УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО СМЕШИВАНИЯ И ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ СМЕСЕЙ ИЗ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Заявляемое изобретение относится к устройствам смешивания и измельчения и предназначено для приготовления и очистки смесей сыпучих материалов и может быть использовано в строительной, химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Аналогом заявляемого изобретения является барабанная многокамерная мельница для сухого измельчения, содержащая штуцер питания, вкладыш, подшипник, переднюю крышку с цапфой, барабан, защитные плиты, диафрагмы, насадку последней камеры, разгрузочный бункер, сито, разгрузочную решетку, заднюю крышку с цапфой и разгрузочными окнами, привод, штуцер для вывода готового продукта, штуцер для отвода боя (Сиденко, П.М. Измельчение в химической промышленности / П.М. Сиденко. - Изд. 2-е, перераб. М., «Химия», 1977 - 368 с. С. 170-172).

Недостатком аналога является относительно невысокое качество смешивания и измельчения по однородности конечного продукта, высокая длительность измельчения и наличие переизмельчения.

Также известна мельница для тонкого и сверхтонкого измельчения IsaMill (Xstrata Technology). Мельница содержит цилиндрический корпус, подшипник вала, ротор, устройство для загрузки, восемь мелющих дисков с отверстиями, устройство для выгрузки обрабатываемого материала (Николаева, А.О. Интенсификация технологий разупрочнения и дезинтеграции полидисперсных минеральных комплексов различного генезиса с использованием мельниц IsaMill / Н.В. Николаева, А.О. Ромашев, Т.Н. Александрова, А.В. Фадина // ГИАБ Научно-технический журнал. - 2013. - №10. - С. 97-101).

Недостатки мельницы: мельница IsaMill работает, в основном, с пульпами и обеспечивает так называемый «мокрый» помол, сухое измельчение в этих мельницах затруднено. Для получения заданных фракций требуется эксплуатация мельниц в многопроходном режиме, что говорит об относительно небольшом коэффициенте измельчения. Присутствует недостаточно высокая крупность питания, мельница используется в циклах доизмельчения (3-4 стадия).

Прототипом заявляемого изобретения является устройство для смешивания и измельчения (Патент на полезную модель №147039, В22С 5/04, д.п. 27.10.2014. бюл. №30), содержащее рабочую емкость с днищем, крышкой, соединенную с приводом, установленным на раме, установленные внутри рабочей емкости ось с, по крайней мере, одним кронштейном и с, по крайней мере, одной лопаткой, имеющей режущую кромку, переднюю и заднюю поверхность, по крайней мере, одна лопатка, установленная, по крайней мере, на одном кронштейне имеет сквозные от передней до задней поверхности пазы и/или отверстия, наименьшая ширина которых в сечении перпендикулярном их продольной оси, меньше наименьшего размера мелющих тел. Продольные оси сквозных пазов расположены в плоскостях, перпендикулярных оси вращения рабочей емкости. Расстояние между продольными осями сквозных пазов и/или отверстий больше или равно наибольшему размеру мелющих тел. На передней поверхности лопатки выполнены канавки перед отверстиями и за сквозными пазами и/или отверстиями, ось которых является продолжением продольной оси сквозных пазов и/или отверстий. Канавки имеют форму, одинаковую с формой сквозного паза и/или отверстия в сечении, перпендикулярном их продольной оси, и глубину, равную или большую глубине погружения мелющих тел в сквозной паз и/или отверстие. На задней поверхности лопатки выполнены канавки, за сквозными пазами и/или отверстиями, при этом дно канавок имеет вогнутую криволинейную форму в продольном сечении канавок, ось которых является продолжением оси сквозных пазов и/или отверстий.

Сквозные пазы и/или отверстия имеют в сечении, перпендикулярном их продольной оси, например, форму прямоугольника, параллелограмма, трапеции, а также X- и Y-образную форму. Ось с установленными кронштейнами и лопатками связана с приводом вращения через самотормозящуюся передачу и/или соединена с тормозом.

Недостатком прототипа является то, что устройство является устройством периодического действия и не позволяет проводить обработку материала в непрерывном режиме. Кроме этого использование мелющих тел одного типа при измельчении материала до заданной фракции увеличивает энергозатраты на измельчение и смешивание.

Техническим результатом заявляемого изобретения является улучшение однородности готового продукта и исключение переизмельчения материала, снижение энергозатрат при измельчении и смешивании на единицу готового продукта.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для непрерывного смешивания и измельчения смесей из сыпучих материалов, содержащем корпус, вращающуюся цилиндрическую рабочую емкость, установленную на подшипниках, ротор с лопатками, имеющими сквозные от передней до задней поверхности пазы и/или отверстия, наименьшая ширина которых в сечении, перпендикулярном их продольной оси, меньше наименьшего размера мелющих тел, закрепленными на нем с помощью кронштейнов, приводы вращения цилиндрической рабочей емкости и ротора, при этом кронштейны для крепления лопаток выполнены в виде дисков со сквозными отверстиями, неподвижно установленных на роторе, между которыми неподвижно закреплена, по крайней мере, одна лопатка, при этом между ободом диска и внутренней поверхностью рабочей емкости имеется зазор, величина которого меньше наименьшего размера мелющих тел, соприкасающихся с торцами диска. Один из размеров сквозных отверстий в диске меньше наименьшего размера мелющих тел, соприкасающихся с торцами диска. Лопатки снабжены шлицевыми осями, а диски - шлицевыми отверстиями для их креплений. Лопатки снабжены фасонными выступами, а на дисках выполнены пазы, имеющие форму, одинаковую с формой фасонных выступов. Лопатки закреплены на дисках с возможностью регулирования их положения относительно дисков. На лопатках выполнены пазы, один из которых обеспечивает перемещение лопатки вдоль паза, а другой обеспечивает их фиксацию относительно диска посредством винтовых механизмов для регулирования положения лопаток относительно дисков. Устройство снабжено распорными втулками или гайками для фиксации продольного положения дисков на роторе. По крайней мере, первый и последний диски ротора снабжены, по крайней мере, одним скребком, неподвижно закрепленном на ободе диска. Поверхность скребков, взаимодействующая с обрабатываемым материалом, имеет форму и/или наклон относительно торцов дисков, обеспечивающие перемещение материала в зазоре между ободом диска и внутренней поверхностью рабочей емкости вдоль оси вращения рабочей емкости.

Устройство поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан продольный разрез устройства для смешивания и измельчения непрерывного действия;

на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1;

на фиг. 3 -вид В на лопатку на фиг. 2;

на фиг. 4 - вид Г на лопатку на фиг. 2;

на фиг. 5 - вид Д на лопатку на фиг. 2;

на фиг. 6 - сечение Е-Е на фиг. 5;

на фиг. 7 - сечение Б-Б на фиг. 1;

на фиг. 8 - вид Ж на фиг. 7;

на фиг. 9 - вид З на фиг. 7.

Устройство для непрерывного смешивания и измельчения смесей из сыпучих материалов (Фиг. 1) содержит цилиндрическую рабочую емкость 1 с горизонтальной осью вращения, установленную на подшипниках 2 корпуса

3. Внутри цилиндрической рабочей емкости 1 установлены диски 4, выполняющие функции кронштейнов. Диски 4 закреплены на роторе 5 и распределены вдоль оси его вращения. Между соседними дисками 4 установлено, по крайней мере, по одной лопатке 6. Лопатка 6 имеет сквозные пазы, а ее режущая кромка соприкасается с внутренней поверхностью рабочей емкости 1. Кроме лопатки 6 между дисками 4 могут быть установлены по окружности дисков 4 одна или несколько дополнительных лопаток, например лопатки 7 и/или 8. Дополнительные лопатки 7 и/или 8 могут отличаться от лопатки 6 формой и способом фиксации на дисках 4. Ротор 5 установлен на подшипниках 9 и приводится во вращение приводом 10, обладающим свойством самоторможения. С одной стороны рабочей емкости 1 расположено загрузочное устройство 11 со шнеком 12, который консольно установлен на подшипниковом узле 13 и приводится во вращение приводом 14. С другой стороны расположено устройство для выгрузки материала 15. Устройство для выгрузки материала 15 снабжено вентилятором 16, на выходе которого установлен циклон 17. Рабочая емкость 1 приводится во вращение приводом 18 с помощью зубчатой передачи 19. На внешней поверхности рабочей емкости 1 расположены люки 20 для загрузки/выгрузки мелющих тел. Люки 20 равномерно распределены по окружности рабочей емкости 1. Вдоль оси вращения рабочей емкости 1 люки 20 располагают между парами соседних дисков 4. Крышки 21 люков 20 крепятся, например, при помощи быстросъемного соединения 22 (Фиг. 2).

На дисках 4 выполнены сквозные отверстия 23, которые в плане могут иметь различную форму (Фиг. 2). При этом один из размеров отверстий, например ширина сквозного паза или диаметр отверстий, выполнен меньше наименьшего размера мелющих тел, соприкасающихся с торцом диска 4. Диски 4 неподвижно закреплены на роторе 5 с помощью, например, шлицевого соединения (на чертеже не показано). Положение дисков 4 на роторе 5 в осевом направлении фиксируется с помощью распорных втулок 24, установленных на роторе 5 между дисками 4 и/или лопатками 6, 7, 8, установленными между парами дисков 4. Стягивание и фиксация пакетов дисков осуществляется с помощью гайки 25, образующей винтовое соединение с ротором 5.

Лопатки 6 и дополнительные лопатки 7 и/или 8 установлены на дисках 4 с возможностью продольного перемещения в направлении внутренней поверхности рабочей емкости 1 и/или поворота лопаток 6 и/или дополнительных лопаток 7 и/или 8 относительно диска 4. Продольное перемещение и/или поворот лопаток 6 и/или дополнительных лопаток 7 и/или 8 осуществляется с помощью регулировочных механизмов или устройств.

Лопатки 6 и/или дополнительные лопатки 7 и/или 8 могут быть установлены в пазы 26 (Фиг. 2, Фиг. 3), выполненные на дисках 4. В этом случае продольное перемещение лопаток 6 и/или дополнительных лопаток 7 и/или 8 вдоль пазов 26 осуществляется с помощью винтов 27. Фиксация лопаток 6 и/или дополнительных лопаток 7 и/или 8 осуществляется с помощью винтов 28 (Фиг. 2). Лопатки 6 и/или дополнительные лопатки 7 и/или 8 могут иметь на торцах шлицевые полуоси 29 (Фиг. 4). В этом случае фиксация лопаток 6 и/или дополнительных лопаток 7 и/или 8 на дисках 4 осуществляется путем установки шлицевых полуосей 29 в шлицевые отверстия дисков 4. Шлицевое соединение лопаток 6, и/или дополнительных лопаток 7, и/или 8 с дисками 4 обеспечивает возможность дискретной регулировки углового положения лопаток относительно дисков 4. Лопатки 6, и/или дополнительные лопатки 7, и/или 8 могут иметь на торцах фасонные выступы, например, прямоугольные выступы 30 (Фиг. 5, Фиг. 6). Форма пазов на дисках 4 в этом случае будет соответствовать форме фасонных выступов, например прямоугольных выступов 30, что обеспечит фиксацию лопаток 6, и/или дополнительных лопаток 7, и/или 8 между дисками 4. Ободы, по крайней мере, первого и последнего из дисков 4, начиная отсчет от устройства загрузки 11 к устройству выгрузки 15, снабжены скребками 31 (Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 7), которые предназначены для удаления материала, попадающего между торцом рабочей емкости 1 и первым или последним дисками 4. Поверхность скребков 31, взаимодействующая с обрабатываемым материалом, может иметь различную форму, например, плоскости или винтовой поверхности, обеспечивающую перемещение обрабатываемого материала в зазоре между ободом диска и внутренней поверхностью рабочей емкости 1 в направлении устройства для выгрузки 15. А на последнем диске 4 поверхность скребков 31, взаимодействующая с обрабатываемым материалом, должна обеспечивать перемещение материала в радиальном направлении, т.е. выполнять функции лопаток 6, и/или дополнительных лопаток 7, и/или 8. Например, скребки 31 с плоской поверхностью, взаимодействующие с обрабатываемым материалом (плоские скребки) могут быть установлены на ободе диска 4 тангенциально (т.е. по касательной к какой-то заданной окружности) с радиусом, меньшим радиуса обода диска 4. Плоские скребки 31 могут быть также установлены под наклоном (не перпендикулярно) к торцам дисков 4 и оси вращения рабочей емкости, например, как зубья в косозубой передаче. Величина угла наклона скребков 31 по отношению к оси вращения рабочей емкости 1 зависит от задаваемой величины скорости движения (времени обработки материала) обрабатываемого материала вдоль оси вращения рабочей емкости 1. При этом направление угла наклона зависит от направления вращения рабочей емкости и должно обеспечивать передвижение материала в междисковое пространство в направлении устройства для выгрузки 15. Если скребки 31 установлены на ободах промежуточных дисков 4, то они позволяют перемещать материал из одного междискового пространства в другое. По окружности ободов, по крайней мере, первого и последнего дисков 4 могут быть расположены один или несколько скребков 31. На первом диске 4 скребки 31 взаимодействуют с торцом и внутренней поверхностью рабочей емкости 1 и направляют материал из промежутка между торцом рабочей емкости 1 и диском 4 в зону обработки между первым и вторым дисками 4 (Фиг. 8, Фиг. 9). Скребки 31, установленные на последнем диске 4, отделяют материал в зазоре между торцами последнего диска и рабочей емкости 1 и направляют его в сторону устройства для выгрузки 15.

Устройство для непрерывного смешивания и измельчения смесей из сыпучих материалов работает следующим образом.

В начале работы открывают крышки 21 и загружают мелющие тела в люки 20. Размеры и количество загружаемых мелющих тел между парами соседних дисков 4 зависят от технологических требований и физико-механических свойств обрабатываемого материала. Как правило, размеры мелющих тел, загружаемых между первой парой дисков 4 со стороны загрузочного устройства 11, в несколько раз больше размеров мелющих тел, которые загружают между последней парой дисков 4. Изменение размеров и количества мелющих тел между промежуточными парами дисков 4 определяется экспериментально и зависит от режимов обработки и свойств обрабатываемого материала. С целью исключения попадания мелющих тел из одного промежутка между дисками 4 в другой, диски 4 выполняют разного диаметра. При этом диаметр дисков 4 должен обеспечивать зазор между внутренней поверхностью рабочей емкости 1 и ободом диска 4 меньше наименьшего размера мелющих тел, соприкасающихся с этим диском. После этого включают привод 18 с помощью, например, зубчатой передачи 19, разгоняют рабочую емкость 1 до требуемой угловой скорости ω_б. Величина требуемой угловой скорости ω_б рабочей емкости 1 определяется физико-механическими свойствами обрабатываемого материала и техническими требованиями к готовому продукту. После этого включают привод 14 ротора 5 с дисками 4 и установленными на них лопатками 6 и/или дополнительными лопатками 7 и/или 8. Величина угловой скорости вращения ротора 5 также определяется технологическим режимом обработки материала. После этого в загрузочное устройство 11 подают обрабатываемый материал, который с помощью шнека 12 подают внутрь рабочей емкости 1.

В пространство между первой парой дисков 4 обрабатываемый материал попадает через сквозные отверстия 23 в первом диске 4. Часть обрабатываемого материала попадает в зазор между первым диском 4 и торцом рабочей емкости 1. Этот обрабатываемый материал подается в промежуток между парой дисков 4 с помощью скребков 31 через зазор между ободом первого диска 4 и внутренней поверхностью рабочей емкости 1. Обрабатываемый материал и мелющие тела совместно с рабочей емкостью 1 отделяются от ее внутренней поверхности с помощью лопаток 6, и/или дополнительных лопаток 7, и/или 8. Так как лопатка 6 имеет сквозные отверстия и/или пазы с размерами меньше, чем наименьший размер мелющих тел, то часть обрабатываемого материала проходит через сквозные отверстия и/или пазы лопатки 6 и падает на внутреннюю поверхность рабочей емкости 1, а мелющие тела и крупные куски обрабатываемого материала движутся по передней поверхности лопатки 6, где формируются в виде потока. Поток мелющих тел и крупных кусков обрабатываемого материала после схода с передней поверхности лопатки 6 падает на обрабатываемый материал, движущийся совместно с рабочей емкостью 1. Измельчение и перемешивание материала происходит во время движения обрабатываемого материала и мелющих тел по лопатке 6, а также во время падения потока мелющих тел на обрабатываемый материал, прижатый центробежными силами к внутренней поверхности рабочей емкости 1. В случае, когда дополнительные лопатки 7 и/или 8 выполнены без сквозных отверстий и/или пазов, измельчение и перемешивание материала может происходить во время взаимодействия потока мелющих тел и крупных кусков обрабатываемого материала с потоком обрабатываемого материала, формируемым дополнительными лопатками 7 и/или 8. Многократное повторение циклов обработки обрабатываемого материала лопатками 6, и/или дополнительными лопатками 7, и/или 8 позволяет измельчать материал до требуемых размеров и получать однородные смеси. При этом обрабатываемый материал, измельченный до размеров готового продукта помола может выводиться из зоны измельчения и смешивания с помощью воздушной аспирации, создаваемой вентилятором 16 из зоны измельчения и смешивания. Это позволяет исключить переизмельчение обрабатываемого материала и снизить общие затраты на процесс измельчения и смешивания. При накоплении обрабатываемого материала между соседними дисками 4 до некоторого заданного условия он перемещается в соседний промежуток между дисками 4 через сквозные отверстия 23 в них. Кроме этого перемещение материала в соседний промежуток между дисками 4 по направлению к устройству выгрузки 15 происходит через зазор между ободом диска 4 и внутренней поверхностью рабочей емкости 1. Перемещение обрабатываемого материала в этом зазоре реализуется за счет краевого эффекта на лопатках 6, и/или дополнительных лопатках 7, и/или 8. Кроме этого продольное перемещение обрабатываемого материала вдоль оси рабочей емкости 1 может быть обеспечено формой зубьев лопатки 6, и/или дополнительных лопаток 7, и/или 8. Например, продольное осевое перемещение обрабатываемого материала могут обеспечить лопатки 6, и/или дополнительные лопатки 7, и/или 8, имеющие пазы между зубьями в форме параллелограмма. Краевой эффект заключается в том, что часть обрабатываемого материала, отделяемого от внутренней поверхности рабочей емкости 1 под действием сил, возникающих в зоне отделения сходит с боков лопатки 6, и/или дополнительных лопаток 7, и/или 8 и перемещается в зазор между ободом диска 4 и внутренней поверхностью рабочей емкости 1. Так как материал со стороны торца диска 4, обращенного к устройству выгрузки 15, отводится с помощью лопаток 6, и/или дополнительных лопаток 7, и/или 8, то обрабатываемый материал в зазоре между торцом диска 4 и внутренней поверхностью рабочей емкости 1 движется в направлении устройства для выгрузки 15. Для увеличения скорости движения обрабатываемого материала вдоль оси вращения рабочей емкости 1 на ободах промежуточных дисков 4 также могут быть установлены скребки 31, края которых не выходят за торцы дисков. Частично измельченный материал, попадая в соседний промежуток между дисками 4, смешивается с находящимися там мелющими телами другого размера. Уменьшение размера мелющих тел при уменьшении крупности обрабатываемого материала позволяет более интенсивно и эффективно проводить процесс измельчения (Сиденко, П.М. Измельчение в химической промышленности / П.М. Сиденко. - Изд. 2-е, перераб. М., «Химия», 1977 - 368 с.). В каждом промежутке между дисками 4 обрабатываемый материал измельчается и смешивается аналогично процессу, описанному выше для первого промежутка между дисками 4. Таким образом, материал последовательно проходит два, три, четыре и более промежутков между дисками 4 для достижения заданной крупности готового продукта. Таким образом, в устройстве для смешивания и измельчения непрерывного действия обрабатываемый материал проходит несколько ступеней измельчения и смешивания, что позволяет на одной установке получать готовый продукт любой заданной фракции или однородности. Количество ступеней обработки зависит от свойств обрабатываемого материала, режимов измельчения и смешивания. Как показали эксперименты, для получения порошков крупностью более 5 микрометров достаточно четырех стадий измельчения и смешивания и, следовательно, устройство для смешивания и измельчения должно иметь 4-5 промежутков между диском 4. Из последнего промежутка между дисками 4 готовый материал выводится через сквозные отверстия 23 в последнем диске 4 и с помощью скребков 31, установленных на последнем диске 4. Кроме этого весь готовый продукт или его часть могут выводиться с помощью воздушных потоков, создаваемых вентилятором 16. В первом случае готовый продукт через отверстия в устройстве для выгрузки 15 попадает в бункер-накопитель (на чертеже не показан), а во-втором случае отделяется циклоном 17 из воздушного потока и также направляется в бункер-накопитель. Применение системы аспирации для отвода измельчаемого продукта позволяет исключить такое нежелательное явление, как переизмельчение, снизить энергозатраты и повысить однородность готового продукта.

Устройство для непрерывного смешивания и измельчения смесей из сыпучих материалов позволяет также осуществлять измельчение методом мокрого помола. В этом случае в рабочую емкость 1 подается жидкость, являющаяся средой измельчения, например вода, а измельчение, смешивание и перемещение пульпы обрабатываемого материала вдоль оси вращения рабочей емкости 1 осуществляется аналогично процессам, описанным для сухого измельчения и смешивания материала.

Применение предлагаемого устройства для смешивания и измельчения непрерывного действия позволяет сократить количество оборудования, используемого для измельчения и смешивания, значительно сократить время обработки, снизить энергозатраты на единицу готового продукта, исключить переизмельчение, уменьшить разброс крупности материала по фракциям, улучшить однородность сухих смесей порошков.