МЕЛЬНИЦА "ТРИБОС"
"TRIBOS" MILL

Изобретение относится к устройствам для сухого и мокрого тонкого и сверхтонкого дисперсного измельчения широкого диапазона материалов естественной и повышенной влажности, неорганических, органических, их смесей, в мельнице с неподвижным корпусом. Может применяться в промышленности строительных материалов, порошковой металлургии, радиохимической, химической, медицинской, целлюлозной, сельскохозяйственной и других отраслях промышленности.
Известны устройства для тонкого и сверхтонкого измельчения сухим и мокрым способом минеральных и органических материалов.
Так известна мельница (патент РФ №2029620, МПК В02С 17/02, 1995 г.) для помола как мокрым, так и сухим способом металлических и неметаллических материалов, содержащая два концентрично расположенных вертикальных цилиндра, внутренний из которых выполнен поворотным в горизонтальной плоскости, рабочие органы и привод внутреннего цилиндра, причем внутренняя полость наружного цилиндра разделена горизонтальными порогами на камеры, в которых размещены рабочие органы, выполненные в виде подвижных в радиальном направлении поршней, образующих между собой прерывистую цилиндрическую поверхность
Данная мельница не решает проблему тонкодисперсного измельчения материалов, обладающих высокой эластичностью или волокнистостью структуры. Конструкция сложна в изготовлении и эксплуатации и требует значительных энергозатрат.
Известна центробежная мельница (патент РФ №2411082, МПК В02С 17/00, 08.06.2009 г.) для сухого и мокрого измельчения твердых сыпучих материалов, включающая в себя корпус с помольной камерой и с вращающимся ротором в центральной части. В центральную часть ротора через первый питатель подается измельчаемый материал, а через второй питатель подаются мелющие тела (шары, цильпебс, галька и т.п.), твердость которых выше твердости измельчаемого материала. Процесс измельчения исходного материала осуществляется за счет его перетирания движущимися шарами при вращении ротора.
Недостатком этой мельницы является также невозможность тонкодисперсного размола органических материалов, обладающих высокой волокнистостью. Кроме того, в данной мельнице невозможно получить однородную по размеру частиц массу помольного материала, возможны сколы мелющих тел, что загрязняет измельченный продукт.
Известно также измельчающее устройство (патент РФ №2184612, МПК В02С 15/08, 14.08.2001 г.) для измельчения целлюлозосодержащего материала, материалов растительного происхождения, содержащее корпус с криволинейной цилиндрической поверхностью и с футеровкой внутри и расположенным внутри корпуса сепаратором ротора. В верхней части корпуса имеется верхний входной канал, а внизу выходной канал. В верхней части ротора находятся разбрасывающие лопатки, в нижней - выгребные лопатки. Сепаратор ротора в верхней зоне измельчения состоит из плоских дисков с мелющими телами вращения по периферии, а во второй нижней зоне измельчения между нижними плоскими дисками существует множество радиальных каналов, по периферии которых радиально установлены вертикальные толкающие пластины, а внутри радиальных каналов подвижно в радиальном направлении размещены мелющие тела вращения в виде цилиндров, дисков, шаров. Снаружи корпус устройства снабжен водяной рубашкой. Измельчение материала происходит за счет прокатывания множества мелющих тел вращения по материалу, контактирующему с криволинейной опорной поверхностью корпуса.
Данное устройство предназначено только для тонкодисперсного измельчения целлюлозосодержащих растительных материалов, сложно в изготовлении и ремонте.
В качестве прототипа выбрана мельница тонкого помола (патент РФ №2012404, МПК В02С 7/06, В02С 13/22, 15.05.1994 г.), содержащая корпус с патрубками загрузки и выгрузки материала, ротор, установленный в корпусе с зазором относительно его боковой и торцевой стенок. Ротор представлен в виде двух дисков, соединенных между собой по периферии осями с булами и с цилиндром между ними. Измельчение материала происходит в высокоскоростной камере измельчения, образованной ротором и торцевой стенкой корпуса.
Данная конструкция мельницы позволяет получить сверхтонкий продукт, но предназначена для измельчения каолина, талька, слюды, графита, в промышленности строительных материалов. С помощью этой мельницы не представляется возможным получить сверхтонкое измельчение материалов, обладающих высокой волокнистостью структуры и повышенной влажностью, а также осуществить мокрый помол.
Задачей изобретения является создание мельницы, способной измельчать до требуемой степени помола (в пределах 5-10 мкм) широкий диапазон материалов, в том числе органических, целлюлозосодержащих, волокнистых материалов, естественной и повышенной влажности как мокрым, так и сухим способом со сверхузким гранулометрическим составом.
Указанный результат достигается тем, что в мельнице, содержащей корпус с противоположно выполненными загрузочным и разгрузочным патрубками, ротор в виде диска с измельчающими элементами, установленный на приводном валу внутри корпуса с зазором относительно его боковой поверхности, согласно изобретению корпус свободно ориентирован в поперечной плоскости оси вращения ротора с возможностью его фиксации в смещенном положении, ротор со стороны разгрузочного патрубка имеет лопатки, выполняющие функции классификатора, а загрузочный патрубок снабжен устройством для регулируемой подачи воздуха или воды в центральную часть ротора.
Конструктивные особенности заявляемой мельницы, связанные со свободной ориентацией корпуса относительно оси вращения ротора, в совокупности с остальными признаками, позволяют также создать условия для разрыва волокон органических материалов, решить задачу измельчения широкого диапазона материалов до заданной степени помола (в пределах 5-10 мкм) со сверхузким гранулометрическим составом.
На чертежах представлены: фиг.1 - вид мельницы со стороны входного патрубка (входной патрубок не показан), фиг.2 - фронтальный разрез мельницы по А-А фиг.1.
Мельница (фиг.1, 2) состоит из корпуса помольной камеры 1, которая крепится к основанию мельницы 2 посредством винтов крепления 3 (не менее 3 шт.) для фиксации положения корпуса 1 в поперечной плоскости оси вращения ротора 5. В центральной части мельницы, на приводном валу 4, расположен ротор 5. В крышке 6 помольной камеры 1 расположен патрубок загрузки 7, совмещенный с каналом 8 забора воздуха или воды с регулирующей заслонкой 9, расположенный по центральной оси вала 4 ротора 5. Ротор 5 со стороны загрузочного патрубка имеет радиально расположенные лопатки 10 (измельчающие элементы). Со стороны разгрузочного патрубка 14 ротор 5 снабжен лопатками 11, выполняющими роль классификатора. Винты крепления 3 регулируют установку корпуса помольной камеры 1 на основании мельницы 2 так, что ротор 5 образует с внутренней поверхностью корпуса помольной камеры 1 зону помола 12 и зону разгрузки 13. В зоне разгрузки 13 в основании мельницы 2 находится разгрузочный патрубок 14 с регулируемой шиберной задвижкой 15. Помольная камера 1 имеет водяную камеру охлаждения 16.
Мельница работает следующим образом.
Исходный материал с размером частиц диаметром до 25 мм подается вместе с воздухом или водой через патрубок загрузки 7 в центр помольной камеры 1, где на него действуют центробежные и аэро- или гидродинамические силы, распределяется лопатками 10 ротора 5 по внутренней поверхности корпуса 1 помольной камеры. Материал, попадая в вихревой поток, создаваемый лопатками 10 ротора 5, вдавливается в зону помола 12, где измельчение материала осуществляется за счет центробежных сил путем воздействия на него преимущественно сжимающих нагрузок, создаваемых при скоростном линейном прокатывании по измельчаемому материалу ротора 5, контактирующего с поверхностью корпуса 1 помольной камеры, и сил трения. Трение между частицами измельчаемого материала, внутри самих частиц, из-за сжимающих нагрузок способствует появлению микроразрушений во всем объеме разрушаемых частиц материала, что ведет к увеличению микроразрушений в измельчаемой частице и эффективному ее разрушению сжимающими нагрузками, тем самым повышая дисперсность готового измельченного материала и его физико-(механо)-химическую, химическую активацию. Ротор 5 перемещается к стенке помольной камеры 1 за счет регулировки и жесткого крепления винтов 3, благодаря этому создается зона помола 12 и зона разгрузки 13, в которых происходит многократно изменяющиеся переменные по величине силовые воздействия на материал, создающие дополнительно высокоэффективные усталостные нагрузки. Измельчение материала производится в скоростном режиме при многократно повторяющихся одновременных сжимающих и истирающих нагрузках, создающих условия для помола за счет самоистирания материала. Разрушающее воздействие этих нагрузок имеет повторяющийся характер во времени с чередованием процессов возникновения поля напряжения в зоне помола 12 и свободного поля в зоне разгрузки 13 и локальным характером механического воздействия на материал. Истертый материал вихревой поток выносит из зоны помола 12 в зону разгрузки 13, где лопатками классификации 11 и регулировкой шиберной задвижки 15 в разгрузочном патрубке 14 происходит классификация материала и вынос измельченного материала в приемный бункер (не показан).
При помоле тонковолокнистых органических материалов, в частности целлюлозы, происходит закатывание волокон в шарики, их коагулирование с последующим разрушением их и разрывом волокон в зоне истирания.
При мокром помоле через канал 8 подается вода, и помол материала осуществляется в гидродинамическом режиме.
Преимущество данной мельницы в том, что она позволяет измельчать минеральные и органические материалы естественной и повышенной влажности в мелкодисперсный порошок до 5-10 мкм со сверхузким гранулометрическим составом, а также производить активацию физико-(механо)-химических, химических процессов материалов, улучшающих их качественные характеристики. Конструкция мельницы позволяет увеличить ресурс работы мельницы за счет принципа размола материала трением и возможности корректировки положения корпуса. Материал измельчается за счет трения, что способствует разрушению материала с наименьшими энергетическими затратами. В результате помола получаем максимальную поверхность твердого вещества при минимальных затратах энергии, что оптимизирует технологический процесс.
Мельницы заявляемой конструкции изготовлены и опробованы на производстве с положительным результатом.