СПОСОБ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ ХРУПКИХ МАТЕРИАЛОВ И РОТОРНЫЙ ДЕЗИНТЕГРАТОР
METHOD FOR DISINTEGRATION OF BRITTLE MATERIALS AND A ROTOR DISINTEGRATOR

Изобретение относится к области тонкого измельчения хрупких материалов.
Известны и приняты в качестве прототипа способ дезинтеграции горных пород и роторная мельница для его осуществления [1].
Способ дезинтеграции горных пород включает подачу материала во вращающийся барабан, подъем его по внутренней поверхности барабана и пневматическую разгрузку. Куски материала после отрыва от внутренней поверхности барабана подвергают ударному воздействию рабочим органом, соосно установленным на полом валу в барабане с возможностью противоположного вращения со скоростью, равной 85-92% от критической, при этом пневматическую разгрузку материала осуществляют через отверстия полого вала.
Роторная мельница для осуществления способа содержит установленный с возможностью вращения барабан с лифтерами на внутренней поверхности и приспособления для загрузки и пневматической выгрузки материала. Внутри барабана соосно на полом валу установлен ротор с билами с возможностью противоположного вращения со скоростью, равной 85-92% от критической, при этом вал ротора выполнен с отверстиями для пневматической разгрузки материала, а в его полости смонтированы винтовые спирали для подачи материала и разгрузки его крупных фракций.
Идея - многократное ударное воздействие на частицы материала, непрерывно циркулирующего в зоне действия бил ротора посредством барабана с лифтерами, вращающегося с субкритической скоростью, рациональна и потенциально эффективна.
Рассмотрим теперь предложенное техническое решение этой идеи.
Исходный материал подается внутрь полого вала ротора и, по мнению автора, перемещается к поперечному сквозному проему в середине ротора транспортирующей трубой (винтовая спираль на внутренней поверхности полого вала), вращающегося со скоростью, равной 85-92% от критической для внутреннего диаметра вала. Транспортирующие трубы работоспособны только при условии непрерывного скольжения материала относительно спирали, а при скорости вращения, равной 85-92% от критической для внутреннего диаметра транспортирующей трубы, материал прижат центробежной силой к внутренней поверхности трубы и только в ее верхней части, где сила тяжести превышает центробежную силу, материал падает вниз. Скольжение материала относительно шнека практически нулевое. Для его перемещения нужна скорость вращения менее 30% от критической. Таким образом, заявленный существенный признак (скорость вращения) практически исключает подачу материала в барабан. Это первый их принципиальный недостаток.
-1
Допустим, что материал попал внутрь барабана. Оценим ударное воздействие в цифрах. Допустим, внутренний диаметр полого вала равен одному метру, а диаметр рабочих поверхностей бил ротора - 1.6 м. При 92% от критической скорости полого вала его угловая скорость равна 4.25 с, а окружная скорость бил - 3.4 м/с. При такой скорости удара дробятся только очень рыхлые материалы, а измельчение до пылевой фракции для пневматической разгрузки отсасыванием через второй конец полого вала, как указано в описании, абсолютно нереально. Это второй принципиальный недостаток способа и устройства.
Третий существенный недостаток устройства - пневматическая разгрузка через второй конец полого вала ротора отсасыванием (указано в описании) требует комплекта оборудования для выделения продукта из отсасываемого воздушно-пылевого потока - батареи циклонов и рукавных фильтров, а также мощного (с учетом аэродинамического сопротивления мельницы и этих аппаратов) эксгаустера. И даже с таким комплектом пылеулавливающего оборудования порядка 2% пыли (наиболее тонкая и ценная фракция) не улавливается и уходит в окружающую среду.
Задача изобретения - выполнение операций загрузки исходного материала в барабан и вращения ротора не взаимосвязанными механизмами, устранение потребности в активных пылеуловителях и фильтрах при пневматической разгрузке продукта.
Задача решается за счет того, что в способе дезинтеграции хрупких материалов, включающем подачу материала во вращающийся барабан, подъем его по внутренней поверхности барабана, ударное воздействие после отрыва от внутренней поверхности барабана рабочим органом, установленным в барабане с возможностью противоположного вращения и пневматическую разгрузку, согласно изобретению исходный материал загружают непосредственно в барабан, рабочий орган в виде ротора с билами вращают со скоростью, предельно допустимой по условиям прочности элементов ротора в поле центробежных сил, а пневматическую разгрузку осуществляют в осадительную камеру, внутри которой расположен барабан с рабочим органом.
В роторном дезинтеграторе для осуществления способа, включающем установленный с возможностью вращения барабан с лифтерами на внутренней поверхности и установленный внутри барабана с возможностью противоположного вращения ротор с билами, согласно полезной модели барабан расположен внутри осадительной камеры, выполнен с загрузочным конусом на одном торце и с открытым вторым торцом, а осадительная камера оборудована пневматическим нагнетательным устройством, например вентилятором, для циркуляции воздуха внутри осадительной камеры через барабан.
Дополнительно к этому, обечайка барабана выполнена газопроницаемой, рабочие поверхности барабана и бил защищены легкозаменяемой ударопрочной и абразивоустойчивой футеровкой, била имеют длину, равную или дольную длине ротора, и закреплены к нему жестко или шарнирно, у открытого торца барабана установлен лоток для вывода не полностью измельченных/недробимых частиц из осадительной камеры.
Загрузка исходного материала не через полый вал ротора, как в прототипе, а непосредственно в барабан, позволяет вращать ротор с любой заданной скоростью, чем больше окружная скорость бил ротора и соответственно скорость ударного воздействия, тем выше производительность измельчения и мельче средний размер частиц продукта. Но с увеличением скорости вращения резко (пропорционально квадрату угловой скорости) увеличиваются центробежные силы, вызывающие напряжения в билах, в элементах их креплений, в дисках ротора. В связи с этим скорость вращения ограничена величиной предельно допустимых напряжений в наиболее опасных узлах ротора. Размещение барабана с ротором внутри осадительной камеры исключает потребность в циклонах, фильтрах и другом пылеулавливающем оборудовании, что упрощает агрегат, снижает его стоимость и выбросы в окружающую среду. Выполнение барабана с загрузочным конусом на одном торце существенно упрощает введение загрузочного лотка в полость барабана и поступление материала на лифтеры, а открытый второй торец позволяет беспрепятственно выносить пылевую фракцию в осадительную камеру воздушному потоку, циркулирующему через барабан благодаря нагнетательному устройству.
Скорость осаждения пыли существенно меньше скорости циркулирующего потока, но количество пыли, осаждаемой в единицу времени, пропорционально концентрации пыли в воздухе. В замкнутом объеме (в осадительной камере) самопроизвольно устанавливается такая концентрация пыли, при которой в единицу времени количество образуемой равно количеству удаляемой из нижней части камеры. Ротор образует внутри барабана интенсивный вихревой радиальный воздушный поток с повышенным давлением на внутренней поверхности барабана. Выполнение обечайки газопроницаемой позволяет выносить пылевую фракцию не только через открытый торец барабана, но и сквозь обечайку, что, в свою очередь, позволяет уменьшить производительность нагнетательного устройства. Защита рабочих поверхностей барабана и бил ударопрочной и абразивоустойчивой футеровкой повышает длительность межремонтного срока эксплуатации дезинтегратора, а легкозаменяемость футеровки сокращает срок ремонта.
Изложенная сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:
Фиг. 1 - продольный разрез дезинтегратора.
Фиг. 2 - разрез по А-А.
Фиг. 3 - разрез по Б-Б.
Барабан 1 (фиг. 1, 3) дезинтегратора с лифтерами 2 и загрузочным конусом 3 (фиг. 1, 2) установлен на катках 4 (фиг. 1, 3) внутри осадительной камеры 5 (фиг. 1-3) со шнековой разгрузкой 6 и с дутьевым каналом 7 (фиг. 1, 2), оборудованным вентилятором 8 (фиг. 1). Внутри барабана 1 расположен ротор 9 (фиг. 1, 3) с билами 10. Ротор 9 вращается приводом 11 (фиг. 1) посредством вала 12 (фиг. 1-3), второй конец которого установлен в пылезащищенном подшипнике 13 (фиг. 1), закрепленном на стойках 14 (фиг. 1, 3) к корпусу осадительной камеры 5. В загрузочный конус 3 введен лоток бункера 15 (фиг. 1, 2), у открытого торца барабана 1 установлен выводной лоток 16 (фиг. 1, 3). Катки 4 приводятся во вращение валами 17 (фиг. 1, 2) от одного привода (не показан). Ротор 9 оборудован обтекателем 18 (фиг. 1). Осадительная камера 5 установлена на упругоэластичных опорах (не показаны) с возможностью регулирования угла наклона продольной оси к горизонтали.
Устройство работает следующим образом.
В исходном положении осадительная камера 5 наклонена в сторону открытого торца барабана 1 на угол 2-3°, катки 4 вращают барабан 1 по часовой стрелке на фиг. 2 со скоростью 85-90% от критической, ротор вращается против часовой стрелки с окружной скоростью на билах 100-150 м/с. Вентилятор 8 гонит по дутьевому каналу 7 воздух из нижней части осадительной камеры 5 через загрузочный конус 3 в барабан 1, воздушный поток обтекает ротор 9, интенсивно турбулизируется билами 10 и через открытый торец барабана 1, а также через его воздухопроницаемую обечайку, например жалюзийного типа, возвращается в осадительную камеру.
При подаче исходного материала в бункер 15 он по лотку самотеком перемещается внутрь загрузочного конуса 3 и поступает на лифтеры 2, поднимается ими в верхнюю часть барабана 1, по параболической траектории спадает вниз в зону действия бил и дробится. Пылевая фракция подхватывается вихрями воздушного потока, дополнительно измельчается как в струйной мельнице и уносится в осадительную камеру 5, а более крупные частицы отбрасываются на барабан 1 и снова поднимаются. Благодаря наклону барабана при каждом подъеме циркулирующие частицы материала постепенно перемещаются в сторону открытого торца барабана 1. Концентрация пыли в воздушном потоке увеличивается до некоторой постоянной величины, при которой образование пыли равно осаждению. Осевшая пыль (продукт) выгружается шнеком 6. Подачу материала увеличивают до появления не полностью измельченных частиц на выходе из лотка 16, затем несколько уменьшают и стабилизируют. Недробимые частицы, например, корольки металла в шлаке выводятся по лотку 16 независимо от производительности агрегата. Средний размер частиц продукта регулируют изменением наклона осадительной камеры 5 - чем меньше угол наклона, тем меньше средний размер частиц. При вращении ротора 9 и ударах материала неизбежно образуется вибрация, преимущественно поперечная, осадительной камеры. Ее упругоэластичные опоры амортизируют колебания и поддерживают амплитуду в допустимых пределах.
Периодически дезинтегратор останавливают, снимают верхнюю часть осадительной камеры, заменяют изношенную футеровку на реставрированную и запускают в работу, а снятую футеровку наплавляют твердосплавными электродами.
Таким образом, в предложенной конструкции обеспечивается выполнение операций загрузки исходного материала в барабан и вращения ротора не взаимосвязанными механизмами, получение продукта с заданным фракционным составом из любых хрупких материалов, исключена потребность в активных пылеуловителях и фильтрах при пневматической разгрузке продукта.
Источник информации
1. Способ дезинтеграции горных пород и роторная мельница для его осуществления. Патент РФ №2185885 С2, МПК B02C 17/10. Опубл. 27.07.2002. Бюл. №20.