Способ измельчения сыпучего материала и мельница для его осуществления

 

Использование: для разрушения кускового материала до его мелкодисперсного состояния. Сущность изобретения: исходную фракцию 2 материала подают струей с критической скоростью V под углом β к зеркалу вращающегося стола 3 в непосредственной близости от зазора между столом 3 и валком 4 на отбойник валка. 2 с. и 5 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к технологии и технике измельчения сыпучего материала до его пылевидного состояния для последующего использования в различных отраслях промышленности, в том числе в теплоэнергетике.

Известные технические решения предусматривают подачу исходного материала в непосредственной близости от зазоров между вращающимся столом и валками во встречном направлении к последним, раздавливание исходных фракций и удаление измельченного материала газовым потоком. Для реализации известного способа мельница содержит корпус, вращающийся стол, размольные валки на валах с опорами, систему напряжения, патрубки для загрузки исходного материала и патрубок для выгрузки продукта измельчения.

Совокупные признаки известных технических решений не обеспечивают максимальной интенсивности процессов получения мелкодисперсного готового продукта и высокой производительности процесса разрушения при регламентной надежности элементов и мельницы в целом. Так, разрушение продукта измельчения происходит только путем раздавливания частиц, попавших в зазор между валками и столом. В известных решениях отсутствуют такие явления, как диспергирующее истирание, резание царапанием по типу шлифования, а также разрушение соударением или динамическое диспергирование. Все это в совокупности не позволяет достичь максимальной производительности в производстве мелкодисперсного готового продукта. И, наконец, измельчение по известному способу в известной мельнице происходит при значительных усилиях, действующих от системы нагружения, на стол и другие элементы конструкции. Поэтому усилия раздавливания определяют прочность, безотказность и добротность мельницы в целом, которые не соответствуют регламентным.

Цель изобретения устранение отмеченных и других сопутствующих недостатков. Так, интенсификация процесса разрушения и регламентная производительность обеспечиваются сочетанием классического раздавливания измельчаемого материала с явлениями диспергирующего истирания, резания царапанием по типу шлифования и динамического разрушения соударением изльмельчаемых фракций. Безотказность элементов и мельницы в целом достигаются, в первую очередь, значительным снижением рабочих нагрузок, чему способствует конструкция мельницы в многовариантном исполнении.

Сущность изобретения заключается в том, что исходный материал падает на отбойник валка струйно и с критической скоростью, причем магистральное направление струи определяют исходя из выражения β ε + ρ (1) где β магистральное направление струи; ε угол атаки струи без эффекта ударного взаимодействия; ρ угол внешнего абразивно-динамического трения.

Струйная подача измельчаемого материала осуществляется через индивидуальные входные патрубки валков, которые выполняются в форме шарнирно закрепленных аэротруб, установленных в мельнице под углом β выражением (1). Кроме того, мельница имеет вращающийся стол, в котором выполнен V-образный желоб с износостойким и режуще-истирающим слоем, причем под ним размещены стационарные опоры. Размольные валки мельницы выполняются составными из двух конусообразных абразивных дисков или тарелей с возможностью их перестановки и кольцевым отбойником между ними. Отбойник валка выполнен выступающим над поверхностью дисков, причем последние имеют полости для насыпной массы, а их износостойкие режуще-истирающие бандажи имеют развитую поверхность, например, в форме встречных спиральных впадин-выступов. Независимо от системы нагружения размольные валки мельницы установлены на валах в опорах. При свободном их вращении имеет место установка гидромеханической системы напряжения с гнездами под валы вдоль оси вращения стола, в то время как для валков с принудительным вращением гидромеханическая система размещена между сфероопорой и приводом. Во всех вариантах несущие опоры валков располагаются снаружи корпуса мельницы.

На фиг. 1 показана принципиальная схема способа измельчения; на фиг.2 мельница, реализующая способ; на фиг.3 то же, вариант выполнения; на фиг.4 узел I на фиг.2 и 3.

Способ измельчения сыпучего материала (фиг.1) заключается в следующем.

Потоком 1 исходная фракция 2 подается в мельницу струйно с критической скоростью V и под углом β к зеркалу стола 3, движущегося со скоростью V₃. При этом магистральное направление струи с учетом абразивно-динамического воздействия на мелющие валки 4, вращающиеся со скоростью V₄, определяется выражением β ε + ρ (1) где ε угол атаки струи без эффекта ударного взаимодействия; ρ угол абразивно-динамического трения.

Струйная подача измельчаемого материала осуществляется через входные патрубки, которые выполнены в форме шарнирно закрепленных аэротруб 5, что позволяет изменять направление и величину угла β Стол мельницы (фиг.2) имеет V-образный желоб 6 с износостойким и режуще-истирающим слоем 7, полученным самораспространяющимся высокотемпературным синтезом или СВС-процессом. При этом валки выполнены из двух абразивных полых тарелей 8, а между ними установлен кольцевой отбойник 9 с выступом 10, входящим в вершину V-образного желоба. Под желобом размещены стационарные опоры 11. Размольный валок установлен на валу 12, одна опора которого, например сфероопора 13, расположена вне корпуса 14 мельницы, а другая в виде гнезда 15 является составной частью гидромеханической системы 16 нагружения, располагаемой вдоль оси 17 вращения стола мельницы.

В другом варианте выполнения мельницы (фиг.3) вал каждого валка снабжается приводом 18 вращения, при этом устанавливается консольно на сфероопоре 19 и дополняется подпорным ограничителем 20 перемещений. Его гидромеханическая система нагружения размещается между сфероопорой и приводом.

Независимо от исполнения механизма движения размольных валков и их нагружения, валки (фиг. 4) имеют полость 21 с насыпной неметаллической массой 22, причем их износостойкие режуще-истирающие бандажи имеют развитую поверхность 23 в форме встречных спиральных впадин 24 и выступов 25. При этом в днище V-образного желоба по всему его периметру располагаются сквозные отверстия 26 с клапанами 27, которые периодически взаимодействуют со стационарными опорами стола.

Мельница функционирует следующим образом.

Измельчаемая фракция 2 (см. фиг.1) потоком 1 через входную аэротрубу 5 подается под углом β и, разрушившись от удара об отбойник 9 (фиг.2) валка 4, сразу падает на размольный стол 3 мельницы и увлекается в зазор между рабочими поверхностями V-образного желоба 6 и валка. При этом валок 4 устойчиво поворачивается от ударов и технологического контакта через измельчаемую массу на валу 12, через сфероопору 13 и гнездо 15 системы нагружения. Гидромеханическая система нагружения позволяет мельнице работать как в стационарном режиме, когда зазора нормально постоянный, так и в динамическом режиме, когда зазор нормально переменный, т.е. он по необходимости то увеличивается (открывается), то уменьшается (закрывается). Другими словами, размольные, но уже полые и легкие валки как бы пульсируют. Режим "открытие" особо важен, если учесть вероятность попадания в мельницу неизмельчаемых объектов 28 (фиг. 3), собираемых в конечном итоге в металлосборнике (не обозначен). Рабочий зазор рациональный, а предварительно и динамически разрушенные фракции измельчаемого материала продолжают двигаться со столом в сходящемся зазоре, разрушаясь при этом и отбойником 9, и размольными тарелями. Вместе со столом движется и клапан 27 (фиг. 4). Он открывается, и под стационарную опору (ролик, сфера) устремляется газовый поток 29, который дестабилизирует измельчаемую массу, придавая ей как бы "воздушность". После прохождения клапана через опору, псевдоожиженный слой "успокаивается", а процесс повторяется, так как число опор превосходит число размольных валков 4, но уже в режиме транспортировки (выдувания) продуктов измельчения в направлении 30 (фиг.2 и 3).

То же самое происходит, если способ реализуется мельницей с быстрым и принудительным вращением валков (фиг.3). Рабочий зазор определяется уже гидромеханической системой 16 нагружения внешнего расположения через сфероопору 19 и ограничитель 20. Процесс диспергирования ускоряется за счет быстрого вращения отбойника 9 с тарелями 8 в составе размольного валка 4 и за счет так называемого "мелькания" впадин 24 выступов 25 на V-образных поверхностях рабочего зазора (фиг.4). Кроме того, масса 22 стабилизирует динамику вращения путем перераспределения пересыпания ее в полости 21.

Изобретение позволяет интенсифицировать процесс измельчения сыпучего материала, способствует максимальной производительности, обеспечивает регламентные характеристики мельниц и систем пылеприготовления.

Интенсивность процесса измельчения обеспечивается вследствие динамического разрушения исходного продукта об отбойник и развитые рабочие поверхности валков в момент его струйной подачи в рабочую камеру мельницы под углом β и с критической скоростью, вследствие диспергирующего истирания по типу резания-шлифования, когда предварительно разрушенные от удара фракции проходят рабочий зазор между столом и валками, а также вследствие неупорядоченного воздействия на измельчаемую массу развитых рабочих поверхностей стола и валков, определяющих в конечном итоге упомянутый рабочий зазор.

Высокая производительность производства мелкодисперсного готового продукта обеспечивается вследствие интенсивного совокупного процесса измельчения, а также транспортировки измельченной пыли из рабочей зоны мельницы. Последнее достигается "пронизывающим эффектом" газового потока (узел I на фиг. 2 и 3), большой скоростью относительного движения валков (при шлифовании скорость вращения составляет 30-50 м/с и более) и незначительными нагрузками, действующими на элементы мельницы в любом сочетании ее многовариантного исполнения.

Регламентные эксплуатационные характеристики мельницы обеспечиваются вследствие того, что в отличие от классического раздавливания интенсивный и производительный совокупный процесс измельчения по изобретению происходит вне зависимости от усилий, задаваемых системами нагружения, а они незначительны в сравнении с многотонными нагрузками на валки, действующими в базовых объектах типа МВС 125А.

Формула изобретения

1. Способ измельчения сыпучего материала, преимущественно угля на тепловых электростанциях путем подачи исходного материала в непосредственной близости от зазоров между вращающимся столом и валками во встречном направлении к последним, раздавливания его валками и удаления измельченного материала газовым потоком, отличающийся тем, что используют валки с рабочим отбойником, рабочие поверхности которых и вращающегося стола абразивные, а исходный материал подают на каждый отбойник струей с критической скоростью, а магистральное направление струи определяют, исходя из выражения β=ε+ρ, где β - магистральное направление струи; e - угол атаки струи без эффекта ударного взаимодействия;
r - угол внешнего абразивно-динамического трения.

2. Мельница для измельчения сыпучего материала, содержащая корпус, вращающийся стол, размольные валки на валах с опорами, систему нагружения, патрубки для загрузки исходного материала, каждый из которых установлен перед боковыми поверхностями валков, и патрубок для выгрузки материала, отличающаяся тем, что каждый патрубок для загрузки исходного материала выполнен в виде шарнирно закрепленной аэротрубы и наклонен к вектору скорости вращения стола под углом b, определяемым из выражения
β=ε+ρ,
где ε - угол атаки струи без эффекта ударного взаимодействия;
r - угол абразивно-динамического трения,
при этом стол выполнен с V-образным желобом, поверхность которого образована износостойким и режуще-истирающим слоем, и с установленными под вершиной желоба в местах расположения валков стационарными опорами, а валки выполнены составными из двух конусообразных дисков с возможностью их перестановки и кольцевым отбойником между ними.

3. Мельница по п.2, отличающаяся тем, что система нагружения выполнена гидромеханической.

4. Мельница по пп.2 и 3, отличающаяся тем, что система нагружения установлена вдоль оси вращения стола, а ее рабочий стол имеет гнезда для валов валков, причем последние выполнены с износостойкими режуще-истирающими бандажами.

5. Мельница по пп.2 и 3, отличающаяся тем, что вал каждого валка выполнен с приводом, при этом каждый вал установлен консольно в расположенной снаружи корпуса одной из опор валка, выполненной сферической, а стол имеет в центре подпорный ограничитель разворота валка и направлении вращения стола и сближения его со столом по мере износа, при этом система нагружения размещена между сфероопорой и приводом.

6. Мельница по п.2, отличающаяся тем, что каждый отбойник выполнен выступающим над поверхностью соответствующих им конусообразных дисков, причем последние имеют полость с насыпной массой, а их износостойкий режуще-истирающий бандаж имеет развитую поверхность, например, в форме встречных спиральных впадин-выступов.

7. Мельница по п.2, отличающаяся тем, что в днище V-образного желоба по всему периметру выполнены сквозные отверстия с клапанами, например шариковыми, взаимодействующими со стационарными опорами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4