Роторно-вихревая мельница и ее рабочий орган

Группа изобретений предназначена для получения тонких (100-40 микрон) и сверхтонких (менее 40 микрон) порошковых материалов. Роторно-вихревая мельница содержит камеру помола (1) с рабочими органами. Камера помола со стороны входа соединена с устройством подачи (2) исходного материала и камерой-сепаратором. Камера помола со стороны выхода соединена с камерой выгрузки (7) несепарированного материала. Камера выгрузки несепарированного материала соединена посредством пневмогазового тракта (8) с камерой-сепаратором. Камера-сепаратор состоит из сепаратора (4) циклонного типа и сепаратора (5) и снабжена двигателем и патрубком (9) для вывода измельченного материала. Устройство подачи исходного материала выполнено с дозатором (11) для введения добавок. Камера-сепаратор выполнена аэродинамической с возможностью двухступенчатой сепарации измельченного в камере помола материала. Рабочий орган роторно-вихревой мельницы представляет собой по меньшей мере двухступенчатую конструкцию. Одна из ступеней предназначена преимущественно для измельчения исходного материала. Другая ступень предназначена преимущественно для придания измельчаемым частицам округлой формы. Ступени конструкции расположены одна под другой и образованы статором (17, 19) и размещенным на оси ротором (18, 20). Ротор выполнен с внутренней полостью (22, 23) и снабжен входом для подачи материала и направляющими выходными каналами-соплами. Вход ротора для измельчаемого материала второй и каждой последующей ступени расположен под соответствующим выходом из камеры предыдущей ступени. Камера образована внутренней поверхностью статора и наружной поверхностью ротора. Ротор выполнен с возможностью формирования направленного к соплам потока частиц. Рабочая поверхность статора ступени измельчения материала образована округлыми выемками. Сопла ротора и выемки статора расположены с возможностью соударения вылетающих из сопел потоков частиц с предварительно сформированными потоками частиц в выемках статора. Рабочая поверхность статора другой ступени выполнена с возможностью придания измельчаемым частицам округлой формы. Обеспечивается совмещение измельчения и придания измельчаемым частицам округлой формы и повышается эффективность измельчения. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к оборудованию для измельчения или обработки различных материалов, а именно, к роторно-вихревой мельнице, и может найти применение в металлургической, строительной, химической, горной, а также других отраслях промышленности, в т.ч. для получения тонких (100-40 микрон) и сверхтонких (менее 40 микрон) порошковых материалов. В частности, изобретение может быть использовано для измельчения металлов и металлических сплавов, металлосодержащих руд, керамики, графита, цементных клинкеров и других видов металлических, не металлических и полимерных материалов. Конструкция рабочих органов роторно-вихревой мельницы позволяет придавать измельченным частицам округлую форму. Кроме того, возможен вариант использования изобретения, согласно которому при измельчении материалов близких по физико-химическим свойствам к металлам при определенных режимах происходит механическое легирование получаемого порошкового материала.

Уровень техники

В настоящие время для измельчения материалов, по своим физико-химическим свойствам похожих на металлы, применяют шаровые мельницы. При этом частицы измельченного материала имеют самую разную форму. Для получения порошков металлов с частицами сферической формы, как правило, применяют метод распыления расплава. В заявляемой конструкции мельницы и ее рабочих органов объединены положительные аспекты механического измельчения материалов и метода получения порошков из расплавов.

Известно устройство для каскадного измельчения - вихревая мельница (Патент RU 2386480), содержащее вихревую помольную камеру с профилированной боковой поверхностью, глухим дном и диафрагмированной крышкой, соосную раскручивающую камеру, расположенную над помольной камерой, ограниченную снизу диафрагмированной крышкой вихревой камеры, примыкающей к ней боковой поверхностью с патрубком выхода продукта на периферии и верхней крышкой, через которую по центру с примыканием проходит труба ввода, нижним концом погруженная в помольную камеру, и устройство для закрутки несущей среды и первоначального ускорения частиц. Для закрутки несущей среды и первоначального ускорения частиц используется полый ротор центробежного вентилятора с глухим нижним диском, диафрагмированным верхним диском и лопатками, закрепленными между этими дисками, расположенный соосно внутри вихревой помольной камеры, под трубой ввода частиц, так что высота нижнего среза трубы ввода относительно нижнего диска ротора допускает регулирование, а внешний диаметр ротора составляет не более чем 0,71 от внутреннего диаметра вихревой камеры.

Данная известная конструкция мельницы характеризуется многоступенчатым принципом измельчения. Однако использование в конструкции лопаток приводит к повышенному износу рабочих органов мельницы. Кроме того, заявляемая конструкция характеризуется большими габаритными размерами.

Известна установка (Патент RU 2162014) для измельчения сыпучих материалов, содержащая подводящий патрубок, центробежный ускоритель частиц сыпучего материала, установленный под подводящим патрубком и выполненный в виде закрепленного на вертикальном валу ротора с прямолинейными радиально расположенными каналами для разгона частиц сыпучего материала, имеющими сужающиеся сопла на выходе из канала, тормозной экран напротив выходных отверстий каналов ротора, коллектор для сбора и отвода измельченных частиц, размещенный ниже тормозного экрана. Каналы в роторе имеют цилиндрическую форму и выполнены в виде цилиндрических труб, закрепленных на ускорителе, сопла выполнены в виде цилиндрических втулок из износостойкого материала с сужающимся внутренним каналом, закрепленных внутри трубы, а тормозной экран собран из вертикальных цилиндрических втулок, установленных с возможностью проворота на вертикальных стержневых элементах.

Основным недостатком данной установки является недостаточное время нахождения материала в зоне измельчения на поверхности тормозного экрана (на рабочих поверхностях статора), а также недостаточная интенсивность вихревых потоков, что приводит к низкой степени измельчения материала. Кроме того, использование керамических вставок усложняет процесс ремонта мельницы в случае их износа и необходимости замены.

Кроме того, перечисленные выше конструкции мельниц ударно-вихревого типа не позволяют придавать измельчаемым частицам округлую форму.

Известна вихревая мельница (Патент RU 2562542), предназначенная для измельчения различных материалов в строительной, химической, горной и других отраслях промышленности. Мельница содержит ротор, статор и мелющие элементы. Мелющие элементы установлены с возможностью радиального перемещения. Ротор и статор собраны из плоских колец из листовой стали. В кромках большего количества колец выполнены чередующиеся выемки и прорези. Выемки и прорези колец образуют пазы на обращенных друг к другу поверхностях ротора и статора. Мелющие элементы в виде пластин размещены в пазах прорезей. Изобретение упрощает конструкцию мельницы и ее технологичность, регулировку степени помола при обеспечении высокой эффективности помола.

В мельнице данной конструкции присутствует большая рабочая зона, что дает хорошую производительность и большой выход мелкой фракции. Однако конструкция данной мельницы не позволяет получать тонкие и сверхтонкие (менее 100 микрон) порошки.

Наиболее близким к заявляемому является решение роторно-вихревой мельницы, описанное в SU 1618440. Изобретение позволяет повысить выход монодисперсного продукта заданной фракции с получением кристаллов сферической формы. Роторно-вихревая мельница содержит корпус, в котором коаксиально расположен ротор, патрубки для загрузки и выгрузки продукта, газораспределительная решетка с цилиндрическим формирователем слоя, а на наружной поверхности ротора и на внутренней поверхности статора выполнены продольные сегментные пазы так, что в своем поперечном сечении они замыкаются в кольцевую камеру измельчения. Площадь сечения пазов ротора составляет 10-30% от общей площади камеры. Причем в пазах статора размещены прерыватели вихря.

В описанной конструкции мельницы измельчение основано на истирании частиц, свободно движущихся в вихре, которое может быть применено только к хрупкому материалу и материалу, имеющему малую прочность. Частицы измельчаемого материала движутся в продольных каналах с относительно равной скоростью друг относительно друга и в одном направлении и при этом не встречают препятствий. В такой ситуации эффективность разрушения материалов, способных к пластическому деформированию или проявляющих упругие свойства, а также материалов, имеющих высокую твердость и общую прочность, невелика. Кроме того, эффективность разрушения высокопрочных материалов, а также материалов повышенной пластичности снижается также и в связи с отсутствием камеры разгона измельчаемых частиц, которая бы обеспечивала первоначальное ускорение частиц, необходимое для перехода энергии движения в энергию разрушения частиц в момент их соударения. Основной принцип, используемый в известной мельнице при измельчении частиц - принцип истирания, энергии которого не достаточно для эффективного разрушения прочных материалов. Наличие одной ступени измельчения также не обеспечивает эффективного измельчения с получением частиц заданного размера и формы.

Раскрытие изобретения

Заявляемая группа технических решений - рабочий орган роторно-вихревой мельницы и роторно-вихревая мельница, предназначены для измельчения различных материалов, преимущественно, обладающих повышенной прочностью, и придания получаемым частицам сферичной формы, которая может использоваться в химической, металлургической, горнорудной промышленности, а также других сферах промышленного производства, где требуется получать порошкообразные материалы с частицами сферичной формы.

Технический результат заключается в возможности совмещения технологического процесса измельчения исходного материала с процессом придания измельчаемым частицам округлой формы с обеспечением повышения эффективности измельчения исходного материала (за один проход материала через рабочие органы). Кроме того, заявляемая мельница при измельчении исходного материала совместно с модифицирующими добавками обеспечивает получение как дисперсно упрочненного композитного порошкового материала, так и механически легированного. В частности, с помощью заявляемой конструкции мельницы можно получить тонко измельченный сплав металлов или чистые металлы (с размерами частиц от 1 до 100 мкм). Кроме того, заявляемая мельница характеризуется высоким сроком службы ее рабочих органов в связи с тем, что процесс измельчения частиц происходит за счет соударения их друг с другом при минимальном взаимодействии с рабочими поверхностями рабочих органов мельницы. Кроме того, рабочие органы в сборе представляют собой компактную конструкцию.

Поставленная задача решается тем, что рабочий орган роторно-вихревой мельницы представляет собой, по меньшей мере, двухступенчатую конструкцию, одна из ступеней которой предназначена преимущественно для измельчения исходного материала, и одна - преимущественно для придания измельчаемым частицам округлой формы; ступени конструкции расположены одна под другой и образованы статором и размещенным на оси ротором, выполненным с внутренней полостью для разгона частиц, снабженным входом для подачи измельчаемого материала и направляющими выходными каналами (соплами), при этом упомянутый вход ротора для измельчаемого материала второй и последующих ступеней расположен под соответствующим выходом из камеры предыдущей ступени, где камера образована внутренней (рабочей) поверхностью статора и наружной поверхностью ротора, при этом ротор выполнен с возможностью формирования направленного к соплам потока частиц, а рабочая поверхность статора ступени измельчения материала образована округлыми выемками, при этом выходные каналы (сопла) и выемки статора имеют геометрию и расположение, обеспечивающие формирование в выемке статора закручивающегося потока частиц, вылетевших из сопла ротора, и при повороте ротора на угол соударение упомянутого потока с потоком частиц, вылетающих из следующего сопла (в последующий момент времени), а рабочая поверхность статора другой ступени выполнена с возможностью придания измельчаемым частицам округлой формы.

Внутренние поверхности ротора и статора ступени для измельчения исходного материала могут быть образованы округлыми выемками или профили внутренних поверхностей ротора и статора ступени для измельчения исходного материала могут иметь форму частей окружности или полуокружностей в продольном сечении (в плоскости, расположенной перпендикулярно оси вращения), при этом радиус частей окружности статора больше радиуса частей окружности ротора, а сопла роторов выполнены протяженными по высоте выемки и расположены в центральной части окружности или выемки. Сопла роторов имеют радиальное расположение и могут представлять собой щелевидные вертикальные прорези в боковой стенке ротора.

Внутренняя поверхность статора ступени для придания измельчаемым частицам округлой формы может иметь тороидальную форму или профиль поперечного сечения статора (в плоскости, проходящей через ось вращения) может иметь форму части окружности или полуокружности.

Роторы выполнены с возможностью однонаправленного вращения и в одном из вариантов осуществления изобретения расположены на одной оси.

Угол раскрытия камеры, образованной округлым элементом (выемкой) профиля статора составляет 80°-100°, ротора - 90°-30°.

Поставленная задача решается тем, что роторно-вихревая мельница включает камеру помола с рабочими органами, со стороны входа соединенную с устройством подачи исходного материала и камерой - сепаратором, со стороны выхода - с камерой выгрузки не сепарированного материала, которая соединена посредством пневмогазового тракта с камерой сепарации, состоящей из газового сепаратора (типа циклон) и центробежного сепаратора, снабженного двигателем и патрубком для вывода измельченного материала, при этом рабочие органы камеры помола имеют конструктивное выполнение, описанное выше, устройство подачи исходного материала выполнено с возможностью дозированного введения добавок, камера-сепаратор выполнена с возможностью двухступенчатой сепарации измельченного материала.

Устройство подачи может быть шнекового типа, первая ступень камеры-сепаратора выполнена в виде газового сепаратора (например, в виде циклона) с возможностью предварительной сепарации измельченного материала, вторая ступень - в виде камеры основной сепарации, выполненной, например, в виде центробежного аэродинамического сепаратора, при этом выход пневмогазового тракта соединен со входом предварительного сепаратора, а патрубок для вывода измельченного материала - с камерой основной сепарации.

Роторно-вихревая мельница может дополнительно содержать камеру стабилизации пылегазовых потоков, расположенную между газовым сепаратором и камерой помола.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема роторно-вихревой мельницы (без системы пневмогазового транспорта и системы выгрузки измельченного материала); на фиг. 2 изображен поперечный разрез рабочего органа мельницы, имеющего двухступенчатую конструкцию, первая ступень которой предназначена преимущественно для измельчения исходного материала, вторая - преимущественно для придания измельчаемым частицам округлой формы; на фиг. 3 изображен разрез А-А фиг. 2, характеризующий конструктивное исполнение статора и ротора первой ступени и камеры измельчения, образованной пространством между ротором и статором; на фиг. 4 изображен разрез Б-Б фиг. 2, характеризующий конструктивное исполнение статора и ротора второй ступени и камеры формирования округлой формы частиц (камера формования), образованной пространством между упомянутыми ротором и статором.

Позициями на фиг. 1 обозначены конструктивные элементы мельницы:

1 - камера помола с рабочими органами, 2 - устройство подачи исходного материала, например, шнекового типа (шнековый питатель), 3 - соединительный патрубок, 4 - газовый сепаратор (типа циклон), 5 - центробежный аэродинамический сепаратор (камера основной сепарации), 6 - камера стабилизации пылегазовых потоков аэродинамического сепаратора, 7 - камера выгрузки не сепарированного материала для последующей аспирации (выгрузки), 8 - пневмогазовый тракт, 9 - патрубок вывода измельченного материала, 10 - бункер загрузки основного измельчаемого материала, 11 - устройство дозированной подачи дополнительного материала (для обеспечения процесса механического легирования измельчаемого материала), 12 - двигатель для устройства подачи исходного материала 2, 13 - двигатель, приводящий в движение рабочие органы мельницы, 14 - двигатель сепаратора, 15 - рама, 16 - приводной ремень главного привода (ременная передача).

Позициями на фиг. 2-4 обозначены конструктивные элементы рабочего органа: 17 - статор ступени для измельчения исходного материала, 18 - ротор ступени для измельчения исходного материала, 19 - статор ступени придания измельчаемым частицам округлой формы, 20 - ротор ступени придания измельчаемым частицам округлой формы, 21 - ось ротора, 22 - внутренняя полость ротора, 23 - внутренняя поверхность ротора, образованная округлыми выемками, 24 - выходные каналы (сопла) ротора, 25 - камера измельчения, образованная внутренней (рабочей) поверхностью статора и наружной поверхностью ротора, 26 - рабочая поверхность статора ступени измельчения материала, образованная округлыми выемками, 27 - рабочая поверхность статора ступени придания измельчаемым частицам округлой формы, 28 - камера придания частицам округлой формы, образованная внутренней (рабочей) поверхностью статора и наружной поверхностью ротора,

Осуществление изобретения

На фиг. 1 представлен пример реализации роторно-вихревой мельницы. Следует отметить, что заявляемые технические решения мельницы и рабочих органов мельницы не ограничиваются представленными ниже примерами, которые предназначены для лучшего понимания сущности изобретения.

Мельница включает камеру помола 1, в которой расположены рабочие органы, обеспечивающие измельчение исходного материала и придание измельчаемым частицам округлой формы, систему аспирации и сепарации. В одном из вариантов осуществления мельницы камера помола 1 со стороны входа соединена с устройством подачи исходного материала (или системой загрузки измельчаемого материала, например, при помощи шнекового питателя) 2 и через соединительный патрубок 3 с камерой - сепаратором, которая может включать две ступени сепарации: 4 - газовый сепаратор (типа циклон), 5 - центробежный аэродинамический сепаратор (камера основной сепарации). В одном из вариантов осуществления изобретения мельница может содержать камеру стабилизации пылегазовых потоков аэродинамического сепаратора 6, расположенную между камерой помола 1 и газовым сепаратором типа циклон 4. Со стороны выхода камера помола 1 соединена с камерой выгрузки не сепарированного материала 7, которая соединена пневмогазовым трактом 8 с камерой сепаратором 3, в частном варианте - с газовым сепаратором 4. Камера-сепаратор или в частном варианте осуществления изобретения - центробежный аэродинамический сепаратор 5, снабжен патрубком для вывода измельченного материала 9. Устройство подачи исходного материала 2 соединено с бункером загрузки основного измельчаемого материала 10 и устройством дозированной (или контролируемой) подачи дополнительного материала (дозатором или дозаторами) 11 для совместного измельчения с базовым материалом (для обеспечения процесса механического легирования измельчаемого материала). Мельница снабжена двигателем 12 устройства подачи исходного материала 2; двигателем 13, приводящим в движение рабочие органы мельницы посредством ременной передачи 16; двигателем 14 камеры-сепаратора. Все элементы конструкции могут быть закреплены на раме 15.

Применение в конструкции мельницы устройства дозированной подачи дополнительного материала 11 позволяет вводить по специальным каналам небольшое количество добавок, например, не менее 0,1 процента по массе в измельчаемый материал, тем самым в режимах сверхтонкого помола в камере 1 обеспечивается возможность механического легирования измельчаемого материала в заданных параметрах. Мельница имеет также механизм сепарации и аспирации газовой среды. В механизме аспирации происходит выгрузка готового тонко измельченного порошка. Система пневмотранспорта и аспирации материалов при осуществлении изобретения должна обеспечивать режимы работы в заданных параметрах. Для обеспечения этих режимов могут применяться стандартные изделия - воздуходувки, дымососы и циклоны различных конструкций. Газом- носителем может выступать специально подготовленный воздух, а также инертный или активный (для измельчаемого материала) газ. При этом газ носитель или его часть (смесь газов) может являться хладагентом.

Предлагаемые конструктивные решения мельницы и ее рабочих органов обеспечивают высокую производительность с получением качественного материала.

Измельчаемый материал поступает при помощи шнекового питателя 2 на рабочие органы мельницы, где разрушается с получением округлой формы измельченных частиц. После измельчения смесь материала и газов по специальному тракту 8 попадает в зону сепарации. В зоне сепарации происходит разделение материала, после которой частицы крупнее заданной фракции попадают в зону подачи материала питателем, где доизмельчаются. Частицы, прошедшие классификацию (измельченные до заданного размера) выводятся газовым потоком в зону осаждения измельченного материала в виде циклона или системы циклонов.

На фиг. 2-4 представлены в разрезе рабочие органы мельницы, включающие статор 17 и ротор 18 ступени для измельчения исходного материала, статор 19 и ротор 20 ступени придания измельчаемым частицам округлой формы (формования), которые связаны друг с другом и реализуют многоступенчатый принцип измельчения материала. При этом рабочий орган камеры помола 1 мельницы может иметь более одной ступени (связки ротор-статор) как для измельчения исходного материала, так и для придания измельчаемым частицам округлой формы. Таким образом, рабочие органы мельницы могут иметь несколько ступеней (несколько пар ротор-статор) измельчения, что повышает степень измельчения материала за один проход материала через камеру помола 1, и несколько ступеней (несколько пар ротор-статор) придания частицам округлой формы, что увеличивает количество частиц, наиболее приближенных по форме к сфере. Следовательно, если требуется получить более мелкие частицы, то увеличивают количество роторов или пар ротор-статор в камере помола. Для получения частиц порошка с более округлой формой увеличивают количество роторов или пар ротор-статор ступеней формования.

Роторы 18 и 20 представляют собой размещенные на оси 21 детали, выполненные в виде тел вращения с внутренней полостью (камерой), в стенках которой выполнены сопла 24. Внутренняя полость ротора 22 предназначена для разгона измельчаемых частиц, при этом развитая внутренняя полость (разгонная камера) характерна лишь для первой ступени и обеспечивает первоначальную кинетическую энергию измельчаемым частицам. Внешняя поверхность ротора имеет цилиндрическую форму. Внутренняя поверхность 23 роторов является профилированной - образована округлыми выемками, например, в форме части цилиндров или полуцилиндров (в поперечном разрезе - полуокружности или части окружностей), которые расположены параллельно оси ротора 21 по его окружности. Выемки (концентраторы) также могут иметь форму эллиптического полуцилиндра, параболического цилиндра, гиперболического цилиндра, поверхность, образованную непараллельными плоскостями и другие формы поверхностей, выполняющие функцию направляющих и обеспечивающих эффективную подачу материала к соплу. Сопла 24 расположены в верхней части ротора, выполнены в виде радиальных каналов, размещенных в центральной части полуцилиндров на равноудаленном расстоянии друг от друга. В одном из вариантов осуществления изобретения сопла выполнены в виде щелевидных отверстий, проходящих сверху вниз на всю высоту полуцилиндров. Внутренняя (рабочая) поверхность статора 26 ступени измельчения материала также образована округлыми выемками по аналогии с профилем внутренней поверхности 23 ротора. При этом образованные выемками полости в роторе и статоре имеют отличающийся объем или радиус кривизны. Рабочая поверхность 27 статора ступени придания измельчаемым частицам округлой формы выполнена в форме тора.

Частицы измельчаемого материала попадают в центр ротора первой ступени, где под действием центробежной силы приобретают высокую кинетическую энергию, в результате чего обеспечивается условия для начало процесса измельчения. Разогнанные частицы через сопла 24 попадают в камеру измельчения - пространство между ротором 18 и статором 17. Причем выходы сопел из ротора расположены таким образом, что вылетающие из них частицы ударяют в крайние части одной полусферы статора, расположенной напротив. Проворачиваясь на угол в каждый последующий момент времени частицы, вылетающие из следующих сопел ротора, попадают в массу движущихся частиц, попавших в статор мгновением ранее. Измельченные частицы материала через канал в форме кольцевого зазора между ротором и статором попадают на второй ротор, имеющий больший диаметр. На фиг. 4 изображена характерная конструкция рабочих органов второй ступени - камеры формования частиц. Материал попадает в полость ротора следующей ступени, который также имеет профилированную внутреннюю поверхность ротора (при этом не имеет такой камеры разгона, которая присутствует в роторе первой ступени), затем через сопла попадает в камеру формования. Статор 19 камеры формования имеет тороидальную (в поперечном разрезе полукруглую) или другой формы проточку по периметру. Форма проточки может также иметь вид эллиптического полуцилиндра, параболического цилиндра, гиперболического цилиндра в зависимости от механических свойств материала. Частицы с сформированной на данной ступени округлой формой через канал в форме кольцевого зазора между ротором 20 и статором 19 попадают в камеру выгрузки не сепарированного материала 7.

Поток рабочих газов, в котором происходит перемещение частиц, обеспечивает охлаждение как рабочих органов мельницы, так и измельчаемого материала. В качестве рабочего газа (или газа носителя) может выступать атмосферный воздух или подготовленный (осушенный) атмосферный воздух, а также инертный или активный для измельчаемого материала газ. При этом газ-носитель или его часть (смесь газов) может быть хладагентом. Также газ-носитель может возвращаться в систему, после отделения от материала и очистки в фильтрах, таким образом может быть реализован замкнутый или полузамкнутый цикл движения газа.

При работе мельницы роторы вращаясь, начинают работать как центробежный насос и создают значительный поток газов. Поток газов обеспечивается как основными рабочими органами мельницы, так и радиальным вентилятором или подобным оборудованием с соответствующими техническими характеристиками. Вентилятор должен обеспечить достаточную скорость потока и прокачивать необходимое количество пылегазовой среды для стабильной работы системы пневмотранспорта и аспирации. Для аспирации газа, выходящего из мельницы, применяют систему, имеющую не менее одного циклона и фильтрующего элемента (на чертеже не показаны). Система аспирации с несколькими циклонами и системой фильтрации при помощи механических и/или электростатических фильтров обеспечивает снижение потерь измельченного материала и повышает экологичность всего процесса в целом.

Эффективность измельчения и формования частиц обеспечивается за счет сообщения частицам измельчаемого материала высокой кинетической энергии. Основной принцип, используемый при осуществлении способа измельчения, реализуемый мельницей, состоит в придании частицам высокой скорости (кинетической энергии) с последующим формированием неламинарных потоков газов и частиц на рабочих органах мельницы (формирования потока материала и газовой среды и использования аэродинамических эффектов струй движущегося материала и газа для его разрушения). В ходе этого процесса происходит соударение частиц измельчаемого материала между собой, а также их интенсивное истирание друг о друга. Отличительной особенностью рабочих органов мельницы является то, что сопла ротора расположены таким образом, что сформированные ими струи направляются в ближний край полусферической полости (камеры) статора, расположенной по ходу движения ротора и формируют закручивающийся поток, при последующем смещении ротора струя материалов ударяет в поток частиц, сформированный в предыдущий момент времени, при этом происходит эффективное разрушение частиц за счет перехода кинетической энергии в энергию разрушения частиц и проявляется механизм самофутирования рабочих поверхностей статора. Ускорение частиц обеспечивается центробежными силами, возникающими при вращении ротора. Ротор вращаясь, начинает работать как центробежный компрессор, что создает достаточные условия для пневмотранспортировки пылегазовой взвеси внутри мельницы. Материал при осуществлении способа после прохождения сепаратора перемещается благодаря системе пневмотранспорта (вентилятору системы аспирации).

Заявляемая конструкция мельницы обеспечивает механическое разрушение исходного материала и придает им сферическую форму. При этом разрушение материала происходит в первой ступени за счет высокой скорости частиц разрушаемого материала и сформированных потоков газа и частиц на рабочих органах мельницы. Придание частицам округлой формы происходит во второй ступени - камере формирования, благодаря профилю рабочей части статора, формирующего поток газа и измельчаемого материала с обеспечением необходимых аэродинамических условий для получения частиц округлой формы. Таким образом, профилированные внутренние поверхности статоров и роторов обеспечивают создание вихрящегося потока газа, в котором частицы материала истираясь, соударяясь, разрушаются и приобретают сферическую форму, а в случае механического легирования - агломерируются.

Примеры реализации изобретения

Для обеспечения процесса механического легирования необходимо получить порошок металла с размером частиц порядка 1 микрона, а потом агломерировать измельченные частицы до размеров 40-50 микрон. Чтобы механическое легирование протекало наиболее эффективно необходимо получить частицы микронного размера за один проход через камеру помола и сформировать за один проход через камеру формования, агломерированные частицы размером в 50 микрон. Исходя из технологического процесса получения механически легированного порошка металла на основе железа, необходимо использовать многоступенчатую схему рабочих органов. Наиболее рациональная схема устройства будет иметь следующий вид: три ступени измельчения и две ступени формования.

Чтобы получить порошок на основе электролитической меди с частицами, максимально приближенными к форме сферы (полуфабрикат в виде порошка с частицами сложной формы), конструкция мельницы может иметь одну ступень измельчения и одну ступень формования. При такой конфигурации на выходе будут получаться сферические частицы размером в 5-20 микрон.

Диаметр первой ступени мельницы, имеющий полую разгонную камеру, и число оборотов должно обеспечивать угловую скорость ротора порядка 1400 рад/сек. Каждая последующая ступень будет иметь диаметр на 50 миллиметров больше, но может варьироваться в зависимости от формы сопел ротора.

Таким образом, с помощью заявляемого устройства можно получать измельченный механически легированный порошок металлов и различные смеси металлов и не металлов с частицами сферичной формы и размерами до 40 микрон, что обеспечивает новые характеристики порошкообразных материалов и набора свойств, которые ранее не удавалось получить при механическом измельчении металлов и их смеси с неметаллами. Такие свойства требуются в сфере порошковой металлургии и аддитивных технологиях. К характеристикам механически измельченного материала, предлагаемым способом, можно отнести повышенную текучесть и насыпную плотность. Также обеспечивается возможность регулирования химического состава получаемых порошков, не расплавляя металл, при этом за счет явления механического легирования обеспечивается высокая физико-химическая однородность получаемого порошкового материала в целом и частиц порошка в частности. С помощью заявляемого устройство можно получать механически измельченный материал с размерами частиц менее 1 микрона сферической формы, но без использования возможности механического легирования.

Устройство характеризуется компактным размером и возможностью получения порошковых материалов с высокой гомогенностью из металлов, не образующих сплавы, смеси металлов с их соединениями, а также неметаллами в различных сочетаниях, при этом объединяет в себе простоту конструкции и относительную легкость настройки режимов работы. Кроме того, преимущество заявляемой мельницы заключается в возможности применения стандартного оборудования центробежных вентиляторов, циклонов, фильтров тонкой очистки газов, промышленных электростатических фильтров для обеспечения ее работы, что приводит к снижению себестоимости мельницы, а также к снижению стоимости ее обслуживания в процессе эксплуатации.

1. Рабочий орган роторно-вихревой мельницы, представляющий собой по меньшей мере двухступенчатую конструкцию, одна из ступеней которой предназначена преимущественно для измельчения исходного материала и одна - преимущественно для придания измельчаемым частицам округлой формы, ступени конструкции расположены одна под другой и образованы статором и размещенным на оси ротором, выполненным с внутренней полостью, снабженным входом для подачи материала и направляющими выходными каналами-соплами, при этом упомянутый вход ротора для измельчаемого материала второй и каждой последующей ступени расположен под соответствующим выходом из камеры предыдущей ступени, где упомянутая камера образована внутренней поверхностью статора и наружной поверхностью ротора, при этом ротор выполнен с возможностью формирования направленного к соплам потока частиц, а рабочая поверхность статора ступени измельчения материала образована округлыми выемками, при этом сопла ротора и выемки статора расположены с возможностью соударения вылетающих из сопел потоков частиц с предварительно сформированными потоками частиц в выемках статора, а рабочая поверхность статора другой ступени выполнена с возможностью придания измельчаемым частицам округлой формы.

2. Рабочий орган роторно-вихревой мельницы по п.1, характеризующийся тем, что внутренние поверхности ротора ступени для измельчения исходного материала образованы округлыми выемками или профили внутренних поверхностей ротора и статора ступени для измельчения исходного материала имеют форму частей окружности или полуокружностей в продольном сечении, при этом радиус частей окружности статора больше радиуса частей окружности ротора, а сопла роторов расположены в центральной зоне каждой части окружности или выемки.

3. Рабочий орган роторно-вихревой мельницы по п.1, характеризующийся тем, что внутренняя полость ротора первой ступени выполнена с возможностью разгона частиц измельчаемого материала.

4. Рабочий орган роторно-вихревой мельницы по п.1, характеризующийся тем, что внутренняя поверхность статора ступени для придания измельчаемым частицам округлой формы имеет тороидальную форму или профиль поперечного сечения статора имеет форму части окружности или полуокружности.

5. Рабочий орган роторно-вихревой мельницы по п.1, характеризующийся тем, что роторы выполнены с возможностью однонаправленного вращения.

6. Рабочий орган роторно-вихревой мельницы по п.1, характеризующийся тем, что роторы расположены на одной оси.

7. Рабочий орган роторно-вихревой мельницы по п.1, характеризующийся тем, что сопла ротора имеют радиальное расположение.

8. Рабочий орган роторно-вихревой мельницы по п.1, характеризующийся тем, что сопла ротора расположены на равноудаленном расстоянии друг от друга.

9. Рабочий орган роторно-вихревой мельницы по п.1, характеризующийся тем, что угол раскрытия камеры, образованной выемкой статора, составляет 80°-100°.

10. Рабочий орган роторно-вихревой мельницы по п.1, характеризующийся тем, что угол раскрытия камеры, образованной выемкой ротора, составляет 90°-30°.

11. Роторно-вихревая мельница, включающая камеру помола с рабочими органами, со стороны входа соединенную с устройством подачи исходного материала и камерой-сепаратором, со стороны выхода - с камерой выгрузки несепарированного материала, которая соединена посредством пневмогазового тракта с камерой-сепаратором, состоящей из сепаратора циклонного типа и сепаратора, снабженной двигателем и патрубком для вывода измельченного материала, при этом рабочие органы камеры помола выполнены по п.1, устройство подачи исходного материала выполнено с дозатором для введения добавок, камера-сепаратор выполнена аэродинамической с возможностью двухступенчатой сепарации измельченного в камере помола материала.

12. Роторно-вихревая мельница по п.11, характеризующаяся тем, что устройство подачи выполнено шнекового типа.

13. Роторно-вихревая мельница по п.11, характеризующаяся тем, что первая ступень камеры-сепаратора выполнена в виде циклона с возможностью предварительной сепарации измельченного материала, вторая ступень - в виде камеры основной сепарации, при этом выход пневмогазового тракта соединен со входом в циклон, а патрубок для вывода измельченного материала - с камерой основной сепарации.

14. Роторно-вихревая мельница по п.11, характеризующаяся тем, что она дополнительно снабжена камерой стабилизации пылегазовых потоков, расположенной между камерой-сепаратором и камерой помола.

15. Роторно-вихревая мельница по п.11, характеризующаяся тем, что в качестве рабочего газа использован инертный газ или газ-хладагент, перемещаемый по системе пневмотранспорта в замкнутом или полузамкнутом цикле.