способ сверхтонкого измельчения материалов и комплекс средств для его осуществления

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.

Описание изобретения к патенту

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.