УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ И ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Заявляемая полезная модель относится к устройствам смешивания и измельчения предназначена для приготовления и очистки смесей сыпучих материалов и может быть использована в строительной, химической, пищевой и других отраслях промышленности.
Аналогом заявляемой полезной модели является барабанная многокамерная мельница для сухого измельчения, содержащая штуцер питания, вкладыш, подшипник, переднюю крышку с цапфой, барабан, защитные плиты, диафрагмы, насадку последней камеры, разгрузочный бункер, сито, разгрузочную решетку, заднюю крышку с цапфой и разгрузочными окнами, привод, штуцер для вывода готового продукта, штуцер для отвода боя. (Сиденко, П.М. Измельчение в химической промышленности / П.М. Сиденко. - Изд. 2-е, перераб. М., «Химия», 1977 - 368 с. С. 170-172)
Недостатком аналога является относительно невысокое качество смешивания и измельчения по однородности конечного продукта, высокая длительность измельчения и наличие переизмельчения.
Также известна мельница для тонкого и сверхтонкого измельчения IsaMill (Xstrata Technology). Мельница содержит цилиндрический корпус, подшипник вала, ротор, устройство для загрузки, восемь мелющих дисков с отверстиями, устройство для выгрузки обрабатываемого материала. (Николаева, А.О. Интенсификация технологий разупрочнения и дезинтеграции полидисперсных минеральных комплексов различного генезиса с использованием мельниц IsaMill / Н.В. Николаева, А.О. Ромашев, Т.Н. Александрова, А.В. Фадина // ГИАБ Научно-технический журнал. - 2013. - №10. - С. 97-101)
Недостатки мельницы: мельница IsaMill работает в основном с пульпами и обеспечивает так называемый «мокрый» помол, сухое измельчение в этих мельницах затруднено. Для получения заданных фракций требуется эксплуатация мельниц в многопроходном режиме, что говорит об относительно небольшом коэффициенте измельчения. Недостаточно высокая крупность питания, мельница используется в циклах доизмельчения (3-4 стадия.)
Прототипом заявляемой полезной модели является устройство для смешивания и измельчения (Патент на полезную модель №147039, В22С 5/04, д.п. 27.10.2014. бюл. №30), содержащее рабочую емкость с днищем, крышкой, соединенную с приводом, установленным на раме, установленные внутри рабочей емкости ось с, по крайней мере, одним кронштейном и, с, по крайней мере, одной лопаткой, имеющей режущую кромку, переднюю и заднюю поверхность, по крайней мере, одна лопатка, установленная, по крайней мере, на одном кронштейне имеет сквозные от передней до задней поверхности пазы и/или отверстия, наименьшая ширина которых в сечении перпендикулярном их продольной оси меньше наименьшего размера мелющих тел. Продольные оси сквозных пазов расположены в плоскостях перпендикулярных оси вращения рабочей емкости. Расстояние между продольными осями сквозных пазов и/или отверстий больше или равно наибольшему размеру мелющих тел. На передней поверхности лопатки выполнены канавки перед отверстиями и за сквозными пазами и/или отверстиями, ось которых является продолжением продольной оси сквозных пазов и/или отверстий. Канавки имеют форму одинаковую с формой сквозного паза и/или отверстия в сечении перпендикулярном их продольной оси, и глубину, равную или большую глубине погружения мелющих тел в сквозной паз и/или отверстие. На задней поверхности лопатки выполнены канавки, за сквозными пазами и/или отверстиями, при этом дно канавок имеет вогнутую криволинейную форму в продольном сечении канавок, ось которых является продолжением оси сквозных пазов и/или отверстий.
Сквозные пазы и/или отверстия имеют в сечении перпендикулярном их продольной оси, например форму прямоугольника, параллелограмма, трапеции, а также X, и Y-образную форму. Ось с установленными кронштейнами и лопатками связана с приводом вращения через самотормозящуюся передачу и/или соединена с тормозом.
Недостатком прототипа является то, что устройство является устройством периодического действия, и не позволяет проводить обработку материала в непрерывном режиме. Кроме этого использование мелющих тел одного типа при измельчении материала до заданной фракции увеличивает энергозатраты на измельчение и смешивание.
Техническим результатом полезной модели является улучшение однородности готового продукта и исключение переизмельчения материала, снижение энергозатрат при измельчении и смешивании на единицу готового продукта.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для непрерывного смешивания и измельчения смесей из сыпучих материалов содержащем корпус, вращающуюся цилиндрическую рабочую емкость, установленную на подшипниках, ротор с лопатками, имеющими сквозные от передней до задней поверхности пазы и/или отверстия, наименьшая ширина которых в сечении, перпендикулярном их продольной оси меньше наименьшего размера мелющих тел, закрепленными на нем с помощью кронштейнов, и приводы вращения цилиндрической рабочей емкости и ротора, кронштейны для крепления лопаток выполнены в виде дисков со сквозными отверстиями, неподвижно установленных на роторе, между которыми неподвижно закреплена, по крайней мере, одна лопатка, при этом между ободом диска и внутренней поверхностью рабочей емкости имеется зазор, величина которого меньше наименьшего размера мелющих тел, соприкасающихся с торцами диска; лопатки снабжены шлицевыми осями, а диски шлицевыми отверстиями для их креплений; лопатки снабжены фасонными выступами, а на дисках выполнены пазы формы одинаковой с формой фасонных выступов; лопатки закреплены на дисках с возможностью регулирования их положения относительно дисков; для регулирования положения лопаток относительно дисков на них выполнены пазы, снабженные двумя винтовыми механизмами, один из которых обеспечивает перемещение лопатки вдоль паза, а другой обеспечивает их фиксацию относительно диска; фиксация продольного положения дисков на роторе осуществляется с помощью распорных втулок и/или лопаток и гайки; по крайней мере, первый и последний диски ротора снабжены, по крайней мере, одним скребком, неподвижно закрепленном на ободе диска; поверхность скребков, взаимодействующая с обрабатываемым материалом, имеет форму и/или наклон относительно торцев дисков, обеспечивающую перемещение материала в зазоре между ободом диска и внутренней поверхностью рабочей емкости вдоль оси вращения рабочей емкости.
Устройство поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан продольный разрез устройства для непрерывного смешивания и измельчения смесей из сыпучих материалов;
На фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1;
На фиг. 3 вид В на лопатку на фиг. 2;
На фиг. 4 вид Г на лопатку на фиг. 2;
На фиг. 5 вид Д на лопатку на фиг. 2;
На фиг. 6 сечение Е-Е на фиг. 5;
На фиг. 7 сечение Б-Б на фиг. 1;
На фиг. 8 вид Ж на фиг. 7;
На фиг. 9 вид 3 на фиг. 7.
Устройство для непрерывного смешивания и измельчения смесей из сыпучих материалов (Фиг. 1) содержит цилиндрическую рабочую емкость 1 с горизонтальной осью вращения, установленную на подшипниках 2 корпуса 3. Внутри цилиндрической рабочей емкости 1 установлены диски 4, выполняющие функции кронштейнов. Диски 4 закреплены на роторе 5 и распределены вдоль оси его вращения. Между соседними дисками 4 установлено, по крайней мере, по одной лопатке 6. Лопатка 6 имеет сквозные пазы, а ее режущая кромка соприкасается с внутренней поверхностью рабочей емкости 1. Кроме лопатки 6 между дисками 4 могут быть установлены по окружности дисков 4 одна или несколько дополнительных лопаток, например, лопатки 7 и/или 8. Дополнительные лопатки 7 и/или 8 могут отличаться от лопатки 6 формой и способом фиксации на дисках 4. Ротор 5 установлен на подшипниках 9 и приводится во вращение приводом 10, обладающим свойством самоторможения. С одной стороны рабочей емкости 1 расположено загрузочное устройство 11, со шнеком 12, который консольно установлен на подшипниковом узле 13 и приводится во вращение приводом 14. С другой стороны расположено устройство для выгрузки материала 15. Устройство для выгрузки материала 15 снабжено вентилятором 16 на выходе, которого установлен циклон 17. Рабочая емкость 1 приводится во вращение приводом 18 с помощью зубчатой передачи 19. На внешней поверхности рабочей емкости 1 расположены люки 20 для загрузки/выгрузки мелющих тел. Люки 20 равномерно распределены по окружности рабочей емкости 1. Вдоль оси вращения рабочей емкости 1 люки 20 располагают между парами соседних дисков 4. Крышки 21 люков 20 крепятся, например, при помощи быстросъемного соединения 22 (Фиг. 2).
На дисках 4 выполнены сквозные отверстия 23, которые в плане могут иметь различную форму (Фиг. 2). При этом один из размеров отверстий, например, ширина сквозного паза или диаметр отверстий, выполнен меньше наименьшего размера мелющих тел, соприкасающихся с торцем диска 4. Диски 4 неподвижно закреплены на роторе 5, с помощью, например, шлицевого соединения (на чертеже не показано). Положение дисков 4 на роторе 5 в осевом направлении фиксируется с помощью распорных втулок 24, установленных на роторе 5 между дисками 4 и/или лопатками 6, 7, 8, установленными между парами дисков 4. Стягивание и фиксация пакетов дисков осуществляется с помощью гайки 25, образующей винтовое соединение с ротором 5.
Лопатки 6 и дополнительные лопатки 7 и/или 8 установлены на дисках 4 с возможностью продольного, перемещения в направлении внутренней поверхности рабочей емкости 1 и/или поворота лопаток 6 и/или дополнительных лопаток 7 и/или 8 относительно диска 4. Продольное перемещение и/или поворот лопаток 6 и/или дополнительных лопаток 7 и/или 8 осуществляется с помощью регулировочных механизмов или устройств.
Лопатки 6 и/или дополнительные лопатки 7 и/или 8 могут быть установлены в пазы 26 (Фиг. 2, Фиг. 3), выполненные на дисках 4. В этом случае продольное перемещение лопаток 6 и/или дополнительных лопаток 7 и/или 8 вдоль пазов 26 осуществляется с помощью винтов 27. Фиксация лопаток 6 и/или дополнительных лопаток 7 и/или 8 осуществляется с помощью винтов 28 (Фиг. 2). Лопатки 6 и/или дополнительные лопатки 7 и/или 8 могут иметь на торцах шлицевые полуоси 29 (Фиг. 4). В этом случае фиксация лопаток 6 и/или дополнительных лопаток 7 и/или 8 на дисках 4 осуществляется путем установки шлицевых полуосей 29 в шлицевые отверстия дисков 4. Шлицевое соединение лопаток 6 и/или дополнительных лопаток 7 и/или 8 с дисками 4 обеспечивает возможность дискретной регулировки углового положения лопаток относительно дисков 4. Лопатки 6 и/или дополнительные лопатки 7 и/или 8 могут иметь на торцах фасонные выступы, например, прямоугольные выступы 30 (Фиг. 5, Фиг. 6). Форма пазов на дисках 4 в этом случае будет соответствовать форме фасонных выступов, например, прямоугольных выступов 30, что обеспечит фиксацию лопаток 6 и/или дополнительных лопаток 7 и/или 8 между дисками 4. Ободы, по крайней мере, первого и последнего из дисков 4, начиная отсчет от устройства загрузки 11 к устройству выгрузки 15, снабжены скребками 31 (Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 7), которые предназначены для удаления материала, попадающего между торцем рабочей емкости 1 и первым или последним дисками 4. Поверхность скребков 31, взаимодействующая с обрабатываемым материалом может иметь различную форму, например, плоскости или винтовой поверхности, обеспечивающую перемещение обрабатываемого материала в зазоре между ободом диска и внутренней поверхностью рабочей емкости 1 в направлении устройства для выгрузки 15. А на последнем диске 4 поверхность скребков 31, взаимодействующая с обрабатываемым материалом должна обеспечивать перемещение материала в радиальном направлении, т.е. выполнять функции лопаток 6 и/или дополнительных лопаток 7 и/или 8. Например, скребки 31 с плоской поверхностью, взаимодействующие с обрабатываемым материалом (плоские скребки) могут быть установлены на ободе диска 4 тангенциально (т.е. по касательной к какой-то заданной окружности) с радиусом меньшим радиуса обода диска 4. Плоские скребки 31 могут быть также установлены под наклоном (не перпендикулярно) к торцам дисков 4 и оси вращения рабочей емкости, например, как зубья в косозубой передаче. Величина угла наклона скребков 31 по отношению к оси вращения рабочей емкости 1 зависит от задаваемой величины скорости движения (времени обработки материала) обрабатываемого материала вдоль оси вращения рабочей емкости 1. При этом направление угла наклона зависит от направления вращения рабочей емкости и должно обеспечивать передвижение материала в междисковое пространство в направление устройства для выгрузки 15. Если скребки 31 установлены на ободах промежуточных дисков 4, то они позволяют перемещать материал из одного междискового пространства в другое. По окружности ободов, по крайней мере, первого и последнего дисков 4 могут быть расположены один или несколько скребков 31. На первом диске 4 скребки 31 взаимодействуют с торцем и внутренней поверхностью рабочей емкости 1 и направляют материал из промежутка между торцем рабочей емкости 1 и диском 4 в зону обработки между первым и вторым дисками 4 (Фиг. 8, Фиг. 9). Скребки 31, установленные на последнем диске 4, отделяют материал в зазоре между торцами последнего диска и рабочей емкости 1 и направляют его в сторону устройства для выгрузки 15.
Устройство для непрерывного смешивания и измельчения смесей из сыпучих материалов работает следующим образом.
б
б
В начале работы открывают крышки 21 и загружают мелющие тела в люки 20. Размеры и количество загружаемых мелющих тел между парами соседних дисков 4 зависят от технологических требований и физико-механических свойств обрабатываемого материала. Как правило, размеры мелющих тел, загружаемых между первой парой дисков 4 со стороны загрузочного устройства 11 в несколько раз больше размеров мелющих тел, которые загружают между последней парой дисков 4. Изменение размеров и количества мелющих тел между промежуточными парами дисков 4 определяется экспериментально и зависит от режимов обработки и свойств обрабатываемого материала. С целью исключения попадания мелющих тел из одного промежутка между дисками 4 в другой, диски 4 выполняют разного диаметра. При этом диаметр дисков 4 должен обеспечивать зазор между внутренней поверхностью рабочей емкости 1 и ободом диска 4 меньше наименьшего размера мелющих тел, соприкасающихся с этим диском. После этого включают привод 18 с помощью, например, зубчатой передачи 19, разгоняют рабочую емкость 1 до требуемой угловой скорости ω. Величина требуемой угловой скорости ω рабочей емкости 1 определяется физико-механическими свойствами обрабатываемого материала и техническими требованиями к готовому продукту. После этого включают привод 14 ротора 5 с дисками 4 и установленными на них лопатками 6 и/или дополнительными лопатками 7 и/или 8. Величина угловой скорости вращения ротора 5 также определяется технологическим режимом обработки материала. После этого в загрузочное устройство 11 подают обрабатываемый материал, который с помощью шнека 12 подают внутрь рабочей емкости 1.
В пространство между первой парой дисков 4 обрабатываемый материал попадает через сквозные отверстия 23 в первом диске 4. Часть обрабатываемого материала попадает в зазор между первым диском 4 и торцем рабочей емкости 1. Этот обрабатываемый материал подается в промежуток между парой дисков 4 с помощью скребков 31 через зазор между ободом первого диска 4 и внутренней поверхностью рабочей емкости 1. Обрабатываемый материал и мелющие тела совместно с рабочей емкостью 1 отделяется от ее внутренней поверхности с помощью лопаток 6, и/или дополнительных лопаток 7 и/или 8. Так как лопатка 6 имеет сквозные отверстия и/или пазы с размерами меньше, чем наименьший размер мелющих тел, то часть обрабатываемого материала проходит через сквозные отверстия и/или пазы лопатки 6 и падает на внутреннюю поверхность рабочей емкости 1, а мелющие тела и крупные куски обрабатываемого материала движутся по передней поверхности лопатки 6, где формируются в виде потока. Поток мелющих тел и крупных кусков обрабатываемого материала после схода с передней поверхности лопатки 6 падает на обрабатываемый материал, движущийся совместно с рабочей емкостью 1. Измельчение и перемешивание материала происходит во время движения обрабатываемого материала и мелющих тел по лопатке 6, а также во время падения потока мелющих тел на обрабатываемый материал, прижатый центробежными силами к внутренней поверхности рабочей емкости 1. В случае, когда дополнительные лопатки 7 и/или 8 выполнены без сквозных отверстий и/или пазов измельчение и перемешивание материала может происходить во время взаимодействия потока мелющих тел и крупных кусков обрабатываемого материала с потоком обрабатываемого материала, формируемым дополнительными лопатками 7 и/или 8. Многократное повторение циклов обработки обрабатываемого материала лопатками 6 и/или дополнительными лопатками 7 и/или 8 позволяет измельчать материал до требуемых размеров и получать однородные смеси. При этом, обрабатываемый материал, измельченный до размеров готового продукта помола может выводиться из зоны измельчения и смешивания с помощью воздушной аспирации, создаваемой вентилятором 16 из зоны измельчения и смешивания. Это позволяет исключить переизмельчение обрабатываемого материала и снизить общие затраты на процесс измельчения и смешивания. При накоплении обрабатываемого материала между соседними дисками 4 до некоторого заданного условия он перемещается в соседний промежуток между дисками 4 через сквозные отверстия 23 в них. Кроме этого перемещение материала в соседний промежуток между дисками 4 по направлению к устройству выгрузки 15 происходит через зазор между ободом диска 4 и внутренней поверхностью рабочей емкости 1. Перемещение обрабатываемого материала в этом зазоре реализуется за счет краевого эффекта на лопатках 6 и/или дополнительных лопатках 7 и/или 8. Кроме этого продольное перемещение обрабатываемого материала вдоль оси рабочей емкости 1 может быть обеспечено формой зубьев лопатки 6 и/или дополнительных лопаток 7 и/или 8. Например, продольное осевое перемещение обрабатываемого материала могут обеспечить лопатки 6 и/или дополнительные лопатки 7 и/или 8, имеющие пазы между зубьями в форме параллелограмма. Краевой эффект заключается в том, что часть обрабатываемого материала, отделяемого от внутренней поверхности рабочей емкости 1 под действием сил, возникающих в зоне отделения сходит с боков лопатки 6 и/или дополнительных лопаток 7 и/или 8 и перемещается в зазор между ободом диска 4 и внутренней поверхностью рабочей емкости 1. Так как материал со стороны торца диска 4, обращенного к устройству выгрузки 15 отводится с помощью лопаток 6 и/или дополнительных лопаток 7 и/или 8, то обрабатываемый материал в зазоре между торцем диска 4 и внутренней поверхностью рабочей емкости 1 движется в направлении устройства для выгрузки 15. Для увеличения скорости движения обрабатываемого материала вдоль оси вращения рабочей емкости 1 на ободах промежуточных дисков 4 также могут быть установлены скребки 31, края которых не выходят за торцы дисков. Частично измельченный материал, попадая в соседний промежуток между дисками 4 смешивается, с находящимися там мелющими телами другого размера. Уменьшение размера мелющих тел при уменьшении крупности обрабатываемого материала позволяет более интенсивно и эффективно проводить процесс измельчения (Сиденко, П.М. Измельчение в химической промышленности / П.М. Сиденко. - Изд. 2-е, перераб. М., «Химия», 1977 - 368 с.). В каждом промежутке между дисками 4 обрабатываемый материал измельчается и смешивается аналогично процессу, описанному выше для первого промежутка между дисками 4. Таким образом, материал последовательно проходит два, три, четыре и более промежутков между дисками 4 для достижения заданной крупности готового продукта. Таким образом, в устройстве для непрерывного смешивания и измельчения смесей из сыпучих материалов обрабатываемый материал проходит несколько ступеней измельчения и смешивания, что позволяет на одной установке получать готовый продукт любой заданной фракции или однородности. Количество ступеней обработки зависит от свойств обрабатываемого материала, режимов измельчения и смешивания. Как показали эксперименты для получения порошков крупностью более 5 микрометров достаточно четырех стадий измельчения и смешивания, и, следовательно, устройство для непрерывного смешивания и измельчения смесей из сыпучих материалов должно иметь 4-5 промежутков между диском 4. Из последнего промежутка между дисками 4 готовый материал выводится через сквозные отверстия 23 в последнем диске 4 и с помощью скребков 31, установленных на последнем диске 4. Кроме этого весь готовый продукт или его часть могут выводиться с помощью воздушных потоков, создаваемых вентилятором 16. В первом случае готовый продукт через отверстия в устройстве для выгрузки 15 попадает в бункер-накопитель (на чертеже не показан), а во-втором случае отделяется циклоном 17 из воздушного потока и также направляется в бункер-накопитель. Применение системы аспирации для отвода измельчаемого продукта позволяет исключить такое нежелательное явление как переизмельчение, снизить энергозатраты и повысить однородность готового продукта.
Устройство для непрерывного смешивания и измельчения сыпучих материалов позволяет также осуществлять измельчение методом мокрого помола. В этом случае в рабочую емкость 1 подается жидкость, являющаяся средой измельчения, например, вода, а измельчение, смешивание и перемещение пульпы обрабатываемого материала вдоль оси вращения рабочей емкости 1 осуществляется аналогично процессам описанным для сухого измельчения и смешивания материала.
Применение предлагаемого устройство для непрерывного смешивания и измельчения сыпучих материалов позволяет сократить количество оборудования, используемое для измельчения и смешивания, значительно сократить время обработки, снизить энергозатраты на единицу готового продукта, исключить переизмельчение, уменьшить разброс крупности материала по фракциям, улучшить однородность сухих смесей порошков.