Установка измельчения и сортировки материалов повышенной твердости, например металлического хрома

Установка содержит бункер исходного материала, вентилируемую шаровую мельницу, оснащенную гравитационно-центробежным пневмоклассификатором, снабженным циклоном, вентиляторы и трубопроводы, при этом бункер исходного материала сообщен с загрузочным патрубком шаровой мельницы, разгрузочный патрубок которой сообщен с патрубком ввода измельченного материала гравитационно-центробежного пневмоклассификатора, причем его патрубок вывода крупной фракции сообщен с загрузочным патрубком шаровой мельницы, а патрубок отвода пылевоздушной смеси гравитационно-центробежного пневмоклассификатора сообщен с полостью циклона. Вентилируемая вибромельница установки оснащена отбойно-вихревым пневмоклассификатором, снабженным циклоном, полость которого сообщена с патрубком отвода пылевоздушной смеси отбойно-вихревого пневмоклассификатора, каждый из циклонов сообщен с магнитным сепаратором, причем между магнитным сепаратором и циклоном гравитационно-центробежного пневмоклассификатора установлен ситовой классификатор, загрузочный патрубок вибромельницы сообщен с патрубком отвода мелкой фракции гравитационно-центробежного пневмоклассификатора, с надситовым пространством ситового классификатора и с патрубком отвода крупной фракции отбойно-вихревого пневмоклассификатора, а разгрузочный патрубок вибромельницы сообщен с патрубком ввода измельченного материала отбойно-вихревого пневмоклассификатора. Изобретение позволяет получить широкую гамму фракций готового продукта при сокращении энергетических затрат и увеличении производительности. 1 ил.

 

Изобретение относится к области механической переработки материалов повышенной твердости, например, таких, как металлический хром, путем дробления, измельчения и дальнейшей сортировки измельченного материала по фракциям.

Изобретение может быть использовано в горнодобывающей, металлургической, химической и строительной отраслях промышленности.

Уровень измельчения материалов и их фракционные характеристики после сортировки зачастую предопределяют свойства и ценность готовых изделий из переработанных материалов за счет увеличения реакционной способности сырьевых компонентов, скорости протекания последующих технологических процессов, повышения производительности технологического оборудования.

В связи с этим современные промышленные технологии требуют создания высокопроизводительных, экономически выгодных, надежных и долговечных измельчающих и сортировочных агрегатов, способных работать в напряженных условиях. Особенно это важно при механической переработке материалов повышенной твердости (9 единиц по шкале Мооса), например металлического хрома, который в настоящее время имеет весьма широкое применение в качестве легирующего компонента при производстве жаропрочных сплавов, сложнолегированных сталей, чугунов, сварочных электродов, наплавочной проволоки, при изготовлении изделий порошковой металлургии. Перечисленные материалы и изделия необходимы в самых ответственных отраслях народного хозяйства - энергетике, авиастроении, машиностроении, атомной энергетике и космической технике.

Повышенные требования к качеству готовых продуктов и изделий обусловливают получение все более тонкоизмельченных материалов с широкой гаммой фракций при достижении однородности частиц в каждой фракции.

Все эти требования вызывают необходимость дальнейшего совершенствования измельчающих и сортирующих устройств.

При проведении авторами изобретения по настоящей заявке патентных исследований для выявления из мирового уровня техники аналогов изобретения по классам МПК В 02 С 23/00, В 02 С 23/08-23/16 были обнаружены решения, характеризуемые совокупностями признаков, частично сходными с совокупностью существенных признаков заявленного изобретения.

В качестве аналогов выбраны и проанализированы следующие технические решения:

"Установка для производства щебня и песка", авт. свид. СССР №1726033, 08.08.89.

"Установка измельчения и фракционирования порошков сыпучих материалов повышенной твердости". Д.Д.Варгасов, Б.М.Прохоров, В.М.Шевченко. Труды СвердНИИхиммаша. Серия: Оборудование для оснащения радиохимических процессов. Выпуск 1(65). Екатеринбург, 1994. УДК 621.762.002.5.

"Измельченные материалы с частицами определенного размера". Заявка Великобритании №1267655, кл. В 02 С 17/00, В 02 С 17/20, 05.04.1968, опубл.22.03.1972г.

"Способ измельчения материала, например цементного клинкера", заявка ФРГ №3815217, кл. В 02 С 23/00, 23/38, 19/12, 04.05.88, опубл.16.11.89, №46.

"Способ и установка для измельчения материла, преимущественно цементного клинкера", патент Германии №4224704, кл. В 02 С 23/12, В 07 В 9/02, 25.07.92, опубл.27.01.94.

"Способ и устройство для измельчения штучного материала", заявка ЕПВ №0426651, 30.10.89, опубл.08.05.91, №19.

Известное устройство, выбранное в качестве аналога, по заявке ЕПВ №0426651 содержит вентилируемую горизонтальную ударно-отражательную дробилку на стадии предварительного измельчения, оснащенную пневмосепаратором или грохотом, вентилируемую трубчатую шаровую мельницу на стадии дополнительного измельчения. Разгрузочный патрубок ударно-отражательной мельницы сообщен с патрубком ввода измельченного материала пневмосепаратора или с надрешетным пространством грохота. Патрубок вывода крупнозернистой фракции пневмосепаратора или надрешетное пространство грохота сообщены с загрузочным патрубком трубчатой шаровой мельницы, а патрубок вывода мелкозернистой фракции пневмосепаратора или надрешетное пространство грохота сообщены с загрузочным патрубком ударно-отражательной мельницы.

Устройство снабжено циклонами для очистки пылевоздушной смеси, отводимой из пневмосепаратора или грохота, вентиляторами и трубопроводами.

Достоинством данного устройства является то, что обе мельницы работают в режиме вентиляции и в замкнутом цикле с пневмосепаратором. Оправдано и применение в известном устройстве для измельчения "исходных продуктов для производства цемента" ударно-отражательной мельницы на первой стадии измельчения, так как эти продукты являются хрупким материалом. Известно, что "наибольшее применение ударные мельницы получили при измельчении пород мягкой и средней твердости" (см. Е.А.Долганов. "Измельчение материалов в силикатной промышленности". Издание УПИ им. С.М.Кирова, г. Свердловск, 1981 г., с.14, УДК 621.926:622.73).

Однако это обстоятельство делает невозможным использование устройства по заявке ЕПВ №0426651 для измельчения материалов повышенной твердости, например, как металлический хром, твердость которого почти в 3 раза превышает твердость цементных материалов (см. И.Р.Клейс, X.X.Ууэмыйс. Износостойкость элементов измельчителей ударного действия. Издательство “Машиностроение”, Москва, 1986, с.5).

Наиболее близким к заявляемому является решение, описанное в статье Д.Д.Варгасов, Б.М.Прохоров, В.М.Шевченко "Установка измельчения и фракционирования порошков сыпучих материалов повышенной твердости". Труды СвердНИИхиммаша. Серия: Оборудование для оснащения радиохимических процессов. Выпуск 1(65). Екатеринбург, 1994, с.9-14, принятое в качестве прототипа. Установка содержит бункер исходного материала, вентилируемую шаровую мельницу, оснащенную гравитационно-центробежным сепаратором, снабженным циклоном, вентиляторы и трубопроводы, при этом бункер исходного материала сообщен с загрузочным патрубком шаровой мельницы, разгрузочный патрубок которой сообщен с патрубком ввода измельченного материала гравитационно-центробежного сепаратора, причем его патрубок вывода крупной фракции сообщен с загрузочным патрубком шаровой мельницы, а патрубок отвода пылевоздушной смеси гравитационно-центробежного сепаратора сообщен с полостью циклона. Установка снабжена рукавным фильтром для очистки воздуха, выходящего из циклона, при этом циклон и рукавный фильтр имеют, соответственно, транспортный контейнер готового продукта и контейнер пылевой фракции.

Достоинство этой установки состоит в том, что она при получении порошков металлического хрома 0,3 мм обеспечивает избирательность измельчения, сокращение пылеобразования, улучшая качество получаемых порошков. Все это достигается благодаря организации процесса, связанного с интенсивной вентиляцией рабочего объема мельницы и замкнутым циклом измельчения и сепарации материала.

Однако описываемая установка не способна эффективно обеспечивать более мелкое избирательное измельчение (например, до частиц размером менее 0,1 мм) по следующим причинам:

1. Как известно (см. Е. А. Долганов с.53), “с уменьшением размера измельчаемых частиц возрастает их относительная прочность”, а поэтому у слабоэнергонапряженной шаровой мельницы, где разрушение материала происходит только за счет массы мелющих шаров, резко падает эффективность измельчения.

2. Также известно, что с уменьшением размера измельчаемых частиц в измельчительных установках, работающих в замкнутом цикле с классификаторами (см. Справочник по обогащению руд. T.I. Подготовительные процессы. М., “Недра”, 1974, с.374), происходит увеличение циркулирующей нагрузки. В то же время (см. Е.А. Долганов с.46) “наибольший прирост производительности мельниц наблюдается при небольших значениях циркулирующей нагрузки”.

Неспособность описываемой установки эффективно обеспечивать более мелкое избирательное измельчение подтверждает и тот факт, что данная установка имеет только одну стадию измельчения, в то время как в данной области техники превалирует тенденция многостадийного измельчения и сортировки материалов с обеспечением получения широкой гаммы фракций в качестве готового продукта. Кроме того, следует отметить и такой недостаток, как загрязнение готового продукта частицами металла (так называемое „аппаратное железо″), из которого изготовлено оборудование установки, в связи со значительным износом рабочих поверхностей при повышенной циркулирующей нагрузке (балласт), особенно при переработке материалов повышенной твердости как металлический хром. Это обстоятельство снижает качество получаемого продукта.

Указанных недостатков лишена заявляемая установка измельчения и сортировки материалов повышенной твердости, при эксплуатации которой будет достигнут желаемый результат - получение широкой гаммы фракций в качестве готового продукта при сокращении энергетических затрат и увеличении производительности установки, а также снижении загрязнения готового продукта „аппаратным железом".

Изобретение по настоящей заявке, как и прототип, содержит бункер исходного материала, вентилируемую шаровую мельницу, оснащенную центробежным воздушно-проходным пневмоклассификатором, снабженным циклоном, вентиляторы и трубопроводы, при этом бункер исходного материала сообщен с загрузочным патрубком шаровой мельницы, разгрузочный патрубок которой сообщен с патрубком ввода измельченного материала центробежного воздушно-проходного пневмоклассификатора, причем его патрубок вывода крупной фракции сообщен с загрузочным патрубком шаровой мельницы, а патрубок отвода пылевоздушной смеси центробежного воздушно-проходного пневмоклассификатора сообщен с полостью циклона.

Заявляемая установка отличается от прототипа тем, что она снабжена вентилируемой вибромельницей, оснащенной отбойно-вихревым пневмоклассификатором, снабженным циклоном, полость которого сообщена с патрубком отвода пылевоздушной смеси отбойно-вихревого пневмоклассификатора, каждый из циклонов связан по измельченному материалу с магнитным сепаратором, причем между циклоном и магнитным сепаратором центробежного воздушно-проходного пневмоклассификатора установлен ситовой классификатор, загрузочный патрубок вибромельницы сообщен с патрубком отвода мелкой фракции центробежного воздушно-проходного пневмоклассификатора и с надситовым пространством ситового классификатора, а разгрузочный патрубок вибромельницы сообщен с патрубком ввода измельченного материала отбойно-вихревого пневмоклассификатора.

Изобретение отвечает всем критериям патентоспособности.

Оно является новым, так как из уровня техники не известны решения с такими же совокупностями существенных признаков, о чем свидетельствует приведенный ранее в настоящем описании анализ аналогов изобретения по настоящей заявке.

Изобретение промышленно применимо, так как оно может быть использовано в промышленности в тех отраслях, которые указаны в начале описания. Все существенные признаки, входящие в совокупность, выполнимы и воспроизводимы и используются в полном объеме для достижения ожидаемого технического результата.

Изобретение соответствует критерию "Изобретательский уровень". При проведении патентных исследований заявителем не выявлены из уровня техники решения, имеющие признаки, сходные с отличительными признаками описываемого изобретения.

Представляемое ниже описание конкретного выполнения установки и осуществления в нем процесса измельчения и сортировки материала - подтверждение тому.

На чертеже показана заявляемая установка в общем виде.

Установка содержит бункер 1 исходного материала, шаровую мельницу 2, оснащенную гравитационно-центробежным пневмоклассификатором 3, снабженным циклоном 4, при этом бункер 1 сообщен трубопроводом 5 с загрузочным патрубком 6 шаровой мельницы 2, разгрузочный патрубок 7 которой сообщен трубопроводом 8 с патрубком 9 ввода измельченного в шаровой мельнице 2 материала гравитационно-центробежного пневмоклассификатора 3, причем его патрубок 10 вывода крупной фракции сообщен с загрузочным патрубком 6 шаровой мельницы 2, трубопроводом 11, а патрубок 12 отвода пылевоздушной смеси гравитационно-центробежного пневмоклассификатора 3 сообщен с полостью циклона 4 трубопроводом 13.

Установка снабжена вентилируемой высокоэнергонапряженной вибромельницей 14, оснащенной отбойно-вихревым пневмоклассификатором 15, снабженным циклоном 16, полость которого сообщена трубопроводом 17 с патрубком 18 отвода пылевоздушной смеси отбойно-вихревого пневмоклассификатора 15. Каждый циклон 4 и 16 связан по измельченному материалу соответственно с магнитным сепаратором 19 и 20, причем между циклоном 4 и магнитным сепаратором 19, которые по технологии и компоновке относятся к гравитационно-центробежному пневмоклассификатору 3, установлен ситовой классификатор 21. Загрузочный патрубок 22 вибромельницы 14 сообщен трубопроводом 23 с патрубком 24 отвода мелкой фракции гравитационно-центробежного пневмоклассификатора 3, трубопроводами 25 и 23 с надситовым пространством ситового классификатора 21 и трубопроводом 26 с патрубком 27 отвода крупной фракции отбойно-вихревого пневмоклассификатора 15, а разгрузочный патрубок 28 вибромельницы 14 сообщен трубопроводом 29 с патрубком 30 ввода измельченного материала отбойно-вихревого пневмоклассификатора 15.

Установка снабжена необходимыми для ее работы вентиляторами 31 и 32. Вентилятор 31 размещен в замкнутой системе измельчения "шаровая мельница 2 - пневмоклассификатор З", а вентилятор 32 - в замкнутой системе измельчения "вибромельница 14 - пневмоклассификатор 15". Обе системы имеют в своем составе оснащенные вентиляторами 33 и 34 рукавные фильтры 35 и 36 для очистки отводимого из систем воздуха от пылевидных частиц металлического хрома.

Для сбора готового и пылевидного продукта, а также "аппаратного железа" в установке предусмотрены контейнеры в соответствующих местах. Под магнитным сепаратором 19 установлены контейнеры 37 и 38, под рукавным фильтром 35 - контейнер 39, под магнитным сепаратором 20 - контейнеры 40 и 41 и под рукавным фильтром 36 - контейнер 42.

Следует пояснить, что использование в заявляемой установке гравитационно-центробежного пневмоклассификатора обусловлено наиболее широким применением такого типа пневмоклассификаторов в системах измельчения замкнутого типа с вентилируемыми барабанными мельницами (см. М.Д.Барский. "Фракционирование порошков". Издательство "Недра", Москва, 1980, с.21, рис. 14; В.Е.Мизонов, С.Г.Ушаков. "Аэродинамическая классификация порошков". Издательство "Химия", Москва, 1989, с.53, рис.2.1). Конкретное исполнение отбойно-вихревого пневмоклассификатора, которым оснащена вибромельница, доступно представлено в кн. В.Е.Мизонова и С.Г.Ушакова "Аэродинамическая классификация порошков". Издательство "Химия", Москва, 1989, с.57, рис. 2.7. Однако исполнение указанных пневмоклассификаторов не является предметом настоящего изобретения.

Установка работает следующим образом.

Из бункера 1 металлический хром загружают равномерно в заданном количестве через патрубок 5 в вентилируемую шаровую мельницу 2.

Измельченный хром потоком воздуха выносится из зоны размола шаровой мельницы 2 и через патрубок 7 поступает в трубопровод 8, откуда через патрубок 9 вводится в гравитационно-центробежный пневмоклассификатор 3.

В нижней части пневмоклассификатора 3, называемой гравитационной ступенью, из поступившего измельченного хрома происходит выделение крупной фракции - частиц размером более 2 мм и менее 5 мм, которая через патрубок 10 выводится из пневмоклассификатора 4 и по трубопроводу 11 направляется в патрубок 6 для загрузки в шаровую мельницу 2 на доизмельчение.

В верхней части пневмоклассификатора 3, наиболее ответственной центробежной его ступени, где за счет закручивания материала с газом имеющимися лопатками мелкая фракция хрома - частицы размером менее 2 мм и более 0,3 мм - осаждается на стенке пневмоклассификатора 3 и затем, скатываясь по ней, выводится из пневмоклассификатора 3 через патрубок 24 в трубопровод 23, по которому мелкая фракция транспортируется на загрузку через патрубок 22 в вибромельницу 14.

Пылегазовая смесь с размером содержащихся в ней частиц хрома менее 0,3 мм, являющихся готовым к промышленному применению продуктом (продуктом №1), выводится через патрубок 12 и по трубопроводу 13 направляется в циклон 4. В нем происходит отделение частиц от воздуха, который направляют в рукавный фильтр 35 для очистки от пылевидных частиц хрома, собираемых в контейнер 39 для транспортировки на переплавку, либо на склад готового к промышленному применению продукта в качестве добавки при изготовлении красителей. Полученный готовый продукт из циклона 4 поступает в ситовой классификатор 21, где через “контрольное” сито просеивается, а над ситом остаются случайно захваченные воздушным потоком более крупные частицы. Они выводятся по трубопроводу 25 из надситового пространства ситового классификатора 21 в трубопровод 23 и далее поступают в патрубок 22 для загрузки в вибромельницу 14. Отсеянный готовый продукт из ситового классификатора 21 подают в магнитный сепаратор 19, в котором осуществляется отделение "аппаратного железа" от частиц хрома, после чего готовый продукт отправляют в контейнер 37, а "аппаратное железо" - в контейнер 38.

Загруженная в вентилируемую вибромельницу мелкая фракция металлического хрома из пневмоклассификатора 3 перерабатывается в вибрационной мельнице 14 с помощью "специальных обрабатывающих тел (шаров, цилиндров, стержней, валков, труб и т.п.)" (см. "Современные вибрационные мельницы и их применение в цветной металлургии за рубежом". Обзорная информация. Выпуск 3. Москва, 1987, с.2).

В описываемом конкретном примере работы заявляемой установки в качестве указанных специальных обрабатывающих тел могут быть использованы шары, которые были мелющими телами в шаровой мельнице 2 установки. Их размер в результате истирания при размоле металлического хрома уменьшается до размера 10-15 мм (при первоначальном размере шаров 45-60 мм). Шары такого размера малоэффективны для размола в шаровой мельнице 2 исходного хрома, куда поступают частицы размером до 20 мм, но пригодны для получения тонких и сверхтонких фракций хрома в вибромельнице 14, куда поступают частицы, крупность которых не превышает 2,0 мм. В результате совместного воздействия шаров и вибрирующей камеры мельницы 14 хром измельчается. Измельченный металлический хром через разгрузочный патрубок 28 вибромельницы 14 транспортируется по трубопроводу 29 и через патрубок 30 вводится в отбойно-вихревой пневмоклассификатор 15. Имеющийся в верхней части корпуса пневмоклассификатора 15, называемой вихревой зоной, внутренний конус с отбойными лопастями (на чертеже не показаны) образует вращающуюся от внешнего электродвигателя корзину. В вихревой зоне осуществляется сортировка поступившего в нее измельченного в вибромельнице 14 металлического хрома. Частицы его размером до 0,1 мм, обладающие малой инерцией и вместе с потоком воздуха прошедшие в зазоры между

вращающимися лопастями и не испытавшие соударения с ними, считаются мелкими и являются готовым продуктом №2, полученным на заявляемой установке.

Крупная фракция с размером частиц более 0,1 мм, но менее 2,0 мм, претерпев соударение с отбойными лопастями, отбрасывается к стенке корпуса пневмоклассификатора 15 и, опускаясь вниз по зазору между внутренним конусом и корпусом, поступает в патрубок 27 и далее по трубопроводу 26 транспортируется через патрубок 22 в вентилируемую вибромельницу 14 на доизмельчение, а оттуда - на повторную сортировку в пневмоклассификатор 15.

Мелкая фракция выводится из пневмоклассификатора 15 через патрубок 18 и по трубопроводу 17 направляется в циклон 16, где происходит отделение частиц хрома от воздуха, который далее направляют в рукавный фильтр 36 для очистки воздуха от пылевидных частиц металлического хрома, собираемых в контейнер 42 для транспортировки либо на склад для промышленного применения в качестве добавки при изготовлении красителей, либо на переплавку.

Полученный в циклоне 16 готовый продукт №2 поступает в магнитный сепаратор 20, в котором осуществляется отделение образовавшегося при измельчении металлического хрома в вибромельнице 14 "аппаратного железа" от частиц металлического хрома, после чего готовый продукт отправляют в контейнер 40, а "аппаратное железо" - в контейнер 41.

Как следует из представленного выше описания, заявляемая установка, представляющая собой успешное сочетание необходимых и достаточных для достижения высоких результатов технологических узлов и оборудования, позволяет получить тонкоизмельченный продукт с выделением нескольких фракций измельченного металлического хрома, что обусловливает расширение области применения его в готовых изделиях и продуктах при достижении их высокого качества.

Установка измельчения и сортировки материалов повышенной твердости, например металлического хрома, содержащая бункер исходного материала, вентилируемую шаровую мельницу, оснащенную гравитационно-центробежным пневмоклассификатором, снабженным циклоном, вентиляторы и трубопроводы, при этом бункер исходного материала сообщен с загрузочным патрубком шаровой мельницы, разгрузочный патрубок которой сообщен с патрубком ввода измельченного материала гравитационно-центробежного пневмоклассификатора, причем его патрубок вывода крупной фракции сообщен с загрузочным патрубком шаровой мельницы, а патрубок отвода пылевоздушной смеси гравитационно-центробежного пневмоклассификатора сообщен с полостью циклона, отличающаяся тем, что установка снабжена вентилируемой вибромельницей, оснащенной отбойно-вихревым пневмоклассификатором, снабженным циклоном, полость которого сообщена с патрубком отвода пылевоздушной смеси отбойно-вихревого пневмоклассификатора, каждый из циклонов связан по измельченному материалу с магнитным сепаратором, причем между магнитным сепаратором и циклоном гравитационно-центробежного пневмоклассификатора установлен ситовой классификатор, загрузочный патрубок вибромельницы сообщен с патрубком отвода мелкой фракции гравитационно-центробежного пневмоклассификатора, с надситовым пространством ситового классификатора и с патрубком отвода крупной фракции отбойно-вихревого пневмоклассификатора, а разгрузочный патрубок вибромельницы сообщен с патрубком ввода измельченного материала отбойно-вихревого пневмоклассификатора.