RU2014892C1

RU2014892C1 - Centrifugal mill

Info

Publication number: RU2014892C1
Application number: SU4945390/33A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Калашников; М.А. Саламатов; В.А. Бобров
Original assignee: Калашников Василий Николаевич
Priority date: 1991-07-17
Filing date: 1991-07-17
Publication date: 1994-06-30

Abstract

FIELD: grinding of hard materials. SUBSTANCE: installed in shell 1 is rotor with separator having blind radial channels accommodating milling bodies in the form of cylinders 8, axes of which are parallel with axle of rotor. Centers of gravity of milling bodies are displaced relative to their axes. EFFECT: enhanced efficiency and improved quality of end product. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для измельчения твердых материалов и может найти применение в строительной, химической и горной промышленностях. The invention relates to a device for grinding solid materials and may find application in the construction, chemical and mining industries.

Известна барабанная мельница, содержащая цилиндрический корпус, наполненный мелющими телами в виде шаров, загрузочный и разгрузочный патрубки. Процесс измельчения исходного продукта в ней осуществляется за счет его перетирания движущимися (перекатывающимися и падающими) шарами при вращении корпуса. Known drum mill containing a cylindrical body filled with grinding bodies in the form of balls, loading and unloading nozzles. The process of grinding the initial product in it is carried out by grinding it with moving (rolling and falling) balls during rotation of the body.

Недостатком аналога является низкая эффективность измельчения продукта вследствие малой динамики движения мелющих тел, развиваемой в этом устройстве. Увеличить динамику движения мелющих тел в данной мельнице нельзя, т. к. при повышении скорости вращения корпуса шары, находящиеся в нем, прижимаются к последнему, отчего процесс измельчения в рабочей камере устройства практически прекращается. The disadvantage of the analogue is the low efficiency of grinding the product due to the small dynamics of the movement of grinding media developed in this device. It is impossible to increase the dynamics of the movement of grinding media in this mill, because with an increase in the speed of rotation of the casing, the balls in it are pressed to the latter, which is why the grinding process in the working chamber of the device practically stops.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является центробежная мельница, содержащая вертикальный цилиндрический корпус с загрузочным и выгрузочным патрубками, соосно установленный в корпусе ротор с сепаратором и размещенные в последнем мелющие тела в форме шаров. Процесс измельчения в данной мельнице осуществляется за счет движения мелющих тел по футеровке корпуса и разрушения при этом исходного продукта, находящегося в зоне контакта мелющих тел с корпусом. The closest technical solution to the proposed one is a centrifugal mill containing a vertical cylindrical body with loading and unloading nozzles, a rotor with a separator coaxially mounted in the body, and grinding bodies in the form of balls placed in the latter. The grinding process in this mill is carried out due to the movement of the grinding bodies along the lining of the housing and the destruction of the initial product located in the zone of contact of the grinding bodies with the housing.

Недостатком прототипа является низкая долговечность и эффективность его работы вследствие повышенных удельных силовых нагрузок на мелющие тела, выполненные в форме шаров, в зонах контакта с корпусом и сепаратором ротора и малой площади зоны измельчения. Кроме того, в данной мельнице недостаточно развита динамика движения мелющих тел в рабочей камере, что также снижает долговечность и эффективность работы мельницы. The disadvantage of the prototype is its low durability and its efficiency due to increased specific power loads on grinding bodies made in the form of balls in contact zones with the rotor housing and separator and a small area of the grinding zone. In addition, in this mill the dynamics of the movement of grinding media in the working chamber is not sufficiently developed, which also reduces the durability and efficiency of the mill.

Цель изобретения - увеличения долговечности работы и повышение эффективности измельчения устройства. The purpose of the invention is to increase the durability and increase the efficiency of grinding the device.

Поставленная цель достигается тем, что в мельнице, содержащей вертикальный цилиндрический корпус с загрузочным и выгрузочным патрубками, соосно установленный в корпусе ротор с сепаратором и размещенные в последнем мелющие тела, сепаратор выполнен с глухими радиальными каналами, а мелющие тела размещены в каналах и выполнены в виде цилиндров, оси которых параллельны оси ротора, при этом мелющие тела выполнены со смещенным центром тяжести относительно их осей. This goal is achieved by the fact that in a mill containing a vertical cylindrical housing with loading and unloading nozzles, a rotor with a separator coaxially mounted in the housing and grinding bodies located in the latter, the separator is made with blind radial channels, and grinding bodies are placed in the channels and are made in the form cylinders whose axes are parallel to the axis of the rotor, while the grinding bodies are made with a displaced center of gravity relative to their axes.

Выполнение рабочих тел в виде цилиндров и установка их в радиальных каналах сепаратора ротора параллельно его оси позволяют в несколько раз снизить удельное давление мелющих тел в наиболее изнашиваемой области конструкции мельницы при ее работе, а именно: в области контакта мелющих тел с боковыми стенками радиальных каналов. Это достигается тем, что цилиндрические мелющие тела контактируют с боковыми стенками радиальных каналов по линии, в то время как этот контакт мелющих шаров в прототипе является точечным. Если сравнить точечный контакт с контактом по линии, то удельные нагрузки на боковые стенки радиальных каналов при равных диаметрах мелющих тел в указанной интенсивно изнашиваемой зоне в предложенной конструкции в 2-5 раз будут меньше, нежели в прототипе. Это резко снижает износ конструкции и существенно повышает долговечность работы предложенной мельницы. Кроме того, размещение мелющих цилиндров параллельно оси ротора обеспечивает равномерный износ поверхности мелющих тел, в то время как износ мелющих тел - шаров в прототипе носит хаотический характер. Это приводит к преждевременной выбраковке мелющих тел в прототипе раньше допустимого их износа. В целом срок службы предложенной мельницы по данным экспериментальных исследований по сравнению с прототипом повышается на 20-35% и более. The implementation of the working fluid in the form of cylinders and their installation in the radial channels of the rotor separator parallel to its axis allows several times to reduce the specific pressure of the grinding media in the most worn out area of the mill structure during its operation, namely: in the area of contact between the grinding media and the side walls of the radial channels. This is achieved by the fact that the cylindrical grinding bodies are in contact with the side walls of the radial channels along the line, while this contact of the grinding balls in the prototype is point-like. If we compare the point contact with the contact along the line, then the specific loads on the side walls of the radial channels with equal diameters of the grinding bodies in the specified intensively wear zone in the proposed design will be 2-5 times less than in the prototype. This dramatically reduces the wear of the structure and significantly increases the durability of the proposed mill. In addition, the placement of grinding cylinders parallel to the axis of the rotor ensures uniform wear of the surface of the grinding bodies, while the wear of grinding bodies - balls in the prototype is chaotic. This leads to premature culling of the grinding bodies in the prototype before their allowable wear. In General, the service life of the proposed mill according to experimental studies compared with the prototype increases by 20-35% or more.

С другой стороны, выполнение мелющих тел в виде цилиндров со смещенным центром тяжести относительно их оси обеспечивает создание в рабочей камере предложенной мельницы переменной по величине силовой нагрузки мелющих тел на измельчаемый продукт. В результате измельчаемый продукт помимо обычного разрушения раздавливанием и сминанием, в отличие от прототипа, подвергается дополнительному высокоэффективному усталостному разрушению, которое, как известно, возникает при многократно изменяющемся силовом воздействии на твердые тела и реализуется в предложенной мельнице. Кроме того, наличие эксцентриситета центра тяжести мелющих тел относительно оси их вращения существенно улучшает процесс качения мелющих тел без проскальзывания во внутренней поверхности футерованного корпуса, по сравнению с прототипом. Наличие эксцентриситета центра тяжести существенно увеличивает момент инерции вращения мелющего тела при качении, т.е. улучшает динамику его движения, тем самым существенно снижая проскальзывание мелющего тела относительно корпуса. В результате при улучшении процесса качения мелющих тел в рабочей камере в предложенной мельнице возрастает доля наиболее эффективного (т. е. менее энергоемкого) процесса разрушения исходного продукта методом раздавливания при прокатывании по продукту рабочих тел. При раздавливании же материала с преобладанием одноосного сжатия, как известно, материал разрушается с наименьшими энергетическими затратами. При работе мельницы-прототипа из-за ухудшения условий динамики качения мелющих тел в ее рабочей камере доля процесса разрушения исходного продукта раздавливанием значительно снижена. Это существенно снижает эффективность работы мельницы из-за повышенной энергоемкости процессов измельчения, реализуемых в устройстве-прототипе. При этом срок службы предложенного устройства по данным эксперимента увеличивается в 1,2-1,35 раза и более. On the other hand, the implementation of grinding bodies in the form of cylinders with a displaced center of gravity relative to their axis ensures the creation in the working chamber of the proposed mill variable in magnitude of the power load of grinding bodies on the crushed product. As a result, the crushed product, in addition to the usual crushing and crushing fracture, unlike the prototype, undergoes additional highly effective fatigue fracture, which, as you know, occurs when the force is repeatedly changed on solids and is realized in the proposed mill. In addition, the presence of an eccentricity of the center of gravity of the grinding bodies relative to the axis of their rotation significantly improves the rolling process of the grinding bodies without slipping in the inner surface of the lined body, in comparison with the prototype. The presence of an eccentricity of the center of gravity significantly increases the moment of inertia of rotation of the grinding body during rolling, i.e. improves the dynamics of its movement, thereby significantly reducing the slipping of the grinding body relative to the body. As a result, with an improvement in the rolling process of grinding media in the working chamber in the proposed mill, the proportion of the most effective (i.e., less energy-intensive) process of destruction of the initial product by crushing when rolling the working fluid over the product increases. When crushing the same material with a predominance of uniaxial compression, as you know, the material is destroyed with the least energy costs. During the operation of the prototype mill, due to the deterioration of the rolling dynamics of grinding media in its working chamber, the fraction of the process of destruction of the initial product by crushing is significantly reduced. This significantly reduces the efficiency of the mill due to the increased energy intensity of the grinding processes implemented in the prototype device. Moreover, the service life of the proposed device according to the experiment increases by 1.2-1.35 times or more.

Следует отметить и тот факт, что улучшение условий качения мелющих тел по корпусу в предложенной мельнице существенно снижает истирание (т.е. износ) как мелющих тел, так и футерованной поверхности корпуса. Это существенно (на 20-30% и более) повышает срок службы (т.е. долговечность работы) предложенного устройства. It should be noted that the improvement of the rolling conditions of grinding media over the housing in the proposed mill significantly reduces the abrasion (i.e. wear) of both grinding media and the lined surface of the housing. This significantly (by 20-30% or more) increases the service life (i.e., durability) of the proposed device.

На фиг. 1 показан продольный разрез мельницы; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - узел I на фиг.1. In FIG. 1 shows a longitudinal section through a mill; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 - node I in figure 1.

Мельница содержит цилиндрический корпус 1 с футерованной внутренней поверхностью, в котором соосно расположен на валу 2 вертикальный цилиндрический ротор с сепаратором, выполненный в виде пакета дисков 3-7, закрепленных на валу 2, и снабженный мелющими телами в виде цилиндров 8. Мельница имеет загрузочный патрубок 9 и выгрузочный патрубок 10. Цилиндры 8 в сепараторе ротора размещены в глухих радиальных каналах 11, выполненных со стороны наружной цилиндрической поверхности ротора, т.е. боковой поверхности цилиндрических дисков 3-7. При этом глухие радиальные каналы 11 сепаратора в мельнице выполнены в виде кольцевых канавок на боковой цилиндрической поверхности ротора, перекрытых по всей длине ротора продольными радиальными пластинами 12, скрепленными с ротором. Оси цилиндров 8 в сепараторе сориентированы параллельно оси ротора, а сами мелющие тела - цилиндры 8 выполнены со смещенным центром тяжести О относительно их оси (фиг.3), например, путем изготовления данных цилиндров из нескольких материалов разной плотности. The mill contains a cylindrical housing 1 with a lined inner surface, in which a vertical cylindrical rotor with a separator is arranged coaxially on the shaft 2, made in the form of a package of discs 3-7, mounted on the shaft 2, and equipped with grinding bodies in the form of cylinders 8. The mill has a loading nozzle 9 and discharge port 10. Cylinders 8 in the rotor separator are placed in blind radial channels 11 made from the outer cylindrical surface of the rotor, i.e. lateral surface of cylindrical disks 3-7. In this case, the blind radial channels 11 of the separator in the mill are made in the form of annular grooves on the lateral cylindrical surface of the rotor, overlapped along the entire length of the rotor by longitudinal radial plates 12 attached to the rotor. The axes of the cylinders 8 in the separator are oriented parallel to the axis of the rotor, and the grinding bodies themselves, the cylinders 8, are made with a displaced center of gravity O relative to their axis (Fig. 3), for example, by manufacturing these cylinders from several materials of different densities.

Работает мельница следующим образом. The mill operates as follows.

При вращении ротора на валу 2 мелющие тела - цилиндры 8 под действием центробежных сил движутся из сепаратора к периферии корпуса 1. Коснувшись футерованной поверхности корпуса 1, цилиндры 8 с силой прижимаются к последней и начинают перемещаться по ее поверхности вместе с ротором, не выходя за пределы радиальных каналов 8. После запуска мельницы внутрь корпуса 1 по загрузочному патрубку 9 непрерывно подается текучий исходный продукт, например сыпучий, порошкообразный или в виде грубодисперсной пульпы. Двигаясь в пространстве, ограниченном внутренней поверхностью корпуса 1 и цилиндрической поверхностью ротора (т.е. цилиндрическими поверхностями и дисков 3-7), от загрузочного патрубка 9 к выгрузочному патрубку 10, исходный продукт измельчается. Процесс измельчения осуществляется за счет разрушения твердых частиц исходного продукта при контакте рабочих цилиндров 8 с внутренней футерованной поверхностью корпуса 1, когда частицы оказываются в зоне этого контакта. При этом, с одной стороны, твердые частицы раздавливаются за счет одноосного сжатия цилиндрами 8 при прокатывании их по внутренней футерованной поверхности корпуса 1 и "сминаются" за счет некоторого "проскальзывания" данных цилиндров по поверхности корпуса, с другой. Измельченный продукт отводится из корпуса 1 мельницы по выгрузочному патрубку 10. При вращении ротора мелющие цилиндры 8 приводятся в движение за счет непрерывного толкания их продольными радиальными пластинами 12. Зона контакта мелющих тел с пластинами 12 при работе аналогичных конструкций мельниц подвергается наиболее интенсивному износу этих контактирующих деталей вследствие наличия непрерывного трения скольжения между ними. Однако в предложенной конструкции мельницы зона контакта мелющих тел с боковыми стенками радиальных каналов сепаратора ротора (в заявленном устройстве эту функцию выполняют продольные радиальные пластины 12) осуществляется по линии, в то время как указанная зона контакта в известных мельницах является точечной. Отсюда при одинаковых диаметрах мелющих тел предложенная форма мелющих тел в виде цилиндров и соответствующая их ориентировка относительно оси ротора позволяют существенно, в 2-5 раз, снизить удельные нагрузки мелющих тел на сепаратор ротора, по сравнению с прототипом, за счет многократного увеличения площади контакта мелющих тел с сепаратором ротора. Кроме того, форма мелющих тел в виде цилиндров и их определенная ориентация в сепараторе ротора исключают хаотический неуправляемый износ рабочих тел, который имеет место в прототипе, снабженном мелющими телами в форме шаров. Заявленные отличительные признаки позволяют повысить долговечность работы мельницы на 20-35% и более по сравнению с прототипом. When the rotor rotates on the shaft 2, grinding media - cylinders 8 under the action of centrifugal forces move from the separator to the periphery of the housing 1. Touching the lined surface of the housing 1, the cylinders 8 force against the latter and begin to move along its surface together with the rotor, without going beyond radial channels 8. After starting the mill inside the housing 1 through the loading pipe 9 is continuously fed a fluid source product, for example, free-flowing, powdery or in the form of coarse pulp. Moving in a space limited by the inner surface of the housing 1 and the cylindrical surface of the rotor (i.e., cylindrical surfaces and disks 3-7), from the loading pipe 9 to the discharge pipe 10, the initial product is crushed. The grinding process is carried out due to the destruction of solid particles of the starting product upon contact of the working cylinders 8 with the inner lined surface of the housing 1, when the particles are in the zone of this contact. In this case, on the one hand, solid particles are crushed due to uniaxial compression by the cylinders 8 when rolling them along the inner lined surface of the housing 1 and are “crushed” due to some “slipping” of these cylinders on the surface of the housing, on the other. The crushed product is discharged from the mill body 1 through the discharge pipe 10. When the rotor rotates, the grinding cylinders 8 are set in motion by continuously pushing them with longitudinal radial plates 12. The contact zone of the grinding bodies with the plates 12 during the operation of similar mill designs undergoes the most intense wear of these contact parts due to the presence of continuous sliding friction between them. However, in the proposed design of the mill, the contact zone of the grinding media with the side walls of the radial channels of the rotor separator (in the claimed device, this function is performed by the longitudinal radial plates 12) is carried out along the line, while the specified contact zone in the known mills is point. Hence, with the same diameters of the grinding media, the proposed shape of the grinding media in the form of cylinders and their corresponding orientation relative to the axis of the rotor can significantly reduce the specific loads of the grinding media on the rotor separator by 2-5 times, compared with the prototype, by repeatedly increasing the contact area of grinding media bodies with a rotor separator. In addition, the shape of the grinding media in the form of cylinders and their specific orientation in the rotor separator exclude chaotic uncontrolled wear of the working fluid, which occurs in the prototype equipped with grinding media in the form of balls. The claimed distinguishing features can increase the durability of the mill by 20-35% or more compared to the prototype.

Выполнение мелющих цилиндров 8 со смещенным центром тяжести О (фиг.3) при работе предложенного устройства обеспечивает создание переменной нагрузки мелющих тел на измельчаемый продукт в рабочей камере, существенно улучшает динамику, т.е. условия качения мелющих цилиндров 8 по внутренней футерованной поверхности корпуса 1. Так, создание переменной нагрузки мелющих цилиндров 8 в рабочей камере предложенного устройства обеспечивает возникновение в ней дополнительного эффективного усталостного разрушения материалов. Наличие эксцентриситета центра тяжести О позволяет также увеличить момент инерции при вращении мелющих цилиндров и тем самым уменьшить их проскальзывание относительно корпуса 1 при качении по нему. Такое улучшение условий качения мелющих тел в предложенном устройстве позволяет существенно повысить долю процесса измельчения исходного продукта методом раздавливания, т. е. долю его разрушения при одноосном сжатии, и снизить долю более энергоемкого процесса разрушения сминанием, которое преобладает в общем процессе измельчения в мельнице-прототипе. Наличие усталостного разрушения и увеличение роли измельчения методом разрушения материала при одноосном сжатии позволяют повысить эффективность предложенной мельницы на 25-40% по сравнению с прототипом. The implementation of the grinding cylinders 8 with a shifted center of gravity O (Fig. 3) during operation of the proposed device ensures the creation of a variable load of grinding bodies on the product being ground in the working chamber, significantly improves the dynamics, i.e. rolling conditions of grinding cylinders 8 along the inner lined surface of the housing 1. Thus, the creation of a variable load of grinding cylinders 8 in the working chamber of the proposed device provides the occurrence of additional effective fatigue fracture of materials in it. The presence of the eccentricity of the center of gravity O also allows you to increase the moment of inertia during the rotation of the grinding cylinders and thereby reduce their slippage relative to the housing 1 when rolling over it. Such an improvement in the rolling conditions of grinding media in the proposed device can significantly increase the proportion of the grinding process of the initial product by crushing, that is, the fraction of its destruction under uniaxial compression, and reduce the proportion of more energy-intensive crushing process by crushing, which prevails in the general grinding process in the prototype mill . The presence of fatigue failure and the increasing role of grinding by the method of fracture of the material under uniaxial compression can improve the efficiency of the proposed mill by 25-40% compared with the prototype.

Наконец, улучшение динамики движения мелющих тел, т.е. улучшение условий качения за счет смещения центра тяжести мелющих цилиндров 8 относительно их оси, позволяет значительно снизить трение скольжения мелющих тел о футерованную поверхность корпуса 1. В результате существенно, на 20-35%, увеличивается срок службы предложенной мельницы за счет значительного уменьшения износа как мелющих тел, так и футеровки корпуса без снижения (наоборот, с повышением) эффективности работы данного устройства. Finally, improving the dynamics of the movement of grinding media, i.e. improving rolling conditions by shifting the center of gravity of the grinding cylinders 8 relative to their axis, can significantly reduce the sliding friction of the grinding bodies on the lined surface of the housing 1. As a result, the service life of the proposed mill increases significantly by 20-35% due to a significant reduction in wear as grinding bodies, and the lining of the housing without reducing (on the contrary, with increasing) the efficiency of this device.

Предложенная мельница обеспечивает многократное, в 5-20 раз и более, увеличение дисперсности готового продукта и имеет на 40-70% повышенную производительность за счет значительного увеличения площади зоны измельчения в рабочей камере. Последнее достигается за счет того, что зоны измельчения в предложенной мельнице при наличии мелющих цилиндров имеют форму кольцеобразных полос значительной ширины, а в прототипе эти зоны измельчения мелющими шарами формируются в виде кольцеобразных линий сравнительно малой ширины. Это существенно расширяет область применения предложенной мельницы как при сухом, так и при мокром измельчении. The proposed mill provides a multiple (5-20 times or more) increase in the dispersion of the finished product and has a 40-70% increased productivity due to a significant increase in the size of the grinding zone in the working chamber. The latter is achieved due to the fact that the grinding zones in the proposed mill in the presence of grinding cylinders have the form of ring-shaped strips of considerable width, and in the prototype these grinding zones by grinding balls are formed in the form of ring-shaped lines of relatively small width. This significantly expands the scope of the proposed mill for both dry and wet grinding.

Claims

1. CENTRIFUGAL MILL, containing a vertical cylindrical housing with loading and unloading nozzles, a rotor with a separator coaxially mounted in the housing and grinding bodies located in the latter, characterized in that, in order to increase the durability and efficiency of the mill, the separator is made with blind radial channels, and the grinding bodies are placed in the channels and are made in the form of cylinders whose axes are parallel to the axis of the rotor.

2. The mill according to claim 1, characterized in that, in order to increase the durability of the mill and grinding efficiency, the grinding bodies are made with a displaced center of gravity relative to their axes.