Роторная шаровая мельница с принудительным охлаждением

Полезная модель относится к устройствам для тонкого измельчения, диспергирования и механической активации материалов в среде атмосферного воздуха при нормальном давлении и предназначена для использования, преимущественно, в промышленности строительных материалов, горнорудной, лакокрасочной, химической, фармацевтической, сельскохозяйственной и др. отраслях промышленности.
Из анализа мирового рынка помольного оборудования можно сделать вывод, что близкими по компоновке являются мельницы производства фирм Eirich, Buhler, Netsch, однако это зарубежное оборудование предназначено для помола материалов в виде суспензий. Жидкая среда помогает рассредоточиться частицам материала и препятствует их повторному агрегированию, а касательные напряжения, возникающие в жидкости, способствуют увеличению степени измельчения. Но у мокрого измельчения есть негативные стороны: во-первых, это необходимость в дополнительном технологическом оборудовании, как сушка полученного материала, во-вторых, не все материалы можно подвергать увлажнению без нарушения сохранности их свойств, вследствие чего номенклатура обрабатываемых материалов существенно ограничена. Кроме того, указанные фирмы производят низкопроизводительные агрегаты, предназначенные для выпуска ограниченных партий высококачественных тонкомолотых суспензий.
Бисерные мельницы, представленные на российском рынке, также не способны производить помол без присутствия жидкой среды, в силу своей низкой эффективности. При этом, жидкая среда призвана, за счёт уменьшения воздействия гравитационных сил и увеличения вязкости среды измельчения, снизить частоту вращения рабочего вала мельницы (патенты № 2389555, МПК В02С17/16, опубл.01.2006; 22892 МПК В02С17/16,опубл.16.10.05.2011; 2299874 МПК В02С17/16, опубл.01.2006).
Известен например, бисерный измельчитель (патент № 2299874, МПК В02С17/16, опубл. 27.05.2007), включающий размольную камеру с рубашкой охлаждения, внутри которой консольно установлены два ротора с размещёнными на их валах парными дисками и индивидуальный привод для каждого ротора. Каждый ротор содержит вал и скреплённую с ним шпоночным соединением втулку для передачи крутящего момента от привода. Узел ввода суспензии расположен в нижней части размольной камеры и включает решетку с устройством протирки на входе в размольную камеру, а узел слива суспензии установлен в верхней части размольной камеры вне зоны измельчения. Известная мельница, как и все мельницы данного типа, не способна производить помол без наличия жидкой среды. А жидкая среда (как правило, вода) призвана за счёт уменьшения воздействия гравитационных сил и увеличения вязкости среды измельчения снижать частоту вращения рабочего вала мельницы.
Принцип действия шаровых мельниц состоит в измельчении материла посредством удара и частично истиранием свободно падающих мелющих тел во вращающемся барабане (патенты РФ №104486 МПК В02С15/00, опубл.20.05.2011, 80127 МПК В02С13/00, опубл.27.01.2009; 2275244, МПК В02С17/14,126629 МПК В02С17/18, опубл. 10.04.2013).
Недостатком шаровых мельниц является невозможность осуществления высокодисперсного помола широкого диапазона материалов. В мельницах такого типа подвод энергии осуществляется за счет вращения корпуса, что налагает ограничения на предельную энергонапряженность процесса. Ввиду того, что с ростом скорости вращения корпуса развиваются значительные центробежные силы, которые прижимают к корпусу массу шаров и массу обрабатываемого материала и обработка прекращается. Также низкое значение КПД у таких мельниц приводит к перегреву материала до t=150-250 °C, что ухудшает условия помола и приводит к снижению активности порошковых материалов. То есть значительная  часть энергии, подводимая к материалу, идет на нагрев мелющих тел и корпуса мельницы, а не на уменьшение размеров частиц или изменение структуры измельчаемого материала.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является роторно-шаровая мельница по патенту на ПМ № 150904, МПК B02C17/16, опубл. 10.03.2014, включающая электродвигатель, и, жестко закрепленный на станине, вертикальный цилиндрический корпус. Внутри корпуса размещен рабочий вал ротора, снабженный активатором. Рабочий вал установлен на валу двигателя с возможностью регулирования скорости вращения при помощи частотного преобразователя, установленного на валу двигателя. Корпус заполнен мелющими телами, представляющими собой шары из тяжелого материала. Недостатком известной мельницы является то, что в процессе помола происходит значительное повышение температуры перерабатываемой массы,   а для многих материалов, подвергаемых измельчению, очень важен температурный режим, при котором производится помол, т.е. температура материала, до которой он нагревается в процессе измельчения, так как при нагревании некоторых видов измельчаемого материала возможно возникновение химических процессов, приводящих к изменению их свойств, например дегидратации двуводного гипса при помоле портландцемента.
Задачей, стоящей перед полезной моделью, является расширение технологических возможностей, заключающихся в расширении номенклатуры перерабатываемого материала, путём обеспечения возможности качественной переработки материалов как «мокрым», так и «сухим» способом, с исключением перегрева перерабатываемого материала и повышение производительности мельницы.
Задача решается за счёт выполнения корпуса мельницы в виде жёстко закреплённой на раме, горизонтально ориентированной двухконтурной цилиндрической ёмкости, внутренний контур которой содержит
горизонтальный рабочий вал, снабженный активатором, а внешний цилиндрический контур размещен на раме соосно рабочему валу и охватывает внутренний контур, с образованием между ними  зазора для циркуляции охлаждающей жидкости.
Технический результат состоит в снижении энергетических и временных затрат на помол, возможности получения высокодисперсных материалов без использования помола в жидкой среде, повышении надежности работы мельницы, снижения издержек при помоле, в частности намоле мелющих тел.
Сущность полезной модели заключается в том, что роторно-шаровая мельница, содержит раму, на которой жестко закреплена рабочая камера, выполненная в виде горизонтально ориентированной цилиндрической двухконтурной ёмкости, во внутреннем контуре которой размещены мелющие тела и расположен, установленный в горизонтальной плоскости, рабочий вал с закреплёнными на нём активаторами, а наружный контур ёмкости размещён соосно горизонтальному рабочему валу, и охватывает внутренний контур с образованием зазора для обеспечения возможности циркуляции в межконтурном пространстве охлаждающей жидкости, при этом регулятор скорости вращения, в виде частотного преобразователя, размещён на раме и связан с электродвигателем, что позволяет интенсифицировать процесс помола за счёт изменения движения мелющих тел.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
на фиг. 1 схематично изображена конструкция роторно-шаровой мельницы (продольный разрез);
на фиг. 2 - схема общего вида роторно-шаровой мельницы.
Роторно-шаровая мельница состоит из рамы 1, на которой жёстко закреплена горизонтально ориентированная, двухконтурная цилиндрическая ёмкость (рабочая камера). Жёсткое крепление корпуса на раме позволяет не тратить энергию на вращение корпуса, а всю энергию привода направлять на перемещение мелющих тел вращения: таким образом, достигается высокая эффективность перемешивания, позволяющая вести помол не только в присутствии жидкости, но и «по сухому», что расширяет технические возможности мельницы. Двухконтурная цилиндрическая ёмкость включает в себя наружный контур (рубашку охлаждения) 2 и внутренний контур, собственно, размольную камеру 3, заполненную мелющими телами 4, представляющими собой шары из тяжелого материала. В верхней части боковой поверхности  цилиндрической ёмкости размещён загрузочный патрубок 5. Внутри размольной камеры (внутреннего контура) 3 проходит горизонтальный рабочий вал 6, снабженный лопастными активаторами 7. Рабочий вал 6 закреплён на валу электродвигателя 8 (фиг.1, 2). Частота вращения рабочего вала регулируется частотным преобразователем 9, размещённым на раме и связанным с электродвигателем (фиг.1). В нижней части ёмкости расположен выгрузочный патрубок 10. В верхней части наружного контура 2 расположен штуцер подачи охлаждающей жидкости 11 в межконтурное пространство рабочей камеры, а в нижней его части расположен штуцер отведения жидкости 12 для вывода отработанной теплой жидкости (фиг.2).
Мельница работает следующим образом.
Через загрузочный патрубок 5 в верхней части цилиндрической ёмкости в размольную камеру 3 засыпают исходный материал, затем закрывают крышкой и приводят в движение шаровую загрузку 4 посредством передачи ей кинетической энергии от активаторов 7, расположенных на рабочем валу 6. Интенсивность передачи энергии и, соответственно, скорость движения шаров регулируется изменением частоты вращения рабочего вала мельницы, посредством частотного преобразователя 9. После включения электродвигателя 8 начинается подача жидкости в межконтурное пространство (рубашку охлаждения) через штуцер подачи жидкости 11. Жидкость циркулирует внутри рубашки охлаждения мельницы и не позволяет нагреваться мелющим телам, корпусу и самому измельчаемому материалу. Отработанная (теплая) жидкость удаляется из межконтурного пространства через штуцер отвода жидкости 12. После измельчения продукт помола через выгрузочный патрубок 10 выгружается из размольной камеры и выводится за пределы рабочей зоны.
Техническим результатом использования предлагаемой полезной модели является снижение энергетических и временных затрат на помол, за счёт исключения перерывов в работе мельницы для её остывания; снижение издержек при помоле, за счёт исключения негативного влияния перегрева оборудования и перерабатываемого материала на качество помола, путём принудительного охлаждения размольной камеры, а также, повышение надежности работы мельницы. Кроме того, положительный результат заключается в повышении  производительности роторно-шаровой мельницы, за счёт горизонтального расположения рабочего вала, которое позволяет в отличие от вала вертикального, увеличить соотношение длины к диаметру рабочей камеры мельницы. При удлинении рабочей камеры увеличивается размер зоны максимальной эффективности помола, которая расположена возле внутренних стенок рабочей камеры мельницы.
Таким образом, задача, стоящая перед полезной моделью, решена.