Измельчающее устройство
Изобретение относится к устройствам для дробления и измельчения материалов и может быть использовано в устройствах для механического измельчения конгломератов материалов, состоящих из материалов различной плотности и/или консистенции. Измельчающее устройство содержит камеру 14 измельчения, имеющую сторону подачи и сторону выпуска и охваченную стенкой 42. Стенка 42 камеры измельчения 41 может быть выполнена, в частности, круглой, цилиндрической и/или конической, расширяющейся книзу. Стенка 42 имеет по меньшей мере две части, которые расположены последовательно в осевом направлении и в каждой из которых соосно с камерой измельчения расположен по меньшей мере один ротор 26, 28, 30. Каждый из роторов 26, 28, 30 имеет вал ротора и ударные инструменты 38, проходящие, по меньшей мере в ходе работы, по существу радиально в камеру измельчения. Со стороны подачи над камерой 14 измельчения расположен загрузочный конус 12. Над загрузочным конусом 12 расположена входная воронка 11, причем между входной воронкой и загрузочным конусом сформирована входная область регулируемого размера d. Роторы 26, 28, 30 имеют противоположное направление вращения по меньшей мере в двух расположенных последовательно частях. С камерой измельчения соединено устройство воздушной тяги для переноса созданной в камере измельчения смеси из частиц и воздуха, имеющее по меньшей мере один ротор 31 вентилятора, расположенный соосно с осью камеры измельчения и имеющий свой собственный вал 33, приводимый в движение собственным приводом 25. В измельчающем устройстве обеспечивается возможность столкновения конгломератов материалов с ударными инструментами на высоких скоростях с возможностью управления разделением материала путем эффективного управления потоком материала, в частности потоком очень мелких частиц. 12 з.п. ф-лы, 2 ил.
Настоящее изобретение относится к измельчающему или очищающему устройству, в частности для металлов и минеральных веществ в рудах (горное дело), металлосодержащих промышленных шлаках, металлосодержащих шлаках, получаемых при термической утилизации отходов, и любых других конгломератах материалов. Известно, что в рудах находятся различные металлы и минеральные вещества, которые в соответствии с современным уровнем техники могут лишь с большими затратами быть отделены от соответствующих руд.
Эффективное извлечение металлов значительно упрощается благодаря полному очищению или разделению всех имеющихся в рудах материалов. В процессе выплавки металлов из руды из-за плавления расплавляемые металлы (например, Fe и Cu) неизбежно попадают в шлак, и их также сложно регенерировать.
В шлаках и золах, получаемых при термической обработке отходов, а также в шлаках, возникающих при производстве металла, находятся многочисленные черные и цветные металлы, которые включены в минеральные шлаки в чистом виде или покрытыми толстым слоем окалины. Эффективная регенерация этих металлов из конгломератов материалов возможна только в том случае, если металлы отделяют от других материалов или окалины так, что после этого их могут выделить или отделить от потока материала при помощи магнитов или сепараторов цветных металлов.
В соответствии с уровнем техники такие шлаки размельчают при помощи обычных молотковых или ударных мельниц, затем подают к магнитам и сепараторам цветных металлов.
При помощи молотковых или ударных мельниц можно осуществить, причем эффективно, отделение и регенерацию металлов с размером частиц более 20 мм. Для отделения при помощи таких мельниц более мелких частицы металла необходимо было бы задать очень малые зазоры, например, менее 20 мм, что привело бы к сильному увеличению размалыванию за счет ударного размалывания. Вследствие такого размалывания мягкие цветные металлы растирались бы до того, что их нельзя было бы уже отделить при помощи сепаратора цветных металлов. Поэтому регенерация мелких частиц металла, существующих в шлаках в самородном виде, при помощи дробилок, выполненных в соответствии с уровнем техники, возможна лишь в ограниченной мере.
Таким образом, изобретение направлено на создание устройства, при помощи которого возможно механическое отделение или измельчение и/или сепарация чистых частиц металла и минеральных веществ, интегрированных в шлак и руду. При этом изобретение применимо и к конгломератам материалов, состоящим из материалов разной плотности и/или консистенции.
Вышеуказанная проблема решена в устройстве, охарактеризованном признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты усовершенствования изобретения являются предметом зависимых пунктов.
Предлагаемое измельчающее и/или разделяющее устройство имеет известную саму по себе камеру измельчения со стороной подачи и стороной выпуска. Предпочтительно камера измельчения охвачена цилиндрической, в частности кольцевой, стенкой камеры измельчения. В общем случае стенка ориентирована вертикально, причем сторона подачи находится вверху, а сторона выпуска - внизу или сбоку. В принципе, однако, ее ось можно ориентировать и горизонтально, если оборудование применяется лишь для предварительной обработки очень мелких конгломератов материалов с использованием горизонтального воздушного потока. В других же случаях, при вертикальной ориентации, материал загружают сверху вниз, используя силу тяжести и посредством ротора вентилятора, имеющего свой собственный привод. Предлагаемое измельчающее устройство применимо как для разделения конгломератов материалов, так и только для измельчения конгломератов.
Камера измельчения имеет по меньшей мере две, предпочтительно три, части, расположенные последовательно в направлении оси цилиндра. В каждой из этих частей находится по меньшей мере один ротор, который расположен по центру или концентрически по отношению к камере измельчения и на котором установлены ударные инструменты, которые в радиальном направлении проходят в камеру измельчения, по меньшей мере при работе устройства. Если в качестве ударных инструментов применять цепи или подвижные ударные инструменты, они проходят в радиальном направлении в камеру измельчения лишь тогда, когда ротор вращается с соответствующей скоростью вращения. Ударные инструменты предназначены для дробления конгломератов материалов так, как это подробно описано ниже, при необходимости в сочетании с описанными далее по существу хорошо известными отбойными планками, которые расположены на стенке камеры измельчения.
Со стороны подачи над камерой измельчения расположен загрузочный конус, покрывающий вал ротора так, что равномерная загрузка материала достигается только в зоне действия ударных инструментов, что важно для хорошего результата разделения. Над загрузочным конусом расположена входная воронка, причем между входной воронкой и загрузочным конусом сформирована входная область, размер (например, ширина d) которой является регулируемым. Это можно осуществить, например, за счет осевого регулирования входной воронки и/или загрузочного конуса. Таким образом, подачу материала во взаимодействии с управлением ротором вентилятора, расположенным в области выпуска, можно регулировать так, чтобы задавать желаемое время пребывания мелких частиц в измельчающем устройстве. Благодаря этому весьма индивидуально, в зависимости от различных конгломератов материалов, можно задавать гранулометрический состав измельченного материала и тем самым также и характеристики разделения измельчающего устройства. Входную воронку можно сформировать и посредством устройства, позволяющего достичь по существу тот же результат, т.е. позволяющего подавать загружаемый материал к загрузочному конусу.
Вращение роторов, по меньшей мере в двух, предпочтительно во всех расположенных последовательно частях осуществляется в противоположных направлениях, что ведет к высоким скоростям дезинтеграции между подлежащими разделению частицами и ударными инструментами, так как благодаря этому частицы, ускоряемые ударными инструментами ротора, сталкиваются фронтально с ударными инструментами, вращающимися в противоположном направлении в случае, когда ротор следует направлению потока материала. Таким образом, энергия столкновения складывается из скорости частиц и скорости ударных инструментов. В результате получается чрезвычайно большая энергия столкновения частиц материала со следующими ударными инструментами или отбойными планками на стенке камеры измельчения, что ведет к дроблению конгломератов материалов, поскольку в них находятся материалы разной плотности и/или консистенции, например упругости. Наконец, в соответствии с изобретением скорость вращения роторов может отличаться между участками стороны подачи и стороны выпуска камеры измельчения. Тем самым достигается эффект того, что энергия столкновения конгломератов материалов в области повышающейся концентрации частиц в направлении выпускной стороны может увеличиваться, так как в этой области также повышаются скорости вращения роторов и, следовательно, абсолютная скорость ударных инструментов.
Через осевые интервалы на внутренней стороне стенки камеры измельчения кольцеобразно расположены направляющие ребра, и/или радиус стенки камеры измельчения увеличивается в направлении сверху вниз, что приводит к тому, что поток частиц не течет вдоль наружной стенки камеры измельчения, не попав в зону действия ударных инструментов. Тем самым эффективно предотвращается такой обходной поток. Эти направляющие ребра расположены на стенке камеры измельчения предпочтительно в области по меньшей мере двух роторов или между роторами, вследствие чего поток материала, падающего с внутренней стороны камеры измельчения, эффективно отклоняется в зону действия ударных инструментов. Предпочтительно направляющее ребро имеет для этого верхний край, идущий из верхней наружной области к нижней внутренней области, что улучшает направляющую способность последнего.
С камерой измельчения соединено устройство воздушной тяги для вывода из камеры измельчения смеси из частиц и воздуха, имеющее по меньшей мере один ротор вентилятора, расположенный соосно с осью камеры измельчения на своем собственном валу, приводимом в движение посредством отдельного привода вентилятора так, чтобы вращать ротор вентилятора независимо от роторов. Благодаря этому смесь из частиц и воздуха, создаваемая в камере измельчения, может подаваться в камеру измельчения и из камеры измельчения, причем для оптимального разделения конгломерата материалов предпочтительно также иметь возможность управлять скоростью вентилятора, в особенности во взаимодействии с управлением величиной входной области. Ударные инструменты в общем случае разбивают загруженный материал с образованием большого количества частиц пыли. Если в эти частицы пыли содержат ценные компоненты, вентилятор можно переключить на высокую частоту вращения, в результате чего "ценная" пыль может подаваться в отстойник или флотатор для сбора с целью дальнейшей обработки. Если же пыль представляет собой нежелательный материал, вентилятор можно переключить на низкую частоту вращения. Таким образом, ценные компоненты конгломератов материалов могут по большей части иссякнуть, в связи с чем мелкая пыль удаляется или может быть подана в пылеуловитель. При этом может достигаться такое точное разделение компонентов конгломерата материалов, которое до сих пор было возможно лишь при использовании значительно более дорогих процессов, например химических.
Далее, после достаточного измельчения частицы материала через устройство воздушной тяги принудительно выводятся из камеры измельчения и поэтому не создается препятствий успешному измельчению более крупных частиц. С другой стороны, обеспечивается, что мелкие, частично даже пылевидные частицы материала также надежно перемещаются из камеры измельчения в зону подготовки, где их можно выделить или отделить из потока воздуха посредством сепараторов, в частности центробежных сепараторов, в особенности при циклонов. После этого отделения можно осуществить технологическую операцию, например разделение по плотности для отделения руды от шлака, для получения желаемого содержания руды.
Между входной воронкой и загрузочным конусом сформирована входная область в виде зазора шириной d. Таким образом, загружаемый материал равномерно загружается во всю зону вращения камеры измельчения. Ширина входной области, т.е. расстояние d между входной воронкой и загрузочным конусом, является регулируемым. Таким образом, можно легко управлять объемным расходом подаваемого материала, изменяя ширину d входной области. Кроме того, благодаря управлению шириной d входной области между входной воронкой и загрузочным конусом можно ограничивать максимальный диаметр подаваемого конгломерата материала, что, в свою очередь, повышает эффективность всей установки. Кроме того, при помощи регулирования ширины входной области могут управлять воздушным потоком в устройстве. Таким образом, в сочетании с управлением ротором вентилятора посредством электронного управления можно задать поток частиц, оптимально отрегулированный в соответствии с назначением. Настройки входной области идеально взаимодействуют с индивидуальным управлением ротора вентилятора. Таким образом, можно задавать и даже точно регулировать время пребывания частиц в камере измельчения и, следовательно, степень измельчения.
Для простоты регулировки величины входной области входная воронка предпочтительно установлена с возможностью перемещения в осевом направлении. Это решение технически просто реализуется и является очень эффективным.
Входная область, сформированная между входной воронкой и загрузочным конусом, образована вокруг центральной оси камеры измельчения по меньшей мере почти одинаково, чтобы гарантировать равномерную подачу и, следовательно, измельчающее действие во всей зоне вращения камеры измельчения.
В предпочтительном усовершенствованном варианте осуществления изобретения предлагаемое устройство имеет систему управления для привода вентилятора, причем со стороны подачи установлен датчик пыли, и привод вентилятора может управляться в зависимости от выходного сигнала датчика пыли. Благодаря этому пыль - если та содержит ценные компоненты - может быть подана в установку извлечения мелких частиц, например в отстойник или флотатор. В противном случае ее можно подать в пылеотделитель для реализации экологически чистого решения.
В этом случае предпочтительно, если система управления и привод вентилятора делают возможной работу ротора вентилятора с разными скоростями вращения, причем скорость вращения может регулироваться в зависимости от выходного сигнала датчика пыли. Тогда поток частиц в камере измельчения можно с очень высокой точностью регулировать по ожидаемым фракциям пыли.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения ударные инструменты установлены на роторе в различных смещенных относительно друг друга плоскостях. Это приводит к эффективному и равномерному измельчению загружаемого материала.
В предпочтительном усовершенствованном варианте осуществления изобретения роторы на участках, расположенных последовательно от стороны подачи к стороне выпуска, имеют кожух ротора, радиус которого постоянен по осевой длине камеры измельчения. Тем самым роторы защищены от движущегося с высокой скоростью потока частиц, и поток частиц в области роторов ограничен определенным образом. При этом кожух ротора также предпочтительно покрыт загрузочным конусом, так чтобы уменьшить поток материала в этой области.
Предпочтительно роторы имеют кожух ротора в форме цилиндра с постоянным радиусом. Это означает, что радиус или площадь основания цилиндра одинаковы на всех участках. Во-первых, такой кожух предотвращает застревание материала в роторе. Во-вторых, цилиндр легко изготовить. Цилиндр может иметь многоугольное или округлое, например, круглое основание. Из соображений легкости чистки и предотвращения скоплений материала, а также незначительного износа подойдет круглое основание цилиндра. В случае предпочтения многоугольного основания цилиндра можно достичь определенного баланса частиц, т.е. частицы, падающие на кожух роторов, по граням многоугольника будут снова перемещаться наружу в зону действия ударных инструментов. Поэтому многоугольное, например квадратное или звездообразное, основание подходит тогда, когда надо достичь высокой степени измельчения при лучшем взаимодействии с ударными инструментами.
Предпочтительно кожух ротора содержит несколько закрепленных на роторе деталей кожуха ротора. При перемещении частиц материала в радиальную внешнюю область камеры измельчения кожух ротора подвергается определенному износу, и замена лишь элементов кожуха ротора требует значительно меньших расходов, чем замена всего ротора. Кроме того, кожух ротора защищает расположенные внутри детали ротора, например, подшипник.
Предпочтительно на кожухе ротора установлены захватывающие планки, которые идут по оси или с наклоном и отклоняют поток материала от кожуха ротора в направлении зоны действия ударных инструментов. Захватывающие планки, простирающиеся в камеру измельчения в осевом и радиальном направлении, предпочтительно сформированы по меньшей мере на втором роторе или на предпоследнем роторе по направлению потока материала. Эти захватывающие планки увлекают частицы материала и ускоряют их в направлении радиально наружу, так что материал снова попадает в зону действия ударных инструментов, где он может эффективно разбиваться.
Хотя в принципе для роторов применим один привод, с обеспечением при посредством соответствующих передач противоположного направления вращения и разных скоростей вращения, тем не менее предпочтительно, чтобы каждый ротор имел собственный привод, приводимый в движение или управляемый независимо от других роторов. Это позволяет согласовать скорости вращения с различными извлекаемыми конгломератами материалов, реализация чего в случае единственного привода для всех роторов была бы весьма затруднительна.
Ударные инструменты предпочтительно съемным и сменным образом закреплены на роторе посредством крепежного устройства, сформированного на роторе, поэтому их легко заменить.
Предпочтительно крепежное устройство содержит пластины, расположенные концентрически относительно друг друга и через осевые интервалы закрепленные на роторе. Эти пластины имеют расположенные концентрически относительно друг друга отверстия, сквозь которые могут проходить болты, в свою очередь идущие сквозь выемки в монтажной части ударных инструментов. Монтажная часть ударных инструментов может содержать выемку или отверстие, сквозь которые между двумя пластинами введен болт. Монтажная часть ударного инструмента может быть образована, например, по меньшей мере одним звеном цепи или перфорацией. Это делает возможным закрепление ударных инструментов на роторе так, что они могут быть легко сняты.
Предпочтительно крепежное устройство имеет по меньшей мере две опоры для ударных инструментов, смещенные относительно друг друга в осевом направлении. Таким образом, ударные инструменты можно закрепить на роторе со смещением по отношению друг к другу в осевом направлении, так чтобы они перекрывались в кольцевом направлении, что приводит к высокой степени эффективности измельчения.
Предпочтительно ударные инструменты известным образом образованы цепями и/или бьющими пластинами. Они изготавливаются в промышленных масштабах и могут быть дешево приобретены на рынке.
В предпочтительном усовершенствованном варианте осуществления изобретения по меньшей мере один ротор, следующий в направлении загрузки материала, имеет больше ударных инструментов, чем предшествующий ему ротор. Благодаря этому повышается частота столкновений частиц с ударными инструментами в нижнем высокоэнергетическом диапазоне, в котором роторы вращаются с высокой скоростью, что способствует процессу дробления практически всех конгломератов материалов.
В предпочтительном усовершенствованном варианте осуществления изобретения со стороны выпуска, под камерой измельчения установлена плоская тарелка. Эта тарелка предпочтительно сформирована непосредственно под вентилятором, так что измельченный материал посредством вентилятора может быть выведен в радиальном направлении на соответствующие участки подготовки и утилизации. Так, со стороны выпуска предлагаемого устройства можно присоединить установку извлечения мелких частиц, например отстойник или флотатор. При помощи этой установки можно получить "ценную" пыль для дальнейшей обработки. Разумеется, что со стороны выпуска устройства также можно присоединить пылеотделитель, например, чтобы отделять пыль от потока воздуха для утилизации или обработки.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения к стороне выпуска через управляемое направляющее устройство опционально может быть подключена установка извлечения мелких частиц или пылеотделитель. Это позволяет легко управлять потоком материала в соответствии с конкретными запросами по обработке различных фракций частиц. Особенно просто это решение осуществимо при помощи вышеописанной плоской тарелки.
Предпочтительно направляющим устройством можно управлять посредством сигнала датчика пыли. Таким образом, при помощи датчика пыли можно управлять как входной областью и вентилятором, так и отводом частиц.
Предпочтительно на стенке камеры измельчения по оси или наклонно установлены отбойные планки, о которые ударяется поток материала и которые отклоняют поток материала от стенки камеры измельчения назад, в направлении зоны действия ударных инструментов, так что после этого материал снова попадает в зону действия ударных инструментов, где он эффективно может разбиваться.
Радиус стенки камеры измельчения постоянен или предпочтительно увеличивается от стороны подачи к стороне выпуска. Это приводит к тому, что частицы не накапливаются в области стенки камеры измельчения, а постоянно падают в зону ударных инструментов, где продолжается их разбивание. В принципе радиус стенки камеры измельчения может даже и уменьшаться, что, однако, может создавать проблемы вследствие увеличения риска закупорки. Если же радиус стенки камеры измельчения увеличивается в направлении сверху вниз, то это увеличение может быть непрерывным или ступенчатым.
Стенка камеры измельчения, по меньше мере в случае цилиндрического исполнения, имеет расположенные вокруг нее направляющие ребра, которыми поток материала направляется от стенки камеры измельчения в зону действия ударных инструментов. Тем самым достигается высокая эффективность разделения конгломератов материалов. Альтернативно или дополнительно к направляющим ребрам диаметр камеры измельчения также может увеличиваться от стороны впуска (или стороны загрузки) к стороне выпуска. В результате поток материала благодаря земному притяжению и принудительному воздушному потоку также направляется в зону действия ударных инструментов.
Совокупность вышеизложенных технических признаков приводит к тому, что, во-первых, энергия столкновения конгломератов материалов в направлении стороны выпуска увеличивается, одновременно увеличивается концентрация частиц, что в конечном счете должно привести к тому, что на последнем участке перед выходом из камеры измельчения конгломераты материалов с высокой энергией соударяются с ударными инструментами и отбойными планками, что ведет к разрушению конгломератов материалов без их размалывания, как это происходит в соответствии с уровнем техники. Таким образом, размер частиц, содержащихся в конгломератах материалов, не уменьшается. Образующиеся при этом мелкие частицы материала посредством дополнительного устройства воздушной тяги принудительно перемещаются в направлении стороны выпуска камеры измельчения, на участок подготовки, на котором частицы материала отделяются от воздушного потока, благодаря чему посредством устройства воздушной тяги можно регулировать время пребывания мелких частиц материала в камере измельчения. Предпочтительно использовать для этого центробежные сепараторы, т.е. циклоны.
Итак, предлагаемое устройство делает возможным эффективное измельчение, отделение или разъединение, например, металлов и минералов, содержащихся в рудах или же железа или цветных металлов из шлаков или окалин, что вряд ли осуществимо при помощи устройств, известных из уровня техники. В этой связи в изобретении использована конструкция, ведущая к максимизации энергии столкновения в камере измельчения извлекаемых конгломератов материалов с ударными инструментами и/или отбойными планками без измельчения при этом самих металлических компонентов. Таким образом, становится экономически целесообразно отделять даже мельчайшие компоненты материала, содержащиеся в композитах. При этом благодаря изобретению достигается максимальная степень энергии столкновения разделяемых конгломератов материалов с ударными инструментами, что даже при самом незначительном измельчающем воздействии приводит к дроблению и разъединению конгломератов материалов.
Кроме того, изобретение имеет аспект, состоящий в увеличении кинетической энергии максимально большого числа частиц материала в камере измельчения, так чтобы при определенной энергии столкновения достигалось столкновение частиц материала или конгломератов материалов с ударными инструментами или отбойными планками. Заявитель обнаружил, что такая энергия столкновения сравнительно надежно обеспечивает измельчение конгломератов материалов без существенного раздробления самих металлических компонентов.
Чтобы увеличить число столкновений частиц материала или конгломератов материалов в камере измельчения на стенке камеры измельчения могут быть сформированы отбойные планки, или же можно увеличить число ударных инструментов, выступающих в осевом направлении и радиально внутрь. После ускорения посредством ударных инструментов частицы материала отскакивают от этих отбойных планок, после чего разрушаются.
Далее изобретение поясняется более подробно на примере камеры измельчения, имеющей три секции. Однако следует уточнить, что изобретение также работает и с двумя или четырьмя секциями, или же с большим числом секций. Осевые секции камеры измельчения соответствуют осевым областям роторов.
В случае, если роторы следуют друг за другом в направлении загрузки материала, ударные инструменты могут быть установлены в одинаковом или разном числе. Например, в случае первого ротора, т.е ротора в первой секции, число ударных инструментов может быть даже меньше, поскольку задача данной секции состоит в том, чтобы переместить частицы материала радиально наружу, так чтобы направить их в зону действия ударных инструментов следующих роторов, на которых уже установлено больше ударных инструментов, чем на первом роторе. Более того, на кожухе первого ротора могут быть сформированы захватывающие планки, чтобы реализовать эффективное перемещение частиц материала в радиально наружную область камеры измельчения.
Опционально на втором роторе, т.е. роторе во второй секции, может быть расположено намного больше ударных инструментов, чем на первом роторе. Назначение этих ударных инструментов состоит в том, чтобы ускорять частицы материала, присутствующие во все большей концентрации, наружу и вниз, в направлении стороны выпуска. Кожух второго ротора также может иметь захватывающие планки или многоугольное основание, чтобы перемещать частицы в область, расположенную радиально снаружи, где они сильно ускоряются в направлении третьего ротора многочисленными ударными инструментами в ускорительной камере.
Предпочтительно большинство ударных инструментов размещено на третьем роторе, т.е. на роторе в третьей секции перед выпуском, и они предназначены для обеспечения большей вероятности разрушения сильно ускоренных частиц материала.
Возрастающее число ударных инструментов в последующих секциях, а также возрастающая скорость вращения в последующих секциях, в сочетании с противоположным направлением вращения приводит к тому, что в областях перехода от одной секции к другой имеет место максимизация энергии столкновения, что ведет к эффективному механическому разъединению конгломератов материалов. Затем конгломераты материалов, разбитые на отдельные компоненты, могут быть после вывода из камеры измельчения отделены друг от друга в сепараторах или измельчающих устройствах, например во флотаторах, воздушных сепараторах, магнитных сепараторах и т.д., которые сами по себе известны.
Оказалось, что для обеспечения максимальной энергии столкновения частиц материала в камере измельчения, а также соударения частиц материала об ударный инструмент, предпочтительно для каждого ротора установить ударные инструменты сверху вниз со смещением друг к другу (см. фиг. 3).
В этом примере скорости ротора (частоты вращения) в трех секциях могут составлять 800, 1200 и 1500 об/мин, соответственно, причем роторы в первой и второй секциях вращаются в одинаковых направлениях, а во второй и третьей - в противоположных направлениях. Вследствие этого абсолютная скорость ударных инструментов в наружной зоне третьей секции (камера высокоскоростного столкновения) составляет более 150 м/с. Это означает, что в сочетании с противоположным ускорением частиц в камере предварительной обработки и ускорительной камере могут достигаться скорости столкновения более 200 м/с.
Энергию столкновения рассчитывают по скорости вращения ротора, массе ударного инструмента и диаметру дробильных камер. Это означает, что для достижения оптимального измельчения или разъединения (размер частиц или же крупность), тестируются различные скорости вращения, так чтобы достичь требуемой энергии столкновения.
Таким образом, скорость столкновения и, следовательно, энергия столкновения частиц металла при их контакте с ударными инструментами и/или отбойными планками в камере измельчения максимизируется в пределах того, что достижимо физически и целесообразно.
Сами по себе ударные инструменты выполнены известным образом, например, так, как показано в документе DE 102005046207. Например, они могут быть сформированы из цепей и/или отбойных пластин, или же комбинации этих деталей. В конечном счете, для данного изобретения не имеет значения конкретная конструкция ударных инструментов.
Предпочтительно ударные инструменты навешены на роторы так, что они постоянно остаются в своем горизонтальном положении. Поэтому для приведения ударных инструментов в горизонтальное положение высокие скорости вращения (как в случае обычных цепей) не требуются. Кроме того, в результате на роторе со смещением друг к другу можно установить множество ударных инструментов, так как в состоянии отключения устройства они уже не свисают, с риском при этом запутаться. Поэтому является весьма предпочтительной такая конфигурация ударных инструментов, при которой они могут перемещаться лишь в плоскости по оси перпендикулярно к оси цилиндра камеры измельчения. Кроме того, можно предусмотреть, чтобы ударные инструменты были прикреплены, по меньшей мере, к роторам почти жестким образом.
Разумеется, что применение изобретения не ограничено частицами металла в шлаке и может применяться для всех видов конгломератов материалов, состоящих из материалов различающейся плотности или упругости.
Если ротор каждой секции имеет свой собственный привод, роторы могут приводиться в движение отдельно посредством приводов, установленных на одном конце камеры измельчения, и валов, расположенных концентрически относительно друг друга, или же приводы могут находиться радиально внутри кожухов соответствующих роторов, в частности в виде двигателей с наружным ротором.
Стенка камеры измельчения так же, как ударные инструменты и кожух ротора, предпочтительно выполнена из твердых ударопрочных материалов, например, из металла или керамико-металлических композитов. Опционально кожух ротора и стенка камеры измельчения могут быть отделаны износостойкими плитами.
Пример осуществления изобретения описан далее со ссылкой на схематичные чертежи, на которых:
фиг. 1 представляет собой продольный разрез предлагаемого механического измельчающего устройства с тремя роторами;
фиг. 2 представляет собой перспективное изображение оси с тремя роторами и ротором вентилятора с фиг. 1.
Фиг. 1 иллюстрирует устройство 10 для измельчения и разделения материала, имеющее входную воронку 11 и загрузочный конус 12, которые установлены на цилиндрической камере 14 измельчения. Зазор d между входной воронкой 11 и загрузочным конусом 12 можно регулировать, используя систему регулировки по высоте входной воронки (не показана) в направлении оси цилиндра камеры измельчения. Оба элемента обеспечивают управляемую равномерную подачу материала по всей зоне действия измельчающего устройства без повреждения или износа его компонентов, т.е. всю 360° зону загрузки по отношению к цилиндрической камере измельчения. Под камерой измельчения установлена распределительная тарелка 16, от которой в отстойник 19 идет канал 17. Входная воронка 11, загрузочный конус 12, камера 14 измельчения и распределительная тарелка 16 соединены друг с другом и опираются на раму 18, схематично показанную на фиг. 1. Ось цилиндрической камеры 14 измельчения ориентирована вертикально. В центре камеры 14 измельчения имеется три концентрических вала, с которыми соединены первый ротор 26, расположенный под ним второй ротор 28 и самый нижний третий ротор 30 на стороне выпуска. Как, в частности, показано на перспективном изображении с фиг. 2, эти три концентрических вала приводятся в движение отдельными приводными устройствами, которые в данном примере не показаны, но сами по себе известны. Эти приводные устройства делают возможным отдельное управление тремя роторами 26, 28, 30 при помощи зубчатых колес 20, 22, 24, с требуемым направлением вращения и требуемой скоростью вращения. Каждый ротор имеет цилиндрический кожух 34 ротора, диаметр которого одинаков для всех трех роторах 26, 28, 30. Кроме того, каждый ротор имеет крепежное устройство 36 для крепления ударных инструментов 38, закрепленных на крепежном устройстве 36 роторов 26, 28, 30. Независимо от вращения роторов ударные инструменты 38 остаются в горизонтальном положении, т.е. в положении поперек оси ротора.
Под роторами 26, 28, 30 в качестве устройства воздушной тяги соосно с осью ротора установлен вращающийся ротор 31 вентилятора, имеющий крыльчатку 35, смонтированную на отдельном валу 33, приводимом в движение собственным приводом (не показан). Таким образом, ротор 31 вентилятора может работать независимо от роторов 26, 28, 30, предпочтительно также с точки зрения его скорости вращения. Ротор 31 вентилятора приводится в движение посредством отдельного зубчатого колеса 25.
Непосредственно под ротором 31 вентилятора установлена распределительная тарелка 16, с которой измельченные частицы посредством ротора 31 вентилятора по каналу 17 перемещаются в отстойник 19. Вместо этого или дополнительно в другом секторе распределительной тарелки через еще один канал 17 может быть установлено и другое устройство для разделения материала, например, гравитационный сепаратор, ротационный сепаратор, например, циклон.
Кроме того, на фиг. 1 подробно показана конструкция камеры 14 измельчения. Соответственно, камера 14 измельчения содержит цилиндрическую стенку 42 камеры измельчения, на внутренней стороне которой, что обращена к камере измельчения, могут быть закреплены износостойкие плиты 44, защищающие стенку камеры измельчения. Предпочтительно износостойкие плиты закреплены на стенке камеры измельчения так, чтобы их можно было заменять. Кроме того, на внутренней стенке камеры 14 измельчения через интервалы в 45 градусов установлено восемь отбойных планок 46, служащих отбойными поверхностями для материала, ускоренного при помощи ударных инструментов 38.
Предпочтительно предусмотрены отклоняющие ребра 48, 49, расположенные по всей окружности на уровне в области первого и второго ротора, в частности, они размещены в кольцевой конфигурации на внутренней части стенки 42 камеры измельчения и предназначены для направления потока материала со стенки 42 камеры измельчения в зону действия ударных инструментов 38.
Конструкция роторов лучше показана на фиг. 2, представляющей собой перспективное изображение установленного по центру роторного устройства с фиг. 1.
Крепежное устройство 36 каждого ротора 26, 28, 30 предпочтительно содержит четыре концентрических относительно друг друга диска 50, 52, 54, 56, имеющих концентрические относительно друг друга отверстия 58. В такие концентрические отверстия 58 могут быть введены болты 60, выходящие сквозь отверстия на том конце ударных инструментов 38, что обращен к ротору 26, 28, 30 и, таким образом, фиксирующие положение ударных инструментов 38 на роторе. При этом разумеется, что крепежное устройство может иметь и другую конструкцию.
В данном примере для каждого ротора 26, 28, 30 ударные инструменты 38 могут быть установлены в трех разных положениях по высоте между четырьмя дисками 50, 52, 54, 56. Хотя в данном примере осуществления роторы 26, 28, 30 также идентичны друг другу, можно предусмотреть, чтобы расположенные ниже роторы имели увеличивающееся число опций для крепления ударных инструментов или же, как показано в этом примере, на нижних роторах было подвешено больше ударных инструментов, чем на верхних роторах. Например, на нижних роторах может быть выполнено больше концентрических дисков, а на верхних роторах - меньше. В любом случае желательно, чтобы концентрация ударных инструментов в нижней области камеры измельчения, где превалируют высокие скорости частиц, была больше, для увеличения тем самым эффективности установки.
В данном примере осуществления в качестве ударных инструментов 38 предусмотрены бьющие пластины 38, закрепленные на крепежном устройстве 36 роторов 26, 28, 30. Вместо бьющих пластин применимы также звеньевые цепи или другие сами по себе известные традиционные ударные инструменты. При неподвижном роторе ударные инструменты в общем случае свисают, выдаваясь наружу под действием силы вращения с увеличивающейся частотой вращения до тех пор, пока не примут показанную на фигуре чертежей рабочую ориентацию, ориентированы радиально наружу от ротора 26, 28, 30 в направлении стенки 42 камеры измельчения.
Посредством роторов 26, 28, 30 можно настраивать измельчающий механизм в измельчающей и разделительной камере, в то время как характеристики потока и, следовательно, время пребывания ультрамелких частиц в камере измельчения можно настраивать посредством зазора d между входной воронкой и загрузочным конусом, а также посредством управления ротором 31 вентилятора. В результате, для обеспечения оптимального разделения компонентов, содержащихся в конгломерате материалов, можно управлять измельчающим и разделительным устройством в зависимости от конкретных конгломератов материалов.
Вкратце функционирование устройства для измельчения материалов можно описать следующим образом.
Предназначенный для разделения материал, например металлосодержащие руды, металлосодержащий промышленный шлак или шлак с металлическими включениями, управляемым образом подается через входную воронку 11 и загрузочный конус 12, а именно - с регулировкой зазора d посредством вертикального перемещения входной воронки 12 камеры 14 измельчения измельчающего устройства 10. Затем в измельчающем устройстве 10 материал сначала под тяжестью своего веса падает вниз и в ходе все большего измельчения в измельчающем устройстве 10 всасывается ротором 31 вентилятора в направлении распределительной тарелки, где он сдувается с распределительной тарелки 16 в направлении дальнейшей обработки, например отстойника 19, устройства разделения по удельному весу или ротационного сепаратора (например, циклон).
Предпочтительно роторы 26, 28, 30 всегда вращаются в противоположных направлениях, т.е. с чередующимися направлениями вращения, причем скорость вращения предпочтительно может повышаться сверху вниз. Например, скорость вращения верхнего ротора может составлять 800 об/мин, в то время как средний ротор вращается со скоростью 1200 об/мин, а нижний ротор - со скоростью 1500 об/мин. Текущий вниз материал частично размельчается ударными инструментами 38 на самом верхнем первом роторе 26 и частично ускоряется в круговом направлении ротора. Материал соударяется либо с отбойными планками 46, либо с ударными инструментами 38 ротора 28, вращающегося в противоположном направлении, где частицы материала теперь, из-за предшествующего ускорения верхним ротором в противоположном направлении, ударяются с более высокой скоростью, в результате чего значительно усиливается эффект измельчения. Кроме того, скорость вращения среднего, второго ротора может превышать скорость вращения первого ротора 26, так что здесь ударное воздействие на частицы материала также значительно выше, чем в случае первого ротора. При этом частицы материала ударяются о вертикально идущие отбойные планки 46 и сходным образом там измельчаются. Материал, текущий вниз в области стенки 42 камеры измельчения, перенаправляется отклоняющими ребрами 48 обратно в область, расположенную радиально дальше внутри камеры 14 измельчения, где он направляется в зону действия ударных инструментов 38. Поскольку ударные инструменты на каждом роторе расположены на разных высотах (см. фиг. 3), достигается очень высокая вероятность соударения каждой частицы материала с ударным инструментом, что обеспечивает хорошую эффективность установки.
Самый нижний, третий ротор 30 в области выпуска может вращаться с самой высокой скоростью. В этом случае также надо учитывать, что посредством среднего, второго ротора 28 частицы материала получают большее ускорение в противоположном направлении, поэтому частицы теперь соударяются с нижним ротором 30, вращающимся в противоположном направлении, с соответствующим образом увеличенной обратной скоростью. Предпочтительно большинство ударных инструментов 38 установлено в области нижнего ротора 30, поэтому там достигается высокая вероятность столкновения частиц с ударными инструментами 30 или вертикальными отбойными пластинами 46. Это приводит к весьма эффективному измельчению материала.
Изобретение не ограничено описанным примером осуществления и может иметь различные варианты в рамках объема приложенной формулы изобретения.
Благодаря изобретению достигаются очень высокие значения энергии столкновения разделяемых конгломератов материалов с ударными инструментами, с эффективной передачей разбитых частиц на дальнейшую обработку. При этом обеспечена возможность управления разделением материала за счет эффективной регулировки потока материала, в частности потока ультрамелких частиц.
В частности относительно представленного примера может отличаться число и распределение ударных инструментов. Применимы различные ударные инструменты, такие как цепи и отбойные пластины. По окружности в области самого нижнего ротора может быть распределено значительно большее число ударных инструментов, чем в вышерасположенных областях. Это приводит к тому, что в области третьей секции выше вероятность столкновений.
Стенка камеры измельчения может иметь сектор, который может открываться, например, для получения доступа к камере измельчения с целью технического обслуживания. Это в значительно больше степени упрощает замену расходных частей, таких как ударные инструменты 38 или износостойкие плиты 44.
1. Устройство (10) для механического измельчения конгломератов материалов, состоящих из материалов разной плотности и/или консистенции, содержащее камеру (14) измельчения, имеющую сторону подачи и сторону выпуска, причем камера измельчения охвачена стенкой (42) камеры измельчения, в частности кольцевой цилиндрической и/или конической расширяющейся книзу, и имеет по меньшей мере две части, которые расположены последовательно в осевом направлении и в каждой из которых соосно с камерой измельчения расположен по меньшей мере один ротор (26, 28, 30), причем каждый ротор имеет вал ротора и ударные инструменты (38), проходящие, по меньшей мере в ходе работы, по существу радиально в камеру измельчения, при этом роторы (26, 28, 30) имеют противоположные направления вращения в по меньшей мере двух расположенных последовательно частях, через осевые интервалы на внутренней стороне стенки камеры измельчения кольцеобразно расположены направляющие ребра (48) и/или радиус стенки (42) камеры измельчения увеличивается в направлении сверху вниз, отличающееся тем, что со стороны подачи над камерой (14) измельчения расположен загрузочный конус (12), покрывающий центральную область роторов, над загрузочным конусом (12) расположена входная воронка (11), причем между входной воронкой и загрузочным конусом сформирована входная область регулируемого размера (d), и тем, что с камерой измельчения соединено устройство воздушной тяги для направления созданной в камере измельчения смеси из частиц и воздуха, причем устройство воздушной тяги имеет по меньшей мере один ротор (31) вентилятора, расположенный соосно с осью камеры измельчения и имеющий свой собственный вал (33), приводимый в движение своим собственным приводом (25) вентилятора так, чтобы вращать ротор вентилятора независимо от роторов.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что расстояние d между входной воронкой и загрузочным конусом является регулируемым.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что входная воронка (11) установлена соосно с центральной осью камеры измельчения с возможностью перемещения в осевом направлении.
4. Устройство по любому из пп. 2, 3, отличающееся тем, что входная область между входной воронкой (11) и загрузочным конусом (12) сформирована по меньшей мере почти одинаково вокруг центральной оси камеры (14) измельчения.
5. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся наличием системы управления для привода вентилятора и тем, что со стороны подачи установлен датчик пыли, при этом привод вентилятора выполнен с возможностью управления в зависимости от выходного сигнала датчика пыли.
6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что система управления и привод вентилятора обеспечивают возможность работы ротора (31) вентилятора с разными скоростями вращения, и тем, что обеспечена возможность управления скоростью вращения в зависимости от выходного сигнала датчика пыли.
7. Устройство любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что ударные инструменты (38) установлены на роторе в различных смещенных друг относительно друга плоскостях.
8. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что роторы (26, 28, 30) в частях, расположенных последовательно в направлении от стороны подачи к стороне выпуска, имеют кожух (34) ротора, радиус которого остается постоянным по осевой длине камеры измельчения.
9. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что каждый ротор (26, 28, 30) имеет собственный привод, управляемый независимо от других роторов.
10. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что каждый ротор (26, 28, 30) имеет крепежное устройство (36) для разъемного закрепления ударных инструментов (38).
11. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что ротор (28, 30), следующий в направлении загрузки материала, имеет больше ударных инструментов, чем предшествующий ему ротор (26, 28).
12. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что со стороны выпуска под камерой измельчения расположена плоская распределительная тарелка (16).
13. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что на стенке камеры измельчения по оси или наклонно установлены отбойные пластины (46).
