Стержневая барабанная мельница непрерывного принципа действия
ROD DRUM MILL WITH CONTINUOUS OPERATION

Изобретение относится к устройствам для сухого или мокрого измельчения минерального сырья и полуфабрикатов, преимущественно имеющих слоистую структуру, таких как графит и дисульфид молибдена, в химической промышленности и других производствах.
Известна стержневая барабанная мельница, содержащая вращающийся барабан, частично заполненный стержнями [Андреев С.Е. и др. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. - 3-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1980, с. 254, 255]. Недостатком этой мельницы является низкая эффективность помола материалов имеющих слоистую структуру, таких как графит и дисульфид молибдена.
Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является стержневая барабанная мельница, содержащая основной барабан, привод вращения, узел загрузки исходного материала, узел выгрузки готового материала, стержни, соединенные между собой гибкими связями и расположенными внутри барабана (Патент РФ № 2 670 495). Основной недостаток данной конструкции заключается в том, что мельница работает только в периодическом режиме и это существенно снижает ее производительность.
Технической задачей настоящего изобретения является создание стержневой мельницы непрерывного принципа действия.
Указанная задача решается тем, что стержневая барабанная мельница, содержащая вращающийся барабан, частично заполненный стержнями, соединенными между собой гибкими упругими элементами, снабжена четным числом дополнительных барабанов, расположенных внутри основного барабана и соединенных с ним, с диаметрами каждого дополнительного барабана, равными  от 0,8 до 0,9 от диаметра барабана, в котором он размещен и длиной от 0,9 до 0,95 от длины этого барабана, причем при нумерации дополнительных барабанов, начиная от основного барабана, торцевые края дополнительных барабанов, имеющих нечетные номера, совпадают с выгрузочным краем основного барабана, а торцевые края дополнительных барабанов, имеющих четные номера, совпадают с загрузочным краем основного барабана и внутри каждого дополнительного барабана размещены стержни, соединенные между собой гибкими связями.
На фиг. 1 показан продольный разрез мельницы (привод, узел загрузки исходного материала, узел выгрузки готового материала и стержни условно не показаны), на фиг. 2 показан поперечный разрез А-А стержневой мельницы. Основной узел стержневой мельницы состоит из основного барабана 1 (фиг.1), первого дополнительного барабана 2, второго дополнительного барабана 3. Дополнительных барабанов может быть больше, но их число четное. Дополнительные барабаны расположены соосно основному барабану и соединены с ним, т.е. вращаются с той же скоростью, что и основной барабан. Основной барабан 1 и дополнительные барабаны 2 и 3 снабжены кольцевыми крышками. Диаметром каждого дополнительного барабана, равным  0,8÷0,9 от диаметра барабана, в котором он размещен, а длина равна 0,9÷0,95 от длины этого барабана. Например, диаметр дополнительного барабана 2 равна   0,8÷0,9 диаметра барабана 1, а диаметр дополнительного барабана 3 равна 0,8÷0,9 диаметра барабана 2. Аналогично, длина барабана 2 равна 0,9÷0,95 длины барабана 1, а длина барабана 3 равна 0,9÷0,95 длины барабана 2. С двух сторон барабанов установлены подпорные кольца 4 и 5. Внутри каждого барабана размещены стержни 6 (фиг.2), соединенные гибкими связями 7.
Стержневая мельница непрерывного принципа действия работает следующим образом. С загрузочного края (левый край на фиг.1) в самый внутренний дополнительный барабан 3 подается исходный материал, который при вращении барабанов перемещается вдоль горизонтальной оси (в дополнительном барабане 3 материал перемещается слева направо). Достигнув выгрузочного края дополнительного барабана 3, материал перемещается в дополнительный  барабан 2 и далее движется вдоль его оси (в дополнительном барабане 2 материал перемещается справа налево). Достигнув выгрузочного края дополнительного барабана 2, материал перемещается в основной барабан 1 и далее движется вдоль его оси (в основном барабане 1 материал перемещается слева направо). Достигнув выгрузочного края основного барабана 1, готовый материал выгружается из мельницы. Процесс измельчения закончен. Движение материала в разные стороны происходит потому, что в мельницу непрерывно подается исходный материал, диаметр отверстия в кольцевых крышках 4, установленные с загрузочного края каждого из барабанов меньше диаметра отверстия в кольцевых крышках 5, установленные с разгрузочного края каждого из барабанов. При вращении барабанов 1, 2, 3  стержни 6, соединенные между собой гибкими связями 7, сначала неподвижны относительно внутренней поверхности барабанов и поднимаются вверх до положения, при котором скатывающие силы (направленные по часовой стрелке на фиг.2) не станут равными силам трения стержней о внутреннюю поверхность барабана (направлены против движения часовой стрелки). После достижения указанного состояния равновесия стержни скользя по внутренней поверхности барабана, движутся вниз, до положения, при котором силы трения становятся больше сил скатывания. После этого цикл движения стержней вверх и вниз повторяется. При скольжении стержней вниз, на частицы, находящиеся между стержнями и внутренней поверхностью барабана действуют сдвигающие силы. В результате этого внутри частиц возникают касательные напряжения, которые измельчают материал. Как отмечалось выше, стержневые мельницы наиболее эффективны при измельчении слоистых материалов, таких как графит, нитрид бора, дисульфид молибдена и др. Дело в том, что указанные материалы состоят из слоев, которые связаны слабыми силами Ван-дер-Ваальса и даже при небольших касательных напряжениях эти материалы расслаиваются, т.е. измельчаются, поскольку объем частиц становится меньше.
Следует отметить, что эффективность мельницы во многом зависит от длины пути, пройденного материалом в барабанах.
Выбор диаметров дополнительных барабанов обоснован следующими обстоятельствами. Использование диаметра дополнительного барабана меньше 0,8 от диаметра барабана, внутри которого установлен данный барабан,  увеличит свободное расстояние между барабанами и уменьшит число дополнительных барабанов, которые можно разместить внутри основного барабана. Выбор указанного диметра больше 0,9 затруднит размещение стержней. Ограничения в длинах барабанов 0,9÷0,95 обосновано тем, что при длине более 0,95 слишком мало остается пространства для перехода материала из одного барабана в другой, а при длине менее 0,9 уменьшается длина пути материала в барабане, что снижает эффективность его работы.
В рассмотренном примере длина пути материала в 3-х барабанах минимум в 2,5 раза больше, чем в прототипе, в котором всего 1 барабан. Поскольку исходный материал подается в мельницу непрерывно и непрерывно из мельницы выгружается готовый материал, т.е. мельница работает в непрерывном режиме, поставленная цель достигнута.