Устройство для гранулирования
GRANULATION DEVICE

Изобретение относится к устройствам для гранулирования порошкообразных увлажненных материалов и может быть использовано в черной и цветной металлургии, химической, строительной и других отраслях промышленности.
Для гранулирования увлажненных материалов с определенными физико-химическими свойствами с целью получения гранул определенного размера и плотности используются грануляторы, в частности грануляторы барабанного типа.
Известен барабанный гранулятор для гранулирования, минеральных удобрений, содержащий основной барабан с транспортирующей насадкой на внутренней поверхности и дополнительный наружный барабан, между которыми размещен обратный шнек, вращающийся вместе с барабанами, камеры загрузки и выгрузки продукта, распылительную форсунку, загрузочную трубу. Камера выгрузки размещена на выходном конце дополнительного барабана, а основной барабан выполнен с классификатором, установленным также на выходном конце барабана и скреплен с обоими барабанами и очистителем (патент РФ №2080169, МПК B01J 2/12, опубл. 27.05.1997).
Получающиеся в данном грануляторе гранулы, пересыпаясь через подпорное кольцо основного барабана, поступают на классификатор, где отделяется мелкая фракция продукта, которая подхватывается обратным шнеком, транспортируется в секцию приема мелкой фракции и подается в наружный барабан. Готовый продукт из классификатора выгружается в камеру выгрузки и отправляется на упаковку. Классификатор постоянно очищается очистителем. Мелкая фракция, возвращенная в основной барабан, вновь подается в завесу из гранулированного материала и обрабатывается материалом из распылительной форсунки. Получающиеся гранулы перемещаются вдоль барабана к зоне выгрузки в классификатор, в котором вновь отделяется мелкая (некондиционная) фракция гранул и выгружается готовый продукт. Этот цикл увеличения размеров гранул до заданного регулируемого классификатором проводится многократно.
В известном устройстве отсутствует подготовка материала к окатыванию (экструзия), что определяет сложность его конструктивного оформления, постоянную циркуляцию материала в технологической зоне и получение продукта неоднородного гранулометрического состава вследствие низкой эффективности разделения материала в конусном классификаторе.
Известен барабанный гранулятор, содержащий наклонный вращающийся гранулирующий барабан с загрузочной течкой для обрабатываемого материала, форсунку для распыления жидкого компонента и камеру выгрузки, при этом полость камеры выгрузки соединена с полостью перфорированного барабана, закрепленного во внутренней полости барабана созревания, установленного под барабаном грануляции, и связаны каждый со своим накопительным контейнером, а наклон барабана созревания равен углу наклона гранулирующего барабана с обратным знаком (патент РФ №31993, МПК B01J 2/12, опубл. 10.09.2003, Бюл. №25). Для очистки внутренней поверхности гранулирующего барабана от налипания обрабатываемой смеси на продольной штанге закреплен зубчатый нож с возможностью колебательного движения вдоль оси гранулирующего барабана. Камера выгрузки обеспечивает передачу гранулируемого материала в барабан, на стенках которого выполнены сквозные отверстия, диаметр которых меньше или равен максимально допустимому размеру получаемых гранул, при этом перфорированный барабан жестко связан с барабаном созревания, а внутренние полости барабанов связаны соответственно с контейнерами для материала, идущего на дополнительную переработку и кондиционного материала.
К недостаткам известного устройства относится получение гранул только путем распыления материала, сложность конструктивного решения, так как необходимость предотвращения налипания влечет за собой усложнение конструкции (наличие рычажной системы с кулачком, зубчатого ножа), малая производительность, так как только часть гранул из камеры выгрузки проходит через отверстия перфорированного барабана, остальная масса попадает в контейнер для повторной переработки.
Известно устройство для скоростного гранулирования, содержащее неподвижный горизонтально расположенный корпус, патрубки для загрузки исходной смеси и выгрузки готовых гранул, вал, установленный в подшипниковых опорах соосно с корпусом, закрепленные на валу рабочие органы, каждый из которых состоит из стержня и лопатки, привод вращения вала, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено узлом загрузки исходной смеси, выполненным в виде шнекового экструдера с приводом вращения шнека и перфорированной фильерой на выходе, а также вращающимся в плоскости, параллельной плоскости фильеры, ножом с приводом вращения и установленным непосредственно за фильерой, соосно со шнеком экструдера (патент РФ №113174, МПК B01J 2/00, опубл. 10.02.2012, полезная модель - прототип).
Сущность решения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид скоростного гранулятора.
Устройство для скоростного гранулирования содержит корпус 1 (здесь и далее в абзаце см. фиг. 1), патрубки для загрузки исходной смеси 2 и выгрузки готовых гранул 3, вал 4, закрепленные на нем рабочие органы, каждый из которых состоит из стержня 5 и лопатки 6, шнековый экструдер со шнеком 7, приводом вращения 8 и перфорированной фильерой 9, установленной на выходе из экструдера, нож 10 для очистки фильеры с приводом вращения 11. Вращение вала гранулятора осуществляется приводом 12. В данном устройстве узел окатывания гранул включает корпус 1, патрубки для загрузки исходной смеси 2 и выгрузки готовых гранул 3, вал 4, закрепленные на нем рабочие органы, каждый из которых состоит из стержня 5 и лопатки 6.
Устройство работает следующим образом. Исходная смесь, представляющая собой увлажненный порошкообразный материал, подается в экструдер. В экструдере исходная смесь дополнительно перемешивается, уплотняется и продавливается через отверстия в фильере. На выходе из отверстий фильеры образуются жгуты, которые вращающимся ножом разрезаются на заготовки в виде цилиндров одинаковой длины. Заготовки через п-атрубок загрузки попадают в корпус гранулятора. При многократных ударах лопатками заготовки уплотняются, а при последующем движении (окатывании) по внутренней поверхности корпуса заготовки принимают шарообразную форму, т.е. превращаются в шарообразные гранулы. За счет наклона лопаток к поперечным сечениям корпуса осуществляется перемещение гранул вдоль оси. В конечном итоге гранулы высыпаются из корпуса через патрубок выгрузки. Таким образом, рыхлый увлажненный порошкообразный материал превращается в плотные и твердые гранулы.
Недостатком известного устройства является сложность и высокая металлоемкость конструкции: барабаны вращаются от разных приводов, основной барабан и экструдер расположены отдельно; трудности, возникающие при очистке оборудования, а также давление на окатываемые гранулы от перемещающихся лопаток отрицательно влияют на качество и размерность получаемых гранул.
Общими признаками известного и заявляемого устройств являются: барабан-окатыватель, патрубки загрузки исходной шихты и выгрузки готовых гранул, привод вращения барабана, экструдер, формирующий размер гранул.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является совмещение узлов экструдирования и окатывания в одном аппарате, что упрощает конструкцию устройства и повышает эффективность работы за счет расширения как требуемого диапазона размера гранул, так и их однородности.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для гранулирования, содержащее барабан-окатыватель, патрубки загрузки исходной смеси и выгрузки готовых гранул, привод вращения барабана и экструдер, формирующий размер гранул, согласно изобретению экструдер соосно размещен и жестко закреплен внутри барабана-окатывателя, выполнен в виде перфорированного барабана с проходными отверстиями в цилиндрической части барабана, во внутреннем объеме которого расположена продавливающая среда в виде массы твердых тел, при этом отношение диаметра перфорированного барабана экструдера к диаметру барабана-окатывателя составляет 1:2.0-2.4.
Кроме того, экструдер выполнен с технологическим люком с крышкой для подачи воздуха или жидкости, отверстия перфорированного барабана экструдера выполнены круглой или квадратной формы, размер твердых тел продавливающей среды больше размера проходных отверстий перфорированного барабана экструдера в 4-6 раз, продавливающая среда выполнена из металлических или керамических тел в форме шаров или стержней, при этом отношение масса твердых тел, расположенных в экструдере, к массе гранулируемого материала составляет 8-12:1.
Размещенная во внутреннем объеме перфорированного барабана экструдера продавливающая среда в виде массы твердых тел обеспечивает равномерное распределение загружаемой массы материала внутри барабана и продавливает ее через проходные отверстия, что обеспечивает последующую однородность окатываемых гранул и возможность получения широкого диапазона крупности, в том числе мелких (менее 5 мм). Форма проходных отверстий определяет размер и степень упрочнения гранул в процессе окатывания.
Исполнение барабана-окатывателя и перфорированного барабана экструдера с соотношением диаметров, равным 2-2.4:1, установлено экспериментально. Предлагаемое соотношение обеспечивает эффективное проведение процесса, позволяет проводить оптимальную загрузку и распределение материала в экструдере. При меньшем соотношении процесс идет неэффективно, а при большем неравномерно распределяется загрузка гранулируемого материала.
Технологический люк экструдера позволяет регулировать и поддерживать заданную влажность, улучшать пластические свойства гранулируемого материала и его проходимость через проходные отверстия перфорированного барабана путем подачи через него увлажнителя или горячего воздуха.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства для скоростного гранулирования - прототипа.
На фиг. 2 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства для гранулирования.
Предлагаемое устройство для гранулирования содержит:
- барабан-окатыватель гранул 13, на торцевой стороне которого со стороны выхода продукта, расположены окна выгрузки 21 готовой продукции;
- экструдер в виде перфорированного барабана 14 с проходными отверстиями 15 в цилиндрической части соосно размещен и жестко закреплен внутри барабана-окатывателя;
- в перфорированном барабане экструдера расположена продавливающая среда в виде массы твердых тел шаровой или цилиндрической формы 16, размер которых больше размера проходных отверстий перфорированного барабана в 4-6 раз;
- экструдер снабжен патрубком загрузки 18 массы для гранулирования и выполнен с технологическим люком 22, который расположен со стороны выгрузки гранул и предназначен для подачи жидкости или воздуха;
- короб приема и сбора продукции 23, направляющий поток гранул через патрубок выгрузки 20 в технологические емкости за пределами конструкции устройства;
- привод вращения 19 барабана-окатывателя, содержащий крышку 17, которая расположена на торцевой стороне барабана.
Предлагаемое устройство для гранулирования работает следующим образом.
Подготовленную массу для гранулирования необходимого состава и влажности подают в патрубок загрузки 18 при включенном устройстве: барабан-окатыватель 13 и экструдер 14 вращаются с помощью привода вращения 19, продавливающая среда 16 перекатывается по внутренней поверхности перфорированного барабана экструдера 14. При этом экструдер выполнен с технологическим люком 22, который предназначен для подачи жидкости или воздуха.
Масса для гранулирования под собственным весом входит через патрубок загрузки 18 в экструдер и захватывается движущейся продавливающей средой 16, которая перемешивает поданную массу и продавливает ее через проходные отверстия 15.
Продавливаемая через проходные отверстия 15 масса поступает в барабан-окатыватель 13 в виде тонких червеобразных стержней, которые самопроизвольно обламываются по мере выдавливания с образованием крупки гранулируемого материала с характерной длиной 0,8-1,4 от диаметра (размера) проходного отверстия. Поток крупки гранулируемого материала под действием своего веса и инерции вращения устройства падает на внутреннюю поверхность барабана-окатывателя, где происходит окатывание и формирование гранул, которые по мере вращения барабана-окатывателя проходят окончательное формирование и уплотнение. Полученные гранулы через окна выгрузки 21 попадают в короб приема и сбора продукции 23 и по мере накопления выгружаются через патрубок выгрузки 20 в технологические емкости за пределами конструкции устройства. На торцевой стороне барабана расположена крышка 17.
Механические свойства получаемых гранул зависят от свойств исходного материала, в том числе однородности исходных частиц, их взаимной адгезии и пластичности. Управление размерами гранул при фактических физико-химических свойствах исходного материала осуществляется за счет изменения размера проходных отверстий перфорированного барабана.
Материал для продавливающих тел выбирается с минимально необходимой адгезией с гранулируемым материалом и последующими требованиями к гранулам, например загрязнениями железом и др. Влажность материала гранулирования определяется экспериментально.
Примеры использования устройства для гранулирования
Пример 1.
Проверка работоспособности устройства проводилась на полупромышленной установке с барабаном-окатывателем диаметром 400 мм и длиной 600 мм и перфорированным барабаном экструдера диаметром 220 мм, диаметр проходных отверстий перфорированного барабана - 2,4 мм.
Устройство использовали для получения гранул на основе монтмореллонита с влажностью 40-45%.
Постоянная загрузка экструдера при непрерывном процессе (металлические шары и материал для гранулирования) составили 35-40% объема экструдера, скорость вращения барабана-окатывателя 20 об/мин.
Полученные результаты подтвердили высокую эффективность использования устройства для гранулирования, распределение по размерам полученных гранул составило 2,0-3,5 мм.
Пример 2.
Устройство для гранулирования использовали для получения окатышей из мелкой фракции железорудных материалов со связующим или водой для последующего использования в металлургическом переделе.
Скорость вращения барабана-окатывателя составила 20 об/мин, размер проходных отверстий - 8,5 мм.
Распределение сырых окатышей по крупности после гранулирования составило - 8-10 мм.
Использование предлагаемого устройства для гранулирования позволяет совместить в одном аппарате подготовку материала заданной крупности и окатывание, получать максимальный выход гранул требуемой крупности. Исключить циркуляционную нагрузку в технологическом цикле, упростить процесс гранулирования и уменьшить эксплуатационные затраты.