Результат интеллектуальной деятельности: ВАЛКОВАЯ МЕЛЬНИЦА ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА

Изобретение относится к валковой мельнице для измельчения сыпучего (навалочного) материала, такого как исходное цементное сырье, цементный клинкер и другие подобные материалы, включающей корпус мельницы, в основном горизонтальный размольный стол и группу валков, каждый из которых выполнен с возможностью вращения вокруг оси валка, соединенной с поворотным вертикальным валом, размещенным по центру размольного стола, и эта группа валков выполнена с возможностью взаимодействия с размольным столом. Изобретение относится также к способу его реализации.

Устройство такого типа известно из патента DE 2061422 А1. Устройство, представляющее собой смесительную установку, используют в литейной промышленности для смешивания воды, песка и связующего с целью получения вязкой массы формовочной смеси. В нем центральный вал вращает группу валков, работающих во взаимодействии с неподвижным столом, выполненным в виде короба для предотвращения утечки воды из него. В данном случае процесс прерывистый, то есть после того, как материал на столе достигнет состояния окончательного перемешивания, необходимо остановить смесительное устройство для удаления материла перед тем, как могут быть загружены новые порции воды, песка и связующего. При этом отдельную проблему составляет то, что устройство необходимо останавливать, и удаление материла является трудоемким процессом.

Кроме того, валковые мельницы широко известны в промышленности производства цемента и детально описаны в патентной литературе. Поэтому из GB 2100617 А известна валковая мельница с группой валков, работающих во взаимодействии с горизонтальным вращающимся размольным столом, на который непрерывно подается исходное сырье. Валки имеют неподвижные оси валков, и поэтому они лишены возможности вращаться относительно вертикальной оси. Валки прижимаются к размольному столу за счет подпружиненного силового механизма, например в виде гидравлических или механических пружин. В этой мельнице размольный стол охвачен сопловым кольцом, через которое проходит создаваемый тягодутьевым устройством поток газа, захватывающий с вращающегося размольного стола тонко измельченный материал. Это обеспечивает непрерывность процесса размола, так как измельченный материал непрерывно удаляется с размольного стола, тогда как одновременно новый исходный материал подается к центру размольного стола. В мельнице такого типа вращение размольного стола является специфическим требованием для обеспечения того, чтобы созданная таким образом центробежная сила вытесняла материал, поданный к центру размольного стола, в направлении наружу к валкам и оттуда далее к краю стола, от которого поступающий через сопловое кольцо газовый поток продолжит движение материла, как правило к сепаратору. Все валковые мельницы такого типа отличаются тем, что существует взаимно ограничительное соотношение между диаметром размольного стола и его угловой скоростью, и тем, что конструкция таких мельниц зависит от допустимой величины центробежной силы, определяемой экспериментально. Это является существенным недостатком, так как делает невозможным увеличение производительности валковой мельницы путем увеличения угловой скорости размольного стола и его диаметра после того, как их соотношение достигнет определенного уровня. Для данного типа валковой мельницы применима формула, определяющая максимальное соотношение угловой скорости размольного стола и его диаметра:

ω=K/D^0,5

где,

ω = угловая скорость стола (рад/с),

К = экспериментально определяемая константа, зависящая от конструкции валковой мельницы и вида продукта размола, (м^0,5/с),

D = диаметр стола (м).

Как следствие, для мельниц с вращающимися столами, для которых достигнуты верхние пределы скорости и диаметра, единственной возможностью увеличения производительности является увеличение давления размола. Увеличение давления размола нежелательно по нескольким причинам, среди которых то, что это приведет к увеличению нагрузок на компоненты валковой мельницы и, как следствие, потребует улучшения прочностных характеристик этих компонентов. Следовательно, необходимость следовать вышеупомянутой формуле создает проблему, если нужно повысить производительности валковой мельницы. В случае невыполнения формулы вибрации валковой мельницы достигнут уровня, который слишком высок для того, чтобы можно было обеспечить удовлетворительный режим работы. Кроме того, более высокий уровень вибрации повысит требования, предъявляемые к компонентам валковой мельницы в отношении механической прочности. Следовательно, в промышленности общеизвестно, что должно выполняться соответствие с упомянутой формулой или формулами, определяющими соотношение между диаметром размольного стола и его скоростью, и во всех работающих в настоящее время валковых мельницах такого типа формула выполняется.

В основу изобретения положена задача создания валковой мельницы, в которой устранены упомянутые недостатки.

Это достигается валковой мельницей указанного во вводной части типа, отличающейся тем, что размольный стол неподвижен и валковая мельница содержит средство ввода газов в корпус мельницы и средство, дающее возможность непрерывного отведения взвешенного в газах продукта размола из корпуса мельницы.

Это обеспечивает непрерывность процесса измельчения в валковой мельнице с неподвижным размольным столом и устранение необходимости в том, чтобы значение диаметра размольного стола удовлетворяло приведенной выше формуле.

До сих пор предполагалось, что единственным возможным путем перемещения продукта размола к газам, поступающим через сопловое кольцо, охватывающее размольный стол, является вращение размольного стола. Совершенно неожиданно было обнаружено, что группа валков, соединенных с вертикальным поворотным валом и вращающихся вокруг него, сама может без вращения размольного стола приподнимать продукт размола и приводить его в контакт с газами, вводимыми в корпус мельницы, тем самым образуя суспензию газ/продукт, что дает возможность непрерывно отводить продукт из зоны размола размольного стола. Взвешенный в газах продукт размола отводится, в основном, через выходной канал в верхней части корпуса мельницы с помощью тягодутьевого устройства. Приведение продукта размола в контакт с газами объясняется преимущественно тем, что газ протекает в зоне размола, поднимаясь в соответствии с движением всего валкового механизма, включающего валки, оси валков и вертикальный поворотный вал, и тем, что продукт размола, находящийся на валках или вблизи них, уносится от валков благодаря их вращению. Угловая скорость валкового механизма должна быть, как минимум, достаточной, чтобы приводить продукт размола в контакт с вводимыми газами так, чтобы он был взвешен в этих газах. Это означает, что теперь появилась возможность изготавливать валковые мельницы с неподвижными размольными столами, в которых продукт размола взвешен в газах, вводимых в корпус мельницы, и непрерывно отводится, причем производительность валковой мельницы теперь не ограничена упомянутой ранее формулой. Следовательно, становится возможным увеличить производительность таких валковых мельниц по сравнению с производительностью известных валковых мельниц.

Кроме того, валковая мельница такого типа особенно пригодна для измельчения материала до очень малого размера частиц, так как уровень вибрации очень низок благодаря неподвижности размольного стола. В общем можно сказать, что уровень вибрации в валковой мельнице является ограничивающим фактором для тонкости размола, до которой может быть измельчен материал. Это означает, что валковая мельница становится пригодной для решения многих задач, среди которых измельчение цементного клинкера в товарный цемент. В такой валковой мельнице существенно возрастает способность регулировать крупность материала по сравнению с размолом, выполняемым в мельнице с вращающимся размольным столом, так как можно в большей степени регулировать скорость обработки продукта до его направления в сепаратор. Такая возможность появляется из-за того, что отсутствует вращающийся стол, что означает отсутствие необходимости в автоматическом удалении частиц после того, как они достигли определенного уровня крупности. Это дает особые преимущества при измельчении материла, для которого крупность имеет первостепенное значение при конечном использовании.

Средство ввода газов в корпус мельницы, в принципе, может быть выполнено любым подходящим способом. Средство может быть размещено в любом месте в мельнице, где оно обеспечивает введение газов соответствующим образом. Однако предпочтительно, чтобы средство включало группу сопел, смонтированных над размольным столом в корпусе мельницы. Сопла могут быть установлены горизонтально в стенке корпуса мельницы непосредственно над размольным столом так, чтобы они обеспечивали возможность ввода газов радиально относительно размольного стола. Сопла могут быть установлены с возможностью поворота для изменения угла наклона относительно горизонтального размольного стола. За счет этого создается возможность регулирования сопел для оптимизации эффективности использования вводимых газов. Кроме того, сопла могут быть смонтированы в корпусе мельницы в каком-нибудь другом месте в верхней части корпуса мельницы. Тогда предпочтительно, чтобы сопла были направлены к размольному столу, обеспечивая тем самым приведение газов в контакт с продуктом размола. Кроме того, может возникнуть необходимость в сочетании упомянутых положений сопел, чтобы получить оптимальное взвешивание и отведение материала. Взвешенный в газах продукт размола может отводиться через выходной канал в верхней части корпуса мельницы с помощью тягодутьевого устройства.

Во втором варианте выполнения средство ввода газов содержит группу сопел, смонтированных в размольном столе. В роли сопел могут выступать сквозные просверленные отверстия в размольном столе, возможно наклоненные относительно вертикального вала, что дает возможность вводить газы с внешней стороны стола и направлять их вверх в корпус мельницы над размольным столом. То есть появляется возможность обеспечения того, что газы вводятся точно в область размольного стола, которую можно считать предпочтительной.

В третьем варианте выполнения средство ввода газов в корпус мельницы содержит группу сопел, установленных по наружной окружности размольного стола и соединенных друг с другом так, чтобы образовать сопловое кольцо, охватывающее размольный стол.

В другом варианте выполнения средство ввода газов в корпус мельницы содержит группу вертикальных жалюзи, подвижно установленных вокруг размольного стола так, чтобы введение газов можно было регулировать изменением углов наклона жалюзи. Вертикальные жалюзи могут быть объединены с другими упомянутыми типами сопел для получения оптимального газового потока в корпусе мельницы.

В еще одном варианте выполнения средство ввода газов в корпус мельницы содержит две или несколько отдельных подающих систем, каждая из которых включает такое средство, как тягодутьевое устройство для ввода газов в корпус мельницы. Одна система может быть выполнена с возможностью ввода газов через сопловое кольцо, охватывающее размольный стол, или через сквозные отверстия в размольном столе, в то время как вторая система может быть выполнена с возможностью ввода газов через сопла, смонтированные в корпусе мельницы. За счет этого имеется возможность вводить окружающий мельницу атмосферный воздух через одну систему и горячие газы через вторую систему или наоборот. Для обеспечения энергоэффективности предпочтительно разделять газовый поток на холодный поток, вдуваемый в валковую мельницу, и горячий поток, всасываемый в валковую мельницу тягодутьевым устройством при относительно низком перепаде давления. Кроме того, некоторое количество газов, вводимых в корпус мельницы, предпочтительно должен составлять атмосферный воздух, так как это снижает требования, предъявляемые к материалам и компонентам подающей системы по сравнению с подающей системой введения горячих газов. Соотношение между количеством газов и воздуха, соответственно, нужно оптимизировать в зависимости от процесса в мельнице, чтобы минимизировать энергозатраты на процессы размола и создания воздушного потока. Для всех типов сопел газы могут или вдуваться, или всасываться через сопла. Атмосферный воздух одной подающей системой может, например, вводиться продуванием его вверх через сопловое кольцо вокруг размольного стола с использованием тягодутьевого устройства, в то время как горячие газы могут вводиться с второй подающей системой путем всасывания газов через сопла в корпус мельницы с использованием второго тягодутьевого устройства, соединенного с выходным каналом у верхней части корпуса мельницы. Может быть также использована обратная ситуация, при которой горячие газы поступают в корпус мельницы через сопловое кольцо, и атмосферный воздух - через сопла, или вариант выполнения с горячими газами в обеих подающих системах.

Все упомянутые средства ввода газов в корпус мельницы могут применяться комбинированно друг с другом для создания оптимального газового потока в корпусе мельницы.

В другом варианте выполнения каждая ось валка соединена с вертикальным поворотным валом шарнирным соединением, имеющим центр вращения, что дает возможность свободного дугообразного движения валка вверх и вниз в плоскости, в которой лежит осевая линия оси валка. Центр поворота шарнирного соединения в вертикальной плоскости предпочтительно расположен ниже осевой линии оси валка. Поэтому можно увеличить давление размола без использования силовых механизмов. Это достигается за счет того, что центробежная сила, воздействующая при работе мельницы на валок, ось валка и шарнирное соединение, благодаря особой конструкции, описанной выше, создает крутящий момент относительно шарнира и, следовательно, направленное вниз усилие на размольный стол.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых схематически показано:

на фиг.1 - сечение предлагаемой в изобретении валковой мельницы,

на фиг.2 - сечение для другого предлагаемого в изобретении варианта выполнения валковой мельницы,

на фиг.3 - сечение для другого предлагаемого в изобретении варианта выполнения валковой мельницы,

на фиг.4 - сечение для другого предлагаемого в изобретении варианта выполнения валковой мельницы.

На фиг.1 показана валковая мельница 1, содержащая корпус 2 мельницы, охватывающий горизонтальный размольный стол 3, и группу валков 4, вращающихся независимо вокруг отдельных осей 5 валков. Оси 5 валков соединены с поворотным вертикальным валом 6, размещенным по центру размольного стола 3. Валки 4 выполнены с возможностью взаимодействия с размольным столом 3, который неподвижен. Исходный материал непрерывно подается к размольному столу 3 через впускной канал (не показан). Сопла 8, предназначенные для ввода газов, установлены в стенке корпуса 2 мельницы. Сопла 8 могут быть установлены горизонтально в корпусе 2 мельницы непосредственно над размольным столом, тем самым вводя газы в корпус 2 мельницы по радиусу относительно размольного стола 2. Кроме того, сопла 8 могут быть установлены подвижно, так чтобы угол относительно горизонтального размольного стола 3 можно было менять. Сопла могут быть также установлены где-нибудь еще в корпусе мельницы, например сопла 8а могут быть установлены у верхнего края корпуса мельницы, как показано пунктирными линиями, или исключительно или в сочетании с соплами 8. В данном случае предпочтительно, чтобы сопла 8а были ориентированы в направлении к размольному столу 3 для обеспечения того, чтобы газы приходили в контакт с продуктом размола. Продукт размола, взвешенный в газах, отводится тягодутьевым устройством (не показано) через выходной канал 7 в верхней части корпуса 2 мельницы.

На фиг.2 показан другой вариант выполнения изобретения. В данном случае газы вводятся через сопловое кольцо 9, охватывающее размольный стол 3. Кроме того, показано, что газы могут вводиться через одно или несколько сопел 10, смонтированных в размольном столе 3. Эти сопла могут представлять собой сквозные отверстия 10 в размольном столе 3 и могут проходить под углом относительно вертикального вала 6. Сопла 9, 10 могут действовать вместе с соплами 8, 8а, показанными на фиг.1 и смонтированными в стенке корпуса 2 мельницы.

На фиг.3 показан еще один вариант выполнения изобретения, отличающийся наличием двух отдельных систем ввода газа в корпус 2 мельницы. Показаны только сопла подающих систем. В одной системе газы вводятся через сопловое кольцо 9 и (или) через сквозные отверстия 10 в размольном столе 2, в то время как во второй системе газы вводятся через сопла 8, смонтированы в стенке корпуса 2 мельницы. Введение газов одной системой производится путем всасывания газов через сопловое кольцо 9 вокруг размольного стола и (или) через сквозные отверстия 10 в столе тягодутьевым устройством, связанным с выходным каналом 7, находящимся в верней части корпуса 2 мельницы, в то время как газы для второй подающей системы образуются газами, нагнетаемыми вторым тягодутьевым устройством через сопла 8, смонтированными в стенке корпуса 2. Поэтому имеется возможность вводить горячие газы через одну систему, одновременно вводя атмосферный воздух, окружающий валковую мельницу, через вторую систему.

На фиг.4 показан еще один вариант выполнения изобретения, в котором оси 5 валков соединены с вертикальным валом 6 с помощью шарнирного соединения 11 с центром 12 поворота, дающим возможность свободного дугообразного движения валка 4 вверх и вниз в плоскости, включающей осевую линию 13 оси 5 валка. Центр 12 поворота шарнирного соединения 11 в вертикальной плоскости предпочтительно расположен ниже осевой линии 13 оси 5 валка. Поэтому можно увеличить давление размола без использования силового механизма. Это достигается за счет того, что центробежная сила, воздействующая при работе мельницы на валок 4, ось 5 валка и шарнирную деталь 11, благодаря особой конструкции, описанной выше, создает крутящий момент относительно шарнира 11 и, следовательно, направленное вниз усилие на размольный стол 3.