ДРОБИЛКА УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ
IMPACT GRINDER

Изобретение относится к дробилке ударного действия для измельчения композитных материалов, содержащей цилиндрический кожух, в котором установлен ротор, имеющий ударные элементы, причем дробилка ударного действия закрыта крышкой на торцевой стороне, обращенной от ротора, при этом с крышкой связано всасывающее отверстие.
Дробилки ударного действия используются для измельчения предметов, состоящих из различных материалов, таким образом, чтобы разделить материалы. При этом предметы измельчаются и разделяются на отдельные элементы путем ударного воздействия с высокой передачей импульса посредством вращающихся ударных элементов.
Из EP 0 859 693 B1 известна дробилка ударного действия с цилиндрическим основным корпусом, в котором расположен ротор, приводимый в действие приводным двигателем. Ротор выполнен из износостойкой стали и имеет сменные ударные элементы на его винтообразных или крылообразных концах.
В периферийной области дробилки ударного действия могут быть расположены отверстия для выброса, которые могут быть покрыты щелевыми или перфорированными защитными щитками, так что обеспечена возможность дифференцированного выпуска измельченных частиц требуемого размера.
В настоящее время существует проблема измельчения предметов, имеющих порошкообразные компоненты. В этой связи проблемой являются, например, литий-ионные батареи. В исходном состоянии они содержат активную массу, смешанную с растворителем, которая нанесена на пластиковую пленку, покрытую медью и алюминием. В ходе обработки аккумуляторов из этой активной массы образуется мелкая порошкообразная пыль. Это в частности относится к случаю, когда аккумуляторы подвергаются пиролизу перед измельчением в дробилке ударного действия. Порошкообразная пыль не может быть преднамеренно выведена из дробилки ударного действия с помощью известных отверстий для выброса, расположенных в периферийной области дробилки ударного действия.
Задачей изобретения является создание дробилки ударного действия для измельчения композитных материалов, которая позволяет выводить из нее порошкообразные компоненты.
Данная задача решается с помощью признаков п. 1 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения относятся к предпочтительным вариантам осуществления.
Согласно изобретению, дробилка ударного действия для измельчения композитных материалов содержит цилиндрический кожух, в котором расположен ротор, имеющий ударные элементы, причем дробилка ударного действия закрыта крышкой на торцевой стороне, обращенной от ротора, при этом с крышкой связано всасывающее отверстие, причем с всасывающим отверстием связано сортирующее устройство.
Согласно изобретению сортирующее устройство является компонентом дробилки ударного действия и непосредственно связано с всасывающим отверстием. Предпочтительно ротор дробилки ударного действия расположен в нижней области кожуха. Крышка с всасывающим отверстием расположена на торцевой стороне, обращенной от ротора, так что всасывающее отверстие имеет максимально возможное расстояние от ротора. В качестве альтернативы, всасывающее отверстие может быть расположено в кожухе. Если в дробилку ударного действия вводятся композитные материалы, имеющие порошкообразные компоненты, то в ходе механического воздействия ротора внутри дробилки ударного действия образуется пылесодержащая атмосфера. Посредством сортирующего устройства, расположенного во всасывающем отверстии, крупные частицы могут быть отделены, так что из всасывающего отверстия удаляется лишь мелкая порошковая пыль.
В этом случае после сортирующего устройства может быть выполнена обработка порошка или пылесодержащего отводимого воздуха. Для этого предпочтительно может быть использован способ физического разделения. Обработка может быть выполнена, например, в гравитационном сепараторе или центробежном сепараторе. При этом, в частности, может быть использована зигзагообразная сетка.
Сортирующее устройство может представлять собой сетку. Сетки представляют собой сортирующие устройства, выполненные простым способом, при этом они особенно надежны. Путем выбора диаметра отверстия или размера ячейки могут быть определены размеры пропускаемых частиц.
В предпочтительном варианте осуществления сетка выполнена цилиндрической. Цилиндрическая сетка имеет большую поверхность сетки, следствием чего является низкая потеря давления и высокая производительность сетки. Сетка может быть расположена в дробилке ударного действия как горизонтально, так и вертикально.
Сетка может быть расположена во всасывающем отверстии с возможностью вращения. В случае вращающейся сетки, непосредственно вокруг сетки образуется поле центробежной силы. Это гарантирует, что более крупные частицы не могут проходить через сетку, даже если они могут пройти через отверстия или ячейки. Таким образом, вращающаяся сетка позволяет сепарировать особенно мелкие частицы.
В альтернативном варианте осуществления сортирующее устройство выполнено в виде воздушного сепаратора. В воздушном сепараторе частицы разделяются по отношению их инерции или силы тяжести к сопротивлению потоку в потоке газа. При этом мелкие или легкие частицы следуют за потоком, тогда как тяжелые частицы следуют за массовой силой.
Сортирующее устройство может быть выполнено в виде отклоняющего колеса. В предпочтительном варианте осуществления отклоняющее колесо содержит два роторных диска, расположенных на расстоянии друг от друга, с расположенными между ними роторными лопастями. При этом отклоняющее колесо представляет собой воздушный сепаратор специального типа. Отклоняющее колесо выполнено в виде вентилятора. Воздух с измельченными частицами проходит через вращающийся ротор. При этом происходит передача импульса между ротором и входящими частицами. В то же время частицы уносятся во входящем потоке воздуха. Частицы, для которых подъемная сила, создаваемая воздушным потоком, меньше центробежной силы, вызываемой вращением ротора, получают изменение направления при передаче импульса ротора и направляются обратно в пространство дробилки ударного действия. Таким образом, частицы с измененным направлением не могут проходить через отклоняющее колесо. Однако частицы, у которых подъемная сила воздушного потока больше центробежной силы, создаваемой ротором, проходят вместе с воздушным потоком через отклоняющее колесо.
Отклоняющие колеса обладают тем преимуществом, что они обладают высокой точностью настройки, в частности для небольших и легких частиц. Благодаря этому может быть точно установлен размер пропускаемых частиц. Кроме того, отклоняющее колесо особенно надежно, так что его можно применять даже для измельчения абразивных частиц.
Отклоняющее колесо предпочтительно выполнено так, что предотвращается скопление частиц во внутренней части отклоняющего колеса или на роторных лопастях.
Для этого роторные лопасти могут быть выполнены с закруглением на внешней стороне. Кроме того, роторные лопасти могут иметь трубку, на внутренней стороне которой расположены металлические полосы, края которых контактируют друг с другом. Благодаря этому внешняя сторона роторной лопасти выполнена закругленной, а внутренняя сторона роторной лопасти имеет треугольную основную форму.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления на нижней пластине ротора расположена направляющая пластина, которая может быть выполнена в форме пирамиды. Благодаря этому уменьшается поперечное сечение потока в направлении всасывающего отверстия во внутренней части ротора. Вследствие уменьшения поперечного сечения скорость потока в этой зоне резко возрастает. Таким образом, проходящие через отклоняющее колесо частицы безопасно выводятся из отклоняющего колеса.
Сортирующее устройство может выполнено с возможностью сепарации частиц предварительно выбранного размера. При этом особенно предпочтительно, если размер частиц является регулируемым в зависимости от подлежащего измельчению материала и в зависимости от требуемого результата измельчения. Сортирующее устройство может быть настроено так, что частицы с заданным размером частиц сепарируются через всасывающее отверстие во время цикла измельчения.
Кроме того, во время цикла измельчения сортирующее устройство сепарирует частицы первого размера в первой секции и частицы второго размера во второй секции. В этом случае сортирующее устройство модифицируется во время цикла измельчения таким образом, что оно сепарирует частицы другого размера.
Такая модификация является особенно подходящей/простой в случае вращающейся сетки или отклоняющего колеса. В обоих вариантах осуществления модификация осуществляется путем изменения частоты вращения. Если частота вращения увеличивается, то уменьшается размер частиц, пропускаемых через вращающуюся сетку или отклоняющее колесо. При этом модификация также может осуществляться плавно и во время цикла измельчения.
С сортирующим устройством может быть связано очистительное устройство. Для этого в классифицирующем устройстве может быть предусмотрено, например, на стороне всасывающего отверстия, устройство для приложения противодавления. Для этого могут быть использованы, например, сопла или пики. Они также могут выступать во внутреннюю часть сортирующего устройства и, например, вызывать скачок давления при превышении предварительно выбранного перепада давления, что вызывает очистку сортирующего устройства. Благодаря этому может быть предотвращено забивание сортирующего устройства. Очистительная среда может быть газом, например, например, охлаждающим газом или горячим газом. Очистительная среда также может быть жидкостью.
В дробилке ударного действия может быть предусмотрено приточное отверстие. Благодаря этому возможно создание циркулирующего воздушного потока. В результате улучшается выпуск частиц из дробилки ударного действия. Кроме того, в дробилку ударного действия может подаваться инертный газ, такой как, например, азот. Это особенно предпочтительно в случае, когда в дробилке ударного действия должны обрабатываться реакционные или взрывчатые материалы.
Приточное отверстие также позволяет особенно простым образом регулировать температуру приточного воздуха, так что, например, в дробилке ударного действия может быть выполнена сушка. Данный процесс дополнительно улучшается благодаря предварительно выполненной сушке приточного воздуха. Кроме того, сортирующее устройство также может иметь сушильное устройство, так что может быть осуществлена сушка отводимого воздуха, содержащего частицы. Путем регулировки температуры приточного воздуха также может быть реализовано охлаждение, так что с помощью приточного воздуха может быть осуществлено охлаждение атмосферы внутри пространства дробилки ударного действия.
Кожух может быть закрыт в области ротора. Благодаря этому обеспечивается особенно длительный срок службы дробилки ударного действия, следствием чего являются низкие эксплуатационные расходы. Однако также может быть предусмотрено, что в периферийной области кожуха в области роторов расположены отверстия для выброса в виде заслонок. Они позволяет удалять из дробилки ударного действия крупные, в частности металлические частицы.
С отверстиями для выброса могут быть связаны сетки. Благодаря этому может быть осуществлено разделение материалов. Например, через сетки могут быть удалены металлические частицы, которые достигли требуемой степени измельчения, в то время как более крупные частицы остаются в пространстве дробилки ударного действия и дополнительно измельчаются.
С сортирующим устройством может быть связано устройство для последующей обработки отводимого воздуха, удаляемого через всасывающее отверстие. Такая последующая обработка отводимого воздуха особенно предпочтительна тогда, когда в результате измельчения возникают вредные газы, например, реакционные газы. Такие вредные газы удаляются из отводимого воздуха в ходе последующей обработки отводимого воздуха. Простая и недорогая последующая обработка отводимого воздуха обеспечивается, например, путем дожигания отводимого воздуха в камере сгорания. Кроме того, может быть выполнена газовая фильтрация или т.п.
Согласно изобретению в способе обработки аккумуляторов в дробилке ударного действия предусмотрено, что аккумуляторы подаются в дробилку ударного действия и измельчаются в дробилке ударного действия путем механического воздействия ротора, имеющего ударные элементы, причем пылевидные части аккумуляторов удаляются из дробилки ударного действия через всасывающее отверстие.
Перед подачей в дробилку ударного действия аккумуляторы могут быть открыты на первом этапе.
После открытия аккумуляторы сначала могут быть подвергнуты пиролизу, при котором из аккумуляторов удаляют летучие или горючие компоненты, причем аккумуляторы затем подают в дробилку ударного действия.
С помощью способа согласно изобретению аккумуляторы могут быть обработаны для дальнейшей утилизации, при этом пылевидные компоненты в виде частиц, так называемая черная масса или активная масса, могут быть безопасно отведены из дробилки ударного действия и обработаны. Это особенно предпочтительно ввиду ценных основных веществ, содержащихся в черной массе или активной массе.
При этом способ может быть осуществлен таким образом, что в дробилке ударного действия измельчают непиролизованные аккумуляторы. В этом случае инертизация пространства дробилки ударного действия предотвращает возгорание взрывоопасных компонентов аккумуляторов. В случае пиролизованных аккумуляторов инертизация пространства дробилки ударного действия может быть исключена.
Отводимый воздух, всасываемый через всасывающее отверстие, может быть дополнительно обработан. При этом последующая обработка отводимого воздуха может быть, в частности, осуществлена путем дожигания отводимого воздуха, при котором преобразуются реакционные газы отводимого воздуха. Последующая обработка отводимого воздуха может следовать после сортировки. В этой связи предпочтительна поэтапная работа сортирующего устройства, при которой сортирующее устройство сначала настраивают так, что из пространства дробилки ударного действия выводят только газообразные компоненты и подвергают их последующей обработке отводимых газов, и затем настраивают сортирующее устройство так, что пылеобразные твердые частицы выводятся из пространства дробилки ударного действия. Предпочтительно, из пространства дробилки ударного действия сначала выводят реакционные газы или вредные газы. После вывода пылеобразных частиц в пространстве дробилки ударного действия остаются только более тяжелые или более крупные твердые частицы, в основном металлы, которые выгружают через отверстие для выброса.
Способ согласно изобретению особенно подходит для обработки литий-ионных аккумуляторов. Однако, в дробилку ударного действия также могут быть поданы щелочно-марганцевые элементы, цинково-углеродные элементы или т.п.
Дробилка ударного действия согласно изобретению предпочтительно также может быть использована для обработки минеральной ваты. Минеральная вата в виде отходов возникает, например, при производстве и строительстве, например, при ремонте или реконструкции. При этом существует необходимость утилизации минеральной ваты, в частности каменной ваты, стекловаты или керамической ваты. При этом в настоящее время существует проблема, заключающаяся в том, что минеральная вата может быть транспортирована лишь частично вследствие волокнистой структуры и низкой плотности. Например, проблемой является то, что обрабатываемая минеральная вата не может быть транспортирована без затруднений с помощью формования выдуванием.
В способе согласно изобретению минеральную вату, подлежащую обработке, подают в дробилку ударного действия и измельчают в дробилке ударного действия путем механического воздействия ротора, имеющего ударные элементы, при этом измельченную минеральную вату удаляют из дробилки ударного действия через всасывающее отверстие, если минеральная вата не превышает заданного размера частиц.
В результате, волокна минеральной ваты могут быть измельчены или укорочены так, чтобы минеральная вата не могла быть агломерирована и могла быть лучше подвергнута дальнейшей переработке, а также имела лучшие характеристики. Измельченная минеральная вата с короткими волокнами может быть, например, транспортирована с помощью формования выдуванием.
Дробилка ударного действия согласно изобретению также пригодна для обработки сырьевого материала. В соответствующем способе согласно изобретению сырьевой материал подают в дробилку ударного действия и измельчают в дробилке ударного действия путем механического воздействия ротора, имеющего ударные элементы, при этом измельченный сырьевой материал удаляют из дробилки ударного действия через всасывающее отверстие, если частицы сырьевого материала не превышают заданного размера частиц.
В этой связи, например, в дробилке ударного действия может быть измельчен минеральный материал, такой как глина, при этом пылеобразные частицы глины удаляют через всасывающее отверстие. Конфигурация дробилки ударного действия позволяет предварительно выбрать размер частиц глины, так что частицы глины требуемого размера могут быть подвергнуты дальнейшей переработке.
Дробилка ударного действия согласно изобретению также может быть использована для переработки древесины, древесных отходов, древесных композитов, керамики, стеклопластика, углепластика, древесных смесей и композитных материалов из упомянутых выше материалов, также в сочетании с металлом. Для измельчения также могут рассматриваться металл-металлические композиты, используемые, например, в катализаторах. В дробилке ударного действия также может быть обработано вторичное сырье, такое как шлаки, осадок сточных вод, задержанные решёткой отходы или зола, при этом отделение пылеобразной фракции осуществляется через всасывающее отверстие. При этом, в частности, посредством дробилки ударного действия из упомянутых выше веществ может быть получен заменитель топлива в виде частиц, который может быть подан в пылеугольную топку или топку для гранулята.
Кроме того, в дробилке ударного действия согласно изобретению могут быть измельчены органические вещества, такие как зерно или рис. При этом, с одной стороны, дробилка ударного действия пригодна для производства мучнистого продукта, который может быть удален через всасывающее отверстие. С другой стороны, дробилка ударного действия также пригодна для измельчения органических сопутствующих веществ, таких как пшеничные отруби или мякина, которые затем могут быть подвергнуты простой последующей утилизации или утилизации с получением материалов или энергии.
Ниже со ссылками на чертежи более подробно описаны некоторые варианты осуществления дробилки ударного действия согласно изобретению. На чертежах соответственно схематически показано следующее.
На фиг. 1 показана система дробилки ударного действия.
На фиг. 2 показана установка для пиролиза аккумуляторов.
На фиг. 3 показана дополнительная система дробилки ударного действия.
На фиг. 4 показана система дробилки ударного действия с загрузочным устройством и сортирующим устройством.
На фиг. 5 показана система дробилки ударного действия с зигзагообразным сепаратором и циклонным сепаратором.
На фиг. 6 детально показаны различные варианты осуществления колес сепаратора.
На фиг. 7 детально показаны различные сепараторы, встроенные в дробилку ударного действия.
На фиг. 8 детально показаны различные сепараторы, расположенные в верхней зоне дробилки ударного действия.
На фиг. 9 показаны различные варианты осуществления циклонных сепараторов.
На чертежах показана дробилка 1 ударного действия или система дробилки ударного действия для измельчения композитных материалов. Дробилка 1 ударного действия содержит цилиндрический кожух 2, состоящий из металлического материала. В нижней зоне 3 во внутренней части кожуха 2 расположен ротор 4, имеющий ударные элементы 5. Ротор 4 функционально соединен с электрическим двигателем 6, расположенным снаружи кожуха 2. Вал, соединяющий ротор 4 с электрическим двигателем 6, проходит в осевом направлении цилиндрического кожуха 2. Ротор 4 имеет лопасти, выступающие радиально от вала. На свободных концах лопастей расположены ударные элементы. Ударные элементы закреплены на лопастях с возможностью замены.
Дробилка 1 ударного действия закрыта крышкой 7 на торцевой стороне, обращенной от ротора 4. При этом с крышкой 7 связано всасывающее отверстие 8, в котором расположено сортирующее устройство 9.
В дробилке ударного действия предусмотрено приточное отверстие. Оно позволяет создавать избыточное давление внутри дробилки 1 ударного действия. Кроме того, во внутреннюю часть дробилки 1 ударного действия может подаваться инертный газ.
Дробилка 1 ударного действия согласно изобретению особенно подходит для обработки аккумуляторов, в частности для обработки литий-ионных аккумуляторов.
Для обработки данные аккумуляторы на первом этапе открывают. Это может быть осуществлено, например зубчатого валка или т.п. На втором этапе аккумуляторы подвергают пиролизу, при котором из аккумуляторов удаляют летучие или горючие компоненты. На следующем этапе аккумуляторы измельчают в дробилке 1 ударного действия путем механического воздействия ротора 4, имеющего ударные элементы. При этом пылевидные части аккумуляторов удаляют из дробилки 1 ударного действия через всасывающее отверстие 8. Более крупные частицы, например, металлический гранулят, скапливаются в нижней зоне дробилки ударного действия и периодически удаляются из дробилки ударного действия.
На фиг. 1 показана система дробилки ударного действия, в частности подходящая для обработки аккумуляторов, например, литий-ионных аккумуляторов. Материал, подлежащий измельчению, например, аккумуляторы, удаляют из бункерного контейнера 10, содержащего устройство взвешивания, и вводят в дробилку 1 ударного действия через подающую ленту 11 с помощью устройства 12 передачи материала. Там материал измельчают с помощью механической энергии, подаваемой через роторы 4.
Во время измельчения компоненты аккумуляторов отделяют друг от друга, при этом более крупные компоненты из металла или пластика скапливаются в нижней зоне дробилки ударного действия и могут быть удалены через средство 13 разгрузки, расположенное в нижней зоне. Сортировка может быть выполнена с помощью магнитного выпуска, отделяющего магнитные материалы от немагнитных материалов.
Напротив, компоненты в виде частиц, в частности черная масса, содержащаяся в аккумуляторах, выводятся из дробилки ударного действия через всасывающее отверстие 8, расположенное в области крышки 7.
Внутреннее пространство дробилки ударного действия может быть инертизировано. Кроме того, внутреннее пространство дробилки ударного действия может иметь более низкое давление по сравнению с окружающей средой, так что никакие нежелательные газообразные компоненты процесса измельчения не могут попасть в окружающую среду.
В описанную выше систему с дробилкой 1 ударного действия предпочтительно подают пиролизованные аккумуляторы. Устройство для пиролиза аккумуляторов и т.п. показано на фиг. 2.
Материал, в частности аккумуляторы, удаляют из контейнера 14 и подают в дробилку 1 ударного действия через загрузочное устройство для материалов. Там на материал, например, аккумуляторы, механически воздействуют таким образом, что открываются части корпуса и открываются любые обмотки электродных слоев. При этом подаваемая энергия относительно мала, так что материал не измельчается, а только расщепляется, так что все компоненты материала одинаково вступают в реакцию при пиролизе. После этой предварительной обработки материал подвергают пиролизу. Благодаря указанному выше расщеплению материала предотвращено внезапное выделение взрывоопасных газов. Пиролиз может быть запущен равномерно и выполняться непрерывно.
На фиг. 3 показан дополнительный вариант осуществления системы дробилки ударного действия. Вариант осуществления с фиг. 3 особенно подходит для измельчения предметов, содержащих непиролизованные аккумуляторы. Это особенно предпочтительно в случае предметов, имеющих встроенные несъемным образом или интегрированные аккумуляторы.
В данном варианте осуществления материал подают в дробилку 1 ударного действия через инерционный шлюзовой затвор, предотвращающий попадание газов из дробилки 1 ударного действия в окружающую среду. В нижней зоне расположен инертизированный выпуск 15 для материала, через который могут быть удалены примеси. Кроме того, в нижней зоне расположен магнитный выпуск 16.
На фиг. 4 показан схематический вид конструкции системы дробилки ударного действия. Материал вводят в дробилку 1 ударного действия через дозатор 17. Материал выпускают через всасывающее отверстие 8. В присоединенной к нему напорной линии 18 отделяются крупные частицы, а оставшийся материал подается для сортировки в сортирующее устройство 9 в виде зигзагообразного сепаратора. К сортирующему устройству 9 присоединен циклонный сепаратор для сепарации мелкозернистого материала. Затем поток газа проходит через сепаратор 19 мелких частиц для сепарации самых мелких частиц и через вентилятор 20 в окружающую среду.
На фиг. 5 детально показана система, состоящая из дробилки 1 ударного действия и сортирующего устройства 9 с зигзагообразным сепаратором и циклонным сепаратором.
В варианте осуществления с фиг. 6 сортирующее устройство 9 выполнено в виде отклоняющего колеса. Отклоняющее колесо содержит два роторных диска, расположенных на расстоянии друг от друга, с расположенными между ними роторными лопастями. Роторные лопасти закруглены на внешней стороне и сужаются на внутренней стороне. Таким образом, роторные лопасти в разрезе имеют каплевидную форму. На фиг. 6а показано отклоняющее колесо, вращающееся в осевом направлении относительно кожуха 2, на фиг. 6b показано отклоняющее колесо, вращающееся в радиальном направлении относительно кожуха 2. На фиг. 6с показано множество отклоняющих колес, расположенных в дробилке 1 ударного действия.
На фиг. 7а, 7b, 7с показаны различные варианты осуществления статически действующих сортирующих устройств 9.
На фиг. 8а, 8b, 8с показаны различные варианты осуществления сортирующих устройств 9 в виде гравитационных сепараторов.
На фиг. 9а, 9b показаны различные варианты подачи воздуха.
В качестве альтернативы, сортирующее устройство может быть выполнено в виде сетки. Сетка может быть выполнена цилиндрической, причем сетка проходит радиально внутрь дробилки ударного действия. Сетка может быть приведена во вращение посредством электрического двигателя, закрепленного снаружи дробилки ударного действия. В цилиндрическую сетку выступает очистительное устройство в виде пики. В зависимости от перепада давления или периодически, пика может создавать избыточное давление во внутренней части сетки, за счет чего может быть удален фильтрованный осадок, прилипший к сетке на внешней стороне. Кроме того, из ячеек сетки могут быть удалены застрявшие частицы, так называемые «застрявшие» частицы. Помимо очистки посредством импульса давления может быть выполнена механическая очистка, например, щетками.
Сетка выполнена так, что частицы размером от 10 мкм до размера, составляющего несколько миллиметров, пропускаются и, таким образом, выводятся из дробилки ударного действия. Отклоняющее колесо выполнено так, что частицы размером от 5 мкм до 500 мкм, пропускаются и, таким образом, выводятся из дробилки ударного действия.