщения импульса нижнему ротору (Пат. РФ №2150323, МПК 7 В02С 13/20, опубл. 10.06.2000 г.).
Недостатком данного технического решения является повышенное энергопотребление мельницы, связанное с тем, что на каждой последующей ступени измельчения вся масса измельчаемого материала и воздуха тормозится и разгоняется в противоположную сторону, причем собственно на разрушение (измельчение) материала расходуется лишь незначительная часть подводимой энергии.
Задачей, на решение которой направлено данное техническое решение, является создание центробежно-струйной мельницы, использование которой исключило бы указанные недостатки.
Технический результат, достигаемый при реализации указанной задачи, заключается в повышении эффективности измельчения, в повышении интенсификации механохимических процессов (механоактивации) и тонины помола, в том числе при измельчении крупных частиц обрабатываемого материала, за счет двух роторов со взаимопроникающими поверхностями, в одном из которых образовывается направленный поток пылевоздушной смеси и происходит сепарация перед измельчением, а на другом происходит ступенчатое измельчение обрабатываемого материала, с усилением воздействия на обрабатываемый материал, возрастанием энергонапряженности процесса и с возможностью увеличения энергии удара на каждой ступени измельчения по мере продвижения материала, что позволяет при тех же энергозатратах осуществлять более тонкое и эффективное измельчение.
В практическом плане повышение тонины помола и степени механоактивации означает повышение производительности на последующих стадиях химических переделов.
Кроме этого при реализации данного технического решения достигаются другие технические результаты, заключающиеся в возможности регулирования тонины помола на каждой последующей ступени измельчения при сохранении экономичности и эффективности за счет регулируемого дискретного изменения границы раздела при сепарации, а также в повышении производительности за счет минимизации тормозящего действия встречных воздушных потоков в зоне столкновения частиц с ударными полками.
Указанный и другие технические результаты достигаются благодаря тому, что в заявляемой центробежно-струйной мельнице, включающей цилиндрический корпус с загрузочным и разгрузочным устройствами, двумя роторами встречного вращения, при этом указанные роторы выполнены соосно расположенными один внутри другого. Один ротор содержит кольцевые полки, снабженные ударными пластинами, при соударении с которыми материал измельчается, а другой ротор содержит радиальные разгонные каналы, в которых измельчаемый материал увлекается потоком воздуха и движется через все кольцевые полки с ударными пластинами, при этом разгонные каналы выполнены с коаксиальными проточками, в которые свободно погружаются кольцевые полки с ударными пластинами.
Предпочтительно, роторы выполнены в виде усеченных конусов.
Предпочтительно, коническая часть ротора, в котором измельчаемый материал захватывается потоком воздуха и проходит через все кольцевые полки с ударными пластинами, состоит из наружного и внутреннего покровных дисков, соединенных радиальными разгонными лопатками.
Предпочтительно, кольцевые полки отражательного ротора погружаются в разгонные каналы на регулируемую глубину, а высота ударных пластин на кольцевых полках изменяется.
Более предпочтительно, высота ударных пластин на кольцевых полках уменьшается на каждой последующей полке по мере удаления полок от оси вращения.
Предпочтительно, ударные пластины на кольцевых полках отражательного ротора установлены наклонно к оси вращения в сторону, противоположную направлению вращения, и угол их наклона составляет 30-60 градусов.
На чертеже изображен общий вид центробежно-струйной мельницы в разрезе.
Мельница содержит цилиндрический корпус 1, в верхней части которого расположен загрузочный патрубок 15, а по центру закреплен с возможностью вращения приводной вал отражательного ротора 3, в нижней части корпуса 1 по периферии расположены несколько мультициклонов 6, снабженных отводными каналами 12, а по центру нижней части корпуса закреплен с возможностью вращения приводной вал разгонного ротора 10.
В центральной части разгонного ротора 10 имеется кольцевое проходное отверстие 11 с винтовыми лопастями (спицами), коническая часть его состоит из наружного 7 и внутреннего 8 покровных дисков, соединенных радиальными разгонными лопатками 9. В наружном покровном диске 7 разгонного ротора 10 и в радиальных разгонных лопатках 9 имеются коаксиальные проточки.
В центральной части отражательного ротора 3 располагаются полость 14 с окнами 13 и кольцевое проходное отверстие 2, снабженное винтовыми лопастями (спицами). На конической части разгонного ротора 3 имеются кольцевые полки 5, снабженные ударными пластинами 4, причем кольцевые полки с ударными пластинами расположены так, что они свободно входят в коаксиальные проточки разгонного ротора 10.
Заявляемая мельница работает следующим образом. Измельчаемый материал через патрубок 15 поступает в кольцевое проходное отверстие 2 отражательного ротора 3, где винтовыми лопастями смешивается с воздухом, поступающим из полости 14 через окна 13, и образовавшаяся пылевоздушная смесь увлекается разгонным ротором 10 в разгонные каналы, образованные его наружным 7 и внутренним 8 покровными дисками и радиальными разгонными лопатками 9.
Под действием результирующей силы от воздействия на частицы центробежных сил и увлекающего их движущегося по конической полости воздушного потока происходит зонное распределение частиц по сечению разгонного канала на крупные, попадающие на кольцевые полки 5 отражательного ротора 3 и измельчающиеся за счет соударения со встречно движущимися ударными пластинами 4, и мелкие, увлекаемые воздушным потоком по неперекрываемой полками отражательного ротора 3 зоне сечения разгонных каналов. В этот же поток вовлекаются продукты измельчения и процесс повторяется на следующей ступени. Пройдя все ступени помола, количество которых равно количеству кольцевых полок отражательного ротора, пылевоздушный поток поступает в мультициклоны 6, где разделяется на готовый измельченный продукт, идущий на выход, и воздушный поток, возвращающийся через располагающиеся в корпусе 1 отводные каналы 12 и кольцевое проходное отверстие 11 разгонного ротора 10 в полость 14 отражательного ротора 3, замыкая циркуляционный цикл.
Глубиной погружения кольцевых полок 5 отражательного ротора 3 в разгонные каналы разгонного ротора 10 выбирается граница разделения пылевоздушного потока по заданному размеру частиц на два потока. Поток, содержащий частицы материала, не превышающие по размеру границу раздела, минует данную ступень измельчения, а поток с частицами, превышающими установленную величину, огибает кольцевую полку 5 отражательного ротора 3 и выпадающие из него частицы соударяются с ударными пластинами 4. Полученные на данной ступени продукты измельчения вливаются в пылевоздушный поток разгонного ротора 10.
Вновь образовавшаяся усредненная пылевоздушная смесь подвергается сепарированию перед следующей ступенью измельчения, где глубина погружения кольцевой полки 5 отражательного ротора 3 в разгонный канал разгонного ротора 10 может быть больше, чем на предыдущей ступени. Соответствующая этой глубине погружения кольцевой полки граница раздела частиц по размерам отличается от предыдущей ступени в сторону уменьшения и на измельчение поступает следующая размерная группа частиц, в составе которой находятся и крупные частицы, по какой-либо причине не измельченные на предыдущей ступени.
Углы при вершинах конусов, образованных поверхностями разгонного 10 и отражательного 3 роторов соответственно, равны и, в зависимости от физических характеристик измельчаемых материалов, лежат в пределах 60-160 градусов. Несоответствие выбранного угла при вершинах конусов роторов приводит к ухудшению сепарации пылевоздушного потока и значительно снижает эффективность процесса измельчения.
Угол между внутренними поверхностями наружного покровного диска 7 разгонного ротора 10 и кольцевой полки 5 отражательного ротора 3 определяет параметр закрутки радиально движущегося пылевоздушного потока. Чем меньше этот угол, тем выше скорость выхода отсепарированных частиц из пылевоздушного потока в зону соударения с ударными пластинами 4, тем лучше эффективность процесса измельчения.
Наклон ударных пластин 4 на кольцевых полках 5 отражательного ротора 3 минимизирует отрицательное воздействие встречного воздушного потока на процесс сепарации за счет вытеснения увлекаемого лопатками пылевоздушного потока на периферию кольцевой полки и снижения турбулизации непосредственно в зоне соударения разрушаемых частиц материала с ударными пластинами 4. Величина угла наклона ударных пластин назначается в зависимости от требуемой тонины помола. При тонине помола в сотни микрометров она составляет 30 градусов, а при требуемой тонине 5-10 микрометров - 60 градусов. Правильный выбор угла наклона ударных пластин повышает эффективность и тонину помола.
Для процесса измельчения необходимы ударные пластины, так как именно от соударения с ними происходит измельчение. Но эти же ударные пластины захватывают потоки воздуха и отражательный ротор можно рассматривать как центробежный вентилятор, у которого, при заданной их длине, высота ударных пластин определяет его производительность по воздуху и его энергопотребление. Это энергопотребление достаточно велико и не является производительным, т.е. не влияет положительно на процесс измельчения. Из вышеизложенного видно, что оптимизация высоты ударных пластин существенно влияет на экономичность измельчительного устройства.
По сравнению с известными мельницами заявляемая центробежно-струйная мельница позволяет производить тонкое измельчение различных твердых материалов до заданной, необходимой тонины и отличается высокой производительностью и экономичностью.
Основным отличием от известных мельниц, например, из патентов США №5522559 и №6905085, является то, что по мере продвижения обрабатываемого материала по предложенной мельнице, усилие воздействия на него растет, энергонапряженность процесса возрастает, что делает измельчение более тонким и эффективным при сохранении экономичности и регулируемости тонины помола.