способ уплотнения сыпучего порошкового материала и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ уплотнения сыпучего порошкового материала, включающий ограничение объема сыпучего порошкового материала путем размещения его в резервуаре и вращение погруженного в сыпучий порошковый материал, имеющего лопатки вращаемого элемента относительно его оси вращения, отличающийся тем, что вращаемый элемент выполнен в виде диска, на котором установлено множество упомянутых лопаток, размещенных на нем с промежутками по окружности с образованием у каждой лопатки внутреннего и внешнего концов и поверхности контакта с сыпучим порошковым материалом, расположенной главным образом по касательной к направлению вращения, причем каждая лопатка со стороны внутреннего конца выполнена со скосом в плоскости лопатки, имеющим угол от 15 до 60 по отношению к оси вращения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что он предусматривает создание вибраций резервуара для предотвращения агломерации порошкового материала, или его наращивания, или слеживания у внутренних поверхностей резурвуара.

3. Способ по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что он предусматривает осуществление контроля плотности уплотненного сыпучего порошкового материала, причем контроль плотности этого материала осуществляют при помощи способа, выбранного из группы, в которую входят способ воздействия на время пребывания сыпучего порошкового материала в резервуаре, способ воздействия на угловую скорость сыпучего порошкового материала в резервуаре, а также комбинация двух или нескольких из указанных способов.

4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что ось вращения вращаемого элемента расположена главным образом вертикально.

5. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что вращаемый элемент приводится во вращение с угловой скоростью от 100 до 3500 об/мин.

6. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что вращаемый элемент приводится во вращение с угловой скоростью от 500 до 1000 об/мин.

7. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что вращаемый элемент приводится во вращение с угловой скоростью от 700 до 800 об/мин.

8. Способ по одному из пп.1-7, отличающийся тем, что при использовании этого способа для уплотнения порошкового диоксида кремния, имеющего средний размер частиц менее 0,5 мкм, соотношение плотности диоксида кремния до его уплотнения и плотности уплотненного диоксида кремния по меньшей мере равно 2:3.

9. Способ по одному из пп.1-7, отличающийся тем, что при использовании этого способа для уплотнения порошкового диоксида кремния, имеющего средний размер частиц менее 0,5 мкм, соотношение плотности диоксида кремния до его уплотнения и плотности уплотненного диоксида кремния по меньшей мере равно 1:2.

10. Устройство для уплотнения сыпучего порошкового материала, содержащее резервуар для ограничения, по меньшей мере частичного, массы сыпучего порошкового материала, размещенный в резервуаре вращаемый элемент, который имеет лопатки и при работе погружен в массу сыпучего порошкового материала, и средство привода, подключенное к вращаемому элементу и способное создавать вращение этого элемента относительно его оси вращения, отличающееся тем, что вращаемый элемент выполнен в виде диска, на котором установлено множество упомянутых лопаток, размещенных на нем с промежутками по окружности с образованием у каждой лопатки внутреннего и внешнего концов и поверхности контакта с сыпучим порошковым материалом, расположенной главным образом по касательной к направлению вращения, причем каждая лопатка со стороны внутреннего конца выполнена со скосом в плоскости лопатки, имеющим угол от 15 до 60 по отношению к оси вращения.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что лопатки выступают из верхней поверхности диска.

12. Устройство по одному из пп.10-11, отличающееся тем, что лопатки имеют плоские поверхности контакта с материалом, направленные главным образом по касательной к приводному валу, связывающему средство привода с вращаемым элементом.

13. Устройство по одному из пп.10-11, отличающееся тем, что резервуар имеет выпуск для уплотненного сыпучего материала на низком уровне и впуск сыпучего материала на более высоком уровне, чем выпуск, причем вращаемый элемент расположен на высоте размещения выпуска.

14. Устройство по одному из пп.10-13, отличающееся тем, что средство привода выполнено с возможностью вращения с угловой скоростью от 100 до 3500 об/мин.

15. Устройство по одному из пп.10-12, отличающееся тем, что средство привода выполнено с возможностью вращения с угловой скоростью от 500 до 1000 об/мин.

16. Устройство по одному из пп.10-15, отличающееся тем, что резервуар имеет стенку, ограничивающую цилиндрическое внутреннее пространство, и центральную продольную ось, которая соосна оси вращения вращаемого элемента, при этом соотношение диаметра круга, описываемого вращаемым элементом при его вращении, и диаметра резервуара составляет от 0,25:1 до 0,99:1.

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что отношение диаметра круга, описываемого вращаемым элементом при его вращении, и диаметра резервуара составляет от 0,9:1 до 0,99:1.

18. Устройство по одному из пп.10-17, отличающееся тем, что резервуар имеет объем от 0,1 до 200 м³.

19. Устройство по одному из пп.10-17, отличающееся тем, что резервуар имеет объем от 0,1 до 0,5 м³.

20. Устройство по одному из пп.10-19, отличающееся тем, что ось вращения вращаемого элемента расположена главным образом вертикально.

21. Устройство по одному из пп.1-20, отличающееся тем, что оно имеет средства для создания вибраций резервуара для предотвращения агломерации порошкового материала, или его наращивания, или слеживания у внутренних поверхностей резервуара.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к уплотнению сыпучего порошкового материала.

Известно осуществление уплотнения порошкового материала, при котором по крайней мере часть объема уплотненного материала помещается в резервуар, оснащенный приводимым во вращение элементом, при этом вращение указанного элемента обеспечивает уплотнение помещенного в резервуар материала (патент США 4597510).

Авторами настоящего изобретения было обнаружено, что известный способ уплотнения можно сделать более эффективным при определенных характеристиках конструкции и режима работы вращаемого элемента.

Сущность изобретения заключается в том, что вращаемый элемент имеет форму диска с множеством размещенных по окружности с промежутками лопаток с образованием у каждой лопатки внутреннего и внешнего концов и поверхности контакта с сыпучим порошковым материалом, расположенной главным образом по касательной к направлению вращения, причем каждая лопатка со стороны внутреннего конца выполнена со скосом в полости лопатки, имеющим угол от 15 до 60^o по отношению к оси вращения.

Целесообразно создание вибраций резервуара для предотвращения агломерации порошкового материала или его наращивания или слеживания у внутренних поверхностей резервуара.

Способ уплотнения может предусматривать осуществление контроля плотности уплотненного сыпучего порошкового материала при помощи способа, выбранного из группы, в которую входят способ воздействия на время пребывания сыпучего порошкового материала в резервуаре, способ воздействия на угловую скорость вращения сыпучего порошкового материала в резервуаре, а также комбинация двух или нескольких из указанных способов.

Ось вращения вращаемого элемента целесообразно располагать главным образом вертикально, а вращаемый элемент приводить во вращение с угловой скоростью от 100 до 3500 об/мин, оптимально от 700 до 800 об/мин.

При использовании способа для уплотнения порошкового диоксида кремния, имеющего средний размер частиц менее 0,5 мкм, отношение плотности диоксида кремния до его уплотнения к плотности уплотненного диоксида кремния должно быть по меньшей мере равно 2:3, а при использовании его для уплотнения порошкового диоксида кремния, имеющего средний размер частиц менее 0,5 мкм, указанное отношение должно быть по меньшей мере равно 1:2.

Кроме указанных особенностей вращаемого элемента устройство для уплотнения сыпучего порошкового материала в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что лопатки выступают из верхней поверхности диска и лопатки имеют плоские поверхности контакта с материалом, направленные главным образом по касательной к приводному валу, связывающему средство привода с вращаемым элементом.

Целесообразно, чтобы резервуар имел выпуск для уплотненного сыпучего материала на низком уровне и впуск сыпучего материала на более высоком уровне, чем выпуск, причем вращаемый элемент расположен на высоте размещения выпуска.

Кроме того, резервуар имеет стенку, ограничивающую цилиндрическое внутреннее пространство и центральную продольную ось, которая соосна оси вращения вращаемого элемента, при этом отношение диаметра круга, описываемого вращаемым элементом при его вращении, к диаметру резервуара составляет от 0,25:1 до 0,99:1 и имеет объем от 0,1 м³ до 200 м³.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на схематичные сопроводительные чертежи и примеры его осуществления.

На фиг. 1 показана в сечении вертикальная проекция одного из вариантов устройства в соответствии с настоящим изобретением, предназначенного для уплотнения сыпучего порошкового материала.

На фиг.2 показано трехмерное изображение вращаемого элемента устройства фиг.1.

На фиг.3 показана в сечении вертикальная проекция другого варианта устройства в соответствии с настоящим изобретением, предназначенного для уплотнения сыпучего порошкового материала.

На фиг.4 показано трехмерное изображение вращаемого элемента устройства фиг.3.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг.1, на которой позицией 10 показано в общем виде устройство для уплотнения сыпучего порошкового материала, выполненное в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. Устройство 10 имеет резервуар 12 для сыпучего порошкового материала и вращаемый элемент 14, который в рабочем состоянии погружен в сыпучий порошковый материал, содержащийся в резервуаре 12, и выполнен с возможностью вращения относительно вертикальной оси вращения 16.

Резервуар 12 имеет кольцевую цилиндрическую стенку 18, которая образует круговую цилиндрическую внутреннюю поверхность 20 резервуара 12. Таким образом, резервуар 12 имеет продольную вертикальную ось, которая соответствует оси вращения 16 или идет параллельно оси вращения 16 (соосна ей). В другом варианте осуществления настоящего изобретения ось резервуара и ось вращения могут быть расположены под углом к горизонтали, например под углом около 60^o.

Резервуар 12 имеет впуск 22 для сыпучего порошкового материала и выпуск 24 для уплотненного сыпучего порошкового материала. Впуск 22 расположен на крыше (на крышке) 26 резервуара 12, а выпуск 24 расположен на полу (на дне) 28 резервуара 12.

Вращаемый элемент 14 расположен между впуском 22 и выпуском 24, причем вращаемый элемент 14 механически связан с приводным валом 30, который, в свою очередь, непосредственно подключен к электрическому двигателю (не показан). Электрический двигатель может избирательно вращать вращаемый элемент 14 с угловой скоростью до 3500 об/мин.

Вращаемый элемент 14 содержит дискообразный корпус 32, из которого выступает множество смещенных по окружности плоских лопаток 34. Лопатки 34 выполнены или направлены таким образом, что в рабочем состоянии перемещение содержащегося в резервуаре 12 сыпучего порошкового материала происходит внутрь в направлении оси вращения 16. Лопатки 34 выступают из поверхности 36 выполненного в виде диска корпуса 32, которая в рабочем положении является верхней поверхностью диска.

Дискообразный корпус 32 и, следовательно, вращаемый элемент 14 имеют диаметр 720 мм. Резервуар 12 имеет внутренний диаметр около 800 мм, таким образом, отношение диаметра вращаемого элемента 14 к диаметру резервуара 12 равно 0,9:1.

Приводной вал 30 проходит через крышу 26 резервуара 12 через уплотнение 38, которое предусмотрено между приводным валом 30 и крышей 26.

Под выпуском 24 предусмотрен ленточный конвейер 40.

В резервуаре 12 предусмотрен выпуск для удаления пыли (не показан) и вибратор (не показан), который установлен у внешней поверхности стенки 18.

В рабочем состоянии в резервуар подают контролируемое количество сыпучего порошкового материала 44, как это показано на фиг.1 стрелкой 42, для поддержания уровня 46 сыпучего порошкового материала в резервуаре 12, достаточного для покрытия вращаемого элемента 14.

Погруженный вращаемый элемент 14 приводится во вращение с угловой скоростью около 2900 об/мин в направлении стрелки 48 при помощи электродвигателя и приводного вала 30. Лопатки 34 перемещают частицы сыпучего порошкового материала в направлении к оси вращения 16 и уплотняют сыпучий порошковый материал. Предусмотрено включение в работу вибратора для предотвращения слеживания сыпучего порошкового материала у внутренних поверхностей резервуара 12 и для удаления образовавшейся пыли через выпуск удаления пыли.

Уплотненный сыпучий порошковый материал выгружают через выпуск 24, как это показано на фиг.1 стрелкой 50, на ленточный конвейер 40, который движется в направлении стрелки 52. Плотность уплотненного сыпучего порошкового материала на ленте конвейера 40 измеряют при помощи средств измерения плотности и средств контроля (не показаны), которые увеличивают или уменьшают скорость выгрузки уплотненного сыпучего порошкового материала из резервуара 12, соответственно увеличивая или уменьшая время пребывания сыпучего порошкового материала в резервуаре 12 для того, чтобы произвести уплотнение сыпучего порошкового материала до желательной объемной плотности.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг.3, на которой позицией 100 показан в общем виде другой вариант устройства в соответствии с настоящим изобретением, предназначенного для уплотнения сыпучего порошкового материала. Устройство 100 аналогично устройству 10, причем аналогичные элементы и узлы указанных устройств имеют одинаковые позиционные обозначения.

Устройство 100 содержит вращаемый элемент 102, который более четко изображен на фиг.4. Как это показано на фиг.4, лопатки 34 являются плоскими и вертикальными, причем они главным образом идут по касательной к приводному валу 30, который показан на фиг.3 и соединен в рабочем состоянии с вращаемым элементом 102. Внутренний концевой участок каждой лопатки 34 является усеченным (скошенным), так что радиально внутренний конец 35 каждой лопатки 34 в плоскости лопатки 34 имеет угол около 30^o относительно оси вращения вращаемого элемента 34.

Вращаемый элемент 102 расположен на высоте выпуска 24 резервуара 12. Выпуск 24 предусмотрен в нижней части стенки 18 резервуара 12, причем предусмотрена регулируемая (по ширине) вручную крышка 104 выпуска, что позволяет при работе устройства регулировать скорость выпуска уплотненного сыпучего порошкового материала из резервуара 12.

Приводной вал 30 установлен с возможностью вращения на опорном элементе 31 при помощи двух блоков 33 и оперативно подключен к электрическому двигателю 106 при помощи приводного ремня 108 и двух шкивов 110, 112. Электродвигатель 106 и шкивы 110, 112 выбраны таким образом, что в рабочем состоянии вращаемый элемент совершает вращение со средней скоростью от 700 до 800 об/мин.

Резервуар 12 и электродвигатель 106 установлены на опорной конструкции 114.

Резервуар 12 имеет внутренний диаметр около 576 мм и высоту около 1500 мм. Вращаемый элемент 102 имеет диаметр около 550 мм. Таким образом, отношение диаметра вращаемого элемента 102 к диаметру резервуара 12 составляет около 0,95:1.

Устройство 100 используют аналогично устройству 10 для уплотнения сыпучего порошкового материала. Сыпучий порошковый материал подают в резервуар 12 через впуск 22 и поддерживают в резервуаре 12 уровень сыпучего порошкового материала, достаточный для покрытия вращаемого элемента 102, причем вращаемый элемент 102 приводят во вращение с угловой скоростью около 732 об/мин при помощи электродвигателя 106 и приводного вала 30. Лопатки 34 перемещают частицы материала в направлении оси вращения вращаемого элемента 102 и уплотняют сыпучий порошковый материал. Уплотненный сыпучий порошковый материал периодически выгружают через выпуск 24 на ленточный конвейер 40 при помощи наклонного желоба 116. Конвейер 40 транспортирует уплотненный сыпучий порошковый материал к упаковочной установке (не показана), которая упаковывает его в пакеты или мешки.

ПРИМЕР 1

1000 г неуплотненного необработанного мелкого порошка диоксида кремния ("мореного" диоксида кремния) при комнатной температуре поместили в лабораторный цилиндрический резервуар, имеющий внутренний диаметр около 155 мм и высоту около 300 мм. Неуплотненный мелкий порошок диоксида кремния имел следующий состав, % (по весу на сухой):

Fе₂О₃ - 0,15

СаО - 0,20

Аl₂O₃ - 0,15

MgO - 0,40

Nа₂О - 0,15

К₂О - 0,50

МnО - 0,02

TiO₂ - 0,06

Р₂O₅ - 0,10

С - 5,0

S - 0,25

Ni - 0,03

Zn - 0,03

Pb - 0,003

Сu - 0,002

Со - 0,002

SiO₂ - 92,953

Значение рН (5 г/100 мл дистиллированной воды) неуплотненного мелкого порошка диоксида кремния составляет от 6,5 до 7,8, содержание влаги составляет около 0,4%, а средний диаметр частиц составляет около 0,15 мкм. Объемная плотность неуплотненного мелкого порошка диоксида кремния составляет около 281,7 кг/м³.

Вращаемый элемент, такой как элемент, показанный на фиг.2, имеющий диаметр около 135 мм, погружают в находящийся в резервуаре мелкий порошок диоксида кремния и приводят этот элемент во вращение с угловой скоростью около 3000 об/мин на время около 150 с, чтобы произвести уплотнение мелкого порошка диоксида кремния. Уплотненный мелкий порошок диоксида кремния извлекали из резервуара и определяли его плотность. Нашли, что плотность уплотненного мелкого порошка диоксида кремния составляет около 623,7 кг /м³ при температуре 69^oС.

ПРИМЕР 2

Устройство 100 было использовано для уплотнения мелкого порошка диоксида кремния неизвестного состава. Всего было проведено 16 прогонов и результаты были сведены в приведенные таблицы 1 и 2. В каждом прогоне вращаемый элемент 102 приводился во вращение с угловой скоростью 732 об/мин, со временем набора скорости в течение ориентировочно 3 секунд, причем по завершении прогона снижение скорости также проводилось в течение ориентировочно 3 секунд.

Преимуществом настоящего изобретения является то, что оно позволяет создать экономичный способ и устройство для уплотнения сыпучего порошкового материала, такого как мелкий порошок диоксида кремния. Дополнительным преимуществом настоящего изобретения является то, что способ и устройство в соответствии с настоящим изобретением позволяют уплотнять мелкий порошок диоксида кремния до более высокой объемной плотности по сравнению с известными ранее способами и устройствами, которые обычно применяют для уплотнения мелкого порошка диоксида кремния.