Вертикальный центробежный измельчитель
VERTICAL CENTRIFUGAL GRINDER

Изобретение относится к области дезинтеграции и измельчения горных пород и руд. Известна центробежная дробилка метательного действия, содержащая цилиндрический корпус с установленным по оси на нижнем основании рабочим органом, представляющим собой разгонный диск [1]. Основной технический недостаток данного типа дробилок - это недостаточная эффективность одноактных ударов кусков породы для их разрушения об отражательные элементы на внутренней поверхности корпуса дробилки, а также ограниченность скорости динамического воздействия на разрушаемые частицы в режиме свободного удара, что весьма ограничивает их применения на практике (используется для дробления и измельчения относительно хрупких и не крепких материалов).
Известен центробежный измельчитель встречного удара [2], содержащий цилиндрический корпус с верхним загрузочным и нижним разгрузочным отверстиями, горизонтально расположенные и противоположно вращающиеся верхний и нижний рабочие органы ступенчатой формы. Недостатками Данного измельчителя являются периферийная разгрузка измельченного материала, по всей окружности, что существенно усложняет конструкцию измельчителя в части геометрических параметров узла разгрузки, кроме того образующееся между двумя рабочими органами воздушные потоки преждевременно выносят часть материала в недоизмельченном состоянии, что негативно сказывается на эффективности измельчения. Так же имеет место напрессование мелкодисперсных частиц и шлама на вертикальных стенках верхнего органа измельчителя, что приводит к рикошетному соскальзыванию частиц на следующую ступень без получения необходимого уровня ударного импульса.
Наиболее близким решением по технической сущности к заявляемому является центробежный аппарат дезинтеграции [3], содержащий цилиндрический корпус с верхним загрузочным и нижним разгрузочным отверстиями, соосные рабочие органы в форме вертикально расположенных дисков с кольцевыми и радиальными выступающими рабочими элементами, причем кольцевые рабочие элементы одного рабочего органа расположены между аналогичными рабочими элементами другого рабочего органа и образуют кольцевые ступенчатые рабочие камеры дезинтеграции, внешний рабочий орган является неподвижным и имеет по центру отверстие для подачи исходного материала в рабочую камеру, а внизу разгрузочное отверстие под углом -90 град, относительно центральной оси корпуса аппарата, при этом внутренний рабочий орган выполнен с возможностью вращения.
В данном центробежном аппарате дезинтеграции процесс разрушения происходит в основном за счет ударных и истирающих нагрузок при многократных динамических контактах частиц с кольцевыми и радиальными разгонно-отбойными ребрами. Проведенные исследования показали, недостаточную эффективность данного аппарата при измельчении крепких и весьма крепких руд, связанную с преждевременным выносом недоизмельченных частиц из рабочей камеры через разгрузочное отверстие, расположенное в нижней части корпуса измельчителя.
Задачей изобретения является повышение эффективности измельчения. Повышение эффективности измельчения в предлагаемом центробежном вертикальном измельчителе достигается за счет внедрения регулируемого положения разгрузочного отверстия на нижнем подвижном секторе корпуса измельчителя для задержки недоизмельченного материла в рабочей зоне измельчения и регулируемой ширины рабочей камеры.
Предлагаемый вертикальный центробежный измельчитель содержит цилиндрический корпус с верхним загрузочным и нижним разгрузочным отверстиями, регулирующим угол разгрузки измельченного продукта и соосные рабочие органы специальной формы в виде вертикально расположенных дисков с радиальными разгонными и кольцевыми отбойными элементами с возможностью регулировки ширины рабочей камеры (расстояния между рабочими органами), обеспечивающие многократные динамические и истирающие воздействия на разрушаемый материал, также имеет две симметрично расположенные рабочие камеры, которые позволяют спроектировать сбалансированную механическую схему привода отличающийся тем, разгрузочное отверстие находится на нижнем подвижном секторе корпуса имеющего возможность смещаться вокруг центральной оси корпуса измельчителя (диапазон от -90 град, до -150 град.), для регулировки угла разгрузки измельченного материала, а также тем, что ширина рабочей камеры регулируется, в частности, за счет набора шайб различной толщины или другими способами.
В отличии от аналога [1] с применением одноактного динамического разрушения кусков руды об корпус дробилки, в предлагаемом центробежном вертикальном измельчителе существенно повышается эффективность измельчения за счет применения принципа организации многократных ударных столкновений разрушаемых частиц об отбойно-разгонные элементы при их перемещении за счет центробежной силы с точки загрузки к периферийным рабочим камерам с нарастанием величины ударных нагрузок ввиду соответствующего увеличения линейных скоростей движения частиц.
В аналоге [2], как и в предлагаемом центробежном вертикальном измельчителе, используется принцип разрушения частиц многократными ударными динамическими нагрузками об отбойные и разгонные элементы. При этом измельчение материала в аналоге происходит между двумя противоположно вращающимися и горизонтально расположенными рабочими органами ступенчатой формы с периферийной разгрузкой продуктов измельчения из рабочей камеры измельчителя. В предлагаемом же измельчителе разрушение материла происходит между двумя соосными рабочими органами (неподвижным внешним и вращающимся внутренним) специальной формы в виде вертикально расположенных дисков с радиальными разгонными и отбойными элементами, обеспечивающие многократные динамические и истирающие воздействия на разрушаемый материал с разгрузкой продуктов измельчения в выбранной точке расположения разгрузочного отверстия. Благодаря вертикальному расположению и форме рабочих органов в предлагаемом измельчителе имеется возможность организации разгрузки продуктов измельчения на нужной точке нижнего сегмента корпуса измельчителя, так же уменьшается устраняется накопление и напрессование мелких частиц на поверхности рабочих органов, при этом обеспечивается более равномерное увеличение радиальной скорости движения разрушаемых частиц при их перемещении из зоны измельчения в зону разгрузки без скачкообразного изменения скоростей взаимодействия и потери инерции, как это имеет место, при ступенчатой форме рабочих органов. Таким образом, в предлагаемый центробежный вертикальный измельчитель соответствует критерию изобретения "новизна".
Известны технические решения, в частности у прототипа [3], состоящего из герметического цилиндрического корпуса с закрепленным к нему внешним рабочим органом, вращающегося внутреннего рабочего органа и привода. Рабочие органы представляют собой диски с выступающими концентрическими кольцами, внутренние поверхности колец выполнены вогнутыми с радиальными разгонными ребрами на каждой ступени. Корпус имеет верхнее загрузочное и нижнее разгрузочное отверстия по вертикальной центральной оси относительно корпуса измельчителя.
Основными задачами для определения рациональной конструкции измельчителя и влияния эффективности измельчения являются точка расположения разгрузочного отверстия в нижнем сегменте корпуса и величина расстояния между рабочими органами измельчителя, которые оказывают существенное влияние на качество продуктов измельчения.
Главными недостатками прототипа [3] является недостаточная эффективность измельчения при разрушении крепких и весьма крепких руд из-за отсутствия возможности регулировки ширины рабочей камеры, в результате чего исходный материал с более мелким классом крупности измельчается хуже, чем материал с более крупным классом крупности и из-за преждевременного выноса части недоизмельчаемого материала воздушными потоками, формирующимися за счет вращения рабочих органов.
Для устранение выявленных недостатков в заявляемом измельчителе предлагаются конструктивные решения, влияющие на эффективность процесса разрушения. Предлагается регулировать точку расположения разгрузочного отверстия по за счет возможности изменения ее расположения по высоте (углу), путем смещения ее вокруг центральной оси корпуса измельчителя в диапазоне от -90 град, до -150 град. За счет регулировки или смещения угла разгрузочного отверстия относительно его максимально низкой точки расположения исключается преждевременный выброс недоизмельченных частиц заданной крупности из рабочей зоны измельчения. При этом за счет изменения угла смещения разгрузочного отверстия достигается регулировка и контроль крупности помола продуктов измельчения.
А так же в предлагаемом варианте обеспечивается возможность регулировки ширины рабочей камеры, например, за счет установки набора шайб различной толщины, или другими способами, что также позволяет регулировать крупность помола продуктов измельчения в зависимости от крепости и крупности измельчаемого материала.
Таким образом, сравнительный анализ позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого вертикального центробежного измельчителя критерию "изобретательский уровень".
На фиг. 1 представлен общий вид вертикального центробежного измельчителя с разрезом рабочих органов. Устройство состоит из герметического цилиндрического корпуса 1 с закрепленным к нему внешним неподвижным рабочим органом 2, вращающегося внутреннего рабочего органа 3, привода 4 и набор шайб 5 для регулировки ширины рабочей камеры. Корпус имеет верхнее загрузочное 6 и нижнее регулируемое разгрузочное отверстие 7, на нижнем подвижном секторе корпуса, посредством которого разгрузочное отверстие смещается вокруг центральной оси корпуса измельчителя в диапазоне от -90 град, до -150 град. Рабочие органы представляют собой диски с выступающими концентрическими кольцами, внутренние поверхности колец выполнены вогнутыми с радиальными разгонно-отбойными элементами 8 на каждой ступени.
Дезинтеграция происходит следующим образом: разрушаемый материал попадает через загрузочное отверстие 6 в центр рабочей камеры измельчителя между двумя рабочими дисками специальной формы 2 и 3, ширина камеры регулируется от 1 до 20 мм, за счет установки шайб различной толщины между подвижным диском и подшипниками в зависимости от степени крепости исходного материала и заданной крупности продуктов измельчения. В рабочей камере частицы разрушаемого материла при помощи радиальных разгонно-отбойных элементов 8 приобретают первоначальную скорость и под действием центробежной силы и силы тяжести испытывая многократные ударные и истирающие нагрузки начинают продвигаться к кромке рабочих дисков. Измельченный материал потеряв массу и инерцию, своевременно выводится из рабочего пространства через разгрузочное отверстие 7, которое одновременно отвечает за разгрузку и за качество продуктов измельчения, за счет регулировки угла разгрузки измельченного материала.
На фиг. 2 представлена конструкция предлагаемого вертикального центробежного измельчителя с возможностью разгрузки измельченного материла под разными углами относительно центральной оси корпуса, в отличии от прототипа [3], у которого разгрузка осуществляется под углом -90 град.
На фиг. 3 приведены сравнительные результаты измельчения кварцевой руды высокой крепости классом крупности -2,5+1,6 мм на лабораторной модели вертикального центробежного измельчителя при разных углах наклона разгрузки относительно центральной оси корпуса, при наиболее рациональной ширине рабочей камеры 3 мм, которая была определена экспериментальным путем.
На основании полученных результатов установлено, что при угле разгрузки - 150 град., гранулометрический состав продуктов измельчения наиболее равномерный с наибольшим содержанием мелких классов, это объясняется тем, что именно при таком критическом значении угла разгрузки происходит вынос наиболее мелких и легких фракций из зоны измельчения.
Таким образом, в предлагаемом вертикальном центробежном измельчителе достигается повышение эффективности измельчения крепких материалов многократными и истирающими воздействиями, за счет задержки недоизмельченных частиц в рабочей камере благодаря возможности изменения угла разгрузки измельченного материала необходимой крупности возможности и регулировки ширины рабочей камеры.
Список литературы
1. Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы. М.: Недра, 1972, с. 119-120.
2. Патент РФ №2150323 «Центробежный измельчитель встречного удара». Матвеев А.И., Григорьев А.Н., Филиппов В.Е. Опубл. 10.06.00. - БИ №16.
3. Патент РФ №2322299 «Центробежный аппарат дезинтеграции». Григорьев А.Н., Матвеев А.И. Опубл. 20.04.2008. - БИ №11.