РОТОРНО-ШАРОВАЯ МЕЛЬНИЦА

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 счет уменьшения воздействия гравитационных сил и увеличения вязкости среды измельчения, снизить частоту вращения рабочего вала мельницы (патенты №2389555, МПК B02C 17/16, опубл. 01.2006; 22892 МПК B02C 17/16,опубл. 16.10.05.2011; 2299874 МПК B02C 17/16, опубл. 01.2006).
Принцип действия шаровых мельниц состоит в измельчении материла посредством удара и частично истиранием свободно падающих мелющих тел во вращающемся барабане (патенты РФ №104486 МПК B02C 15/00, опубл. 20.05.2011, 80127 МПК B02C 13/00, опубл. 27.01.2009; 2275244, МПК B02C 17/14, 126629 МПК B02C 17/18, 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 близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является бисерный измельчитель (патент №2299874, МПК B02C 17/16, опубл. 27.05.2007), включающий размольную камеру, внутри которой консольно установлены два ротора с размещенными на их валах парными дисками и индивидуальный привод для каждого ротора. Каждый ротор содержит вал и скрепленную 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 и включает легкосъемный щелевой патронный фильтр, состыкованный со смотровым фонарем, расположенным вне размольной камеры. Известная мельница, как и все мельницы данного типа, не способна производить помол без наличия жидкой среды. А жидкая среда (как правило, вода) призвана за счет уменьшения воздействия гравитационных сил и увеличения вязкости среды измельчения снижать частоту вращения рабочего вала мельницы.
Задачей, стоящей перед полезной моделью, является расширение технологических возможностей, заключающихся в расширении номенклатуры перерабатываемых материалов, путем обеспечения возможности тонкого измельчения материалов как «мокрым», так и «сухим» способом, и повышение ремонтоспособности мельницы.
Задача решается за счет жесткого крепления корпуса мельницы на станине. Внутри корпуса проходит рабочий вал, снабженный активатором. Вращение рабочего вала производится от электродвигателя, оборудованного частотным преобразователем, которым регулируется скорость вращения. При этом возможно использование активаторов различных конструкций в зависимости от требований *к измельчаемому материалу, а также возможности регулирования скорости вращения рабочего вала ротора в зависимости от твердости перерабатываемого материала и возможность быстрой замены ротора.
Сущность полезной модели заключается в том, что вертикально ориентированная цилиндрическая емкость, заполненная стальными шарами от 1 до 15 мм, с размещенным внутри нее ротором-активатором, жестко закреплена на станине, а рабочий вал ротора связан с приводом вращения, оборудованным частотным преобразователем. Это 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. Частота вращения ротора регулируется частотным преобразователем, что позволяет интенсифицировать процесс помола, за счет изменения движения мелющих тел. Кроме того, ротор крепится в зажиме цангового типа на валу двигателя, что позволяет заменять его для различного вида обрабатываемого материала, что тоже влияет на расширение номенклатуры обрабатываемого материала, а также позволяет заменять вышедшее из строя оборудование. При этом для обеспечения высокой энергонапряженности, распределенной по всему объему корпуса мельницы, что обеспечивает качество помола, соотношение по габаритам корпуса (длина/ширина) составляет от 0,7 до 1,5. (D-L=0,7-1,5)
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
На фиг. 1 схематично изображена заявляемая роторно-шаровая мельница, вид спереди;
На фиг. 2 - сечение А-А по фиг.1;
На фиг. 3 - общий вид заявляемой мельницы в аксонометрии.
Роторно-шаровая мельница содержит станину 1, на которой жестко закреплен при помощи втулок 2, цилиндрический корпус 3, заполненный мелющими телами 4, представляющими собой шары из тяжелого материала, размером от 1 до 15 мм в диаметре (как известно, шары большего диаметра не способны создать достаточного динамического воздействия на огромное число мелких частиц для их разрушения и, т.о., сверхтонкое измельчение возможно при использовании мелких мелющих тел). Корпус имеет съемную крышку 5 для легкой загрузки материала. Внутри корпуса проходит рабочий вал 6, снабженный активатором 7. Вал приводится в движение от электродвигателя 8. Частота вращения рабочего вала регулируется частотным преобразователем 9. Рабочий вал 6 ротора закреплен с помощью винтов, расположенных в пазах фланцев, с внутренним шестигранником (на фиг. не показано). Замена ротора обеспечивается ослаблением винтов и поворотом ротора с последующим опусканием его вниз. Соотношение D/L (по габаритам корпуса) составляет 0,9. В нижней части корпуса 3 выполнено выгрузочное окно 10, под корпусом мельницы размещено сито 11.
Мельница работает следующим образом. В верхнюю часть корпуса 3 засыпают мелющие тела 4 и исходный материал, затем закрывают крышкой 5 и приводят в движение шаровую загрузку посредством передачи к ней кинетической энергии от активатора 7 рабочего вала 6. Вся энергия, подводимая к рабочему валу, передается непосредственно шаровой загрузке, без расходования ее на перемещение корпуса мельницы. Высокая эффективность перемешивания позволяет вести помол не только в присутствии жидкости но и «по сухому». Интенсивность передачи энергии и, соответственно, скорость движения шаров регулируется изменением частоты вращения рабочего вала мельницы, посредством частотного преобразователя 9. После обработки продукт помола, через выгрузочное окно 10, выгружается на сито 11, размещенное под корпусом мельницы, после чего продукт помола отделяется от рабочих тел-шаров и выводится за пределы рабочей зоны.
Техническим результатом, достигаемым при применении предполагаемой полезной модели, является расширение номенклатуры исходных материалов, за счет обеспечения возможности обработки материалов как «мокрым», так и «сухим» способом, с регулируемой частотой вращения ротора; кроме того, повышается ремонтоспособность роторно-шаровой мельницы, за счет возможности сменного крепления рабочего вала на валу привода.
Таким образом, задача, стоящая перед полезной моделью, решена.
Предлагаемая роторно-шаровая мельница испытана на опытном производстве предприятия ООО «Стройтехнология» и показала положительные результаты.