Способ измельчения материалов и устройство для измельчения материалов

 

Способ предназначен для измельчения материалов и включает формирование струй газовзвеси в соплах с криволинейной осью с последующим столкновением ее с вращающимися мишенями, имеющими разные знаки направления векторов окружных скоростей, при этом в момент контакта с мишенями относительная скорость материала достигает до и сверхзвуковых скоростей. Разгон газовзвеси может осуществляться комбинированным методом. Устройство для измельчения материала предназначено для осуществления этого способа и содержит корпус, камеру измельчения с разгонными соплами для подачи газовзвеси, нижний и верхний роторы установлены соосно с возможностью встречного вращения и выполнены с мишенями, расположенными по концентрическим окружностям под различными углами атаки. Сопла выполнены с криволинейной осью и закреплены на верхнем роторе. Сопла могут быть закреплены жестко. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технологии тонкого и сверхтонкого измельчения материалов различной твердости и абразивности, предназначено для получения полидисперсных материалов размерами частиц от 2 до 45 мкм и может быть использовано в строительной, горнорудной, химической, энергетической и других отраслях промышленности.

Наиболее близким к способу измельчения материалов техническим решением является способ, включающий формирование струй газовзвеси в соплах с последующим столкновением с преградами.

Наиболее близким к устройству для измельчения материалов является устройство, содержащее корпус с входным и выходным отверстиями и камерой измельчения, разгонные сопла для подачи газовзвеси.

Однако данное техническое решение не обеспечивает повышения эффективности тонкого измельчения полидисперсных материалов при одновременном обеспечении высокой производительности по готовому продукту.

Задачей изобретения является повышение эффективности тонкого измельчения полидисперсных материалов при одновременном обеспечении высокой производительности по готовому продукту.

Указанная задача достигается тем, что в способе измельчения материалов, включающем формирование струй газовзвеси в соплах с последующим столкновением ее с преградами, струю газовзвеси формируют в соплах с криволинейной осью, закрепленных на вращающемся роторе, и обеспечивают многоразовое соударение измельчаемого материала с вращающимися мишенями, имеющими разные знаки направления векторов окружных скоростей, при этом в момент контакта с мишенями относительная скорость материала достигает до и сверхзвуковых величин.

Разгон газовзвеси может быть осуществлен комбинированным методом за счет вращения ротора с жестко закрепленными соплами и создания перепадов давления газовзвеси на входе и выходе сопла, в результате чего возрастает эффективность разгона материала, что приводит к увеличению производительности устройства и тонины помола.

В устройстве для измельчения материалов указанная задача решается тем, что устройство, содержащее корпус с входным и выходным отверстиями и камерой измельчения, снабжено по крайней мере двумя горизонтально расположенными, встречно вращающимися роторами, соосно установленными в камере измельчения, при этом нижний и верхний роторы выполнены с расположенными по концентрическим окружностям мишенями с различными углами атаки, а сопла выполнены с криволинейной осью и закреплены на верхнем роторе. Сопла на верхнем роторе могут быть закреплены жестко. На фиг. 1 изображено устройство для измельчения материалов, разрез; на фиг. 2 - то же, вид в плане.

Сущность способа заключается в следующем.

Предварительно измельченный материал до размеров 5 мм при помощи шлюзового дозатора-питателя, имеющего камеру смешения материала и воздуха, транспортируется со скоростями 10-12 м/с и концентрацией М=60-80 кг/кг в центральную зону роторного устройства с тангенциальным вводом газовзвеси.

Возможность регулирования перепадов давления воздуха, концентрации газовзвеси, частоты вращения сопел, коэффициента трения материала футеровки плоских стенок сопел и их геометрические размеры - все это позволяет сформировать струю газовзвеси с углом вылета от 1 до 16^o, осуществить разгон материала до скоростей от 100 до 200 м/с при концентрациях М=60-80 кг/кг и задать расчетную траекторию движения струи.

Затем материал, сформированный в струю с указанными выше параметрами, соударяется с подвижными мишенями первого кольца (диска), имеющего встречное направление движения с окружной скоростью до 200 м/с под углом 78- 89^o, при котором силовое воздействие на твердую фазу достигает максимума, при этом суммарная эффективная скорость соударения превышает сверхзвуковую, что приводит к разрушению материала на мелкие частицы и осколки, которые вследствие отскока от мишени первого кольца (диска) изменяют направление вектора скорости, траекторию и вращение частиц вокруг собственной оси, после чего происходит соударение с динамической мишенью второго кольца (диска), имеющего направление вращение противоположное первому кольцу (диску), и окружные скорости не менее 200 м/с. При этом возникающие силовые воздействия на частицы материала от контакта с мишенями в два и более раз превышают допустимые предельные напряжения для измельчаемого материала.

Создание условий для высокочастотного и многоразового (больше 2-х соударений) за счет множества колец (дисков) с мишенями, имеющих противоположное вращение, позволяет разрушать материал путем ударного высокочастотного многоразового силового нагружения до заданных размеров частиц с учетом экономической целесообразности, определяемой энергетическими затратами на измельчение частиц, микротвердость которых достигла максимальных значений.

Пример. Вначале предварительно измельченный или естественной крупности 5 мм материал дозируется и подается в центральную часть роторного разгонного узла, который представляет систему множества сопел с криволинейной осью, имеющую радиус кривизны 38-40^o и расчетную длину разгонной плоскости. Материал в виде газовзвеси большой концентрации М=60-80 кг разгоняется в соплах. Осуществление перепадов давления на входе в сопла и на их выходе делает смесь аэрированной, снижая тем самым коэффициент трения между материалом и стенкой сопла, создает повышение до 15-20 м/с стартовой скорости материала, что позволяет регулировать производительность устройства без изменения основных геометрических параметров.

Материал, сформированный в струю и имеющий скорость движения от 150-200 м/с, движется по траектории к встречно вращающимся мишеням.

Разгон газовзвеси комбинированным методом, за счет вращения ротора с жестко закрепленными соплами и создание перепада давления на входе и выходе из сопла обеспечивает более эффективный разгон газовзвеси с меньшими энергозатратами.

Устройство для измельчения материалов содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями, камеру 4 измельчения, горизонтально расположенные и встречно вращающиеся роторы 5 и 6 с мишенями 7, 8, 9, смонтированными на кольцах (или дисках) 10 и 11 роторов. На верхнем роторе 5 закреплены сопла 12 с криволинейной осью. Роторы 5 и 6 имеют общий привод (условно не показан).

Количество мишеней, частота вращения кольца (диска), угол установки по отношению к радиусу ротора определяют из расчета максимального силового воздействия материала и мишени, максимальной эффективной скорости и угла атаки материала и мишени. Расстояние между мишенями рассчитывается из условий отсутствия "проскока" материала между мишенями.

Движение материала с начальной скоростью и контакты мишенями позволяют организовать высокочастотное, многоразовое соударение материала, при котором возникает ударное силовое знакопеременное нагружение, приводящее к разрушению материала с повышенной степенью измельчения.

Жесткое закрепление сопел на вращающемся диске позволяет осуществить комбинированный способ разгона материала.

Формула изобретения

1. Способ измельчения материалов, включающий формирование струй газовзвеси в соплах с последующим столкновением ее с преградами, отличающийся тем, что струю газовзвеси формируют в соплах с криволинейной осью, закрепленных на вращающемся роторе и обеспечивают многоразовое соударение измельчаемого материала с вращающимися мишенями, имеющими разные знаки направления векторов окружных скоростей, при этом в момент контакта с мишенями относительная скорость материала достигает до и сверхзвуковых величин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что разгон газовзвеси осуществляют комбинированным методом за счет вращения ротора с жестко закрепленными соплами и создания перепадов давления газовзвеси на входе и выходе сопла.

3. Устройство для измельчения материалов, содержащее корпус с входным и выходным отверстиями и камерой измельчения, разгонные сопла для подачи газовзвеси, отличающееся тем, что устройство снабжено по крайней мере двумя горизонтально расположенными, встречно вращающимися роторами, соосно установленными в камере измельчения, при этом нижний и верхний роторы выполнены с расположенными по концентрическим окружностям мишенями с различными углами атаки, а сопла выполнены с криволинейной осью и закреплены на верхнем роторе.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что сопла на верхнем роторе закреплены жестко.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2