Роторно-вихревая мельница

Полезная модель относится к оборудованию для измельчения или обработки различных материалов, а именно к роторно-вихревой мельнице, и может найти применение в металлургической, строительной, химической, горной, а также других отраслях промышленности, в т.ч. для получения тонких (100-40 микрон) и сверхтонких (менее 40 микрон) порошковых материалов. В частности полезная модель может быть использована для измельчения металлов и металлических сплавов, металлосодержащих руд, керамики, графита, цементных клинкеров и других видов металлических, не металлических и полимерных материалов. Конструкция рабочих органов роторно-вихревой мельницы позволяет придавать измельченным частицам округлую форму.
Кроме того, возможен вариант использования изобретения, согласно которому при измельчении материалов близких по физико-химическим свойствам к металлам при определенных режимах происходит механическое легирование получаемого порошкового материала.
Известно устройство - мельница ножевая роторная предназначена для измельчения волокнистых, полимерных и растительных материалов, включающая корпус, основание, электродвигатель, установленный на основании, загрузочную и разгрузочную воронки, опору и камеру измельчения с крышкой, внутри корпуса на оси электродвигателя расположен ротор (Патент RU 161155 B02C 18/08, 04.10.2016).
К недостаткам известного устройства относится невозможность процесса придания измельченным частичкам округлой формы.
Известно устройство роторно-вихревая мельница и ее рабочий орган, которая содержит рабочий орган роторно-вихревой мельницы, который представляет собой, по меньшей мере, двухступенчатую конструкцию, ступени конструкции расположены одна под другой и образованы статором и размещенным на оси ротором, выполненным с внутренней полостью для разгона частиц, снабженным входом для подачи измельчаемого материала и направляющими выходными каналами (соплами), устройство подачи первая ступень камеры-сепаратора выполнена в виде газового сепаратора (например, в виде циклона) с возможностью предварительной сепарации измельченного материала, вторая ступень - в виде камеры основной сепарации, выполненной, например, в виде центробежного аэродинамического сепаратора камеру стабилизации пылегазовых потоков, расположенную между газовым сепаратором и камерой помола (Патент RU 2626721 C1, 31.07.2017 Бюл. № 22).
К недостаткам известного устройства относится высокая энергоемкость процесса придания измельченным частичкам округлой формы.
Технической задачей является снижение энергоемкости процесса придания измельченным частичкам округлой формы.
Техническая задача достигается за счет того, что в роторно-вихревой мельнице окатывание происходит в полутороидальном кольцевом канале, плоскость которого перпендикулярна валу ротора, а внутренняя поверхность тора открыта в сторону камеры измельчения, при этом сопла второй ступени выполнены прямоугольной формы и создают потоки материала с воздухом, попадающие в полутор касательно его кромкам, сопла второй ступени выполнены со смещением для создания принудительной закрутки материала с воздухом в полуторовом канале, что обеспечивает энергию, добавленную на второй ступени, которая используется не для соударения частиц, а для плавного закрученного по винтовой линии взаимодействия с полуторовой поверхностью, что обеспечивает закатку частиц для придания измельченным частичкам округлой формы. Сопла расположены сверху и снизу разделяющего кольца. Это кольцо служит конструктивным элементом, посредством которого крепятся верхний (открытый для получения материала из первой ступени) и нижний (закрытый) фланцы ротора второй ступени.
Техническая сущность и принцип действия предложенного способа и устройства поясняются чертежами: на фиг. 1 представлена схема роторно-вихревой мельницы; на фиг. 2 изображен поперечный разрез рабочего органа мельницы, имеющего двухступенчатую конструкцию, первая ступень которой предназначена преимущественно для измельчения исходного материала, вторая преимущественно для придания измельчаемым частицам округлой формы; на фиг. 3 изображен разрез А-А фиг. 2, характеризующий конструктивное исполнение статора и ротора второй ступени и камеры формирования округлой формы частиц (камера формования), образованной пространством между упомянутыми ротором и статором.
Мельница включает камеру помола 1, в которой расположены рабочие органы, обеспечивающие измельчение исходного материала и придание измельчаемым частицам округлой формы, систему аспирации и сепарации. В одном из вариантов осуществления мельницы камера помола 1 со стороны входа соединена с устройством подачи исходного материала (или системой загрузки измельчаемого материала, например, при помощи шнекового питателя) 2 и через соединительный патрубок 3 с камерой - сепаратором, которая может включать две ступени сепарации: 4 - газовый сепаратор (типа циклон), 5 - центробежный аэродинамический сепаратор (камера основной сепарации). В одном из вариантов осуществления изобретения мельница может содержать камеру стабилизации пылегазовых потоков аэродинамического сепаратора 6, расположенную между камерой помола 1 и газовым сепаратором типа циклон 4. Со стороны выхода камера помола 1 соединена с камерой выгрузки не сепарированного материала 7, которая соединена пневмогазовым трактом 8 с камерой сепаратором 3, в частном варианте - с газовым сепаратором 4. Камера-сепаратор или в частном варианте осуществления изобретения - центробежный аэродинамический сепаратор 5, снабжен патрубком для вывода измельченного материала 9. Устройство подачи исходного материала 2 соединено с бункером загрузки основного измельчаемого материала 10 и устройством дозированной (или контролируемой) подачи дополнительного материала (дозатором или дозаторами) 11 для совместного измельчения с базовым материалом (для обеспечения процесса механического легирования измельчаемого материала). Мельница снабжена двигателем 12 устройства подачи исходного материала 2; двигателем 13, приводящим в движение рабочие органы мельницы посредством ременной передачи 16; двигателем 14 камеры-сепаратора. Все элементы конструкции могут быть закреплены на раме 15.
Рабочие органы мельницы, включающие статор 17 и ротор 18 ступени для измельчения исходного материала, статор 19 и ротор 20 ступени придания измельчаемым частицам округлой формы (формования), которые связаны друг с другом и реализуют многоступенчатый принцип измельчения материала.
Окатывание происходит в полутороидальном кольцевом канале, плоскость которого перпендикулярна валу 21 ротора 20, выполненного с полуторами, а внутренняя поверхность полутора открыта в сторону камеры измельчения, при этом сопла 24 второй ступени выполнены прямоугольной формы и создают потоки материала с воздухом, попадающие в полутор касательно его кромкам, сопла 24 второй ступени выполнены со смещением для создания принудительной закрутки материала с воздухом в полуторовом канале, что обеспечивает энергию, добавленную на второй ступени, которая используется не для соударения частиц, а для плавного закрученного по винтовой линии взаимодействия с полуторовой поверхностью, что обеспечивает закатку частиц для придания измельченным частичкам округлой формы. Сопла 24 расположены сверху и снизу разделяющего кольца 22. Разделяющее кольцо 22 служит конструктивным элементом, посредством которого крепятся верхний (открытый для получения материала из первой ступени) и нижний (закрытый) фланцы ротора второй ступени.
Частицы измельчаемого материала попадают в центр ротора первой ступени, где под действием центробежной силы приобретают высокую кинетическую энергию, в результате чего обеспечивается условия для начало процесса измельчения.
Измельченные частицы материала через канал в форме кольцевого зазора между ротором и статором попадают на второй ротор, имеющий больший диаметр. Материал попадает в полость ротора следующей ступени, который также имеет полуторовую внутреннюю поверхность ротора.
Частицы со сформированной на данной ступени округлой формой через сопло попадают в нижний (закрытый) фланцы ротора второй ступени.
Результаты апробации предложенной конструкции показывают снижение энергоемкости в 27%, так как при работе данной конструкции потребовалось меньше киловатт энергии для измельчения и придания измельчения частичкам материала округлой формы.
При измельчении 10 килограмм графита до 10 микрон с приданием частичкам округлой формы потребовалось на 27% меньше времени работы новой конструкции установки по сравнению с аналогом.
Данная полезная модель позволит снизить энергоемкость процесса придания измельченным частичкам округлой формы.