СПОСОБ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ БЕЛОЙ САЖИ В ЦЕНТРОБЕЖНОЙ МЕЛЬНИЦЕ
METHOD OF GRINDING OF WHITE SOOT IN CENTRIFUGAL MILL

Изобретение относится к способам ударно-центробежного измельчения полидисперсных частиц твердых материалов и может найти применение в строительной, горнорудной, химической и других отраслях промышленности, в частности - может быть использовано в электротехнической промышленности при измельчении белой сажи для производства сепараторов свинцовых аккумуляторов.
Из предшествующего уровня техники (патент RU 2498858, публ. 20.11.2013) известен способ измельчения частиц твердых материалов, включающий подачу в центробежную мельницу восходящего воздушного потока, подачу в мельницу радиально направленного потока исходного материала, его измельчение ударно-центробежным разрушением частиц, формирование двухфазного потока измельченных частиц и воздуха, придание двухфазному потоку тангенциального ускорения, сепарацию из двухфазного потока недоизмельченных частиц с возвратом их на доизмельчение и отведение из мельницы воздуха с взвешенными частицами измельченного материала.
Недостатком этого способа является не эффективное, несмотря на придание двухфазному потоку тангенциального ускорения, отделение недоизмельченных частиц и, следовательно, - регулирование спектра крупности измельченных частиц материала.
Другим недостатком известного способа является неравномерная подача исходного материала в мельницу, сопровождающаяся нестабильностью во времени размеров измельченных частиц, что неприемлемо для изготовления сепараторов, соответствующих предъявляемым требованиям.
Известен способ измельчения белой сажи, включающий подачу в центробежную мельницу восходящего потока воздуха и радиально направленного потока исходного материала, ударное разрушение материала, формирование двухфазного потока восходящего воздуха и измельченных частиц, вращающегося в направлении, противоположном вращению классификатора, сепарацию из двухфазного потока недоизмельченных частиц с возвратом их на доизмельчение и отведение из мельницы воздуха и взвешенных в нем частиц измельченного материала (копия перевода руководства по эксплуатации мельницы тонкого дробления с воздушным разделением, Модель QWJ-30, ближайший аналог).
Недостатком известного способа является низкая эффективность выноса вращающимся потоком восходящего воздуха и измельченных частиц, закручиваемым вращающимся рабочим колесом мельницы, мелких частиц (менее 50 мкм) из зоны подачи материала в мельницу. Этот недостаток обусловлен неэффективным воздействием рабочего колеса мельницы на скорость вращения воздушного потока. Поэтому при существенном изменении крупности частиц исходного материала во времени (доля мелких частиц в исходном материале колеблется в пределах от 10 до 30% (мас.), наблюдается переизмельчение мелких частиц и недостаточно эффективное измельчение крупных. В результате способ не обеспечивает стабильное во времени регулирование конечного спектра крупности измельченного материала изменением скорости вращения лопастного колеса классификатора. В связи с этим средний размер частиц измельченного материала колеблется в широких пределах, а значительная доля недоизмельченных частиц превышает максимальный размер (50 мкм) оптимального диапазона крупности, что ухудшает характеристики изготавливаемых сепараторов.
Другой недостаток известного способа заключается в неравномерности дозирования исходного материала, обусловленной неуправляемым сходом из шнекового питателя существенных объемов плотного слоя материала, вследствие чего ухудшается эффективность измельчения частиц материала, повышается содержание крупных частиц, превышающих максимальный размер (50 мкм) оптимального диапазона крупности, и увеличивается средний размер измельченных частиц.
Задача настоящего изобретения состоит в разработке способа измельчения белой сажи, который предусматривает повышение эффективности измельчения крупных частиц и стабильности диапазона крупности измельченных частиц и их среднего размера за счет улучшения равномерности дозирования белой сажи в зону подачи материала и эффективности выноса их нее мелких частиц.
Указанный технический результат достигается заявляемым способом измельчения белой сажи в центробежной мельнице, включающим, как и известный способ, подачу в центробежную мельницу восходящего потока воздуха и радиально направленного потока исходного материала, ударное разрушение материала, формирование двухфазного потока воздуха и измельченных частиц, вращающегося в направлении, противоположном вращению классификатора, сепарацию из двухфазного потока недоизмельченных частиц с возвратом их на доизмельчение и отведение из мельницы воздуха и взвешенных в нем частиц измельченного материала, отличающимся тем, что воздух подают в мельницу вращающимся потоком, направление вращения которого совпадает с направлением вращения двухфазного восходящего потока, а исходный материал предварительно смешивают с дополнительным потоком воздуха и подают в зону подачи материала в виде концентрированной воздуховзвеси измельчаемых частиц при соотношении массовых расходов материала и дополнительного воздуха 1,0-2,0.
Предлагаемый способ за счет наддува в мельницу предварительно закрученного потока воздуха, направление вращения которого соответствует направлению вращения двухфазного восходящего потока воздуха и измельчаемых частиц, обеспечивает повышение скорости вращения последнего и улучшение выноса мелких частиц (менее 45-50 мкм) из зоны подачи исходного материала. Благодаря этому происходит уменьшение переизмельчения мелких частиц и незначительное (из-за неравномерной подачи исходного материала в мельницу, свойственной известному способу) сокращение в измельченном материале содержания крупных частиц, превышающих максимальный размер (50 мкм) оптимального диапазона крупности.
Кроме того, предлагаемый способ за счет пневматического эжектирования исходного материала, при соотношении массовых расходов материала и дополнительного воздуха 1,0-2,0, обеспечивает практически постоянную концентрацию взвеси частиц в потоке воздуха, транспортирующего материал в зону подачи материала. Вследствие равномерной подачи исходного материала на измельчение, значительно уменьшающей во времени разброс масс дозируемых порций материала, повышается эффективность ударного разрушения частиц, что способствует стабильному отделению недоизмельченных частиц и регулированию конечного спектра крупности измельченного материала изменением скорости вращения лопастного колеса классификатора. При соотношении массовых расходов материала и дополнительного воздуха более чем 2,0 наблюдается увеличение диапазона колебаний средних размеров частиц. При соотношении массовых расходов материала и дополнительного воздуха менее чем 1,0 стабильность отделения недоизмельченных частиц белой сажи и регулирования конечного спектра крупности измельченного материала во времени не улучшается, а энергетические затраты увеличиваются.
Совместное использование равномерной пневматической подачи потока белой сажи в зону подачи материала и дополнительного увеличения скорости вращения двухфазного потока воздуха и измельчаемого материала повышает эффективность выноса мелких частиц из зоны подачи материала. Это обусловлено тем, что при пересечении траектории движения потока дополнительного воздуха с взвешенными частицами исходного материала, подаваемого в зону подачи материала и теряющего скорость движения в объеме зоны, вращающимся двухфазным потоком происходит эффективное отделение взвешенных частиц поперечными направлениями движений потоков и вынос их восходящим потоком в зону классификации. В результате существенно уменьшаются диапазон изменений среднего размера измельченного материала и содержание крупных частиц, превышающих максимальный размер оптимального диапазона крупности (примерно 50 мкм).
Технических решений, совпадающих с существенными признаками заявляемого изобретения, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна».
Заявляемые существенные признаки изобретения, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «изобретательский уровень».
Поскольку заявляемое изобретение обеспечивает технический результат, выражающийся в повышении эффективности измельчения и стабильности диапазона крупности измельченных частиц и их среднего размера за счет улучшения равномерности дозирования белой сажи в зону подачи материала и эффективности выноса их нее мелких частиц, то можно сделать вывод, что изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».
Подтверждение возможности осуществления заявляемого изобретения изложены в нижеследующем подробном описании примеров измельчения белой сажи и оценке свойств изготовленных с ее использованием сепараторов со ссылками на схематический чертеж, на котором представлена конструкция центробежной мельницы (разрез), реализующей способ измельчения белой сажи согласно изобретению.
Мельница включает соединенные между собой ударно-центробежную дробилку и воздушный классификатор; при этом дробилка содержит корпус 1, рабочее колесо 2 с билами, установленное внутри корпуса на главном вертикально расположенном валу, разделительную вставку 6 в форме направленного малым основанием вниз усеченного конуса, закрепленную на внутренней поверхности корпуса над рабочим колесом 2 с образованием камеры дробления и камеры разделения, питатель 10, содержащий на входном фланце шиберную заслонку 8, а со стороны свободного конца - дроссельную заслонку 7, патрубок 5 с трубой 11 и регулирующей расход воздуха шиберной заслонкой 9 для тангенциальной подачи воздуха вентилятором (не показан) в нижнюю часть мельницы и патрубки 4 для отвода воздуха с взвешенными измельченными частицами вытяжным вентилятором (не показан), а воздушный классификатор содержит установленное на валу лопастное колесо 3, расположенное в камере разделения (внутри направляющей вставки 6) по ее оси.
Способ измельчения белой сажи в центробежной мельнице, включает подачу в нижнюю часть мельницы через патрубок 5 восходящего потока воздуха и радиально направленного потока исходного материала через питатель 10, ударное разрушение материала рабочим колесом 2, вращающимся в направлении, противоположном направлению вращению классификатора, формирование вращающегося в том же направлении потока восходящего воздуха и измельченных частиц, сепарацию из двухфазного потока недоизмельченных частиц лопастным колесом 3 воздушного классификатора с возвратом их на доизмельчение и отведение из мельницы по патрубкам 4 воздуха и взвешенных в нем частиц измельченного материала вытяжным вентилятором.
Согласно изобретению воздух подают в мельницу тангенциально через трубу 11 и регулирующую расход воздуха шиберную заслонку 9, формируя вращающийся поток, направление вращения которого совпадает с направлением вращения двухфазного потока, а исходный материал предварительно смешивают в питателе 10 путем пневматического эжектирования с дополнительным потоком воздуха и подают в виде концентрированной воздуховзвеси измельчаемых частиц в зону подачи материала при соотношении массовых расходов материала и дополнительного воздуха 1,0-2,0.
Осуществление подачи в мельницу восходящего потока воздуха путем наддува предварительно закрученного тангенциально направленной скоростной (40-60 м/с) струей воздуха, направление вращения которого соответствует направлению вращения двухфазного потока воздуха и измельчаемых частиц, обеспечивает повышение скорости вращения последнего и улучшение выноса мелких частиц (менее 50 мкм) из зоны подачи исходного материала и, как следствие, повышение степени измельчения крупных частиц. Благодаря этому происходит сокращение содержания на 3-5% частиц, превышающих 50 мкм, а предельный размер частиц измельченного материала уменьшается от 120 до 100 мкм.
Осуществление подачи в мельницу исходного материала в виде концентрированной воздуховзвеси измельчаемых частиц при соотношении массовых расходов материала и дополнительного воздуха 1,0-2,0 обеспечивает, вследствие равномерной подачи исходного материала на измельчение, повышение эффективности ударного разрушения частиц и регулирования конечного спектра крупности измельченного материала. Вследствие этого происходит сокращение содержания на 6-8% частиц, превышающих 50 мкм, а предельный размер частиц измельченного материала уменьшается от 120 до 80 мкм.
Совместное осуществление наддува предварительно закрученного воздуха и подачи концентрированной воздуховзвеси измельчаемых частиц в мельницу обеспечивает эффективное отделение взвешенных частиц поперечно движущимися потоками и вынос их восходящим потоком в зону классификации. В результате содержание крупных частиц, превышающих 50 мкм, существенно уменьшается от 23% (прототип) до 6%, а предельный размер частиц измельченного исходного материала уменьшается от 120 до 60 мкм.
В таблице приведены результаты выполнения примеров измельчения белой сажи, включающие основные характеристики измельченных образцов белой сажи и значения отношений массовых расходов исходного материала и дополнительного воздуха, подаваемых в мельницу в виде концентрированной воздуховзвеси измельчаемого материала. В таблице также приведены некоторые свойства аккумуляторных сепараторов, изготовленных с использованием измельченной белой сажи.
В первой группе примеров (№№1-3) представлены экспериментальные данные, полученные при условии подачи в мельницу восходящего потока воздуха путем наддува предварительно закрученного тангенциально направленной скоростной (40-60 м/с) струей воздуха, направление вращения которого соответствует направлению вращения двухфазного потока воздуха и измельчаемых частиц; при этом подачу исходного материала в опытную мельницу осуществляли согласно ближайшему аналогу.
Во второй группе примеров (№№4-10) приведены экспериментальные данные, полученные путем реализации подачи в мельницу исходного материала в виде концентрированной воздуховзвеси измельчаемых частиц при соотношении массовых расходов материала и дополнительного воздуха 1,0-2,0; при этом подачу в мельницу восходящего потока воздуха осуществляли согласно ближайшему аналогу.
В примере №11 представлены результаты измельчения белой сажи согласно предлагаемому способу (для средней величины отношения расходов материала и дополнительного воздуха), а в примере №12 - ближайшему аналогу.
Для сравнительной оценки указанных примеров дополнительно провели измельчение исходного материала со средним размером частиц 85 мкм в течение часа работы установки на одном и том же режиме. На основании экспериментальных данных установлено, что средний размер частиц, измельченных предлагаемым способом, колеблется во времени в диапазоне 20-27 мкм, а измельченных известным способом - в диапазоне 15-42 мкм.
На основании приведенных в таблице данных можно утверждать, что предлагаемый способ, по сравнению с ближайшим аналогом, обеспечивает уменьшение диапазона крупности измельченных частиц от 0 - 120 до 0 - 60 мкм, сокращение в измельченном материале доли частиц с размером более 50 мкм от 23 до 6% и снижение среднего размера частиц от 31,8 до 24,9 мкм. Кроме того, сепараторы, изготовленные с использование измельченных предлагаемым способом частиц, характеризуются большей величиной пористости и меньшим удельным электрическим сопротивлением в электролите.