способ сверхтонкого измельчения материалов и комплекс средств для его осуществления

Классы МПК:B02C19/06 струйные мельницы 
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Трофимов Петр Федорович (RU),
Сахаров Юрий Дмитриевич (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2006-07-10
публикация патента:

Изобретение относится к оборудованию для измельчения сыпучих материалов и может быть использовано в химической, нефтяной, металлургической и лакокрасочной отраслях промышленности, в строительстве, а также в других отраслях промышленности, где по условиям производства необходимо тонкое измельчение и активация сыпучих материалов. По предложенному способу материал сначала подается в сушилку. Затем его классифицируют: мелкий класс через дозатор попадается в трубу большого диаметра, присоединенную к камере измельчения, а крупный класс измельчают и объединяют с мелким. Далее при помощи эжектированного воздуха и завихрителя материал поступает в камеру измельчения. Камера тангенциально соединена с циклоном. В частицах создается дополнительное напряжение. Это напряжение создается за счет резкого изменения направления вращения газосмеси с горизонтального (камера измельчения) на вертикальное (циклон), а также за счет многократного соударения частиц о стенки камеры и между собой. Кроме того, это приводит к активации частиц. Техническим результатом является упрощение способа сверхтонкого измельчения материалов, повышение производительности комплекса. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил. способ сверхтонкого измельчения материалов и комплекс средств   для его осуществления, патент № 2322301

Рисунки к патенту РФ 2322301

способ сверхтонкого измельчения материалов и комплекс средств   для его осуществления, патент № 2322301

Изобретение относится к оборудованию для измельчения сыпучих материалов и может быть использовано в отраслях промышленности: химической, нефтяной при измельчении бентонитовых глин, металлургической, лакокрасочной, в строительстве при производстве сухих строительных смесей, а также в других отраслях промышленности, где по условиям производства необходимо тонкое измельчение и активация сыпучих материалов.

Известен способ измельчения полимерных материалов и устройство для его осуществления, по которому частицы материала разгоняются, а затем ударяют о неподвижные части мельницы (заявка РФ №94006696, В02С 23/00, от 24.02.1994, опубл. 20.10.1995). Данный способ позволяет проводить тонкое измельчение материалов, но способ низкопроизводителен, а устройство для осуществления его слишком сложно.

Известна противоточная струйная мельница, содержащая разгонные трубки, введенные в помольную камеру (заявка РФ №2000128609, В02С 19/06, от 16.11.2000, опубл. 10.04.2001). Устройство сложно по своей конструкции, его производительность низка.

Известен способ сверхтонкого измельчения материалов, включающий предварительное дробление материала, организацию потоков газовзвеси с частицами материала, введение в помольный объем камеры измельчения газовзвеси, создание в помольном объеме комплекса возмущающих воздействий на поле течения и возмущений плотности в виде скачков уплотнений и разряжений, обеспечение условий для контактного взаимодействия частиц материала между собой и с рабочими поверхностями камеры измельчения, классификацию и осаждение готового продукта (патент РФ №2070094, В02С 19/06, от 06.12.1993, опубл. 10.12.1996). Данный способ обеспечивает тонкое измельчение материалов, активирует материал, но очень сложен для применения в промышленных условиях, а для воспроизведения способа необходимы сложные устройства. Кроме того, данный способ малопроизводителен.

Известна струйная установка для измельчения сыпучего материала, содержащая камеру измельчения с устройством для подачи газа (воздуха), бункер с дозатором и устройство для разделения газовзвеси (патент РФ №2079366, от 04.07.1995, опубл. 20.05.1997 - прототип). Данная установка хорошо измельчает материал, но сложна по конструкции и малопроизводительна.

Задачей изобретения является упрощение способа сверхтонкого измельчения материала и комплекса средств для его осуществления. Кроме того, задачей изобретения является повышение производительности комплекса.

Поставленная задача решается тем, что в способе сверхтонкого измельчения материалов и комплексе средств для его осуществления, включающем предварительное дробление материала, организацию потоков газовзвеси с частицами материала, введение в помольный объем камеры газовзвеси, создание в помольном объеме камеры измельчения возмущающих воздействий на поля течения и возмущений плотности в виде скачков уплотнения и разрежения, обеспечение условий для контактного взаимодействия частиц материала между собой и с рабочими поверхностями камеры измельчения, классификацию и осаждение готового продукта, по изобретению подают материал с помощью эжекции газа (воздуха), закручивают газовзвесь и подают ее в камеру измельчения вдоль передней стенки, а осаждают материал в циклоне, при этом резко меняют горизонтальное направление вращения газовзвеси в камере измельчения на вертикальное вращение в циклоне.

В способе по пункту 1 изобретения материал предварительно сушат, разделяют его на фракции, например в вибросите, крупную фракцию направляют на помол, а мелкую фракцию из сита и после помола направляют в бункер, а затем на дальнейшее измельчение и активацию.

В комплексе средств для сверхтонкого измельчения, включающем камеру измельчения с устройством для подачи газа (воздуха), бункер с дозатором и устройство для разделения газовзвеси, по изобретению устройство для подачи газа (воздуха) выполнено в виде трубы с соплом, соединенной с трубой большего диаметра, в которой прорезано отверстие для соединения ее с бункером, при этом труба большего диаметра соединена с камерой измельчения, при этом в конце трубы в месте соединения ее с камерой измельчения установлен завихритель, выполненный, например, в виде конуса с закрепленными на нем витками спирали, а камера измельчения выполнена в виде трубы большого диаметра, передняя стенка которой по ходу движения воздуха выполнена в виде, например, диффузора, причем камера измельчения соединена тангенциально с циклоном (устройством для разделения газовзвеси).

Комплекс по пункту 3 выполнен так, что он включает дополнительно сушилку для сушки материала, например, вибросито для разделения материала на фракции, например, вибромельницу для помола крупной фракции материала.

Анализ предложенного решения с прототипом позволил выделить признаки, отличающие предложенное решение от прототипа, что соответствует критерию «новизна». Сравнительный анализ предложенного решения с известными решениями не выявил признаков, совпадающих с отличительными признаками предложенного решения, что соответствует критерию «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется чертежом, где изображен схематично комплекс.

По предложенному способу материал сначала сушат в сушилке, а затем разделяют на фракции на сите (например, на вибросите) и фракцию с размером частиц более 100 мкм направляют на помол, например, в вибромельницу. Сита и мельницы могут быть различны по своей конструкции и принципу действия. Отделенная на сите и помолотая на мельнице фракция в 100 мкм и менее поступает в бункер для дальнейшего измельчения и активации.

Далее организуют поток газовзвеси с частицами материала таким образом, чтобы в камере измельчения газовзвеси частицы материала многократно соударялись между собой, а также со стенками камеры измельчения за счет возмущающих воздействий на поле течения, создания скачков уплотнения и разрежения за счет изменения скорости течения газовзвеси. Закручивание газовзвеси в камере измельчения и разделение в циклоне (устройстве для разделения газовзвеси) сопровождается изменением горизонтального вращения в камере измельчения на вращение вертикальное в циклоне. Сложное суммарное движение частиц с сильным динамическим воздействием от соударений частиц между собой и стенками и направляющими элементами камеры создают внутренние напряжения в частицах, ведущие к их растрескиванию и разрушению.

Подача материала осуществляется за счет эжекции газа (воздуха).

Закручивают газовзвесь и подают ее в камеру измельчения с большой скоростью, которая резко падает в камере измельчения за счет большого диаметра камеры. Газовзвесь подается вдоль передней стенки (по ходу движения газа) камеры измельчения и с силой ударяется о горизонтальные стенки камеры.

Способ сверхтонкого измельчения материалов осуществляется комплексом средств для сверхтонкого измельчения. Комплекс состоит из камеры сверхтонкого измельчения 1 с устройством для подачи газа (воздуха) 2, бункера 3 с дозатором 4 и устройства для разделения газовзвеси (циклона) 5. Устройство для подачи газа (воздуха) 2 состоит из трубы с соплом 6, соединенной с трубой большего диаметра 7. В трубе 7 прорезано отверстие 8 для соединения ее с бункером 3. Труба 7 соединена с камерой измельчения 1. В конце трубы 7 в месте ее соединения с камерой измельчения 1 установлен завихритель 9, выполненный, например, в виде конуса с закрепленными на нем витками спирали 10. Завихритель 9 может быть выполнен в виде вертушки, ступенчатого конуса, яйца и т.д. Камера измельчения 1 изготовлена в виде трубы большого диаметра, передняя стенка которой по ходу движения газа (воздуха) выполнена в виде, например, диффузора 11. Передняя стенка может быть выполнена в виде тарелки, спрофилированного диска с отверстием и т.д. Камера измельчения 1 соединена с устройством для разделения газовзвеси (циклона) 5 тангенциально. Комплекс средств для сверхтонкого измельчения материалов включает дополнительно сушилку 12, например, барабанную, для сушки материала. Конструктивно сушилка может быть любой. После сушки материала в сушилке 12 он подается норией (не показана), например, в вибросито 13 (или другое устройство) для разделения материала на фракции. При этом частицы размером более 100 мкм направляются, например, в вибромельницу 14 (мельницы конструктивно могут быть любыми) для помола до тонины материала в 100 мкм и менее. Фракции с тониной помола материала в 100 мкм и менее с вибросита 13 и из мельницы 14 подаются в бункер 3 для дальнейшего сверхтонкого помола и активации.

Комплекс работает следующим образом. Материал (например, зола ТЭЦ) из хранилища подается, например, ленточным транспортером (не показан) в сушилку 12. После сушки материал норией (не показана) подается на вибросито 13, где разделяется на две фракции. Частицы размером свыше 100 мкм (первая фракция) подаются на помол в вибромельницу 14, а фракция частиц с размером менее 100 мкм подается в бункер 3.

После помола в вибромельнице 14 до тонины помола частиц 100 мкм и менее материал также подается в бункер 3. По трубе 2 с большой скоростью через сопло 6, например, от компрессора (не показан) подается газ (воздух) в трубу большего диаметра 7. Открывается заслонка (не показана) в бункере 3, установленная в отверстии 8, и материал из бункера 3 через дозатор 4 равномерно подается в трубу 7, а так как труба 7 значительно больше в диаметре, чем устройство для подачи газа (воздуха) 2, скорость газовзвеси резко падает. По мере движения воздуха вперед через завихритель 9, выполненный в виде конуса с закрепленными на нем витками спирали 10, скорость газовзвеси резко возрастает за счет сужения трубы 7. Газовзвесь закручивается витками спирали 10 и с большой скоростью поступает в камеру измельчения 1 двумя потоками: один поток по передней стенке (по ходу движения газа), выполненной в виде диффузора 11; другой поток в виде закрученной спирали прямо в камеру измельчения 1. Этот поток по мере приближения к циклону 5 образует воронку, в которую с большой силой засасывается газовзвесь. Так как камера измельчения по своему диаметру значительно превосходит трубу 7, то скорость газовзвеси падает. При движении по трубе 7 частицы газовзвеси многократно соударяются между собой, ударяются о витки спирали 10 завихрителя 9, а затем, перемещаясь по передней стенке 11, выполненной в виде диффузора, ударяются о наружные стенки камеры измельчения 1. Многократные скачки скорости приводят к сжатию и резкому разжатию частиц материала, что способствует появлению внутренних напряжений в них и усилению дефектов, которые при многократных соударениях частиц между собой и стенками трубы 7, витками спирали 10, завихрителя 9 и стенками камеры измельчения 1 приводят к появлению многочисленных трещин в частицах и, в конечном итоге, к разрушению (измельчению) частиц. Окончательное разрушение частиц происходит за счет резкого изменения горизонтального направления вращения в камере измельчения 1 на вертикальное в устройстве для разделения газовзвеси (циклоне) 5. Это происходит за счет тангенциального соединения камеры измельчения 1 с устройством для разделения газовзвеси (циклоном) 5. В циклоне 5 газовзвесь вращается в вертикальной плоскости, воздух поднимается вверх циклона и выводится наружу (в атмосферу), а частицы материала осаждаются. Многократные соударения частиц материала о стенки трубы 7, витки спирали 10, завихрителя 9 и стенки камеры измельчения 1 кроме разрушения частиц приводят к накоплению в частицах дополнительной энергии, то есть к активации их. Измельченная и активированная таким способом, например, зола ТЭЦ позволила получить частицы величиной 50 мкм и менее с активностью соответствующей цементу марки 400...700.

Таким образом, предложенный способ сверхтонкого измельчения материалов и комплекс средств для его осуществления прост по своей технологии и конструкции и позволяет существенно повысить производительность измельчения.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ сверхтонкого измельчения материалов, включающий предварительное дробление материала, организацию потоков газовзвеси с частицами материала, введение в помольный объем камеры измельченной газовзвеси, создание в помольном объеме камеры измельчения возмущающих воздействий на поля течения и возмущений плотности в виде скачков уплотнения и разрежения, обеспечение условий для контактного взаимодействия частиц материала между собой и с рабочими поверхностями камеры измельчения, классификацию и осаждение готовой продукции, отличающийся тем, что подают материал с помощью эжекции воздуха, закручивают газовзвесь и подают ее в камеру измельчения вдоль передней стенки по ходу движения воздуха, заставляя частицы материала многократно соударяться между собой и со стенками камеры, а осаждают материал в циклоне, при этом резко меняют горизонтальное направление вращения газовзвеси в камере измельчения на вертикальное вращение в циклоне.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал предварительно сушат, разделяют его на фракции, например в вибросите, крупную фракцию направляют на помол, например в вибромельнице, а мелкую фракцию из сита и после помола направляют в бункер, а затем на дальнейшее измельчение и активацию.

3. Комплекс средств для сверхтонкого измельчения, включающий камеру измельчения с устройством для подачи воздуха, бункер с дозатором и устройство для разделения газовзвеси, отличающийся тем, что устройство для подачи воздуха выполнено в виде трубы с соплом, соединенной с трубой большего диаметра, в которой прорезано отверстие для соединения ее с бункером, при этом труба большего диаметра соединена с камерой измельчения, а в конце трубы в месте соединения ее с камерой измельчения установлен завихритель, выполненный в виде конуса с закрепленными на нем витками спирали, а камера измельчения выполнена в виде трубы с диаметром большим, чем диаметр предыдущей трубы, передняя стенка которой по ходу движения воздуха выполнена в виде диффузора, причем камера измельчения соединена тангенциально с циклоном.

4. Комплекс по п.3, отличающийся тем, что он включает дополнительно сушилку для сушки материала, вибросито для разделения материала на фракции, вибромельницу для помола крупной фракции материала.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2322301

patent-2322301.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс B02C19/06 струйные мельницы 



Наверх