способ и установка для уменьшения размеров кускового материала, изделие из полученного материала

Формула изобретения

1. Способ уменьшения размеров кускового материала, в котором: кусковой материал предварительно разделяют на фракции с различными размерами зерен, так что некоторые из наиболее грубых пропускают через обходный канал полностью или частично мимо стадии измельчения; часть кускового материала подвергают измельчению посредством дробления слоев материала для получения на выходе материала в виде зерен, имеющего требуемое распределение размеров зерен, который является очень компактным и/или имеет высокую механическую прочность на сжатие, исходя из любого размера зерен кускового материала; материал в виде зерен направляют вниз по потоку исключительно в общий резервуар, независимо от размеров зерен, и смешивают с грубыми зернами для получения за один проход в резервуаре смеси материала в виде зерен, имеющей диапазон распределения размеров зерен, для непосредственного использования.

2. Установка для осуществления способа по п.1, содержащая, по меньшей мере, средство для подвергания части кускового материала операции измельчения, позволяющей получать на его выходе требуемый диапазон распределения размеров зерен материала, который является очень компактным и/или имеет высокую механическую прочность на сжатие, исходя из любого размера зерен кускового материала, а также средство для направления вниз по потоку зерен исключительно в общий резервуар, независимо от размеров зерен, причем средство подвергания кускового сырьевого материала операции измельчения выполнено в виде измельчающего устройства, выполняющего измельчение путем дробления слоев материала, сортировочное устройство, способное выделять различные фракции сырьевого материала, установленное по потоку выше измельчающего устройства.

3. Установка по п.2, в которой сортировочное устройство (4) является экраном.

4. Установка по п.2, в которой сортировочное устройство (4) является решеткой.

5. Установка по п.2, выполненная мобильной, путем установки на дорожное или рельсовое шасси.

6. Изделие, полученное в результате осуществления способа по п.1, после прессования и/или сжатия вибрацией смеси материала в виде зерен.

7. Изделие по п.6, которое выполнено в виде анода.

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к способу и установке, в частности работающей непрерывно, для уменьшения размеров материала в виде кусков, и получения материала в виде зерен, имеющего необходимое распределение размеров зерен, а также к изделию, полученному в результате реализации такого способа.

В области размельчения часто необходимо получать из кускового материала зерен, разница размеров которых соответствует заданному распределению размеров зерен или диапазону распределения размеров зерен, в частности, для последующего использования этого материала в различных упаковочных средствах, использующих вибрацию, уплотнение или прессование, с целью минимизации добавок связующих веществ, которые могут быть необходимы при указанном использовании и/или для оптимизации физических характеристик готового изделия после получения согласно заданным критериям.

Одной из характеристик, имеющей обычно важное значение при определении диапазона размеров зерен является способность мелких зерен возможно точно заполнять промежуточные пустые пространства между зернами с большими размерами, характеристика, которая способствует оптимизации компактности (сжатия) или плотности готового изделия, уменьшению потребления связующих веществ, необходимых для заполнения пустот, а также улучшения механических параметров и/или электрической или тепловой проводимости.

Другой характеристикой, которая часто желательна в более грубой части этого диапазона размеров зерен, является оптимальная прочность на сжатие, так чтобы они не разрушались после многократного использования, и чтобы улучшить механические свойства готового изделия после получения.

В настоящее время не проводят контроль используемого сырьевого материала и даже распределения размеров зерен, получаемых в результате операций размельчения.

Для получения распределения размеров зерен в соответствии с требуемым диапазоном размеров зерен представлялось необходимым разделять процесс получения размеров зерен на две стадии.

Первая стадия заключается в разделении материала на несколько фракций с различными размерами зерен с помощью сортировочных или классифицирующих устройств, в уменьшении избыточного количества некоторых фракций с помощью дробильных или измельчающих установок, в повторном пропускании размельченного материала через сортировочные устройства, и в хранении различных, полученных таким способом фракций в буферных бункерах в соответствии с размерами зерен.

Вторая стадия заключается в воссоздании смеси фракций с различными размерами зерен, полученных на первой стадии, для достижения требуемого диапазона распределения размеров зерен за счет контролируемого изъятия материалов внизу каждого бункера с использованием систем дозирования, основанных на определении объема и/или массы.

Хотя известны установки, использующие только одно измельчающее устройство для одновременного получения различных фракций, эти операции в целом, и в частности, операции классификации и смешивания, требуют большого количества громоздкого оборудования, в частности, если требуется минимизировать количество не пригодного к повторному применению материала. Кроме того, они работают с замкнутым циклом и связаны с рециркуляцией материалов. Таким образом, они являются сложными и дорогими.

Известна установка для гранулометрического измельчения, содержащая только одну дробилку, продукты которой при необходимости могут применяться непосредственно. Однако речь идет о дробилке, обеспечивающей преимущественно монозернистость, а не смесь разных гранулометрических фракций. Такая установка предназначена следовательно для получения материала с заданными нижним и верхним гранулометрическими пределами, исключающими наличие мелких и грубых кусков (см US-A-5375779).

Целью изобретения является создание способа и установки для уменьшения размера зерен кускового сырьевого материала для получения материала в виде зерен, которые не имеют выше указанных недостатков, и обеспечивают непосредственное получение, в частности, непрерывное получение требуемого распределения размеров зерен без рециркуляции и без классификации и повторного смешивания всех или некоторых измельченных материалов.

Другой целью изобретения является создание способа и установки для уменьшения размера зерен кускового сырьевого материала, которые обеспечивают непосредственное использование полученного материала в виде зерен, без необходимости повторной модификации его распределения размеров зерен в соответствии с желаемым применением.

Другой целью изобретения является применение смеси материалов в виде зерен, позволяющее производить изделия, имеющие предпочтительные физические свойства.

Другие цели и преимущества изобретения следуют из последующего описания, которое является иллюстрацией и не должно ограничивать изобретения.

Способ уменьшения размеров кускового материала, в котором:

- кусковой материал предварительно разделяют на фракции с различными размерами зерен, так что некоторые из наиболее грубых пропускают через обходный канал полностью или частично мимо стадии измельчения;

- часть кускового материала подвергают измельчению посредством дробления слоев материала для получения на выходе материала в виде зерен, имеющего требуемое распределение размеров зерен, который является очень компактным и/или имеет высокую механическую прочность на сжатие, исходя из любого размера зерен кускового материала;

- материал в виде зерен направляют вниз по потоку исключительно в общий резервуар, независимо от размеров зерен, и смешивают с грубыми зернами, для получения за один проход в резервуаре смеси материала в виде зерен, имеющей диапазон распределения размеров зерен, для непосредственного использования.

Установка для осуществления способа содержит по меньшей мере средство для подвергания части кускового материала операции измельчения, позволяющей получать на его выходе требуемый диапазон распределения размеров зерен материала, который является очень компактным и/или имеет высокую механическую прочность на сжатие, исходя из любого размера зерен кускового материала, а также средство для направления вниз по потоку зерен исключительно в общий резервуар, независимо от размеров зерен, причем средство подвергания кускового сырьевого материала операции измельчения, выполнено в виде измельчающего устройства, выполняющего измельчение путем дробления слоев материала, сортировочное устройство, способное выделять различные фракции сырьевого материала, установленное по потоку выше измельчающего устройства.

Кроме этого сортировочное устройство (4) является экраном, или сортировочное устройство (4) является решеткой.

Кроме этого установка выполнена мобильной путем установки на дорожное или рельсовое шасси.

Изобретение также относится к изделию, полученному в результате осуществления способа после прессования и/или сжатия вибрацией смеси материала в виде зерен.

Кроме этого изделие выполнено в виде анода.

В способе согласно изобретению используют исходный сырьевой материал, куски которого имеют, например, размеры, меньшие или равные 200 мм.

Предпочтительно, такие куски подвергают измельчению с помощью дробления слоев. На практике было установлено, что за счет выбора такой технологии, параметры операции измельчения могут быть выбраны так, что полученный материал в виде зерен соответствует требуемому диапазону распределения размеров зерен, исходя из кусков любой величины, и кроме того, при открытом контуре.

Понятие "измельчение с помощью дробления слоев" относится к таким способам измельчения, в которых состоящий из множества зерен слой материала, предназначенный для дробления, сжимают между двумя поверхностями, к которым прикладывают достаточное давление для разделения зерен, которые измельчают для получения более мелких зерен.

Во время способа измельчения с помощью дробления слоев, прикладываемая сила сжатия передается внутри слоя материала от зерна к зерну через зоны контакта между зернами.

В начале этого способа, из-за грубого размера зерен материала, пустоты между зернами являются в целом большими, а поверхности контакта между зернами - ограниченными, что создает значительное давление и приводит к разлому более хрупких зерен. Образованные таким образом зерна с меньшими размерами распределяются в незанятых пустотах между зернами, постепенно увеличивая поверхности контакта между зернами и тем самым одновременно уменьшая местные давления в зонах контакта.

В результате способ способствует уменьшению пустот между зернами, соответственно увеличивая плотность слоя материала, пока увеличение точек контакта между зернами не приведет к падению местных давлений ниже порога дробления зерен.

Отсюда следует, что активные части дробилки для измельчения зерен могут иметь небольшой контакт с материалом. В действительности материал дробит сам себя вследствие передачи давления между зернами. Таким образом, можно обрабатывать абразивные материалы при ограниченном износе используемых частей.

С помощью такой технологии можно получать относительно широкий диапазон распределения размеров зерен, например, от 0 до 30 мм или более.

Такие процессы можно использовать для получения распределения размеров зерен, по существу независящего от первоначального размера используемых кусков. Для изменения распределения и/или для согласования с используемым сырьевым материалом, достаточно изменить параметры дробления, такие например, как усилие размельчения и/или прикладываемое давление.

Последнее зависит, в частности, от последующего рабочего давления материала, и должно быть больше или, по меньшей мере, равно этому давлению для предотвращения разрушения зерен на этой стадии.

Известными устройствами для выполнения измельчения с помощью дробления слоев являются, например, вальцовые мельницы, вертикальные шаровые или галечные мельницы, кольцепрокатные дробилки, цилиндровые прессы и дробилки с вибрационным конусом.

Можно использовать, в частности, дробилку с вертикальным вибрационным конусом, т. е. дробилку, в которой конус или контейнер для материала заставляют вибрировать, в то время как другой элемент, контейнер или конус остается неподвижным или подвижным. Детальное описание различных примеров использования таких дробилок приведены ниже.

Другим предметом данного изобретения является установка для реализации указанного выше способа уменьшения размера зерен кускового сырьевого материала, содержащая, по меньшей мере, средство для подвергания части кускового материала операции измельчения, позволяющей получать на выходе требуемый диапазон распределения размеров зерен материала в виде зерен, исходя из любого размера зерен кускового материала, а также средство для направления вниз по потоку материала в виде зерен исключительно в общий резервуар, независимо от размеров зерен.

Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения, средство для подвергания указанного кускового материала операции измельчения является, например, измельчающим устройством, выполняющим дробление слоев.

Как указывалось выше, было установлено, что благодаря принципу работы такого устройства, полученный материал в виде зерен имеет распределение размеров зерен, требуемое для непосредственного применения, и таким образом, установка согласно изобретению не нуждается в устройстве для рециркулирования или разделения измельченных материалов.

Таким образом, установка согласно изобретению содержит предпочтительно одну мельницу, дробящую слои. Однако другие предварительные операции, в частности, операция раскалывания могут быть предусмотрены с использованием других устройств, расположенных выше по потоку.

В случае, если необходимый диапазон распределения размеров зерен требует наличия зерен, имеющих больший размер, чем максимальный размер зерен, получаемых с помощью используемого устройства размельчения, то установка может быть при необходимости дополнительно снабжена выше по потоку от устройства классифицирующим или сортировочным устройством, которое обычно является экраном и/или решеткой, позволяющей выделять различные фракции сырьевого материала и, в частности, выделять из кусков одну или более грубых фракций, отсутствующих в материале в виде зерен. Затем эти грубые фракции пропускают по обходному каналу мимо всей мельницы или ее части.

Эти грубые фракции состоят предпочтительно из зерен, размеры которых больше или равны 1 мм.

Данное изобретение относится к смеси материала в виде зерен, полученной посредством реализации указанного выше способа, для производства с помощью уплотнения, прессования и/или сжатия вибрацией смеси изделий, имеющих оптимизированные механические свойства.

Действительно, в частности, в случае измельчения с помощью дробления слоев, поскольку пороговые значения дробления в зерна во время размельчения могут различаться в соответствии с типом зерен и их сцеплением, происходит селективное измельчение, затрагивающее прежде всего хрупкие зерна. Таким образом, большие зерна размельченного материала получаются первично из наиболее твердых составляющих сырьевого материала.

Кроме того, как уже указывалось, распределение размеров зерен основного материала имеет удовлетворительную плотность, поскольку незанятые пустоты между зернами заполняются во время обработки.

Благодаря такому способу и благодаря такому выбору, на выходе из мельницы получают материал, уже имеющий предпочтительные механические свойства без дополнительной обработки.

Его можно использовать, например, для изготовления анодов при производстве, например, алюминия электролизом. Такие аноды изготавливают, в частности, путем разлома кокса.

Ниже следует подробное описание данного изобретения с помощью чертежей, составляющих неотъемлемую часть изобретения, на которых изображено:

фиг. 1 - первый пример выполнения способа согласно изобретению;

фиг. 2 - второй пример выполнения способа согласно изобретению;

фиг. 3 - третий пример выполнения способа согласно изобретению;

фиг. 4 - четвертый пример выполнения способа согласно изобретению.

Согласно примеру выполнения, показанному на фиг 1, установка согласно изобретению состоит, например, из системы 1 подачи сырьевого материала, мельницы 2 и системы 3, 5 хранения и погрузки в автомобили.

Мельница 2 является, например, мельницей с вибрационным конусом, раскрытой в FR-2702970 и FR-2735402, выданных заявителю данного изобретения.

Система хранения и погрузки в автомобили может быть также заменена любой другой системой, например, устройством для ссыпания материала на землю, расфасовки его в мешки или другим устройством.

Кроме того, мельница 2 может непосредственно снабжать расположенное ниже по потоку устройство для смешивания материала со связующим веществом, если это необходимо, и/или устройство, использующее эту смесь.

Для некоторых случаев применения установка может также выполняться мобильной, прицепной или самодвижущейся, например, путем установки на шасси для транспортировки по шоссе или по рельсам.

Такую установку можно использовать, в частности, для производства дорожного строительного материала с диапазоном распределения размеров зерен между 0 и 30 мм.

Как показано на фиг. 2-4, согласно одному примеру выполнения, сырьевой материал предварительно разделяют на фракции с различным размером зерен, так что некоторые фракции, как уже указывалось, минуют по обходному каналу всю стадию размельчения или ее часть и смешиваются с основным материалом для восполнения содержания грубых зерен, необходимых для комплектации требуемого диапазона распределения размеров зерен.

Более конкретно, установку, схематично показанную на фиг. 2, можно использовать для производства определенных видов гидротехнического бетона.

Такая система содержит между системой 1 подачи и мельницей 2, например, экран 4 с двумя сетками или решетками, которые позволяют выделить из сырьевого материала грубые фракции G1 и G2. Эти грубые фракции могут иметь размер зерен, например, между 5 и 20 мм и 20 и 40 мм соответственно. Их размещают в бункерах 6 и 7.

Перепускное устройство, установленное на одном или нескольких бункерах 6 и 7 с конвейером 8, например, ленточным конвейером, может быть использовано для возвращения избытков этих фракций на вход мельницы 2 вместе с сырьевым материалом М, проходящим через последнюю сетку экрана.

Мельница 2 представляет собой здесь, например, кольцепрокатную мельницу, описанную в FR-90/14004 и FR-2679792.

Измельченный материал F, имеющий, например, размеры от 0 до 10 мм отводят с помощью исполнительной системы 3, такой как ковшовый элеватор, в бункер 5 для хранения.

Система 9 извлечения и дозирования, образованная, например, вибрационным экстрактором, установленным под каждым бункером 5-7, служит для управления скоростью потока извлеченного измельченного материала, а также скоростью двух дополнительных потоков грубых фракций, необходимых для комплектации необходимого диапазона распределения размеров зерен.

Согласно варианту выполнения, показанному на фиг.3, смесь из зерен, полученных после размельчения, можно использовать также, например, для получения кокса для изготовления анодов, используемых при производстве алюминия электролизом.

Наряду с использованием ковшового элеватора 10 вместо ленточного конвейера для подачи сырьевого материала, он отличается от варианта, показанного на фиг.2, только тем, что всю грубую фракцию G2 возвращают на вход мельницы 2, соответствующий бункер отсутствует, и что используют мельницу с вибрационным конусом, описанную применительно к фиг.1.

Кроме того, дозирующая система 9, показанная под бункерами 5 и 6, является весовой системой, основанной на измерении потери веса, используемой в настоящее время в обычных установках.

Для этого применения типичными размерами зерна для различных потоков материала являются размеры от 0 до 30 мм в случае сырьевого кокса, от 15 до 30 мм для потока фракции G2, от 5 до 15 мм для потока фракции G1 с небольшим количеством зерен с размерами свыше 5 мм в потоке измельченного материала F.

На фиг.4 показан упрощенный относительно предыдущих примеров вариант выполнения, основанный на простом объемном дозировании фракций F и G1, если не требуется точность, обеспечиваемая системой, основанной на измерении веса.

В этом случае больше не требуется промежуточного хранения в бункере и скорость объемного потока фракции G1 регулируют в пропорции от общей скорости потока, измеренной на конвейерных весах 11 отводящего конвейера 12, путем воздействия на выпускную систему дозирующего устройства 13, основанного на перепускном принципе действия.

Последний может быть, как показано на фиг 4, дозирующим устройством типа вибрационного экстрактора с изменяемой частотой.

В этом случае регулируют параметры мельницы 2 для текущего регулирования скорости полного потока на конвейерных весах 11.

Описанные выше установки приведены, естественно, только в качестве примеров Возможны другие режимы использования и/или другие применения, доступные специалистам в данной области, без выхода за объем данного изобретения.