Спосіб помелу матеріалу та млин для його здійснення

27298 Изобретение относится к технике сухого способа измельчения и может быть использовано в промышленности строительных материалов, химической, энергетической и горно-обогатительной. Известны способы размалывания минерального сырья в вертикальных мельницах с бегунами, в которых для получения требуемой тонкости размола требуется пропускать материал под бегуны несколько раз. Для этого устройства оборудуют несколькими размольными вальцами, шарами или роликами, и осуществляют возврат в цикл материала, который обычно превышает в десять раз номинальный исход. Эти устройства, которые содержат множество органов размалывания, являются тяжелыми и дорогостоящими, и рециркуляция большого количества материала поглощает значительное количество энергии, что в значительной степени снижает выигрыш от уменьшения энергии, требуемой собственно для размалывания. Известны также способы размалывания минерального сырья в шаровых мельницах. Недостатком их является то, что они имеют очень низкий энергетический кпд, в частности, потому что они не позволяют осуществить равномерное размалывание, т.к. продвижение материала в мельнице под воздействием шаров является непостоянным. В качестве прототипа заявляемого способа принят способ помола материала, включающий образование слоя измельчаемого материала на кольцевой дорожке мельницы, воздействие на этот слой давлением с помощью установленного с возможностью качения по дорожке ролика и перемещение материала от одного края дорожки до другого при соблюдении условия неоднократного прохождения материала между дорожкой и роликом до схода с дорожки. В качестве прототипа заявляемого устройства принята мельница, содержащая цилиндрическую обечайку, по крайней мере, одно закрепленное в ней кольцо с размольной дорожкой на внутренней поверхности, привод сверхкритической скорости вращения кольца, по крайней мере, один установленный с возможностью качения по дорожке ролик, устройство для прижатия ролика к дорожке и устройство для шаговой подачи материала при поперечном перемещении его по дорожке[1]. Недостатком известного способа является то, что процесс размалывания минерального сырья происходит при рабочем давлении свыше 50 МПа за один проход, что ведет к спрессовыванию материала и большому расходу электроэнергии. Кроме того, из-за очень высоких значений давления размалывания активные органы, в частности подшипники и покрытия элементов, испытывают значительные механические нагрузки, требуя дорогостоящего содержания и частых ремонтов. Недостаток известной мельницы заключается в невозможности обеспечения равномерного измельчения минералов, особенно минералов с неоднородной грануляцией. Причиной этого является несовершенство конструктивного исполнения узла, обеспечивающего прием и дальнейшее продвижение минерального сырья по размольной дорожке при каждом последующем цикле размалывания (обороте барабана). Кроме того, конструкция и взаиморасположение роликов не позволяют избежать проскальзываний и сдвигов частиц измельчаемого материала между контактирующими поверхностями роликов и размольной дорожки. В основу изобретения поставлена задача повышения рентабельности и снижения энергоемкости способа помола материала путем снижения давления роликов мельницы на измельчаемые частицы, совершающие в процессе размалывания поперечное продвижение по дорожке, что предотвращает спрессовывание размалываемых частиц минерального материала, обеспечивает снижение удельных затрат электроэнергии на один цикл размалывания и уменьшение механических нагрузок на рабочие органы мельницы. В основу изобретения поставлена также задача усовершенствования мельницы для помола материала путем расположения рабочей части устройства для шаговой подачи измельчаемого сырья в приемной камере, снабжения конструкции скребком и отражательными полосами, а также выполнения роликов и размольной дорожки с изменяемым по длине диаметром, что позволяет осуществлять продвижение измельчаемого материала на дорожке в аксиальном направлении сразу после подачи его в приемную камеру, обеспечивая воздействие силы трения на слой материала как в продольном, так и в аксиальном направлении, и, тем самым, увеличивая равномерность его размалывания, а также позволяет регулировать направление потока измельченных частиц для повторного размалывания, и уменьшить зазор между роликами и размольной дорожкой, и, тем самым, исключить сдвиг и скольжение частиц материала относительно роликов и поверхности дорожки. Поставленная задача решается тем, что в способе помола материала, включающем образование слоя измельчаемого материала на кольцевой дорожке мельницы, воздействие на этот слой давлением с помощью установленного с возможностью качения по дорожке ролика и перемещение материала от одного края дорожки до другого при соблюдении условия неоднократного прохождения материала между дорожкой и роликом до схода с дорожки, согласно изобретению, давление на слой материала устанавливают равным 10-40 МПа. Поставленная задача решается также и тем, что в мельнице, содержащей цилиндрическую обечайку, по крайней мере, одно закрепленное в ней кольцо с размольной дорожкой на внутренней поверхности, привод вращения кольца со сверх- критической скоростью, по крайней мере, один установленный с возможностью качения по дорожке ролик, устройство для прижатия ролика к дорожке и устройство для шаговой подачи материала при поперечном перемещении его по дорожке, согласно изобретению, цилиндрическая обечайка образует у одной из сторон кольца приемную камеру для измельчаемого материала и рабочая часть устройства для шаговой подачи материала частично расположена в ней. При этом устройство для шаговой подачи материала имеет расположенный у размольной дорожки над роликом и вытянутый параллельно оси кольца скребок, установленные под скребком с возможностью 1 27298 поворота вокруг оси, предпочтительно вертикальной, отражательные полосы и приспособление для управления поворотом полос для их ориентирования. Кроме того, ролик и/или размольная дорожка выполнены с постепенно, или ступенчато изменяющимся от одного конца до другого диаметром для уменьшения зазора между роликом и дорожкой постепенно, или ступенчато от входа к выходу зоны помола, а соотношение диаметров дорожки и ролика в одной и той же плоскости, перпендикулярной оси дорожки, постоянно по всей аксиальной длине дорожки и ролика. Давление, оказываемое роликом на измельчаемый материал, представляет собой частное от деления полной приложенной к ролику силы (вес плюс внешние силы) на площадь поверхности слоя материала, на который эта сила воздействует. Испытания по измельчению или размалыванию клинкера показали, что качество конечного продукта было вполне сопоставимым с качеством помола, обеспечиваемым при использовании шаровой мельницы. Гранулометрические кривые в обоих случаях оказались весьма близки друг к другу и испытания на строительном растворе и бетоне дают схожие или даже более высокие результаты. В то же время снижение удельного расхода энергии по сравнению со случаем использования шаровой мельницы может достигать 40%. Расположение рабочей части устройства шаговой подачи материала непосредственно в пространстве приемной камеры мельницы обеспечивает возможность аксиального продвижения измельчаемых частиц сразу же после поступления их в камеру, в результате чего для размалывания их требуются гораздо меньшие затраты энергии, чем, например, в шаровой мельнице. Мельница в соответствии с предлагаемым изобретением отличается от известных устройств этого типа тем, что устройство шаговой подачи измельчаемого материала образовано скребком, располагающимся рядом с поверхностью качения размольной дорожки над роликом и вытянутым параллельно оси кольца, отражательными (дефлекторными) пластинами, установленными под упомянутым выше скребком с возможностью поворота вокруг некоторой оси, в предпочтительном варианте практической реализации являющейся вертикальной, и устройством привода пластин во вращательное движение для их соответствующей ориентации. Сбрасывая непрерывным потоком измельчаемый материал с кольца на дефлекторные пластины, это устройство обеспечивает возможность пневматической экстракции тонких частиц и сушки измельчаемого материала посредством потока горячего воздуха, циркулирующего во внутренней полости мельницы. Мельница в соответствии с предлагаемым изобретением отличается от существующих устройств этого типа еще и тем, что диаметр ролика и/или размольной дорожки плавно или ступенчато изменяется от одного конца соответствующего элемента к его другому концу с тем , чтобы уменьшить расстояние между роликом и дорожкой постепенно или ступенчатым образом от входа до выхода из зоны размола, причем отношение диаметра дорожки и ролика в одной и той же плоскости, перпендикулярной оси дорожки, сохраняется постоянным на всей осевой длине дорожки и ролика. Эта характеристика совместно с использованием шагового устройства подачи измельчаемого материала позволяет обеспечить в оптимальных условиях систематический размол измельчаемого материала с гетерогенной гранулометрией. Изобретение поясняют приведенные чертежи, где: На фиг.1 представлена кольцевая мельница, при этом корпус со стороны выхода снят для показа внутренней части кольца; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг.З - то же, вид спереди: на фиг.4 - разрез В-В на фиг.З; на фиг.5 - вертикальный разрез мельницы, снабженной ступенчатым роликом и устройством подачи материала с отражательными полосами; на фиг.6- вид в плане с изображением ориентации отражательных полос; на фиг.7 - вид по стрелке F на фиг.5; на фиг. 8 - разрез по С-С на фиг.5; на фиг.9-11 - варианты осуществления способа. Мельница содержит вращательный корпус 1, образованный короткой цилиндрической обечайкой 2 с горизонтальной осью и с концентрическим цилиндром 3, закрепленным внутри обечайки и образующим размольную дорожку. Корпус 1 опирается на основание 4, на котором он крепится посредством вкладыша 5, расположенном под цилиндром 3, который повторяет форму обечайки и позволяет вращение вокруг своей оси. Система смазки, которая не изображена, подает, когда корпус 1 приводится во вращение, масло под давлением во вкладыши 5 с тем, чтобы поддержать с помощью гидродинамического эффекта пленку масла между поверхностями скольжения вкладыша и обечайки. Корпус 1 приводится во вращение двигателем-редуктором, который не изображен, выходной вал которого несет на себе шестерню 6, находящуюся в зацеплении с зубчатым венцом 7, закрепленным на обечайке. Один из концов обечайки закрыт неподвижной стенкой 8, в которой проделано отверстие, к которому подсоединен подающий желоб 9. Объем, заключенный между стенкой 8 и цилиндром, образует приемную камеру для размалываемого материала, который центрифугируется и подводится внутрь цилиндра нижеописанным устройством. Другой конец выходит в кожух 10, который соединен в своей верхней части с пневматической линией, позволяющей отвод мелкой фракции размолотых продуктов, а дно которого собирает другую фракцию размолотых продуктов и позволяет их удаление через не изображенный люк. Это удаление осуществляется сжатым воздухом или горячими газами для сушки, когда размалываемый материал содержит влагу; при обдувании внутренней части обечайки обе фракции размолотых продуктов подводятся к сепараторам, где готовый продукт, имеющий требуемую гранулометрию, отделяется от надрешетного продукта, который возвращается в цикл. Ролик 11 установлен внутри цилиндра 3, над основанием 4, и катится по внутренней поверхности цилиндра, когда корпус 1 приводится во вращение. Ролик 11 установлен свободно на валу 12, параллельном оси цилиндра 3. 2 27298 Концы вала 12, которые находятся снаружи от обечайки, направляются вертикальными направляющими 13, жестко скрепленными с основанием 4 или шарнирно соединенными с этим основанием с помощью рычагов. Пружины или силовые цилиндры 14, связанные с гидропневматической системой, позволяют воздействовать на концы вала с усилиями, которые передаются на ролик и прижимают последний к цилиндру 3. Традиционные средства предусмотрены для регулирования усилий, оказываемых пружинами или силовыми цилиндрами. Ролик может иметь наружную поверхность цилиндрическую или слегка выпуклую, поверхность дорожки может быть цилиндрической или слегка вогнутой. Устройство 15 для шаговой подачи материала, предназначенное для обеспечения продвижения продуктов с одного конца обечайки 2 к другому, расположено в верхней половине корпуса 1, на опускающейся части кольцевой траектории, по которой следуют размолотые продукты, удерживаемые на дорожке 3 центробежной силой. Это устройство образовано неподвижной поперечиной 16, которая проходит от стенки 8 до дна кожуха 10 и которая несет на всей своей длине лопатки 17, равномерно отдаленные одна от другой, плоскости которых параллельны между собой и образуют угол a с плоскостью, перпендикулярной оси обечайки. Конец лопаток на ходится на небольшом расстоя 3 27298 нии от поверхности цилиндра 3, вследствие чего лопатки проникают в слой размолотых продуктов, и из-за наклона обеспечивают перемещение материала параллельно оси обечайки от одного края дорожки к другому. Лопатки, находящиеся по обеим сторонам цилиндра, позволяют таким образом подводить размалываемые продукты на дорожку и удалять размолотые продукты. Расстояние, измеряемое параллельно оси цилиндра, между краем выше по ходу и краем ниже по потоку каждой лопатки, является частью ширины размольной дорожки, в результате чего при каждом обороте цилиндра материал, находящийся на дорожке, перемещается лопатками на шаг, равный этой части ширины дорожки, следовательно, он проходит несколько раз между роликами и цилиндром и подвергается нескольким размолам прежде, чем быть вытесненным с дорожки и выведенным наружу. Лопатки 17 установлены на поперечине 16 таким образом, чтобы было возможно изменить их ориентацию (угол a) и, следовательно, отрегулировать время нахождения материала на размольной дорожке 3. Средства, позволяющие эту регулировку, которые могут управлять на расстоянии, не изображены. В варианте выполнения, изображенном на фиг.З и 4, корпус 18 мельницы образован цилиндрической обечайкой 19, внутри которой установлены два цилиндра 20, покрытые износостойкими пластинами 21, образующими две размольных дорожки. Корпус 18 опирается на четыре башмака, по два под каждым цилиндром, опирающихся посредством шаровых цапф на станины. Эти башмаки смазываются таким же образом, что и вкладыши 5 из первого варианта выполнения, описанного выше. Зубча тый венец, закрепленный на обечайке, позволяет привести мельницу во вращение. Четыре ролика 22 размещены внутри обечайки так, чтобы иметь возможность катиться по дорожкам 21, когда мельница приводится во вращение. Каждый ролик расположен над башмаком 23. Ролики установлены свободно на своих осях, и оси роликов каждой пары, которые катятся по той же самой дорожке, закреплены на ярме 24, шарнирно закрепленном на балке 25, расположенной продольно внутри обечайки и проходящей через нее насквозь. Концы балки 25 направляются направляющими, жестко скрепленными со станинами 26, или рычагами, шарнирно закрепленными на этих станинах. Пружины или силовые цилиндры, связанные с гидропневматической системой, воздействующей на концы балки или на рычаги, позволяют прижимать ролики к дорожкам. В качестве варианта, пружины или силовые цилиндры могли бы быть помещены между роликами и ярмами или между последними и балкой 25. Устройство 27, такой же конструкции, что и устройство 15, снабженное лопатками, предназначенными обеспечивать продвижение материала от одного конца мельницы к другому, расположено в верхней половине мельницы. Входной конец обечайки закрыт неподвижной перегородкой 28, в которой выполнено отверстие для прохода подающего желоба 29, а ее второй конец выходит в кожух 30, через который размолотые продукты удаляются. В качестве варианта мельница могла бы быть снабжена двумя подающими желобами и двумя устройствами подачи материала, размещенными выше по потоку, если смотреть по направлению вращения мельницы, от каждого ролика. Вместо опоры на вкладыш или на башмаки вращательный корпус мельницы мог бы опираться на катки. Можно было бы привести один или все ролики во вращение, например, с помощью карданного удлинителя, при этом цилиндр или все цилиндры приводятся под воздействие силы трения. Катки могли бы быть расположены диаметрально противоположно, при этом их оси располагаются в одной и той же вертикальной плоскости. Мельница, изображенная на фиг.5-8, образована барабаном 31 с горизонтальной осью, который опирается на два башмака 32, позволяющие ее вращение вокруг своей оси; эти башмаки могли бы быть заменены вкладышем или катками. Барабан приводится во вращение с помощью обычных средств, которые не представлены, например, мотором с редуктором, выходной вал которого имеет шестерню, находящуюся в зацеплении с зубчатым венцом, закрепленным на обечайке. Барабан образован обечайкой, покрытой внутри износостойкими пластинами, которые в центральной части образуют кольцевую размольную дорожку 33. Внутренняя часть барабана, таким образом, разделена на зону подачи 34, зону размола 35 и зону удаления 36. Ролик 37 установлен внутри обечайки с тем, чтобы катиться по дорожке 33, когда барабан 31 приводится во вращение. Этот ролик установлен свободно на валу, концы которого направляются вертикальными направляющими или рычагами и подвергаются воздействию пружин или гидропневматических силовых цилиндров, позволяющих прижимать ролик к размольной дорожке с предварительно установленной и регулируемой силой. Эта классическая схема монтажа не представлена на чертежах для того, чтобы не затемнять их. Можно было бы использовать несколько роликов, расположенных внутри опорного угла барабана, ограниченного башмаками 32. В случае, если барабан опирается на вкладыш, этот угол является углом длины опорной части вкладыша. На своем конце, обращенном ко входу мельницы, ролик 37 имеет часть уменьшенного диаметра 38, которая позволяет раздавливать крупные куски, оказывающиеся в размалываемых материалах прежде, чем они достигнут слоя размалываемых материалов, по которому катится основная часть ролика, и, следовательно, улучшить однородность этого слоя и эффективность размалывания. Можно также в случае с очень разнородной гранулометрией материалов осуществи ть равномерное размалывание, используя ступенчатый ролик, образованный из нескольких участков с диаметрами, возрастающими от входа к выходу, или в крайнем случае, ролик в форме усеченного конуса, малый диаметр которого находился бы со стороны входа, а большой диаметр со стороны выхода. Тот же самый 4 27298 результат мог бы быть достигнут при использовании цилиндрического ролика и ступенчатой или конической размольной дорожки, с ее наибольшим диаметром со стороны входа и с ее малым диаметром со стороны выхода. Используя вместе ступенчатые или конические дорожки и ролик, имеющие в каждом поперечном сечении, перпендикулярном к оси мельницы, постоянное отношение между диаметрами дорожки и ролика, получают раздавливание крупных кусков и размалываемого слоя, происходящее без относительного сдвига, или скольжения, которые являются факторами износа рабочих поверхностей дорожки и ролика. На фиг.9-11 показано три примера осуществления этого принципа. На фиг.9 дорожка 39 и ролик 40 содержат каждый по два участка разных диаметров, при этом участок со стороны входа мельницы имеет наибольший диаметр и аксиальное расстояние существенно меньше, чем у другого участка. В варианте выполнения на фиг. 10 дорожка 41 и ролик 42 имеют каждый по участку в форме усеченного конуса со стороны входа мельницы и цилиндрический участок большего аксиального расстояния; на фиг. 11 показана другая форма выполнения, в которой дорожка 43 и ролик 44 являются коническими, их больший диаметр находится со стороны входа мельницы. На этих фигурах стрелка Е указывает направление продвижения материалов. Необходимо отметить, что это равномерное размалывание возможно только благодаря устройству шаговой подачи, которое обеспечивает возрастающую подачу в аксиальном направлении материалов на дорожке. При работе барабан приводится во вращение в направлении стрелки Р со скоростью, превышающей критическую скорость, в результате чего весь материал будет центрифугироваться и прижиматься к внутренней поверхности барабана по всей его периферии. Устройство, предназначенное для обеспечения продвижения материала от одного конца барабана к другому, расположено в верхней половине барабана на опускающейся части кольцевой траектории материалов. Это устройство образовано неподвижным скребком 45, вытянутым по всей длине барабана и удерживаемым в контакте с его внутренней поверхностью или вблизи от нее, и отражательными полосами 46, расположенными бок о бок, под скребком, с тем чтобы перехватывать поток материалов, отделенных от барабана последним. Каждая из отражательных полос установлена на опору 47 с тем, чтобы иметь возможность поворачиваться вокруг вертикальной оси, и двигатель 48, такой как силовой цилиндр, с которым эта полоса связана с помощью шатуна 49, позволяет управлять ее вращением вокруг этой оси. Эти полосы наклонены примерно на 45° и расположены либо так, как изображено на фиг.7, для отведения материалов, отделенных скребком к оси барабана, либо как изображено на фиг.8, для возврата материалов к обечайке. В варианте выполнения, изображенном на чертеже, устройство содержит три отражательных полосы: полосу 50, расположенную в части выше барабана по потоку, которая образует зону подачи 34, полосу 51, расположенную в центральной части, которая образует зону размалывания 35, и полосу 52, в части ниже по потоку, которая образует зону вывода размолотого материала 36. Полосы 50 и 51 расположены так, чтобы возвращать материалы, отделенные скребком, к обечайке, полоса 52 расположена так, чтобы отводить материалы к оси барабана. Число и расположение отражательных полос могли бы быть иными в зависимости от размеров мельницы и от требуемых результатов. На фиг.6 показано ориентирование отражательных полос. Материалы, отделенные от барабана скребком 45, подают на полосы и скользят по ним вдоль линий большего наклона в направлении стрелок Р. Следовательно, материалы продвигаются с каждым оборотом барабана в направлении, параллельном его оси, и на расстоянии, которое является частью ширины (аксиальное расстояние) дорожки, и которое зависит от ориентирования отражательных полос, а также может регулироваться по желанию. Таким образом, материалы подаются пошагово от точки ввода в зону подачи до размольной дорожки, затем перемещаются по размольной дорожке и наконец удаляются с нужной скоростью. В связи с тем, что ориентирование полос 50, 51 и 52 является индивидуально регулируемым, можно принять разные скорости подачи во всех тре х зонах мельницы. В зоне размола продвижение с каждым оборотом барабана представляет собой часть ширины дорожки, в результате чего материалы подвергаются нескольким размалываниям до их удаления. Регулирование ориентирования отражательных полос может управляться на расстоянии и осуществляться при работе мельницы. В табл.1 и 2 показано сравнение качества цемента, полученного размалыванием клинкера в кольцевой дробилке, с качеством стандартного цемента (цемент СРА 425 -95% клинкера, 5% гипса), размалываемого традиционным способом в установке, оборудованной шаровой мельницей. Отмечается, что данное изобретение позволяет получать цемент такого же хорошего качества при расходе удельной энергии ниже на 40%, чем расход энергии шаровой мельницы. Таблица 1 5 27298 Тип мельницы Удельная энергия, квт/ч Тонкость Управляемость,% Нормальная масса воды,% 2 % отхода с 28 мк Blalne,см Шаровая 33 40.6 2844 103 29 Кольцевая 20 35.6 2880 96 28.6 Таблица 2 3 Тип мельницы Сопротивление, г/см Изгиб Сж атие 1 3 7 28 1 3 7 28 Шаровая 31 54 68 89 130 250 343 520 Кольцевая 30 54 69 93 140 300 410 567 Фиг. 1 6 27298 Фиг. 2 7 27298 Фиг. 3 8 27298 Фиг. 4 9 27298 Фиг. 5 Фиг. 6 10 27298 Фиг. 7 Фиг. 8 11 27298 Фиг. 9 Фиг. 10 Фиг. 11 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 12