ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ МАТЕРИАЛА
MATERIAL GRINDING

Настоящее изобретение касается измельчения материала.
Материалом может быть любой материал, который требует уменьшения размера.
Материалом может быть, например, добытый рудный материал. Дополнительным примером материала может служить материал биомассы.
Следующее описание изобретения сосредоточено на измельчении добытого рудного материала. Тем не менее, настоящее изобретение не ограничено этим материалом.
Более конкретно настоящее изобретение относится, хотя ни в коем случае не исключительно, к измельчению добытого рудного материала и, соответственно, транспортировке измельченного материала в другое местоположение для накопления и/или дальнейшей переработки материала.
Более конкретно настоящее изобретение относится, хотя ни в коем случае не исключительно, к измельчению добытого рудного материала в ситуации, когда ограничено рабочее пространство, где материал добывается, и необходимо транспортировать добытый рудный материал в удаленное местоположение для накопления и/или дальнейшей переработки материала, такой как переработка для извлечения ценного материала из добытого рудного материала.
Одна из таких ситуаций - в подземной выработке, в особенности, подземной выработке металлосодержащего материала, где необходимо транспортировать добытый рудный материал к поверхности для дальнейшей переработки материала.
Один аспект настоящего изобретения основан на использовании двух или нескольких пар измельчающих валков, которые последовательно измельчают добытый рудный материал и расположены и движутся так, что верхняя по потоку пара валков производит подачу, предпочтительно подачу под давлением к нижней по потоку паре валков. Осуществление подачи, предпочтительно подачи под давлением, к нижней по потоку паре валков способствует эффективному измельчению добытого рудного материала.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения создано устройство для измельчения материала, которое включает верхнюю по потоку пару валков, образующую зазор между валками для принятия загружаемого материала и измельчающую загружаемый материал до первого диапазона размеров частиц и для выталкивания измельченного материала из зазора, нижнюю по потоку пару измельчающих валков, имеющую зазор между валками для принятия измельченного материала от верхней по потоку пары валков и дополнительно измельчающую загружаемый материал до второго диапазона размеров частиц, и канал перемещения, проходящий между верхней по потоку и нижней по потоку парами валков, посредством чего при использовании устройства измельченный материал от верхней по потоку пары валков образует загружаемый материал для нижней по потоку пары валков, когда он движется по каналу перемещения к нижней по потоку паре валков.
Предпочтительно, устройство может осуществлять подачу под давлением измельченного материала, движущегося по каналу перемещения от верхней по потоку пары валков к нижней по потоку паре валков.
Измельченный материал от верхней по потоку пары валков может двигаться с гравитационной подачей, не под давлением, к нижней по потоку паре валков.
При использовании получающийся в результате измельченный материал от нижней по потоку пары валков может транспортироваться в удаленное местоположение для накопления и/или дальнейшей переработки материала или непосредственно подаваться на перерабатывающий завод или иначе обрабатываться, как требуется в данной ситуации.
Второй аспект настоящего изобретения основан на понимании, что приведение в действие, по меньшей мере, верхней по потоку пары валков прерывисто, например, посредством шагового двигателя, чтобы обеспечить шаговое вращательное движение валков, и обеспечивает значительные преимущества.
Одно преимущество состоит в том, что прерывистое, такое как шаговое, вращательное движение валков позволяет газу выходить из зазора между валками. Удаление газа минимизирует возможность течения загружаемого материала в зазоре. Следовательно, возможно повысить количество проходящего через валки загружаемого материала.
Другим преимуществом является то, что такое шаговое, вращательное движение валков позволяет влаге из загружаемого материала высыхать и таким образом делает возможным для устройства обрабатывать полусырой материал без потери уменьшения размеров частиц. Вода представляет проблему, потому что она несжимаема и таким образом снижает уменьшение размеров частиц, которое иначе могло бы быть достигнуто при сухом загружаемом материале. Это преимущество особенно важно для переработки биомассы, где трудно снизить влажность ниже примерно 20-50% одним сжатием, даже с пористыми валками и поршнями и камерами сжатия.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения создано устройство для измельчения материала, которое включает, по меньшей мере, одну пару измельчающих валков, приспособленных для прерывистого вращательного движения валков, образования зазора между валками для принятия загружаемого материала и измельчения загружаемого материала до первого диапазона размеров частиц и для выталкивания измельченного материала из зазора.
Термин «пара измельчающих валков» понимается здесь так, что включает установки, в которых валки в паре валков, которая образует зазор между валками, поддерживаются задними валками.
Предпочтительно устройство приспособлено для прерывистого вращения в виде шагового вращения измельчающих валков.
Вышеописанное устройство может включать в себя любое подходящее средство для движения пары валков на основе шагового вращения.
Одним из таких подходящих средств является система шагового двигателя.
Настоящее изобретение распространяется на другие системы, включая механические системы.
При использовании получающийся в результате измельченный материал от вышеописанной пары валков может транспортироваться в удаленное местоположение для накопления и/или дальнейшей переработки материала или непосредственно подаваться на перерабатывающий завод или иначе обрабатываться, как требуется в данной ситуации.
Вышеописанное устройство может включать нижнюю по потоку пару валков, имеющую зазор между валками для принятия измельченного материала от вышеописанной, ниже указанной как верхняя по потоку, пары валков или измельчающую загружаемый материал дальше до второго диапазона размеров частиц, и канал перемещения, проходящий между верхней по потоку и нижней по потоку парами валков, посредством чего при использовании устройства измельченный материал из верхней по потоку пары валков формирует порцию материала для нижней по потоку пары валков, когда он движется по каналу перемещения к нижней по потоку паре валков.
Предпочтительно, устройство приспособлено осуществлять подачу под давлением измельченного материала, движущегося по каналу перемещения от верхней по потоку пары валков к нижней по потоку паре валков.
Настоящее изобретение не ограничено осуществлением подачи под давлением, и подача может быть гравитационной подачей, не под давлением.
Нижняя по потоку пара валков также может быть приспособлена для прерывистого, такого как шаговое, вращательного движения валков.
Устройство может включать любое подходящее средство для приведения в действие нижней по потоку пары валков. В качестве примера, средством может быть система шагового двигателя или механическая система.
При использовании получающийся в результате измельченный материал от нижней по потоку пары валков может транспортироваться в удаленное местоположение для накопления и/или дальнейшей переработки материала или непосредственно подаваться на перерабатывающий завод или иначе обрабатываться, как требуется в данной ситуации.
Предпочтительно, подача материала для нижней по потоку пары валков осуществляется в форме движущегося уплотненного слоя материала в канале перемещения.
Предпочтительно устройство скомпоновано так, что при использовании устройства нижняя по потоку пара валков загружается навалом от верхней по потоку пары валков.
Устройство может включать в себя более двух пар валков, причем каждая пара валков последовательно измельчает материал.
Если имеется только две пары валков, предпочтительно нижняя по потоку пара валков может производить измельченный материал, который имеет диапазон размеров частиц, которые могут транспортироваться газом или жидкостью в трубопроводе.
Если имеется более двух пар валков, предпочтительно самая нижняя по потоку пара валков приспособлена производить измельченный материал, который имеет диапазон размеров частиц, которые могут транспортироваться газом или жидкостью в трубопроводе в другое местоположение для накопления и/или дальнейшей переработки материала.
Валки верхних по потоку и нижних по потоку пар валков могут быть любого подходящего размера и формы и могут быть выполнены из любых подходящих материалов, включая износостойкие материалы.
Исходя из формы валки могут иметь гладкую поверхность или могут иметь рельефные участки, такие как шипы, чтобы улучшить износостойкость.
В случае подземной металлосодержащей выработки обычно наибольший размер загружаемого материала для верхней по потоку пары валков составляет порядка 90 мм для гладких валков (но может быть больше) и порядка 60 мм для валков с шипами (но может быть больше), измельченный материал, производимый верхней по потоку парой валков, составляет 5-10 мм, и измельченный материал, производимый нижней по потоку парой валков, составляет менее 2 мм.
Устройство может включать в себя предварительно измельчающее средство, такое как пила или конусные дробилки, для предварительного измельчения загружаемого материала, чтобы сформировать загружаемый материал для верхней по потоку пары измельчающих валков.
Предпочтительно устройство дополнительно включает средство для воздействия на загружаемый материал микроволновой энергией для изменения физических и/или химических свойств материала перед доставкой загружаемого материала к паре валков в ситуациях, когда имеется только одна пара валков, или к верхней по потоку паре валков в ситуациях, когда имеется две или более пар валков.
Предпочтительно устройство дополнительно включает средство для воздействия на измельченный материал, текущий между верхней по потоку и нижней по потоку парами валков, микроволновой энергией для изменения физических и/или химических свойств измельченного материала.
Предпочтительно верхняя по потоку пара валков производит измельченный материал, который имеет такую форму, что подходит для обработки материала микроволновой энергией. Например, предпочтительно верхние по потоку валки производят однородный поток измельченного материала, который хорошо подходит для микроволновой обработки. В качестве дополнительного примера, предпочтительно верхние по потоку валки производят измельченный материал определенной геометрии, которая хорошо подходит для микроволновой обработки.
Термин «микроволновая энергия» понимается здесь означающим электромагнитное излучение, которое имеет частоту в диапазоне 0,3-300 ГГц.
Предпочтительно средство воздействия микроволновой энергией приспособлено, чтобы вызывать микрорастрескивание измельченного материала, которое способствует последующему разрушению измельченного материала на нижних по потоку валках.
Предпочтительно средство воздействия микроволновой энергией приспособлено воздействовать на измельченный материал импульсной микроволновой энергией большой мощности.
Термин «большая мощность» понимается здесь означающими значения по существу выше значений, находящихся внутри обычных хорошо известных микроволн, т.е. по существу свыше 1 кВт.
Предпочтительно, энергия микроволн равна, по меньшей мере, 20 кВт.
Более предпочтительно энергия микроволн равна, по меньшей мере, 50 кВт.
Использование импульсной микроволновой энергии минимизирует требования способа по мощности и максимизирует термоцикличность частиц руды.
Период времени импульса и период времени между импульсами микроволновой энергии могут быть установлены, как требуется в зависимости от ряда факторов.
Согласно настоящему изобретению также создана установка для измельчения материала и последующей транспортировки измельченного материала в другое местоположение, которая включает вышеописанное устройство для измельчения и средство транспортировки для транспортировки измельченного материала (а) от пары валков в другое местоположение в ситуациях, когда имеется только одна пара валков, (b) от нижней по потоку пары валков в другое местоположение в ситуациях, когда имеется только две пары валков, или (с) от самой нижней по потоку пары валков в другое местоположение в ситуациях, когда имеется более двух пар валков.
Предпочтительно устройство для измельчения включает в себя средство для подачи измельченного материала от нижней по потоку или самой нижней по потоку пары валков в средство транспортировки.
Подающее средство может включать средство для обеспечения разностей давлений между измельченным материалом, произведенным измельчающим аппаратом и средством транспортировки.
Средство для обеспечения разностей давлений может включать одну или несколько воронок-затворов.
Предпочтительно, подающее средство приспособлено непрерывно подавать измельченный материал в средство транспортировки.
Предпочтительно, непрерывно подающее средство может включать шнековый питатель.
Предпочтительно, средство транспортировки может включать трубопровод и средство для создания потока газа или жидкости через трубопровод для транспортировки измельченного материала в трубопроводе.
Предпочтительно, средство транспортировки включает средство для разделения измельченного материала и транспортирующего газа или жидкости в другом местоположении.
Предпочтительно средство транспортировки может включать средство для рециркуляции отделенного газа или жидкости.
Согласно настоящему изобретению также создан способ измельчения материала, который включает этапы доставки загружаемого материала в зазор между верхней по потоку парой валков, измельчения загружаемого материала до первого диапазона размеров частиц, производства измельченного материала, подачи порции в зазор между нижней по потоку парой измельчающих валков и измельчения загружаемого материала до второго диапазона размеров частиц.
Предпочтительно способ включает осуществление подачи под давлением измельченного материала в верхнюю по потоку пару валков.
Способ может включать измельчение загружаемого материала последовательно в более чем двух парах измельчающих валков.
Предпочтительно способ дополнительно включает этап доставки измельченного материала от нижней по потоку пары валков в трубопровод и транспортировку материала через трубопровод в другое местоположение для накопления и/или дальнейшей переработки материала.
Согласно настоящему изобретению также создан способ измельчения материала, который включает этапы доставки загружаемого материала в зазор между парой измельчающих валков, вращающихся прерывисто, как серия шагов, и измельчения загружаемого материала до первого диапазона размеров частиц и осуществления подачи измельченного материала.
Предпочтительно способ включает осуществление подачи под давлением измельченного материала.
Способ может также включать доставку загружаемого материала от вышеописанной пары валков, т.е. верхней по потоку пары валков, в зазор между нижней по потоку парой измельчающих валков и измельчение загружаемого материала до второго диапазона размеров частиц.
Способ может также включать измельчение загружаемого материала последовательно в более чем двух парах измельчающих валков.
Предпочтительно способ дополнительно включает этап доставки измельченного материала от (а) одной пары валков в ситуациях, когда имеется только одна пара валков, (b) нижней по потоку пары валков в ситуациях, когда имеется только две пары валков, (с) самой нижней по потоку пары валков в ситуациях, когда имеется больше двух пар валков, в трубопровод и транспортировки материала через трубопровод в другое местоположение для накопления и/или дальнейшей переработки материала.
Настоящее изобретение описано дальше со ссылкой на приложенный чертеж, который является схематичным изображением одного варианта осуществления установки для измельчения материала и последующей транспортировки измельченного материала в другое местоположение согласно настоящему изобретению.
Как видно на чертеже, загружаемый материал, который добывается, например, в подземной металлосодержащей выработке и предварительно измельчается в средстве предварительного измельчения (не показано), таком как пила или конусные дробилки, до наибольшего размера порядка 90 мм, доставляется к верхней по потоку паре измельчающих валков 3, каждый из которых имеет гладкую поверхность, и измельчается валками до первого диапазона размеров частиц, обычно 5-10 мм.
Верхняя по потоку пара измельчающих валков 3 присоединена к шаговому двигателю, который приводит в действие валки так, что валки вращаются прерывисто, более подробно серией шагов. Шаговое вращение валков способствует удалению газа и влажности из загружаемого материала и, соответственно, улучшает характеристики валков и количество проходящего через них загружаемого материала.
Измельченный материал проходит вниз от верхней по потоку пары валков 3 в канале 5 перемещения к нижней по потоку паре валков 7 и измельчается дополнительно этими валками, обычно до размера частиц менее 2 мм.
Подходящие уплотнения (не показано) обеспечены между каналом 5 перемещения и верхней по потоку парой 3 валков, с одной стороны, и между каналом 5 перемещения и нижней по потоку парой 7 валков, с другой стороны.
Размещение и движение верхней и нижней по потоку пар 3, 7 валков и канала 5 перемещения такое, что измельченный материал от верхней по потоку пары 3 валков осуществляет подачу под давлением материала для нижней по потоку пары 7 валков. Более подробно, измельченный материал от верхней по потоку пары 3 валков формирует движущийся уплотненный слой измельченного материала. Подача под давлением для нижней по потоку пары 7 валков способствует эффективному измельчению материала на нижней по потоку паре 7 валков.
Измельченный материал от нижней по потоку пары 7 валков течет вниз в передаточный канал 13 в непрерывный питатель в виде шнекового питателя 9.
Подходящие уплотнения (не показано) обеспечены между передаточным каналом 12 и нижней по потоку парой 7 валков, с одной стороны, и между передаточным каналом 13 и шнековым питателем 9, с другой стороны, чтобы обеспечить разности давлений между различными участками аппарата и, в особенности, предотвратить течение материала из трубы в шнековый питатель 9 и из шнекового питателя 9 выше по потоку от шнекового питателя.
Шнековый питатель 9 транспортирует измельченный материал в трубопровод 11. Подходящий газ или жидкость, обычно вода, транспортируют измельченный материал в трубопроводе 11 к удаленному местоположению для накопления и/или дальнейшей переработки. Дальнейшая переработка может включать отделение измельченного материала от транспортирующего газа или жидкости.
Валки верхней по потоку и нижней по потоку пар 3, 7 валков могут быть любыми подходящими валками для измельчения добытого рудного материала.
Вышеописанное устройство также включает микроволновый генератор 15, который излучает импульсную микроволновую энергию высокой мощности через измельченный материал, текущий через канал 5 перемещения, и вызывает микрорастрескивание материала, которое способствует последующему разрушению материала на нижней по потоку паре 7 валков.
Верхняя по потоку пара 3 валков производит измельченный материал в форме, которая подходит для обработки материала микроволновой энергией. В особенности, верхняя по потоку пара 3 валков производит однородный поток измельченного материала, который хорошо подходит для микроволновой обработки. Дополнительно верхняя по потоку пара 3 валков производит измельченный материал определенной геометрии, которая хорошо подходит для микроволновой обработки.
Вышеописанная установка компактна и может быть расположена в рабочей среде, такой как подземные выработки, которые имеют ограничения пространства, и может эффективно измельчать добытый рудный материал до размера, который может транспортироваться в трубопроводе в другое местоположение.
Много модификаций варианта осуществления настоящего изобретения, описанного выше, может быть сделано без отхода от сущности и рамок изобретения.
Например, хотя вариант осуществления включает две пары валков, с верхней по потоку парой 3 валков, действующей на шаговой основе, настоящее изобретение не ограничено этим и распространяется на действие одной пары валков и на действие более двух пар валков, действующих на шаговой или любой другой, подходящей для прерывистого вращения, основе.
Дополнительно, хотя вариант осуществления описан в контексте использования шагового двигателя, настоящее изобретение не ограничено этим и распространяется на любое средство для выполнения прерывистого действия верхней по потоку пары 3 валков.
Дополнительно, хотя вариант осуществления описан в контексте движения верхней по потоку пары 3 валков на шаговой основе, настоящее изобретение не ограничено этим и распространяется на движение верхней по потоку пары валков на непрерывной основе.
Дополнительно, хотя вариант осуществления описан в контексте измельчения добытого рудного материала, настоящее изобретение не ограничено этим и распространяется на любое подходящее применение, в котором необходимо измельчить материал. Как в особенности указано выше, в качестве примера, одним из таких материалов является материал биомассы.
Дополнительно, хотя вариант осуществления описан в контексте добытого рудного материала, полученного при разработке подземной выработки металлосодержащего материала, настоящее изобретение не ограничено этим и распространяется на любое подходящее применение, в котором необходимо измельчить добытый рудный материал.
Дополнительно, хотя вариант осуществления включает транспортировку измельченного материала от нижней по потоку пары 7 валков в трубопровод 11 в удаленное местоположение для накопления и/или дальнейшей переработки материала, настоящее изобретение не ограничено этим и распространяется на любую подходящую ниже по потоку переработку измельченного материала. Например, измельченный материал может подаваться непосредственно на перерабатывающий завод.
Дополнительно, хотя вариант осуществления включает осуществление подачи под давлением материала к верхней по потоку паре 3 валков, настоящее изобретение не ограничено этим и распространяется на осуществление подачи не под давлением в передаточном канале 5. Например, порция измельченного материала от верхней по потоку пары 3 валков может двигаться посредством гравитационной подачи в канале 5 к нижней по потоку паре 7 валков.
Дополнительно, пока вариант осуществления включает транспортировку измельченного материала в трубопроводе 11 от шнекового питателя 9 к отвалу ниже по потоку или для дальнейшей переработки материала, настоящее изобретение не ограничено этим и распространяется на любое подходящее средство для транспортировки измельченного материала от одного местоположения к другому местоположению.