RU2110327C1

RU2110327C1 - Centrifugal mill

Info

Publication number: RU2110327C1
Application number: RU96108585A
Authority: RU
Inventors: Василий Николаевич Калашников; Гаврил Анатольевич Усов; Михаил Васильевич Федоров
Original assignee: Василий Николаевич Калашников; Гаврил Анатольевич Усов; Михаил Васильевич Федоров
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1996-04-26
Publication date: 1998-05-10

Abstract

FIELD: construction, chemical and mining industry. SUBSTANCE: centrifugal mill has cylindrical housing 1, shaft 2 positioned in housing 1, cylindrical rotor mounted on shaft 2 and provided with separator, milling bodies placed in closed radial channels of separator and made in the form of pack of flat disks 11 of equal size. Disks are not connected one with another and disk axes are oriented in parallel with rotor axis. Generatrix of disk side surface may be made curved. EFFECT: wider operational capabilities, simplified construction and enhanced reliability in operation. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для измельчения твердых материалов, и может найти применение в строительной, химической и горной промышленности. 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 мелеющими телами в виде шаров, загрузочный и разгрузочный патрубки [1]. 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 [1]. The process of grinding the initial product in it is carried out due to its grinding by moving (rolling and falling) balls during rotation of the body.

Недостатком аналога является низкая эффективность измельчения продукта вследствие недостаточного количества единовременно протекающих актов разрушения в вышеуказанном устройстве из-за малой динамики движения в нем мелющих тел, т. е. шаров. Увеличить динамику движения мелющих тел в данной мельнице нельзя, так как 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 insufficient number of simultaneously occurring acts of destruction in the above device due to the small dynamics of the movement of grinding media in it, i.e., balls. It is impossible to increase the dynamics of the movement of grinding bodies in this mill, since with increasing speed of rotation of the body, 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 и эффективным техническим решением к предлагаемому является центробежная мельница [2], содержащая вертикальный цилиндрический корпус с загрузочным и выгрузочным патрубками, соосно установленный в корпусе ротор с сепаратором, в глухих радиальных каналах которого размещены мелющие тела в форме цилиндров. 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 and most effective technical solution to the proposed one is a centrifugal mill [2], which contains a vertical cylindrical body with loading and unloading nozzles, a rotor with a separator coaxially mounted in the housing, in the blind radial channels of which grinding bodies in the form of cylinders are placed. The grinding process in this mill is carried out due to the movement of the grinding media along the lining of the housing and the destruction of the original product located in the zone of contact of the grinding media with the housing.

Недостатком прототипа является низкая эффективность измельчения из-за малого числа единовременно протекающих актов разрушения исходного продукта в данной мельнице, измельчение в которой осуществляется в зоне по линии контакта образующей мелющих цилиндров с поверхностью футеровки корпуса. Однако вследствие высокой динамики движения мелющих тел (свыше 10000 об/мин) по поверхности футеровки корпуса достичь вышеуказанного непрерывного контакта по линии мелющих тел с футеровкой невозможно. В действительности контакт мелющих тел с футеровкой корпуса при работе устройства достаточно большую часть времени имеет точечный характер, а не линейный из-за неизбежного колебания мелющих тел при перемещении по футеровки корпуса, заключающегося в периодическом отклонении осей вращения мелющих цилиндров от параллельности с осью ротора. Это существенно уменьшает зону измельчения в рабочей камере мельницы, а значит и число единовременно протекающих актов разрушения исходного продукта, что, естественно, приводит к значительному уменьшению эффективности измельчения в мельнице-прототипе. Кроме того, данная мельница имеет низкую степень измельчения из-за ограниченной величины кривизны поверхности мелющих тел. На практике, в мельнице-прототипе диаметр мелющих цилиндров составляет не менее 20 - 30 мм, т.е. степень кривизны данных мелющих цилиндров ограничена. Тогда как из теории измельчения известно, что чем больше кривизна мелющих тел, тем выше степень измельчения исходного продукта. The disadvantage of the prototype is the low grinding efficiency due to the small number of simultaneously occurring acts of destruction of the original product in this mill, grinding in which is carried out in the zone along the line of contact of the forming grinding cylinders with the surface of the lining of the housing. However, due to the high dynamics of the movement of grinding media (over 10,000 rpm) along the surface of the lining of the housing, it is impossible to achieve the above continuous contact along the line of grinding media with the lining. In fact, the contact of the grinding media with the lining of the housing during operation of the device for a fairly large part of the time has a point character, and not linear due to the inevitable fluctuation of the grinding media when moving along the lining of the housing, which consists in periodically deviating the rotation axes of the grinding cylinders from parallel with the axis of the rotor. This significantly reduces the grinding zone in the working chamber of the mill, and hence the number of simultaneously occurring acts of destruction of the initial product, which, of course, leads to a significant decrease in the grinding efficiency in the mill prototype. In addition, this mill has a low degree of grinding due to the limited surface curvature of the grinding media. In practice, in the prototype mill, the diameter of the grinding cylinders is at least 20-30 mm, i.e. the degree of curvature of these grinding cylinders is limited. Whereas from the theory of grinding it is known that the greater the curvature of the grinding media, the higher the degree of grinding of the original product.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности и степени измельчения за счет увеличения числа единовременно протекающих актов разрушения при работе мельницы и существенного увеличения кривизны мелющих тел в зоне контакта с поверхностью футеровки корпуса мельницы. The objective of the proposed technical solution is to increase the efficiency and degree of grinding by increasing the number of simultaneously occurring acts of destruction during operation of the mill and a significant increase in the curvature of grinding media in the contact zone with the surface of the lining of the mill body.

Поставленная задача достигается тем, что в известной мельнице [2], содержащей вертикальный цилиндрический корпус с загрузочным и выгрузочным патрубками, соосно установленный в корпусе ротор с сепаратором, в глухих радиальных каналах которого размещены мелющие тела, мелющие тела в глухих радиальных каналах выполнены в виде пакета невзаимосвязанных между собой одинакового диаметра плоских дисков, оси которых сориентированы параллельно оси ротора, при этом образующая боковой поверхности мелющих дисков выполнена криволинейной, например в виде полуокружности. The task is achieved by the fact that in the known mill [2], containing a vertical cylindrical housing with loading and unloading nozzles, a rotor with a separator coaxially mounted in the housing, in the blind radial channels of which grinding bodies are located, grinding bodies in blind radial channels are made in the form of a package non-interconnected flat diameters of the same diameter, the axes of which are oriented parallel to the axis of the rotor, while the generatrix of the side surface of the grinding disks is made curved, for example a semicircle.

Выполнение мелющего тела наподобие "гибкого цилиндра" в виде цилиндрической формы пакета из плоских дисков, сориентированных в мельнице вышеуказанным образом, позволяет в предложенном устройстве существенно увеличить удельную площадь контакта мелющего тела с футеровкой корпуса, по сравнению с аналогичным по форме и размеру мелющего тела, выполненного в виде сплошного цилиндра в мельнице-прототипе. Это достигается тем, что мелющие тела в виде пакета плоских дисков при работе предложенной мельницы контактируют с футеровкой корпуса либо по линии, либо одновременно в в нескольких точках. Поскольку при работе мельницы каждый отдельно взятый диск в пакете постоянно контактирует с футеровкой корпуса. Это приводит к существенному увеличению числа единовременно протекающих актов разрушения мелющими телами исходного продукта в заявленной мельнице за счет расширения в ней зоны измельчения. В конечном итоге увеличение числа вышеуказанных актов разрушения приводит к значительному повышению эффективности измельчения, что также обеспечивает и увеличение производительности мельницы. По данным лабораторных стендовых исследований производительность заявленной мельницы, по сравнению с мельницей-прототипом увеличивается на 30-40% и более в зависимости от физико-механических свойств исходного продукта. The implementation of the grinding body like a "flexible cylinder" in the form of a cylindrical shape of a package of flat disks oriented in the mill in the above manner, in the proposed device can significantly increase the specific contact area of the grinding body with the lining of the housing, compared with a similar in shape and size of the grinding body made in the form of a continuous cylinder in a prototype mill. This is achieved by the fact that the grinding bodies in the form of a package of flat disks during operation of the proposed mill are in contact with the lining of the housing either in a line or simultaneously at several points. Since during the operation of the mill, each individual disk in the bag is constantly in contact with the lining of the housing. This leads to a significant increase in the number of simultaneously occurring acts of destruction by grinding bodies of the original product in the claimed mill due to the expansion of the grinding zone in it. Ultimately, an increase in the number of the above acts of destruction leads to a significant increase in grinding efficiency, which also provides an increase in mill productivity. According to laboratory bench research, the productivity of the claimed mill, compared with the prototype mill increases by 30-40% or more, depending on the physico-mechanical properties of the original product.

С другой стороны, при выполнении плоских дисков, составляющих рабочий мелющий пакет, с криволинейной образующей их боковой поверхности (например, образующая боковой поверхности выполнена в виде полуокружности) позволяет значительно увеличить кривизну рабочей поверхности данных мелющих тел, например, с кривизной вышеуказанной образующей радиусом равным 2 - 3 мм и менее. Такой кривизны рабочей поверхности мелющих тел, выполненный в форме "цельных" цилиндров достичь, на практике, в мельнице-прототипе невозможно. В результате из-за существенно увеличенной кривизны мелющих тел, предложенное устройство позволяет увеличить в несколько раз, а иногда на целый порядок, степень измельчения, т.е. дисперсность, исходного продукта, по сравнению с мельницей-прототипом. On the other hand, when making flat disks constituting a working grinding bag with a curved side surface forming them (for example, the side surface forming is made in the form of a semicircle), the curvature of the working surface of these grinding bodies can be significantly increased, for example, with the curvature of the above forming radius of 2 - 3 mm or less. Such curvature of the working surface of grinding media made in the form of "solid" cylinders is impossible to achieve, in practice, in a prototype mill. As a result, due to the significantly increased curvature of the grinding media, the proposed device allows to increase by several times, and sometimes by a whole order, the degree of grinding, i.e. dispersion of the initial product, compared with the mill prototype.

На фиг. 1 показан продольный разрез мельницы по А-А; на фиг. 2 - разрез по Б-Б; на фиг. 3 - вид В; на фиг. 4 - вид Г. In FIG. 1 shows a longitudinal section through a mill along AA; in FIG. 2 - a section along BB; in FIG. 3 - view B; in FIG. 4 - view G.

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, 4, 5, 6, 7, закрепленных на валу 2 и снабженный мелющими телами. Мельница имеет загрузочный патрубок 8 и выгрузочный патрубок 9. Мелющие тела размещены в глухих радиальных каналах 10 сепаратора и выполнены наподобие "гибкого цилиндра" в виде пакета невзаимосвязанных между собой одинакового диаметра плоских дисков 11, оси которых сориентированы параллельно оси ротора (фиг. 1, 3, 4). При этом образующая боковой поверхности дисков 11, выполнена либо прямолинейной, параллельной оси дисков 11 (фиг. 3), либо криволинейной, например, в виде полуокружности (фиг. 4). Глухие радиальные каналы 10 сепаратора в мельнице выполнены в виде кольцевых канавок на боковой цилиндрической поверхности ротора, перекрытых по всей длине ротора продольными радиальными пластинами 12, закрепленными с ротором. 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 disks 3, 4, 5, 6, 7, mounted on the shaft 2 and equipped with grinding bodies. The mill has a loading nozzle 8 and an unloading nozzle 9. The grinding bodies are placed in the blind radial channels 10 of the separator and are made like a “flexible cylinder” in the form of a packet of flat disks 11 that are not interconnected with each other and of the same diameter, whose axes are oriented parallel to the rotor axis (Figs. 1, 3 , 4). The generatrix of the lateral surface of the disks 11 is made either rectilinear, parallel to the axis of the disks 11 (Fig. 3), or curved, for example, in the form of a semicircle (Fig. 4). The blind radial channels 10 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 fixed to the rotor.

Работает мельница следующим образом. The mill operates as follows.

При вращении ротора на валу 2 мелющие пакеты дисков 11 под действием центробежных сил движущихся из глухих радиальных каналов 10 сепаратора к периферии, т.е. к футеровке корпуса 1. Коснувшись футерованной поверхности корпуса 1, диски 11 с силой прижимаются к последней и начинают перемещаться по ее поверхности вместе с ротором, не выходя за пределы радиальных каналов 10 сепаратора. После запуска мельницы, во внутрь корпуса 1 по загрузочному патрубку 8 непрерывно подается текучий исходный продукт, например, сыпучий, порошкообразный или в виде грубодисперсной пульпы. Двигаясь в пространстве, ограниченном внутренней поверхностью футеровки корпуса 1 и боковой поверхностью ротора от загрузочного парубка 8 к выгрузочному 9 исходный продукт измельчается. Процесс измельчения осуществляется за счет разрушения твердых частиц исходного продукта при контакте дисков 11 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 их дисками 11 при прокатывании последних по внутренней футерованной поверхности корпуса 1, и "сминаются" за счет некоторого "проскальзывания" данных дисков по футеровке корпуса 1 с другой. Измельченный продукт отводится из корпуса 1 мельницы по выгрузочному патрубку 9. When the rotor rotates on the shaft 2, grinding disc packs 11 under the action of centrifugal forces moving from the blind radial channels 10 of the separator to the periphery, i.e. to the lining of the housing 1. Touching the lined surface of the housing 1, the disks 11 are pressed against the latter with force and begin to move along its surface with the rotor, without going beyond the radial channels 10 of the separator. After starting the mill, a fluid source product, for example, loose, powdery or in the form of a coarse pulp, is continuously fed into the inside of the housing 1 through the loading nozzle 8. Moving in a space limited by the inner surface of the lining of the housing 1 and the lateral surface of the rotor from the loading branch 8 to the unloading 9, 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 disks 11 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 their disks 11 when rolling the latter along the inner lined surface of the housing 1, and are “crushed” due to some “slipping” of these disks along the lining of the housing 1 on the other. The crushed product is discharged from the mill body 1 through the discharge pipe 9.

Вследствие высокой динамики движения мелющих тел по поверхности футеровки корпуса (например, скорость вращения дисков 11 или цилиндров в мельнице-прототипе составляет свыше 10000 об/мин, а линейная скорость их перемещения по футеровке - не менее 10 - 15 м/с), данные мелющие тела совершают колебательные движения. Поэтому при работе предлагаемой мельницы и мельницы-прототипа мелющие тела контактируют с футеровкой корпуса 1, либо по линии образующей боковой поверхности мелющих тел (т.е. дисков или цилиндров), либо в точке. При этом период точечного контактирования мелющих тел с футеровкой корпуса при работе данных мельниц занимает достаточно значительную часть времени и существенно влияет на эффективность измельчения в них исходного продукта. Однако выполнение мелющих тел глухих радиальных каналах 10 подобно "гибкому цилиндру" в виде пакета невзаимосвязанных между собой одинакового диаметра плоских дисков 11 позволяет в несколько раз по сравнению с мельницей-прототипом увеличить удельную площадь контакта мелющих тел с футеровкой корпуса 1, на период их "точечного" контактирования, при равных размерах вышеуказанного пакета дисков и мелющих цилиндров в мельнице-прототипе. Потому что "точечное" контактирование пакета дисков, представляющее собой "гибкое" мелющее тело в предложенном устройстве, осуществляется одновременно сразу в нескольких точках (число таких контактов равно числу дисков 11 в пакете), а цельного мелющего цилиндра в мельнице-прототипе - только в одной точке. Другими словами, предлагаемое конструктивное исполнение мелющего тела в виде "гибкого цилиндра" в предложенном устройстве позволяет существенно в несколько раз увеличить удельную величину числа контактов рабочей поверхности мелющего тела с футеровкой корпуса на единицу массы или объема мелющего тела по сравнению с прототипом. Это существенно повышает частоту единовременно протекающих актов разрушения исходного продукта в рабочей камере заявленного устройства. Эффективность работы предложенной мельницы при этом значительно повышается, что обеспечивает, по данным лабораторных исследований, увеличение производительности заявленного устройства на несколько десятков процентов, по сравнению с мельницей-прототипом. Due to the high dynamics of the movement of grinding media over the surface of the lining of the housing (for example, the rotation speed of the disks 11 or cylinders in the prototype mill is more than 10,000 rpm, and the linear speed of their movement along the lining is at least 10 - 15 m / s), these grinding bodies make oscillatory movements. Therefore, when the proposed mill and the prototype mill are operating, the grinding media are in contact with the lining of the housing 1, either along the line forming the side surface of the grinding media (i.e., disks or cylinders), or at a point. At the same time, the period of point contact of the grinding media with the lining of the housing during operation of these mills takes a considerable part of the time and significantly affects the efficiency of grinding the initial product in them. However, the implementation of the grinding bodies of the blind radial channels 10, like a “flexible cylinder” in the form of a package of flat disks 11 that are not interconnected with the same diameter, makes it possible to increase the specific contact area of the grinding bodies with the lining of the housing 1 several times compared to the prototype mill for the period of their “point” "contacting, with equal sizes of the above package of disks and grinding cylinders in the mill prototype. Because the "point" contacting of the disk package, which is a "flexible" grinding body in the proposed device, is carried out simultaneously at several points (the number of such contacts is equal to the number of disks 11 in the package), and the whole grinding cylinder in the prototype mill is only in one point. In other words, the proposed design of the grinding body in the form of a "flexible cylinder" in the proposed device can significantly increase the specific value of the number of contacts of the working surface of the grinding body with the lining of the housing per unit mass or volume of the grinding body in comparison with the prototype. This significantly increases the frequency of simultaneously occurring acts of destruction of the original product in the working chamber of the claimed device. The efficiency of the proposed mill is significantly increased, which provides, according to laboratory studies, an increase in the productivity of the claimed device by several tens of percent, compared with the prototype mill.

В случае работы предложенной мельницы с мелющими телами с криволинейной боковой поверхностью (фиг. 4) достигается значительное повышение степени измельчения исходного продукта в зависимости от его физико-механических свойств в 6-8 раз и более, по сравнению с мельницей-прототипом. Предложенное техническое решение позволяет, на практике, многократно увеличивать кривизну рабочей поверхности мелющих дисков 11, уменьшая их толщину и радиус кривизны образующей боковой поверхности дисков 11 без снижения стабильности работы мельницы. В то время как радиус кривизны рабочей поверхности мелющих тел в форме цилиндров в мельнице-прототипе ограничивается размером 10 - 15 мм не менее. Как показывают стендовые исследования, дальнейшее уменьшение кривизны рабочей поверхности мелющих цилиндров (т.е. уменьшения радиуса цилиндров) резко снижает эффективность и стабильность работы мельницы-прототипа. Поскольку при этом существенно уменьшаются центробежные силы с уменьшением массы мелющих тел. В результате чего, контактное усилие мелющих тел с измельчаемым материалом становится недостаточным для эффективного измельчения материала. Увеличение же скорости вращения ротора, с целью увеличения контактного усилия мелющих тел на измельчаемый продукт, приводит к неблагоприятному интенсивному износу рабочих органов мельницы (т.е. мелющих тел, сепаратора и футеровки) и снижению стабильности работы самого устройства из-за крайне высокой динамики движения мелющих тел в рабочей камере мельницы. In the case of the proposed mill with grinding media with a curved side surface (Fig. 4), a significant increase in the degree of grinding of the starting product is achieved, depending on its physical and mechanical properties, by 6-8 times or more, compared with the prototype mill. The proposed technical solution allows, in practice, to repeatedly increase the curvature of the working surface of the grinding discs 11, reducing their thickness and the radius of curvature of the forming side surface of the discs 11 without reducing the stability of the mill. While the radius of curvature of the working surface of grinding media in the form of cylinders in a prototype mill is limited to at least 10 - 15 mm. As bench studies show, a further decrease in the curvature of the working surface of the grinding cylinders (i.e., reducing the radius of the cylinders) dramatically reduces the efficiency and stability of the prototype mill. Since in this case centrifugal forces are significantly reduced with a decrease in the mass of grinding media. As a result, the contact force of the grinding media with the material being ground becomes insufficient for effective material grinding. An increase in the rotor speed, in order to increase the contact force of the grinding media on the product to be ground, leads to unfavorable intensive wear of the mill's working bodies (i.e. grinding media, separator and lining) and a decrease in the stability of the device itself due to the extremely high dynamics of movement grinding bodies in the working chamber of the mill.

Итак, предложенная мельница обеспечивает многократное увеличение дисперсности готового продукта и имеет на десятки процентов повышенную производительность, по сравнению с мельницей-прототипом. Это достигается за счет значительного увеличения числа единовременно протекающих актов разрушения исходного продукта в рабочей камере заявленного устройства и существенного увеличения кривизны рабочей поверхности мелющих тел без изменения стабильности работы мельницы. Данные преимущества предложенной мельницы по сравнению с известными существенно расширяют область ее применения при измельчении материалов разнообразными физико-механическими свойствами. So, the proposed mill provides a multiple increase in the dispersion of the finished product and has tens of percent increased productivity compared to the prototype mill. This is achieved due to a significant increase in the number of simultaneously occurring acts of destruction of the initial product in the working chamber of the claimed device and a significant increase in the curvature of the working surface of grinding media without changing the stability of the mill. These advantages of the proposed mill in comparison with the known ones significantly expand the scope of its application when grinding materials with various physical and mechanical properties.

Claims

1. A centrifugal mill containing a vertical cylindrical housing with loading and unloading nozzles, a rotor coaxially mounted in the housing with a separator, in which the grinding media are placed in the blind radial channels, characterized in that the grinding bodies in the blind radial channels are made in the form of a packet of the same interconnected the size of flat disks whose axes are oriented parallel to the axis of the rotor.

2. The mill according to claim 1, characterized in that the generatrix of the lateral surface of the disks is made curved.