СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СУХОГО ПОМОЛА С ПОМОЩЬЮ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПОМОЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И ВЕРТИКАЛЬНАЯ ПОМОЛЬНАЯ УСТАНОВКА
METHOD OF CONTINUOUS DRY GRINDING BY MEANS OF VERTICAL MILL AND VERTICAL MILL

Область техники, к которой относится предлагаемое изобретение
Предлагаемое изобретение относится к способу непрерывного осуществления сухого помола с помощью вертикальной помольной установки согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения и к вертикальной помольной установке согласно ограничительной части пункта 13 формулы изобретения.
Предпосылки создания предлагаемого изобретения
Вертикальная помольная установка, являющаяся ближайшим аналогом предлагаемой, раскрыта в документе US 4,754,934. В этом техническом решении газ вводится в донную часть помольного барабана и пропускается сквозь скопление мелющих тел и перемалываемый материал. В верхних областях помольного барабана, значительно выше загрузочного окна перемалываемого материала, расположена установленная на приводном валу центрифуга, под действием которой частицы перемалываемого материала, переносимые газовым потоком снизу вверх, отбрасываются таким образом, что обеспечивается их быстрое возвращение в процесс перемалывания за счет гравитации. Газ должен находиться под достаточным давлением, так чтобы газовый поток, вводимый снизу в скопление мелющих тел, мог разрыхлять это скопление и переносить частицы перемалываемого материала кверху, так чтобы была обеспечена выгрузка перемолотого материала через верхний конец помольной установки. Когда скопление мелющих тел и циркулирующего перемалываемого материала разрыхлено, производительность перемалывания падает. Для поддержания потерь давления в скоплении мелющих тел и перемалываемом материале в разумных пределах скопление мелющих тел должно быть относительно открытопористым, иначе говоря, существует более низкое ограничение в отношении размера мелющих тел. Это в свою очередь приводит к тому, что промежутки между отдельными мелющими телами не заполнены перемалываемым материалом в достаточной степени. Кроме того, энергопотребление нагнетательной воздуходувки очень велико: это энергопотребление того же порядка величины, что и у приводного двигателя, используемого в процессе помола.
Из публикации DE 4202101 A1 известна вертикальная помольная установка, в которой материал, подлежащий перемалыванию, подается в помольный барабан сверху, а выгрузка перемолотого материала осуществляется через сито в донной части установки. Чтобы предотвратить забивание или блокирование сита, в донную область установки вводят текучую среду, например воздух. Аналогичная помольная установка раскрыта в публикации JP 2003181316 A1. Отверстия или щели в сите, расположенном в донной части установки, могут забиться изношенными или разрушившимися мелющими телами. Это в свою очередь приводит к увеличению износа, что может даже повредить нижние концы витков транспортирующего шнека. Еще один недостаток состоит в том, что свободно-текущий перемалываемый материал, такой как сухой кварцевый песок, проходит сквозь скопление мелющих тел на очень высокой скорости и поэтому его перемалывание не является контролируемым процессом.
Вышеуказанные недостатки преодолеваются в техническом решении, раскрытом в публикации JP 2005246204 A, при котором выгрузка скопления мелющих тел и перемалываемого материала из помольного барабана осуществляется посредством шнека, расположенного в донной части установки. При осуществлении этого известного технического решения смесь мелющих тел и перемалываемого материала нужно разделять за пределами помольного барабана, например просеиванием. Мелющие тела нужно возвращать в помольный барабан вместе с новой порцией материала, подлежащего перемалыванию. Это требует значительных усилий.
Кроме того, из публикации DD 268892 A1 известно техническое решение, при котором перемалываемый материал выдувают из верхнего конца вертикальной помольной установки с помощью сжатого воздуха, вводимого в донной ее части, или выгружают перемалываемый материал из верхнего конца открытого помольного барабана через круглый плоский сливной порог. Недостаток этого способа состоит в том, что в процессе операции не образуется компактного скопления мелющих тел с непосредственным контактом между перемалываемым материалом и мелющими телами, поскольку мелющие тела плавают в среде сухого перемалываемого материала. Кроме того, через сливной порог может произойти выгрузка мелющих тел.
Цель предлагаемого изобретения
Целью предлагаемого изобретения является создание способа общего типа и вертикальной помольной установки общего типа, обеспечивающих процесс сухого перемалывания в непрерывном режиме, осуществляемый с использованием совокупности мелющих тел, остающихся в помольном барабане, а также позволяющих применять относительно мелкие мелющие тела с обеспечением высокой тонкости помола перемалываемого материала.
Краткое описание предлагаемого изобретения
Вышеуказанная цель предлагаемого изобретения достигается созданием способа общего типа, характеризуемого в пункте 1 формулы изобретения. Порция перемалываемого материала в течение всего процесса помола остается плотной, так как не происходит ее разрыхления, например, газом снизу. Мелющие тела транспортируются кверху в области, которая закрыта по меньшей мере одним витком транспортирующего шнека, и, соответственно, перетекают вниз в кольцеобразной области, которая не закрыта витками транспортирующего шнека и которая ограничена в направлении периферии помольного барабана. Поэтому перемалываемый материал в полном объеме транспортируется сквозь совокупность мелющих тел сверху донизу по меньшей мере один раз и еще один раз снизу доверху, подвергаясь, таким образом, перемалыванию. Транспортирующее действие шнека в области приводного вала обеспечивает подъем совокупности мелющих тел во внутренней области помольного барабана до такой степени, что образуется поверхность, напоминающая форму усеченного конуса с покатостью наружу, с обеспечением, таким образом, для мелющих тел возможности скатываться к периферии. Когда это происходит, они выталкивают перемалываемый материал, расположенный в районе упомянутой поверхности, из помольного барабана через разгрузочное окно для перемалываемого материала; этот процесс в значительной степени поддерживается за счет газового потока. Обеспечивающие преимущества варианты осуществления предлагаемого способа изложены в пунктах 2-12 формулы изобретения.
Кроме того, цель предлагаемого изобретения достигается созданием вертикальной помольной установки по пункту 13 формулы изобретения. Обеспечивающие преимущества варианты осуществления предлагаемой вертикальной помольной установки изложены в пунктах 14-21 формулы изобретения.
Другие свойства, преимущества и подробные признаки предлагаемого изобретения станут понятны из последующего описания вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.
Краткое описание прилагаемых чертежей
На фиг.1 схематично показана вертикальная помольная установка, при этом газовый поток является вращающимся.
На фиг.2 показан модифицированный вариант помольного барабана вертикальной помольной установки, изображенной на фиг.1, при этом газовый поток вводится в диаметральном направлении относительно разгрузочного окна для перемалываемого материала.
На фиг.3 показан третий вариант помольного барабана вертикальной помольной установки, при этом газовый поток вводится вертикально.
На фиг.4 с частичным горизонтальным разрезом показан фрагмент сита в разгрузочном окне для перемалываемого материала.
На фиг.5 изображен вид сита в направлении стрелки V, показанной на фиг.4.
Подробное описание предлагаемого изобретения
Вертикальная помольная установка, проиллюстрированная на прилагаемых чертежах, содержит цилиндрический помольный барабан 1, который закрыт сверху и внутренний диаметр D которого находится в диапазоне 0,4 м ≤ D ≤ 4,0 м. В помольном барабане 1 расположен транспортирующий шнек 2, обеспечивающий циркуляцию мелющих тел, при этом транспортирующий шнек 2 расположен на одной оси с помольным барабаном 1, а именно на вертикальной центральной оси 3. Транспортирующий шнек 2 содержит приводной вал 4, имеющий диаметр di и расположенный на вертикальной центральной оси 3, при этом на упомянутом приводном валу 4 установлены два параллельных винта 5 с шагом s, наружным диаметром da и верхним концом 6. Приводной вал 4 выполнен с возможностью приведения его во вращение с помощью электрического двигателя 7 в направлении 8. Транспортирующий шнек 2 простирается вниз до непосредственной близости к дну 9 помольного барабана 1. От этой области вблизи дна 9 винты 5 простираются вверх на высоту hs. Вертикальная помольная установка имеет удлиненную форму. Отношение высоты винтов hs к диаметру D помольного барабана 1 находится в диапазоне 1,5≤hs/D≤3.
Вблизи дна 9 помольного барабана 1 выполнено разгрузочное окно 10 для мелющих тел, которое во время работы закрыто. На помольном барабане 1 выполнено разгрузочное окно 11 для перемалываемого материала, которое расположено приблизительно на одном уровне с верхним концом 6 винтов 5 и примыкает к разгрузочной линии 12 перемалываемого материала.
Имеется устройство для удержания мелющих тел, которое выполнено в виде решета 14 с продолговатыми отверстиями и расположено в выходном отверстии 13 разгрузочного окна 11 для перемалываемого материала, как показано на фиг.4 и фиг.5. Между перепонками 15, которые простираются приблизительно параллельно центральной оси 3, в решете 14 выполнены продолговатые отверстия 16, ширина которых увеличивается в радиальном направлении от упомянутой центральной оси 3, как показано на фиг.4, и, кроме того, снизу вверх, как показано на фиг.5. По меньшей мере в нижней области их ширина w меньше диаметра d17 наименьших мелющих тел 17 из используемых.
Упомянутое выходное отверстие 13 имеет высоту h13. Винты 5 простираются сбоку от нижнего края 18 выходного отверстия 13 на величину от 0,1h13 до 0,5h13, иначе говоря, в этой области их верхние концы 6 расположены над нижним краем 18.
2
2
2
2
2
2
2
2
Поперечная площадь, покрываемая винтами 5, составляет (da-di)×π/4. Свободная кольцеобразная поперечная площадь между винтами 5 и помольным барабаном равняется (D-da)×π/4. Свободная кольцеобразная поперечная площадь между винтами 5 и помольным барабаном 1 должна быть больше кольцеобразной поперечной площади, покрываемой винтами 5, или по меньшей мере должна быть равна ей, т.е. должно выполняться соотношение (D-da)≤(da-di).
В варианте осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированном на фиг.1, загрузочное окно 19 для перемалываемого материала введено в помольный барабан 1 в месте, диаметрально противоположном разгрузочному окну 11 для перемалываемого материала. Загрузочное окно 19 для перемалываемого материала расположено над верхним концом 6 винтов 5, начинаясь приблизительно над верхним краем 20 выходного отверстия 13. Выше по потоку относительно загрузочного окна 19 для перемалываемого материала расположена питающая линия 21 перемалываемого материала, так что перемалываемый материал 22 подается в эту питающую линию 21 через газонепроницаемое дозирующее устройство 23, например поворотный затвор.
Над выходным отверстием 13, т.е. также над загрузочным окном 19 для перемалываемого материала на стороне выходного отверстия 13 выполнено газовпускное отверстие 24, которое открыто в атмосферу, т.е. в данном случае это воздуховпускное отверстие.
Разгрузочная линия 12 перемалываемого материала соединена с всасывающим вентилятором 25, при этом имеется пневматический сепаратор 26, в качестве которого может использоваться, например, обычный центробежный сепаратор, а также расположенный ниже по потоку фильтр-пылеотделитель 27, так что линия 12 обеспечивает соединение между ними. В сепараторе 27 предусмотрен фильтр 28. Упомянутый фильтр 28 снизу соединен с газонепроницаемым запорным клапаном 29, в качестве которого может использоваться, например, поворотный затвор. Крупнозернистый перемалываемый материал из пневматического сепаратора 26 циркулирует повторно к дозирующему устройству 23 и, следовательно, к загрузочному окну 19 для перемалываемого материала через возвратную линию 30. Перемалываемый материал, выгружаемый из сепаратора 27, имеет желаемую степень измельчения.
В помольном барабане 1 расположен датчик давления 31. Аналогичным образом, еще один датчик давления 32 расположен в разгрузочной линии 12 перемалываемого материала относительно близко за разгрузочным окном 11 для перемалываемого материала. Значения, снимаемые датчиками давления 31, 32, передаются на измерительный прибор разности давлений 33 для детектирования разности значений давления. В линии 12 между сепаратором 27 и вентилятором 25 расположен объемный газовый счетчик 34. Кроме того, в разгрузочную линию 12 вблизи разгрузочного окна 11 для перемалываемого материала введена дополнительная газовая линия 35, которая выполнена открываемой и закрываемой с помощью управляемого клапана 36. Упомянутая дополнительная газовая линия 35 обеспечивает возможность введения в линию 12 дополнительного газа, если газового потока от помольного барабана 1 недостаточно для выгрузки перемалываемого материала. Дополнительная газовая линия 35 также снабжена объемным газовым счетчиком 37.
Работа установки осуществляется следующим образом.
Перед запуском помольный барабан 1 наполняют мелющими телами 17 до уровня, составляющего 80-95% высоты помольного барабана 1 до верхнего конца 6 винтов 5, сразу над нижним краем 18 выходного отверстия 13. Затем запускают двигатель 7, побуждая приводной вал 4 с винтами 5 на нем к вращению в направлении 8. В соответствии с шагом винтов 5, мелющие тела 17, расположенные в кольцеобразной в сечении области помольного барабана 1, покрываемой винтами 5, перемещаются кверху. Для достижения их надежного перемещения соотношение между шагом s винтов 5 к наружному диаметру da винтов 5 должно удовлетворять неравенству 0,5da≤s≤1,5da, предпочтительно - 0,8da≤s≤1,2da. Кроме того, приводной вал 4 с винтами 5 приводится во вращение с такой скоростью, что периферийная окружная скорость винтов 5 составляет 2,0-4,0 м/с, предпочтительно - 2,2-3,0 м/с. Диаметр d17 мелющих тел 17 удовлетворяет неравенству 15 мм≤d17≤25 мм.
Когда транспортирующий шнек 2 начинает вращаться, в помольный барабан 1 через дозирующее устройство 23 подают материал, подлежащий перемалыванию (перемалываемый материал). Размер зерен подаваемого перемалываемого материала 22 в общем меньше четверти диаметра d17 мелющих тел 17 (меньше чем 0,25d17), предпочтительно - меньше пятой части диаметра d17 мелющих тел 17 (меньше чем 0,2d17). После того как мелющие тела 17 попадают наверх в область винтов 5, они движутся вниз во внешнюю область, не покрываемую винтами 5, что показано на фиг.1 стрелкой 38. Перемалываемый материал, подаваемый в область стенок помольного барабана, течет вниз вместе с мелющими телами 17, подвергаясь истиранию между ними. Затем перемалываемый материал снова движется вверх в области, занимаемой винтами 5, вместе мелющими телами 17, подвергаясь, таким образом, дальнейшему истиранию. Из прилагаемых чертежей видно также, что мелющие тела 17 в области винтов 5, иначе говоря, в непосредственной близости к приводному валу 4, поднимаются выше концов 6 винтов 5 до такой степени, что совокупность мелющих тел 17 и перемалываемый материал 22 образуют выпуклую верхнюю поверхность 39, форма которой приблизительно похожа на усеченный конус. Мелющие тела 17 расположены только немного выше, а именно на величину 0,3h13, относительно нижнего края 18 выходного отверстия 13 или решета 14.
В течение этого процесса перемалывания через газовпускное отверстие 24 с помощью всасывающего вентилятора 25 из окружающей среды осуществляется всасывание воздуха, поток которого проходит вокруг приводного вала 4, как показано стрелкой 40, и в поперечном направлении относительно образуемой мелющими телами 17 верхней поверхности 39, форма которой похожа на усеченный конус. Если газовпускное отверстие 24 ориентировано относительно центральной оси 3 практически ортогонально, иначе говоря, если оно направлено практически к центральной оси 3, то воздушный поток только отклоняется относительно приводного вала 4 на 180°. С другой стороны, если газовпускное отверстие 24 ориентировано практически тангенциально (по касательной), то это приводит к вращению воздушного потока. Воздух, пропускаемый через помольный барабан 1 в направлении стрелки 40, непосредственно увлекает за собой особенно тонкий перемалываемый материал 22, подаваемый через загрузочное окно 19 для перемалываемого материала, и так же непосредственно выгружает этот перемалываемый материал 22. Газовый поток входит в разгрузочную линию 12 перемалываемого материала через решето 14. При этом упомянутый газовый поток вжимает перемалываемый материал 22, находящийся в помольном барабане 1 перед решетом 14, в линию 12. Если мелющие тела 17 достигают области перед решетом 14, то они удерживаются решетом 14. Перемалываемый материал 22 в общем полностью выгружается после одного вышеописанного цикла циркуляции. В пневматическом сепараторе 26 крупнозернистый перемалываемый материал 22, который еще не перемолот в достаточной степени, отделяется и циркулирует повторно через возвратную линию 30 и дозирующее устройство 23. Воздух-носитель входит в фильтр-пылеотделитель 27 вместе с мелко истертым перемалываемым материалом 22, где последний отделяется с помощью фильтра 28 и выгружается через запорный клапан 29. Воздух, который теперь свободен от перемалываемого материала 22, отсасывается с помощью всасывающего вентилятора 25.
Если воздуха, вводимого в помольный барабан 1 и отсасываемого через разгрузочное окно 11 для перемалываемого материала, недостаточно для осуществления вышеописанного процесса выгрузки перемолотого материала, то через дополнительную газовую линию 35 к воздуху-носителю может быть добавлено дополнительное количество воздуха.
Вариант осуществления предлагаемой вертикальной помольной установки, проиллюстрированный на фиг.2, отличается от варианта, проиллюстрированного на фиг.1, расположением газовпускного отверстия 24'. Упомянутое газовпускное отверстие 24' расположено напротив разгрузочного окна 11 для перемалываемого материала над загрузочным окном 19 для перемалываемого материала. В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения воздушный поток проходит вокруг вала 4 в направлении, показанном стрелкой 41, а затем, так же, как и в варианте, проиллюстрированном на фиг.1, в направлении, поперечном относительно образованной массой перемалываемого материала и совокупностью мелющих тел верхней поверхности 39, форма которой похожа на усеченный конус, так что обеспечивается вдувание перемалываемого материала 22 через решето 14 в разгрузочную линию 12 перемалываемого материала. Для предотвращения перемещения воздушным потоком перемалываемого материала 22, поступающего через загрузочное окно 19 для перемалываемого материала, непосредственно к решету 14 газовпускное отверстие 24' смещено в помольный барабан 1 в направлении вала 4, благодаря чему для перемалываемого материала 22 обеспечивается возможность поступления через загрузочное окно 19 для прохождения вниз в массу перемалываемого материала непосредственно вдоль внутренней стенки помольного барабана 1.
Вариант осуществления предлагаемой вертикальной помольной установки, проиллюстрированный на фиг.3, отличается от вышеописанных двух вариантов тем, что всасывание газового потока посредством всасывающего вентилятора не осуществляют. В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения предусмотрен нагнетающий вентилятор 42, посредством которого осуществляют нагнетание забираемого сверху газа через газовпускное отверстие 24” в помольный барабан 1 при выбранном давлении. Газ протекает через помольный барабан 1 сверху в направлении, показанном стрелкой 43, а затем в поперечном направлении относительно верхней поверхности 39 к разгрузочному окну 11 для перемалываемого материала и продувает перемалываемый материал 22 через решето 14 так же, как описывалось выше.
В вариантах осуществления предлагаемой вертикальной помольной установки, изображенных на фиг.1 и фиг.2, при использовании всасывающего вентилятора 25 достигается общее давление ниже 1 бара, в то время как в рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения, в котором используется нагнетающий вентилятор 42, давление может быть выбрано желаемым образом. В варианте, изображенном на фиг.3, для предотвращения увлечения перемалываемого материала 22 в помольный барабан 1 проходящим газом в направлении стрелки 43 через загрузочное окно 19 для перемалываемого материала или перемешивания этого перемалываемого материала 22 выше совокупности мелющих тел загрузочное окно 19 для перемалываемого материала покрыто отражательной пластиной 44 таким образом, что газовый поток не препятствует поступлению перемалываемого материала. Разумеется, отражательная пластина 44 подобного типа может быть по желанию применена для покрывания загрузочного окна 19 для перемалываемого материала также в вариантах, проиллюстрированных на фиг.1 и фиг.2.
В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения в дне 9 помольного барабана 1 предусмотрено разгрузочное окно 10′ для мелющих тел, благодаря которому возможно облегчение выгрузки мелющих тел 17 из помольного барабана 1.
Тонкая настройка всего процесса может быть осуществлена с помощью измерительного прибора разности давлений 33, а также, в дополнение или в качестве альтернативы, с помощью объемного газового счетчика 34 и/или объемного газового счетчика 37.
В простейшем случае измерение разности давлений осуществляется только с помощью измерительного прибора разности давлений 33, и соответствующее измеренное значение передается на центральное управляющее устройство 45. Если измеренная разность давлений превышает некоторую предварительно заданную величину, то это может указывать на то, что решето 14 частично или полностью забито. В таком случае центральное управляющее устройство 45 может запустить всасывающий вентилятор 25 или нагнетающий вентилятор 42, чтобы увеличить основной объемный газовый поток, вводимый через газовпускное отверстие 24, 24′ или 24′′ и/или уменьшить дополнительный объемный газовый поток, вводимый через управляемый клапан 36. Это делается с целью отсасывания или нагнетания большего количества газа через решето 14.
Когда используются два объемных газовых счетчика 34 и 37, основной объемный газовый поток, который должен обеспечиваться всасывающим вентилятором 25 или нагнетающим вентилятором 42, с помощью объемного газового счетчика 34 настраивается на конкретный предварительно определенный режим работы. Дополнительный объемный газовый поток, вводимый по дополнительной газовой линии 35, настраивается таким образом, чтобы через помольный барабан 1 проходил желаемый предварительно определенный объемный газовый поток. Этот желаемый объемный газовый поток, проходящий через помольный барабан 1, получается от разности основного объемного газового потока и дополнительного объемного газового потока. Если осуществляется непрерывное измерение этих объемных газовых потоков с помощью объемных газовых счетчиков 34 и 37, увеличение потока, определяемое объемным газовым счетчиком 37, указывает на то, что решето 14 частично или полностью забито. В таком случае общий объемный газовый поток, который должен обеспечиваться всасывающим вентилятором 25 или нагнетающим вентилятором 42, увеличивается. Одновременно управляемый клапан 36 частично или полностью закрывается, так чтобы через помольный барабан 1 обеспечивалось прохождение большего объемного газового потока для очистки решета 14. Дополнительно может быть применено также вышеописанное измерение разности давлений.