Результат интеллектуальной деятельности: ШАРОВАЯ МЕЛЬНИЦА С КЛАССИФИЦИРУЮЩЕЙ ПЕРЕГОРОДКОЙ

Изобретение относится к оборудованию для измельчения материалов, в частности к шаровым мельницам, и может быть использовано в горной промышленности, строительных материалов и других.

Известен аналог изобретения - трубная мельница [пат. РФ на полезную модель №57147 МПК В02С 17/06, опубл. 10.10.2006 г., бюл. №28], которая содержит привод, опорные цапфы, соединенный с опорными цапфами цилиндрический футерованный барабан с выходной решеткой, разделенный межкамерными перегородками на камеры грубого и тонкого помола с мелющими телами и включающий классифицирующую перегородку, отделяющую камеру грубого помола от камеры тонкого помола.

Недостатком известного решения является низкая производительность мельницы и повышенный удельный расход электроэнергии.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому, принятому за прототип, является шаровая мельница с классифицирующей перегородкой [патент РФ на изобретение №2719722 МПК В02С 17/06, заявлено 29.08.2019, опубл. 22.04.2020 г., бюл. №12], которая содержит привод, загрузочную и разгрузочную опорные цапфы, неподвижно соединенный с опорными цапфами цилиндрический футерованный барабан. Футерованный барабан включает неподвижно закрепленную в нем у разгрузочной опорной цапфы выходную решетку, камеры тонкого помола, разделенные межкамерной перегородкой, камеру грубого помола и классифицирующую перегородку. Камеры тонкого и грубого помола содержат мелющие тела и последовательно расположены за выходной решеткой. Классифицирующая перегородка отделяет камеру грубого помола от камеры тонкого помола, содержит разгрузочное устройство, перфорированный и сплошной кольцевые диски, чередующиеся перфорированные и сплошные лопасти. Разгрузочное устройство расположено соосно футерованному барабану и с кольцевым промежутком по отношению к нему. Перфорированный и сплошной кольцевые диски обращены соответственно в камеру грубого и камеру тонкого помола, неподвижно, соосно и без зазоров закреплены к футерованному барабану. Перфорированный и сплошной кольцевые диски неподвижно и без зазоров закреплены к расположенным между ними, ограниченным разгрузочным устройством и футерованным барабаном, чередующимся перфорированным и сплошным лопастям. Перфорированные и сплошные лопасти разделяют промежуток между перфорированным и сплошным кольцевыми дисками, футерованным барабаном и разгрузочным устройством на сообщающиеся с разгрузочным устройством передние и задние камеры. Задние камеры изолированы от перфорированных частей перфорированного кольцевого диска. Перфорированные лопасти классифицирующей перегородки выполнены в форме полуцилиндров. Линией пересечения плоскостей, проходящих через диаметрально противоположные образующие перфорированных лопастей, является продольная ось футерованного барабана. Вогнутые стороны перфорированных лопастей являются контактирующими с классифицируемым материалом и ограничивают передние камеры. Противоположные им выпуклые стороны перфорированных лопастей ограничивают задние камеры.

С существенными признаками заявленного изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: привод, загрузочная и разгрузочная опорные цапфы, неподвижно соединенный с опорными цапфами футерованный барабан, включающий содержащие мелющие тела расположенную за загрузочной опорной цапфой камеру грубого помола и разделенные межкамерной перегородкой камеры тонкого помола, классифицирующую перегородку. Классифицирующая перегородка содержит расположенное соосно футерованному барабану и с кольцевым промежутком по отношению к нему разгрузочное устройство, отделяет камеру грубого помола от камеры тонкого помола, содержит неподвижно, соосно и без зазоров закрепленные к футерованному барабану, обращенные соответственно в камеру грубого помола кольцевой перфорированный и камеру тонкого помола кольцевой сплошной диски. Между перфорированным и сплошным дисками расположены неподвижно и без зазоров закрепленные к сплошному диску, ограниченные разгрузочным устройством, чередующиеся перфорированные и сплошные лопасти. Чередующиеся перфорированные и сплошные лопасти разделяют промежуток между дисками, футерованным барабаном и разгрузочным устройством на сообщающиеся с разгрузочным устройством передние и задние камеры, ограниченные соответственно контактирующими с классифицируемым материалом и противоположными им сторонами перфорированных лопастей.

Однако известная мельница характеризуется низкой эффективностью процесса измельчения материала, приводящей к снижению производительности мельницы и повышению удельного расхода электроэнергии.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение производительности мельницы и снижение удельного расхода электроэнергии за счет высокой эффективности процесса измельчения в ней материала.

Это достигается тем, что шаровая мельница содержит привод, загрузочную и разгрузочную опорные цапфы, неподвижно соединенный с опорными цапфами футерованный барабан, включающий содержащие мелющие тела расположенную за загрузочной опорной цапфой камеру грубого помола и разделенные межкамерной перегородкой камеры тонкого помола, классифицирующую перегородку. Классифицирующая перегородка содержит расположенное соосно футерованному барабану и с кольцевым промежутком по отношению к нему разгрузочное устройство, отделяет камеру грубого помола от камеры тонкого помола, содержит неподвижно, соосно и без зазоров закрепленные к футерованному барабану, обращенные соответственно в камеру грубого помола кольцевой перфорированный и камеру тонкого помола кольцевой сплошной диски. Между перфорированным и сплошным дисками расположены неподвижно и без зазоров закрепленные к сплошному диску, ограниченные разгрузочным устройством, чередующиеся перфорированные и сплошные лопасти. Чередующиеся перфорированные и сплошные лопасти разделяют промежуток между дисками, футерованным барабаном и разгрузочным устройством на сообщающиеся с разгрузочным устройством передние и задние камеры, ограниченные соответственно контактирующими с классифицируемым материалом и противоположными им сторонами перфорированных лопастей. В предложенном решении перфорированные и сплошные лопасти расположены с промежутками по отношению к перфорированному диску и футерованному барабану. Контактирующие с классифицируемым материалом стороны перфорированных лопастей ограничены, со стороны перфорированного диска, пластинами с высотой, превышающей максимальную высоту находящегося на лопастях классифицируемого материала. Ребра лопастей, наиболее приближенные к футерованному барабану и ограничивающие промежутки с ним, наклонены, по отношению к нему, в направлении от перфорированного диска к сплошному, под углом естественного откоса находящегося в этих промежутках материала. Ребра сплошных лопастей, ограничивающие промежутки с перфорированным диском и футерованным барабаном, неподвижно соединены с соответствующими ребрами чередующихся с ними перфорированных лопастей, ограничивающими промежутки с перфорированным диском и футерованным барабаном, со сторон, противоположных сторонам, контактирующим с классифицируемым материалом.

На фиг. 1 изображен продольный разрез шаровой мельницы. На фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. На фиг. 3 изображен вид Б на фиг. 1. На фиг. 4 - выносной элемент В на фиг. 1. На фиг. 5 изображен местный разрез Г-Г на фиг. 2. На фиг. 6 изображен выносной элемент Д на фиг. 2.

Шаровая мельница состоит из привода (на фиг. не показан), загрузочной 1 и разгрузочной 2 опорных цапф, футерованного барабана 3. Опорные цапфы расположены по торцам футерованного барабана и соединены с ним соосно и неподвижно, например болтами. Футерованный барабан содержит камеру грубого помола 4, камеры тонкого помола 5 и 6, межкамерную перегородку 7 и, например, закрепленную у разгрузочной опорной цапфы выходную решетку 8. Камеры тонкого помола, в зависимости от требований технологического регламента на помол материала, могут быть как в количестве нескольких, так и одной. Камера грубого помола с мелющими телами (на фиг. не показаны) расположена у загрузочной опорной цапфы 1. Камеры тонкого помола 5 и 6 с мелющими телами (на фиг. не показаны) последовательно расположены за камерой грубого помола и разделены межкамерной перегородкой 7. Камера грубого помола 4 может выполняться любой известной конструкции. Камера грубого помола отделена от камеры тонкого помола 6 классифицирующей перегородкой 9. Классифицирующая перегородка содержит расположенное соосно футерованному барабану и с кольцевым промежутком по отношению к нему разгрузочное устройство 10, кольцевые перфорированный 11 и сплошной 12 диски, перфорированные 13 и сплошные 14 лопасти. Перфорированный и сплошной диски обращены соответственно в камеру грубого помола и камеру тонкого помола, закреплены неподвижно, соосно, без зазоров к футерованному барабану. Чередующиеся перфорированные и сплошные лопасти расположены между футерованным барабаном 3 и разгрузочным устройством 10, перфорированным 11 и сплошным 12 дисками, неподвижно и без зазоров закреплены к сплошному диску 12. В рассматриваемом случае перфорированные лопасти 13 выполнены, как и в прототипе, в форме полуцилиндров. Перфорированные лопасти могут выполняться любой конструкции, в том числе и плоскими. Вогнутые стороны 15 перфорированных лопастей являются контактирующими с классифицируемым материалом, а противоположные им выпуклые стороны 16 - не контактирующими. Перфорированные лопасти 13 совместно со сплошными лопастями 14 разделяют промежуток между перфорированным 11 и сплошным 12 дисками, футерованным барабаном 3 и разгрузочным устройством 10 на сообщающиеся с разгрузочным устройством передние 17 и задние 18 камеры. Задние камеры изолированы от перфорированных частей перфорированного диска. Контактирующие с классифицируемым материалом стороны 15 перфорированных лопастей 13 ограничивают передние камеры 17, а противоположные им не контактирующие с классифицируемым материалом стороны 16 ограничивают задние камеры 18.

Разгрузочное устройство 10 может иметь различную конструкцию, что не влияет на эффективность процесса классификации материала в классифицирующей перегородке. Например, согласно описанной в прототипе конструкции, разгрузочное устройство выполнено в виде двух усеченных конусных обечаек - наружной конусной обечайки 19 и внутренней конусной обечайки 20, соединенных неподвижно друг с другом основаниями, например болтами, установленных коаксиально друг к другу и футерованному барабану 3 с образованием конусообразной камеры 21 между собой. Разгрузочное устройство ограничено плоскостями, проходящими по поверхностям перфорированного 11 и сплошного 12 дисков, обращенным соответственно в камеры грубого помола 4 и тонкого помола 5. Наружная конусная обечайка 19 неподвижно, без зазоров соединена, например болтами, со сплошным диском 12 и сплошными лопастями 14, внешней поверхностью расположена с кольцевым зазором 22 по отношению к перфорированному диску 11 и направлена меньшим основанием 23 в сторону камеры грубого помола 4. Наружная конусная обечайка 19 соединена без зазоров, например через ребра 24, с перфорированными лопастями 13. Ребра 24 расположены на наружной конусной обечайке классифицирующего устройства например, радиально, в направлении ее образующих. Ребра неподвижно закреплены (например, болтами) к указанным лопастям и наружной конусной обечайке. Внутренняя конусная обечайка 20 направлена меньшим основанием 25 в сторону камеры тонкого помола 5. В классифицирующей перегородке 9 передние камеры 17 сообщаются с наружной конусной обечайкой 19 разгрузочного устройства 10. Задние камеры 18 сообщаются с конусообразной камерой 21 через окна 26 в наружной конусной обечайке. Перфорированный диск 11, перфорированные лопасти 13 имеют сквозные отверстия, соответственно 27 и 28. Ширина или диаметр отверстий 28 не превышает ширины или диаметра отверстий 27.

Перфорированные 13 и сплошные 14 лопасти расположены с промежутками 29 по отношению к перфорированному диску 11. Контактирующие с классифицируемым материалом стороны 15 перфорированных лопастей ограничены, со стороны перфорированного диска, пластинами 30 с высотой h, превышающей максимальную высоту находящегося на лопастях классифицируемого материала. Пластины прикреплены, например болтами, к контактирующим с классифицируемым материалом сторонам 15 перфорированных лопастей. Перфорированные лопасти 13 расположены с промежутками 31 по отношению к футерованному барабану 3. Сплошные лопасти 14 расположены с промежутками 32 по отношению к футерованному барабану 3.

Ребра лопастей, наиболее приближенные к футерованному барабану и ограничивающие промежутки с ним, наклонены по отношению к нему, в направлении от перфорированного диска к сплошному, под углом естественного откоса находящегося в этих промежутках материала. В случае использования лопастей различных конструкций (радиальных плоских, наклонных плоских, цилиндрических или иных), могут быть наиболее приближенными к футерованному барабану 3 как ребра перфорированных лопастей, так и ребра сплошных лопастей или те и другие. Применительно к рассматриваемой цилиндрической конструкции перфорированных лопастей наиболее приближенными к футерованному барабану 3 являются ребра 33 сплошных лопастей, ограничивающие промежутки 32 с футерованным барабаном 3. Менее чем ребра 33 приближенными к футерованному барабану являются ребра 34 перфорированных лопастей. Ребра 33 сплошных лопастей, ограничивающие промежутки 32 с футерованным барабаном 3, по отношению к нему наклонены, в направлении от перфорированного диска 11 к сплошному диску 12, под углом α естественного откоса находящегося в этих промежутках материала.

Ребра 33 сплошных лопастей, ограничивающие промежутки 32 с футерованным барабаном 3, неподвижно соединены с ограничивающими промежутки 31 с футерованным барабаном ребрами 34 чередующихся с ними перфорированных лопастей со сторон 16, противоположных сторонам 15, контактирующим с классифицируемым материалом. В рассматриваемом случае соединение выполнено через вставки 35, но может осуществляться и иным способом. Ребра 36 сплошных лопастей, ограничивающие промежутки 29 с перфорированным диском 11, неподвижно соединены с соответственными ребрами 37 чередующихся с ними перфорированных лопастей со сторон 16, противоположных контактирующим с классифицируемым материалом сторонам 15.

Мельница работает следующим образом. Загрузочная 1 и разгрузочная 2 опорные цапфы, неподвижно соединенные с футерованным барабаном 3, приводятся во вращение приводом (на фиг. не показан). Материал, предназначенный для помола, например цементный клинкер, поступает в загрузочную опорную цапфу 1 и направляется ею в камеру грубого помола 4, где подвергается разрушению находящимися в камере мелющими телами с образованием частиц меньших размеров. Частицы материала под воздействием «подпора» вновь поступающего материала, сил гравитации, вращательного движения футерованного барабана, ударов со стороны мелющих тел перемещаются в сторону к классифицирующей перегородке 9. Частицы грубомолотого материла, достигшие размеров, меньших ширины или диаметра отверстий 27 перфорированного диска 11, проходят через эти отверстия в промежутки 29 между перфорированным диском и перфорированными 13 и сплошными 14 лопастями классифицирующей перегородки 9. Затем эти частицы материла под действием силы тяжести опускаются на футерованный перфорированный барабан 3 и под действием вращательного движения футерованного барабана, силы тяжести, сил внутреннего и внешнего трения распределяются, в промежутках 32 между футерованным барабаном и сплошными лопастями 14, на футерованном барабане под углом естественного откоса материала, в направлении от перфорированного диска к сплошному. По мере поступления материала через отверстия 27 перфорированного диска 11 промежутки 32 переполняются и часть материала попадает в передние камеры 17. При вращательном движении классифицирующей перегородки с футерованным барабаном попавший в передние камеры материал захватывается вставками 35, соединяющими соответствующие ребра 33 и 34 сплошных 14 и перфорированных лопастей 13, перемещается по ним на стороны 15 перфорированных лопастей 13, а затем, по мере поворота футерованного барабана, по этим сторонам перемещается в направлении к разгрузочному устройству 10. Соединение соответствующих ребер 33 сплошных лопастей 14 и ребер 34 перфорированных лопастей 13 препятствует перемещению из промежутков 32 материала, еще не разделенного на крупные и мелкие частицы, непосредственно в задние камеры 18. Наличие промежутков 32 и наклон ребер 33 сплошных лопастей 14 по отношению к футерованным барабану 3, в направлении от перфорированного диска 11 к сплошному диску 12, под углом α естественного откоса находящегося в этих промежутках материала, обеспечивают равномерное распределение по ширине перфорированных лопастей 13 поступающего из промежутков 29 материала. Это обеспечивает эффективный процесс его классификации.

Пластины 30 высотой h препятствуют перемещению находящегося на сторонах 15 перфорированных лопастей материала в промежутки 29. При этом частицы материала, размер которых меньше ширины или диаметра отверстий 28, перемещаются через эти отверстия в задние камеры 18. Соединение ребер 36 сплошных лопастей и ребер 37 перфорированных лопастей, со сторон 16 перфорированных лопастей, обеспечивает герметичность задних камер по отношению к промежуткам 29 и исключает пересыпание из них выделенных мелких частиц в эти промежутки.

В случае отсутствия промежутков 29 с перфорированным диском 11 проходящие через отверстия 27 частицы материала будут непосредственно попадать на контактирующие с классифицируемым материалом стороны 15 перфорированных лопастей 13, сразу занимая часть их поверхностей на длинах, в направлении от футерованного барабана 3 к разгрузочному устройству 10, соответствующих уровню материала в камере грубого помола 4. Таким образом, только частицы материала, попавшие на расположенные со стороны футерованного барабана части перфорированных лопастей 13, будут подвергнуты эффективной классификации на всей длине этих лопастей. Те частицы материала, которые поступают через отверстия 27 на части поверхностей перфорированных лопастей 13, расположенные ближе к разгрузочному устройству 10, будут подвергнуты разделению на меньшей длине этих лопастей и процесс их разделения будет проходить за меньший промежуток времени. Кроме того, вследствие наличия коэффициента внутреннего трения прошедший через отверстия 27 материал будет неравномерно распределен по ширине перфорированных лопастей 13, в направлении от перфорированного диска 11 к сплошному диску 12. У перфорированного диска будет избыток материала, а у сплошного - недостаток. Все это приведет к снижению эффективности процесса классификации материала на перфорированных лопастях, возвращению большого количества мелких частиц в камеру грубого помола, что вызовет снижение производительности мельницы и повысит удельный расход электроэнергии.

Отсутствие пластин 30, ограничивающих контактирующие с классифицируемым материалом стороны 15 перфорированных лопастей 13, или их высота, меньшая максимальной высоты находящегося на лопастях классифицируемого материала, приведут к пересыпанию части уже частично прошедшего классификацию материала в промежутки 29 и его повторному перемещению на расположенную со стороны футерованного барабана 3 часть перфорированной лопасти. Это приведет к снижению эффективности процесса классификации материала, возвращению большого количества мелких частиц в камеру грубого помола.

Отсутствие промежутков 31, 32 между футерованным барабаном и перфорированными 13 и сплошными 14 лопастями или наклон к футерованному барабану наиболее приближенных ребер лопастей в сторону от сплошного диска 12 к перфорированному диску 11 приведет, вследствие расположения материала на футерованном барабане под углом естественного откоса, к неравномерному распределению классифицируемого материала по ширине перфорированных лопастей и снижению эффективности процесса его классификации, возвращению большого количества мелких частиц в камеру грубого помола.

Отсутствие соединения между ребрами 36 сплошных лопастей 14 и ребрами 37 перфорированных лопастей 13 приведет к пересыпанию части находящихся в задних камерах 18 мелких частиц материала в промежутки 29. Это приведет к снижению эффективности процесса классификации материала, возвращению большого количества мелких частиц в камеру грубого помола.

Ширина или диаметр отверстий 28 перфорированных лопастей 13 устанавливается исходя из целесообразной крупности частиц измельчаемого материала, которая должна поступать в камеру тонкого помола 5. Ширина или диаметр этих отверстий не должна превышать ширины или диаметра отверстий 27 перфорированного диска. В противном случае в передние камеры 17 будут поступать частицы материала только с размерами, меньшими ширины или диаметра отверстий 28 перфорированных лопастей, все перемещаться в задние камеры и попадать в камеру тонкого помола 5. Это исключит возврат крупных частиц в камеру грубого помола, приведет к снижению эффективности процесса измельчения в камере тонкого помола 5, уменьшению производительности мельницы и повышению удельного расхода электроэнергии.

Таким образом, использование в шаровой мельнице классифицирующей перегородки 9 позволяет осуществить эффективное разделение грубо-молотого материала, поступающего из камеры грубого помола на более крупные и более мелкие фракции и их перемещение соответственно в камеры грубого помола 4 и тонкого 5 помола.

При повороте футерованного барабана с классифицирующей перегородкой крупные частицы, выделенные перфорированными лопастями при движении по их сторонам 15 поступившего из промежутков 32 материала, перемещаются по ребрам 24 на наружную поверхность наружной конусной обечайки 19. Затем они по этой поверхности перемещаются в направлении от большего основания наружной конусной обечайки, расположенного у сплошного диска 12, к меньшему основанию 23 и через кольцевой зазор 22 попадают в камеру грубого помола 4 на доизмельчение.

Мелкие частицы материала, прошедшие через отверстия 28 перфорированных лопастей поступают через задние камеры 18 на сплошные лопасти 14, ссыпаются с них при повороте футерованного барабана 3 и через окна 26 в наружной конусной обечайке 19 перемещаются через конусообразную камеру 21 на наружную поверхность внутренней конусной обечайки 20. Далее они ссыпаются по указанной поверхности в направлении от большего основания внутренней конусной обечайки к ее меньшему основанию 25 и попадают в камеру тонкого помола 5 для дальнейшего измельчения. Использование чередующихся перфорированных 13 и сплошных 14 лопастей позволяет осуществлять разделение поступающего в классифицирующую перегородку 9 материала, свободное его перемещение из передних камер 17 на наружную 19 и внутреннюю 20 конусные обечайки в зависимости от крупности частиц.

Возвращение крупных частиц материала, выделенных перфорированными лопастями 13 классифицирующей перегородки 9, позволяет увеличить коэффициент загрузки материала в конце камеры грубого помола, исключить нерациональное взаимодействие мелющих тел без присутствия в месте соударений частиц материала. Кроме того, исключение попадания в камеру тонкого помола 5 крупных частиц, выделенных и возвращенных в камеру грубого помола, позволяет уменьшить средневзвешенный размер мелющих тел в камере тонкого помола.

Повышение эффективности выделения через отверстия 28 перфорированных лопастей мелких частиц и перемещение их в камеру тонкого помола 5 исключает попадание выделенных мелких частиц в камеру грубого помола 4, что значительно снижает в камере грубого помола возможность демпфирования мелкими частицами ударного воздействия находящихся в камере крупных мелющих тел на крупные частицы измельчаемого материала и не рационального воздействия крупных мелющих тел на мелкие частицы. Это повышает эффективность процесса измельчения, выражающуюся в повышении производительности и снижении удельного расхода электроэнергии на грубый помол материала в этой камере мельницы. Рациональная организация процесса помола в камере грубого помола 4 позволяет уменьшить ее длину и соответственно увеличить длины камер тонкого помола.

Увеличенное количество выделенных через отверстия 28 перфорированных лопастей мелких частиц, за счет повышения эффективности классификации, и перемещение их в камеру тонкого помола 5, а также увеличенное количество поступающего из камеры грубого помола мелкофракционного материала, обусловленное повышением производительности этой камеры вследствие повышенной эффективности разделения материала в классифицирующей перегородке, приводят к повышению производительности камеры тонкого помола 5 и снижению удельного расхода электроэнергии.

Измельченный до меньших размеров частиц в камере тонкого помола 5 материал через отверстия в межкамерной перегородке 7 поступает в камеру тонкого помола 6, где подвергается окончательному домолу. Количество камер тонкого помола, две или одна, зависит от характеристик измельчаемого материала и требований к дисперсности готового продукта. Далее измельченный материал через отверстия в выходной решетке 8 поступает в разгрузочную опорную цапфу 2 и выгружается из мельницы.

Таким образом, предлагаемая конструкция шаровой мельницы с классифицирующей перегородкой повышает эффективность внутримельничного разделения грубомолотого материала, измельченного в камере грубого помола 4, на более крупные и более мелкие фракции, беспрепятственно перемещая их в камеры грубого 4 и тонкого 5 помола, соответственно. Это обеспечивает высокую эффективность процесса измельчения материала в указанных камерах и приводит к повышению производительности шаровой мельницы и снижению удельного расхода электроэнергии.