Способ разрушения материалов стесненным ударом
METHOD OF MATERIALS DESTRUCTION WITH LIMITED IMPACT

Изобретение относится к технике, применяемой для измельчения материалов в различных видах промышленности, и может быть применено для приготовления колотой стальной дроби для дробеструйных аппаратов.
Известен способ разрушения материалов стесненным ударом в барабанной мельнице, включающий взаимодействие падающих мелющих тел с измельчаемым материалом под действием вращающегося ротора [Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. Учебник для вузов / Серго Е.Е. - М.: Недра, 1985. - 285 с.].
Недостатком известного способа является низкая эффективность измельчения и повышенные энергозатраты вследствие плохих условий контакта мелющих тел с измельчаемым материалом в связи с малой вероятностью создания прямого удара и наличием вращательного движения мелющих тел и измельчаемого материала.
Техническим заданием изобретения является усовершенствование способа разрушения материалов стесненным ударом, в котором благодаря новому обеспечению условий падения мелющих тел и их гарантированному контакту с измельчаемым материалом под прямым углом достигается повышение эффективности измельчения и снижение затрат энергии.
Поставленная задача достигается тем, что в способе разрушения материалов стесненным ударом, включающим взаимодействие падающих мелющих тел с измельчаемым материалом под действием вращающегося ротора, падение мелющих тел осуществляется в кинематической связи с ротором, при этом кинематическая связь с ротором осуществляется с помощью поступательных кинематических пар, а диаметрально расположенные друг относительно друга падающие мелющие тела жестко закреплены между собой и образуют единую кинематическую пару с ротором, причем взаимодействие падающих мелющих тел с измельчаемым материалом осуществляется под прямым углом или углом близким к прямому, при этом корпус мельницы обладает возможностью перемещения (например, вращения) относительно ротора, а движение корпуса и ротора мельницы обеспечивается между собой кинематической связью.
На фиг. 1 представлена схема мельницы для реализации предложенного способа разрушения материалов стесненным ударом.
Суть способа заключается в следующем.
Материал, подлежащий измельчению, подается в рабочую камеру мельницы 1, где попадает под действие падающих мелющих тел 2 и разрушается между ними и внутренней стенкой корпуса 3 мельницы, которая может иметь футеровку в виде износостойкой брони 4. Броня 4 может выполняться из стали Гадфильда 110 Г13Л, обладающей хорошей износостойкостью при ударе в результате ее упрочнения из-за наклепа.
Так как мелющие тела 2 и рабочая поверхность внутренней стенки корпуса 3 имеют одинаковую геометрическую конфигурацию в местах контакта, то обеспечивается наиболее эффективный вариант разрушения материала прямым стесненным ударом, когда практически вся потенциальная энергия мелющих тел переходит в работу разрушения. Этим достигается ударный контакт мелющих тел 2 с измельчаемым материалом под прямым углом или утлом близким к прямому.
Падение мелющих тел 2 обеспечивается вращением ротора 5, через который в отверстиях проходят направляющие штоки 6, на которых закреплены мелющие тела 2 таким образом, что они образуют с ротором 5 поступательные кинематические пары. По мере вращения ротора 5, кинематически связанные с ним мелющие тела 2 поднимаются вверх, накапливая при этом потенциальную энергию, в которую преобразуется кинематическая энергия вращения ротора 5 от привода.
Когда положение направляющих штоков 6 становится близким к вертикальному, происходит резкое высвобождение накопленной мелющими телами 2 потенциальной энергии и происходит их падение на измельчаемый материал, который претерпевает разрушение.
Мелющие тела 2 могут быть выполнены как одиночными, так и жестко связанными между собой. При жесткой связи мелющих тел 2 энергия разрушения увеличивается пропорционально их массе и может достигать значительно большей величины. Поэтому лучшим вариантом является тот, когда мелющие тела 2 жестко закреплены между собой и образуют посредством штоков 6 единую кинематическую пару с ротором 5.
Важным условием эффективного разрушения материалом является то, что мелющие тела 2 должны производить удар по измельчаемому материалу строго в вертикальной плоскости, при этом вращение ротора 5 может согласовываться с положением измельчаемого материала. Для этого корпусу мельницы можно придать, например, вращательное движение относительно ротора 5 (на фиг. 1 не показано), а, чтобы четко согласовать положение мелющих тел с положением материала в момент удара, движение корпуса и ротора 5 мельницы можно обеспечить между собой кинематической связью (на фиг. 1 не показано), хотя наиболее простым вариантом реализации способа является тот, когда вращение задается только ротору 5, а корпус при этом остается неподвижным.
Диаметральное расположение мелющих тел 2 в кинематических парах относительно ротора 5 может быть и перекрестным, тогда число циклов измельчения увеличивается пропорционально количеству перекрестно расположенным мелющих тел 2. При этом производительность мельницы также увеличивается пропорционально количеству перекрестно расположенных мелющих тел 2.
Регулируя частоту выгрузки измельчаемого материала из мельницы, можно добиваться различной степени измельчения. Так материал можно измельчать как однократным ударом мелющих тел 2, так и несколькими последовательными ударами до его полного удаления из рабочей зоны мельницы. Чем больше циклов разрушения претерпевает материал, тем мельче он становится.
Регулируя частоту вращения ротора 5 можно задавать различное число циклов разрушения материала, тем самым обеспечивая крупность готового продукта необходимого качества. Кроме этого при увеличении частоты вращения ротора 5 происходит возрастание центробежных сил, которые, складываясь по направлению с силами тяжести, способствуют лучшему ударному разрушению измельчаемого материала.
Испытания проводились на образцах стальной дроби сферической формы, выпускаемой Алчевским заводом стальной дроби, которая раскалывалась в устройстве, реализующим предложенный способ разрушения материалов стесненным ударом.
При испытаниях и дальнейшей эксплуатации в производственных условиях были получены следующие результаты, отраженные в таблице.
Выход товарной колотой дроби по предлагаемому способу на 23% выше, чем по применяемому в производстве в настоящее время.
Удельные энергозатраты предлагаемого способа разрушения меньше на 21,8 кВт на 1 тонну продукции по сравнению с существующим, что составляет на 47,6%.
В сравнении с применяемыми типами шаровых мельниц, мельница, работающая на использовании способа разрушения материалов свободным ударом с кинематической связью мелющих тел с ротором, существенно эффективней по выходу товарного продукта, энергоемкости и другим технико-экономическим показателям.
Предложенный способ позволяет повысить эффективность измельчения и снизить затраты энергии на разрушение материалов за счет создания преимущественных условий разрушения прямым стесненным ударом, когда потенциальная энергия мелющих тел максимально переходит в работу разрушения.