ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ УСТРОЙСТВО НЕПРЕРЫВНОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ
ELECTROMAGNETIC DEVICE FOR CONTINUOUS CRUSHING OF MATERIALS

Изобретение относится к средствам перемешивания и/или измельчения твердых материалов, в частности материалов минеральной природы, и может быть использовано в химической, пищевой, фармацевтической, строительной промышленности при измельчении и смешивании компонентов конечного продукта.
Известно (SU, авторское свидетельство 359041) устройство для проведения физико-химических процессов, содержащее камеру смешения/измельчения, выполненную из немагнитного материала, рабочий орган, закрепленный в опорных подшипниках, выполненный из ферромагнитного материала и выполняющий функции смешения/измельчения, и расположенный вокруг камеры статор, создающий вращающее рабочий орган электромагнитное поле.
Недостатком неизвестного устройства следует признать низкую производительность, обусловленную потерей мощности на трение в подшипниках, вызванное перекашиванием рабочего органа в процессе измельчения/смешивания.
Известно (SU, авторское свидетельство 992094) устройство для измельчения. Известное устройство содержит рабочую камеру, заполненную ферромагнитными шарами, и систему создания вращающегося магнитного поля. Кроме того, оно дополнительно содержит магнитопроводы с закрепленными по периметру постоянными магнитами с чередующимися полюсами, причем магнитопроводы выполнены с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, а рабочая камера расположена между магнитопроводами.
Недостатком известного устройства следует признать его недостаточную эффективность, обусловленную вращательным движением ферромагнитных тел.
Известно также (SU, авторское свидетельство 1609490) устройство для измельчения материалов. Известное устройство содержит вертикальную рабочую камеру, разделенную горизонтальной перегородкой на верхнюю с ферромагнитными телами секцию, охваченную индуктором вращающегося магнитного поля, и нижнюю секцию со штуцером подвода теплоносителя, загрузочный и разгрузочный патрубки, размещенные в верхней части рабочей камеры. Кроме того, она содержит переточную трубку, установленную в разгрузочном патрубке, и сопло, размещенное в горизонтальной решетке, при этом переточная труба и сопло установлены по оси рабочей камеры, а переточная труба над соплом с зазором с возможностью перемещения вдоль оси.
Недостатком известного устройства следует признать его недостаточную эффективность, обусловленную вращательным движением ферромагнитных тел.
Известно (SU, авторское свидетельство 1101291) устройство для проведения физико-химических процессов, содержащее камеру смешения, выполненную из немагнитного материала, рабочий орган, статор, создающий вращающееся электромагнитное поле, причем внутренняя поверхность статора выполнена конической.
Недостатком известного устройства можно признать слабую способность к измельчению материалов, обусловленную конструкцией устройства.
Известно (SU, авторское свидетельство 1282885) устройство для обработки материалов. Известное устройство содержит корпус, электромагнитную обмотку, расположенную внутри нее рабочую камеру, заполненную ферромагнитными элементами, штуцеры ввода и вывода обрабатываемого материала, а также конфузор с винтовыми направляющими на его поверхности, расположенный в нижней части рабочей камеры.
Известное устройство работает следующим образом.
Через штуцер в рабочую камеру подают материалы, подлежащие обработке. Под действием переменного напряжения, подаваемого на электромагнитную обмотку, ферромагнитные элементы находятся в постоянном движении, подвергая измельчению и перемешиванию исходные компоненты. Часть ферромагнитных элементов, захватываемая потоком обрабатываемого материала, попадает в нижнюю часть рабочей камеры, где расположен конфузор. Ударяясь о поверхность конфузора, ферромагнитные элементы под разными углами отражаются от поверхности конфузора по направлению к оси рабочей камеры и вдоль оси. Кроме того, винтовые направляющие, расположенные на внутренней поверхности конфузора, придают ферромагнитным элементам направление движения, встречное с обрабатываемым материалом, а также способствуют увеличению числа ферромагнитных элементов в центре рабочей камеры. Это приводит к тому, что разрушается структура из частиц обрабатываемого материала вдоль оси рабочей камеры.
Недостатком известного устройства можно признать сложность конструкции, обусловленную наличием перемещаемого в вертикальном направлении конфузора. Наличие измельченных частиц, забивающих пространство между конфузором и внутренней поверхностью камеры, затрудняет перемещение конфузора.
Техническая задача, решаемая посредством разработанного устройства, состоит в получении новой эффективной конструкции измельчения и смешения материалов.
Технический результат, получаемый при реализации разработанного технического решения, состоит в повышении эффективности работы устройства, обусловленной повышенной интенсивностью измельчения.
Для получения указанного технического результата предложено использовать разработанную конструкцию электромагнитного устройства непрерывного измельчения материалов. Разработанная конструкция содержит корпус, представляющий собой вертикально установленный электромагнитный индуктор, во внутреннем объеме которого выполнена, по меньшей мере, одна измельчительная камера, по меньшей мере, частично заполненная ферромагнитными мелющими телами, причем измельчительная камера дополнительно разделена поперечными перфорированными перегородками на секции, высота которых составляет от 0,08 до 0,25 м, твердость по шкале Мооса ферромагнитных мелющих тел составляет, по меньшей мере, 7.
В ходе разработки конструкции устройства измельчения экспериментально было установлено, что высота камеры менее 0,08 м не позволяет осуществлять даже минимально допустимую скорость измельчения из-за незначительного количества помещающихся в нее ферромагнитных мелющих тел, а также чрезмерно малого пространства для их перемещения по камере. Отсутствие возможности значительного перемещения мелющих ферромагнитных тел значительно снижает скорость измельчения. При увеличении высоты секции свыше 0,25 м значительно ухудшается качество измельчения, поскольку объем загруженных в указанную камеру ферромагнитных мелющих тел будет слишком велик для их свободного перемещения по камере, что также не позволит качественно и с достаточной скоростью осуществлять измельчение. Использование мелющих ферромагнитных тел с твердостью менее 7 по шкале Мооса является недостаточным для эффективной работы устройства, поскольку в этом случае ферромагнитные мелющие шары истираются сами слишком быстро. Ферромагнитные мелющие шары, отвечающие указанному ограничению, могут быть изготовлены из чугуна твердых марок или из керамики, в частности ферритбариевой керамики, обладающей высокими ферромагнитными характеристиками и достаточной прочностью для измельчения большинства минеральных и органических веществ.
В наиболее предпочтительном варианте реализации устройства суммарный объем ферромагнитных мелющих тел в секции составляет от 50 до 95% от объема секции. При подаче на измельчительную камеру переменного электромагнитного поля происходит хаотичное движение ферромагнитных мелющих тел в каждой секции, при этом хаотичном движении перемещающиеся по произвольным из-за взаимных соударений траекториям мелющие тела и измельчают находящиеся в секции материалы. Указанный диапазон суммарного объема является практически оптимальным для процесса измельчения, поскольку он обеспечивает необходимое количество моментов движения ферромагнитных мелющих тел в секции. При этом желательно, чтобы ферромагнитные мелющие тела имели эффективный радиус от 0,005 до 0,02 м. В наиболее предпочтительном варианте реализации желательно, чтобы ферромагнитные мелющие тела имели сфероподобную форму, а в идеальном случае - сферическую форму.
Для дополнительного повышения эффективности работы устройства желательно, чтобы размер элементов перфорации в перегородках секций уменьшался сверху вниз, как и размер мелющих тел. Это позволяет в верхних секциях проводить грубый размол с использованием ферромагнитных мелющих тел значительного размера (примерно, 0,015÷0,02 м), затем осуществляется самопроизвольный переход через элементы перфорации в ниже расположенные секции с дополнительным измельчением при этом ферромагнитными мелющими элементами более мелкого размера (до 0,005 м).
Разработанное электромагнитное устройство измельчения работает следующим образом.
В верхнюю секцию устройства помещают дробленый старый асфальтобетон с размером кусков не более 10 мм. Создают переменное электромагнитное поле с напряженностью в диапазоне от 35 до 100 кА/м с частотой от 40 до 100 Гц. Эффективный диаметр ферромагнитных мелющих элементов в верхней секции составляет от 5 до 20 мм при массовом соотношении дробленного асфальтобетона к массе ферромагнитных мелющих тел от 1:3 до 1:15 соответственно. Эффективный диаметр элементов перфорации в перегородках между секциями составляет от 12 до 6 мм. В процессе измельчения происходит саморазогрев массы до температуры примерно 60°С. Время переработки старого дробленого асфальтобетона в одной секции составляет примерно от 10 до 30 секунд. Разделяют полученную смесь, рассеивая на фракции 0-1,25; 1,25-5; 5-10. Полученные компоненты могут быть повторно использованы для получения асфальтобетона.
В дальнейшем сущность предлагаемого способа будет раскрыта с использованием примеров реализации.
1. В верхнюю секцию устройства поместили дробленый старый асфальтобетон с размером кусков до 10 мм. Создали переменное электромагнитное поле с напряженностью в диапазоне 70 кА/м с частотой 65 Гц. Эффективный диаметр ферромагнитных мелющих элементов в верхней секции составляет от 16 до 20 мм при массовом соотношении дробленого асфальтобетона к массе ферромагнитных мелющих тел от 1:3 соответственно. Эффективный диаметр элементов перфорации в перегородке между верхней секцией и второй секцией составил 10 мм. Во второй секции эффективный диаметр ферромагнитных мелющих элементов составил от 12 до 16 мм при том же соотношении дробленого асфальтобетона и массы ферромагнитных мелющих тел, а эффективный диаметр элементов перфорации в перегородке между второй и третьей секцией составил 8 мм. Соответственно для третьей секции эффективный диаметр ферромагнитных мелющих элементов составил от 8 до 12 мм при соотношении дробленого асфальтобетона и массы ферромагнитных мелющих тел 1:5, а эффективный диаметр элементов перфорации в перегородке между второй и третьей секцией составил 6 мм; соответственно для четвертой секции эффективный диаметр ферромагнитных мелющих элементов составил от 5 до 7 мм при соотношении дробленого асфальтобетона и массы ферромагнитных мелющих тел 1:5. По разгрузочному патрубку измельченный асфальтобетон поступил на классификацию. Время переработки старого дробленого асфальтобетона в одной секции составляет примерно от 12 до 17 секунд при полном цикле измельчения 53 секунды. Разделяют полученную смесь, рассеивая на фракции 0-1,25; 1,25-5; 5-10. Полученные компоненты повторно используют для получения асфальтобетона. Аналогичные результаты с использованием устройства-прототипа были получены за 640 секунд при выходе в основном фракции 5-10 мм.
2. В верхнюю секцию устройства поместили дробленый старый асфальтобетон с размером кусков до 10 мм. Создали переменное электромагнитное поле с напряженностью в диапазоне 90 кА/м с частотой 45 Гц. Остальные параметры совпадают с параметрами по примеру 1.
Время переработки старого дробленого асфальтобетона в одной секции составляет примерно от 12 до 18 секунд при полном цикле 57 секунд. Разделяют полученную смесь, рассеивая на фракции 0-1,25; 1,25-5; 5-10. Полученные компоненты повторно используют для получения асфальтобетона. Аналогичные результаты с использованием устройства-прототипа были получены за 640 секунд при выходе в основном фракции 5-10 мм.
3. В верхнюю секцию устройства поместили дробленый старый асфальтобетон с размером кусков до 10 мм. Создали переменное электромагнитное поле с напряженностью в диапазоне 90 кА/м с частотой 80 Гц. Остальные параметры совпадают с параметрами по примеру 1.
Время переработки старого дробленого асфальтобетона в одной секции составляет примерно от 10 до 13 секунд при полном цикле 44 секунды. Разделяют полученную смесь, рассеивая на фракции 0-1,25; 1,25-5; 5-10. Полученные компоненты повторно используют для получения асфальтобетона. Аналогичные результаты с использованием устройства-прототипа были получены за 640 секунд при выходе в основном фракции 5-10 мм.
4. В верхнюю секцию устройства поместили дробленый старый асфальтобетон с размером кусков до 10 мм. Создали переменное электромагнитное поле с напряженностью в диапазоне 40 кА/м с частотой 50 Гц. Все перегородки содержат отверстия перфорации с эффективным диаметром 4÷5 мм, для всех секций эффективный диаметр ферромагнитных мелющих элементов составил от 5 до 8 мм при соотношении дробленого асфальтобетона и массы ферромагнитных мелющих тел 1:6.
Время переработки старого дробленого асфальтобетона в одной секции составляет примерно от 13 секунд при полном цикле 45 секунд. Разделяют полученную смесь, рассеивая на фракции 0-1,25; 1,25-5; 5-10. Полученные компоненты повторно используют для получения асфальтобетона. Аналогичные результаты с использованием устройства-прототипа были получены за 640 секунд при выходе в основном фракции 5-10 мм.
Использование разработанного устройства позволяет повысить эффективность работы устройства за счет уменьшения времени процесса измельчения и получения различных фракций измельченного продукта.