ES2263215T3 - Milino tritulrador. - Google Patents
Milino tritulrador.Info
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Abstract
Método de molido de material de partículas, que incluye alimentar el material de partículas en un contenedor (10, 40) que presenta una superficie interior, hacer girar el contenedor a una velocidad suficientemente alta para que el material de partículas forme una capa (23) retenida contra la superficie interior a lo largo de todo dicho giro, y poner en contacto la capa con medios inductores de corte (26, 24, 58) para inducir corte en dicha capa, caracterizado por hacer girar el contenedor (10, 40) a una velocidad suficiente para que al menos una zona sustancialmente solidificada esté presente dentro de dicha capa de material de partículas, de tal manera que dicha zona o zonas cooperan con los medios de inducción de corte (26, 24, 58) para favorecer el corte inducido por los mismos en dicha capa (23).
Description
Molino triturador.
La invención hace referencia a un molino
triturador rotativo para la reducción de tamaño de partículas tales
como cerámicas, minerales y medicinas.
Los molinos rotativos conocidos incluyen un
tambor cilíndrico que gira alrededor de un eje generalmente
horizontal. El tambor rotativo se alimenta con material formado de
partículas tal como una suspensión de partículas o polvos, estando
el giro del tambor entre la mitad y tres cuartos de la "velocidad
crítica" (es decir, la velocidad mínima a la cual el material
situado en cara interior del tambor gira exactamente en contacto con
el molino). Esto provoca una acción de vuelco según la alimentación
y cualquier medio de molido se traslada parcialmente hacia arriba a
lo largo de la pared interior del tambor y entonces cae impactando o
triturando otras partículas de la alimentación. La reducción del
tamaño de las partículas se obtiene de esta manera principalmente
mediante abrasión e impacto.
En los molinos rotativos convencionales, los
requerimientos de energía del molino aumentan considerablemente con
el aumento de la fineza de molido. Para las aplicaciones en las que
se requiere un molido fino, el uso de molinos de agitación, en los
que un cuerpo de material de partículas es agitado para crear
cizallamiento o corte de partículas y numerosos impactos de baja
energía, puede ser utilizado para mejorar este problema hasta cierto
punto. Sin embargo, la actual aplicación de molinos de agitación
queda limitada por fronteras de relación de reducción impuestos
tanto por el límite superior de tamaño de la alimentación y las
ineficiencias de transferencia de energía para tamaños ultrafinos.
Estas limitaciones, junto con limitaciones de rendimiento y
dificultades de separación del producto/medio debido a efectos
viscosos para tamaños ultrafinos, reducen el alcance práctico y
económico de aplicación de dicha tecnología.
El documento
FR-A-2631253 da a conocer un molino
triturador en el que tanto el tambor como un miembro giratorio
interno son girados inicialmente a la velocidad crítica o por encima
de ésta para cubrir la superficie interior de la pared lateral del
tambor con el producto a moler. La velocidad del miembro giratorio
es entonces aumentada en un 50% para arrancar de manera momentánea
de la pared del tambor el medio de molido y las partículas más
grandes del producto que está siendo triturado.
La presente invención está dirigida a
proporcionar una construcción de molino triturador y un método
alternativos que solucionan algunas o todas las limitaciones del
estado anterior de la técnica.
La invención, en un aspecto, da a conocer un
método de molido de material de partículas, que incluye alimentar el
material de partículas en un contenedor que presenta una superficie
interior, girar el contenedor a una velocidad lo suficientemente
alta para que el material de partículas forme una capa retenida
contra la superficie interior a lo largo de todo dicho giro, y poner
en contacto la capa con medios de inducción de corte para inducir un
corte en dicha superficie, caracterizado por hacer girar el
contenedor a una velocidad suficiente para que haya presente al
menos una zona substancialmente solidificada dentro de dicha capa
del material de partículas, de tal manera que dicha zona o zonas
cooperan con los medios de inducción de corte para favorecer el
corte inducido por los mismos en dicha capa.
En molinos no verticales, la velocidad de giro
mínima a la cual el material de partículas gira alrededor en
contacto con el contenedor es conocida como "velocidad
crítica". Dicho término es utilizado en la presente
especificación en referencia tanto a molinos verticales como molinos
no verticales para referirse a la mínima velocidad de giro a la cual
el material de partículas forma una capa retenida contra la
superficie interior del contenedor a lo largo de todo su giro.
Preferentemente, se hace girar el contenedor
para inducir una fuerza de al menos cien veces la gravedad sobre la
capa de material de partículas.
También preferentemente, los medios de corte
inducen zonas agitadas en la capa de material de partículas, creando
preferentemente zonas solidificadas y agitadas alternadas.
Los medios de corte incluyen preferentemente
elementos radiales que se extienden en la capa de material de
partículas creando las zonas agitadas, y son preferentemente no
giratorios.
Un aspecto adicional de la invención da a
conocer un molino triturador para material de partículas, que
incluye un contenedor rotativo que presenta una superficie interior,
medios de alimentación para alimentar el material de partículas al
contenedor, medios para hacer girar el contenedor a una velocidad
suficientemente alta como para que el material de partículas forme
una capa retenida contra la superficie interior a lo largo de todo
su giro, y medios de inducción de corte que hacen contacto con dicha
capa para inducir un corte en dicha capa, incluyendo dichos medios
de corte uno o más elementos radiales que se extienden dentro de la
capa de partículas, caracterizado porque dichos medios de corte son
no rotacionales.
Preferentemente, se hace girar el contenedor a
al menos diez veces, más preferentemente al menos cien veces, la
velocidad crítica.
A continuación se describen realizaciones
preferentes haciendo referencia a las figuras anexas, en las
cuales:
la figura 1 es un alzado seccionado esquemático
de una primera realización;
la figura 2 es un alzado seccionado esquemático
de una segunda realización; y
la figura 3 es un alzado seccionado de detalle
de la cámara de molido de la figura 2 durante su funcionamiento,
mostrándose la creación de zonas muertas y agitadas alternadas
dentro de la cámara.
El molino mostrado en la figura 1 presenta un
tambor exterior cilíndrico (10) montado sobre rodamientos (12) para
girar alrededor de su eje central (14), accionado mediante la polea
de accionamiento (16) unida a su superficie exterior. La superficie
exterior del tambor también lleva aletas (18) de refrigeración que
pasan a través de agua de refrigeración (20) situada bajo el
tambor.
Una alimentación de material de partículas con
características fluidas, por ejemplo una suspensión o polvos, se
introduce por un extremo del tambor desde una tolva de alimentación
(21) a través de una entrada de alimentación (22) y es arrojada
hacia el exterior para formar una capa (23) contra la superficie
interior del tambor. El tambor es girado suficientemente por encima
de la velocidad crítica de tal manera que toda la carga del molino y
cualquier medio de molido, se gira justamente en contacto con el
tambor, en comparación con la operación de vuelco subcrítico de los
molinos del estado anterior de la técnica. El tambor se hace girar
preferentemente al menos a tres veces la velocidad crítica, más
preferentemente al menos diez veces, de tal manera que la capa de
carga del molino sufre una alta presión, siendo comprimida por la
alta fuerza centrífuga. La magnitud de las fuerzas compresivas
aplicadas puede ser variada mediante la modificación de la velocidad
de giro del tambor exterior.
La capa de carga es movilizada mediante
proyecciones (24) en forma de peine o de disco del elemento inductor
de corte (26) situado en el interior del tambor, montado sobre un
eje central (28) soportado sobre rodamientos (30). Este eje es
girado mediante una polea de accionamiento de eje (32). Un pasaje de
agua de refrigeración (26) se extiende a lo largo del eje (28).
Para una cizalla o corte máximo, se hace girar
el eje rápidamente en sentido contrario al del tambor (10).
Alternativamente, el eje puede ser girado en el mismo sentido que el
tambor pero a una diferente velocidad. Esta última disposición
elimina una zona geométrica "muertas" en la capa de carga en
la cual la fuerza rotacional "G" es cero, y reduce los
requerimientos de energía del tambor.
Las partículas de la capa de carga están sujetas
a intensos esfuerzos de corte o cizalladura interparticulares y/o
entre partículas y el medio, generados por la acción de agitado de
las proyecciones (24) que giran a través de la capa de carga
comprimida. La alta presión debida al giro de la capa de carga
favorece la transferencia de energía de las proyecciones a la carga,
transferiendo de esta manera una proporción relativamente grande de
la energía de entrada disponible directamente a las partículas en
forma de esfuerzos generadores de fractura.
El corte o cizallado de la capa de sólidos
comprimidos provoca la fractura de las partículas tanto por
cizallamiento como por abrasión, con energía suficiente para
provocar solicitaciones y fracturas localizadas aplicadas
simultáneamente a una gran parte de la población total de partículas
dentro del molino. El resultado neto es un alta distribución de
partículas muy finas, con la capacidad de mantener una fractura
efectiva mediante este mecanismo a altas tasas de expansión de la
población de partículas dentro del molino.
Además de la fractura por abrasión, las
partículas pueden también fracturarse debido a fuerzas compresivas
del medio y presión del volumen de partículas, debido a la exegarada
fuerza "gravitacional" dentro del molino. La magnitud de esta
fuerza compresiva y las densidades de empaquetado
partícula/partícula y partícula/medio pueden variar. Se cree que
también se producen algunas fracturas por destrucción y desgaste de
las superficies de las partículas como resultado de altas
velocidades de impacto, pero en un grado menor que la fractura por
abrasión.
El extremo de descarga (33) del tambor del
molino (10) presenta una placa de retención anular (34) que se
extiende radialmente hacia el interior desde la superficie interior
del tambor. Las mayores fuerzas centrífugas que actúan sobre las
pesadas partículas del medio hacen que el medio sea retenido dentro
del molino radialmente hacia la parte exterior de la placa de
retención (34) y de esta manera mantenidas dentro del molino
mientras que el producto fino es desplazado por la alimentación
entrante y pasa radialmente hacia el interior de la placa de
retención y a un canal alimentador de descarga (36).
Las figuras 3 y 4 ilustran un molino vertical
construido de acuerdo con una segunda realización, que incluye
miembros de corte no rotacionales.
El tambor rotativo (40) del molino está montado
en un eje giratorio vertical (42), apoyado sobre un estructura (44)
mediante rodamientos (46), y es girado a alta velocidad mediante la
polea de accionamiento del tambor (48).
El molino es cargado inicialmente con una mezcla
de medio de molido, alimentado desde una tolva (50) de medio a
través de una válvula de bola (52), y una alimentación en forma de
polvo o de suspensión alimentada a través del puerto de alimentación
(54). La carga cae a lo largo del tubo de alimentación estacionario
(55) hacia el tambor. Las paletas de alimentación (56) unidas al
tambor rotativo imparten un movimiento de rotación a la carga, que
forma una capa altamente comprimida retenida contra la superficie
interior del tambor.
En la realización de las figuras 2 y 3, los
miembros de inducción de corte del interior del tambor son
estacionarios, consistiendo en uno o más discos radiales (58) unidos
a un eje fijo (60). Los discos presentan aberturas (62) en la región
de la superficie libre interior (63) de la capa de carga para
permitir el movimiento axial del material molido fino a través de
molino hasta el extremo de descarga. Si se utilizan peines u otras
proyecciones en vez de discos (58), las aberturas (62) no son
necesarias.
Tras introducir la carga inicial, no se añade
más medio de molido sino que se introduce una corriente continua de
alimentación a través del puerto de alimentación (54). El molino
está adaptado para recibir suspensiones de alimentación con alto
contenido en sólidos, por ejemplo 50-90% de
sólidos, típicamente 55-75%, dependiendo del
material de alimentación y de la reducción de tamaño requerida.
El medio de molido y las partículas más grandes
de la capa de carga tenderán a no moverse axialmente a lo largo del
molino debido a las altas fuerzas compresivas sobre la carga. En su
lugar, aparece una migración radial de partículas, en la que las
partículas más grandes introducidas en la suspensión de alimentación
migran radialmente hacia el exterior a través de la carga debido a
la alta fuerza centrífuga y son sujetas a molido y fracturado por
los eficientes mecanismos discutidos anteriormente con referencia a
la figura 1. Según se reduce el tamaño de partícula, las partículas
más pequeñas migran radialmente hacia el interior hasta que
alcanzan la superficie libre interior de la capa de carga, lo que
equivale a un punto geométrico de presión (relativa) cero.
Las partículas finas que alcanzan la superficie
libre pueden entonces moverse axialmente a través del molino, a
través de las aberturas (62) de los discos, pasar radialmente hacia
el interior del anillo de descarga (64) y al interior del canal
alimentador de descarga (66). Se puede fijar una paleta rascadora
(68) al eje estacionario (60) para mantener el material fluyendo
libremente a través del anillo de descarga.
El solicitante ha determinado que, a las muy
altas velocidades rotacionales a las cuales es utilizado este
molino, preferentemente al menos 100 veces la gravedad, por ejemplo,
hasta 200 veces la gravedad, zonas de la carga lejanas de los discos
cortadores (58) se empaquetan en forma de sólido y giran de manera
solidaria en el tambor giratorio. Esto puede ser utilizado
ventajosamente espaciando los discos de corte una distancia
suficiente para crear zonas "muertas" sólidas de carga entre
discos sucesivos y adyacentes a las caras extremas del tambor
rotativo. Estas zonas muertas (70), mostradas mediante un sombreado
más denso en la figura 3, actúan de manera efectiva como discos
sólidos que se extienden hacia el interior desde la superficie
interior del tambor, paralelos a los discos y girando a una alta
velocidad en relación a los mismos. Esto crea una tasa de corte o
cizalladura extremadamente alta en las regiones agitadas (72) de
carga (mostrado con un sombreado más ligero en la figura 3)
adyacentes a los discos, mientras que protegen las superficies
extremas del tambor de un desgaste excesivo.
El espaciado mínimo entre discos requerido para
crear este fenómeno zona agitada/zona muerta variará en función de
la velocidad de giro y del material de carga utilizado, pero en
casos de fuerzas G extremadamente altas y altos contenidos de
sólidos puede ser tan pequeño como 50 mm.
Comparado con la realización de la figura 1, la
realización de las figuras 2 y 3 presenta la ventaja de una menor
necesidad de energía puesto que no resulta necesario accionar el
elemento inductor de corte. Las necesidades de energía del molino
pueden ser reducidas aún más mediante la reducción de la longitud de
la cámara de molido y empleando únicamente un único disco de
corte.
El ambiente de alta "gravedad" dentro de
los molinos según la presente invención extiende las fronteras
prácticas y económicas de la pulverización mediante molino de
agitación convencional en referencia al tamaño máximo de
alimentación, relaciones de reducción, eficiencia energética y
rendimiento.
Si bien se han descrito realizaciones
particulares de esta invención, resultará evidente para los expertos
en la materia que la presente invención puede ser llevada a cabo en
otras formas específicas. Las presentes realizaciones y ejemplos
deben ser por lo tanto considerados a todos los efectos como
ilustrativos y no restrictivos, siendo definido el alcance de la
invención por las reivindicaciones anexas antes que por la anterior
descripción, y todos los cambios que entran dentro del significado y
rango de equivalencia de las reivindicaciones quedan por lo tanto
contenidas en la misma.
Claims (18)
1. Método de molido de material de partículas,
que incluye alimentar el material de partículas en un contenedor
(10, 40) que presenta una superficie interior, hacer girar el
contenedor a una velocidad suficientemente alta para que el material
de partículas forme una capa (23) retenida contra la superficie
interior a lo largo de todo dicho giro, y poner en contacto la capa
con medios inductores de corte (26, 24, 58) para inducir corte en
dicha capa, caracterizado por hacer girar el contenedor (10,
40) a una velocidad suficiente para que al menos una zona
sustancialmente solidificada esté presente dentro de dicha capa de
material de partículas, de tal manera que dicha zona o zonas
cooperan con los medios de inducción de corte (26, 24, 58) para
favorecer el corte inducido por los mismos en dicha capa (23).
2. Método, según la reivindicación 1, en el que
el contenedor es girado a una velocidad suficiente para inducir una
fuerza de al menos cien veces la gravedad sobre la capa de material
de partículas.
3. Método, según la reivindicación 2, en el que
los medios de corte crean una o más zonas agitadas (72) en la capa
de material de partículas, estando localizadas dichas zonas agitadas
entre los medios de corte y las zonas solidificadas.
4. Método, según la reivindicación 3, en el que
una pluralidad de medios de corte son espaciados axialmente a lo
largo de dicho contenedor para crear zonas solidificadas y agitadas
alternadas.
5. Método, según la reivindicación 3 ó 4, en el
que los medios de corte incluyen elementos radiales (24, 58) que se
extienden dentro de la capa de material de partículas para crear
dicha zona o zonas agitadas.
6. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que dichos medios de corte son no
rotacionales.
7. Molino triturador para material de
partículas, que incluye un contenedor rotativo (10, 40) que presenta
una superficie interior, medios de alimentación (21, 22, 55) para
alimentar el material de partículas al contenedor, medios (16, 48)
para hacer girar el contenedor a una velocidad suficientemente alta
para que el material de partículas forme una capa (23) retenida
contra la superficie interior a lo largo de todo dicho giro, y
medios de inducción de corte (26, 24, 58) que hacen contacto con
dicha capa para inducir corte en dichas capas, incluyendo dichos
medios de corte uno o más elementos radiales (24, 58) que se
extienden dentro de la capa de partículas, caracterizado
porque dichos medios de corte están montados fijos en relación con
el giro.
8. Molino triturador, según la reivindicación 7,
en el que los medios (16, 48) que hacen girar el contenedor están
adaptados para hacer girar el contenedor a al menos a diez veces la
velocidad mínima a la cual el material de partículas forma una capa
retenida contra la superficie interior del contenedor a lo largo de
todo su giro.
9. Molino triturador, según la reivindicación 8,
en el que los medios (16, 48) que hacen girar el contenedor están
adaptados para hacer girar el contenedor a una velocidad suficiente
para inducir una fuerza de al menos cien veces la gravedad sobre la
capa de material de partículas.
10. Molino triturador, según cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 9, en el que los medios (16, 48) que hacen
girar el contenedor está adaptados para hacer girar el contenedor a
una velocidad suficiente para provocar una o más zonas
sustancialmente solidificadas (70) en la capa de material de
partículas.
11. Molino triturador, según la reivindicación
10, en el que los medios de corte (26, 24, 58) están dispuestos para
crear una o más zonas agitadas (72) en la capa de material de
partículas, estando localizadas dichas zonas agitadas entre los
medios de corte y las zonas solidificadas.
12. Molino triturador, según la reivindicación
11, que incluye una pluralidad de medios de corte (24, 58)
espaciados axialmente a lo largo de dicho contenedor para crear
zonas solidificadas y agitadas alternadas.
13. Método de moler material de partículas, que
incluye alimentar el material de partículas a un contenedor (10, 40)
que tiene una superficie interior, hacer girar el contenedor a una
velocidad suficientemente alta para que el material de partículas
forme una capa (23) retenida contra la superficie interior a lo
largo de todo el citado giro, y poner en contacto con la capa con
medios de inducción de corte (26, 24, 58) para inducir corte en
dicha capa, en el que dichos medios de corte incluyen uno o más
elementos radiales (24, 58) que se extienden dentro de la capa de
material de partículas, caracterizado porque dichos medios de
corte quedan montados fijos en relación con el giro.
14. Método, según la reivindicación 13, en el
que se hace girar el contenedor a al menos a diez veces la velocidad
mínima a la cual el material de partículas forma una capa retenida
contra la superficie interior del contenedor a lo largo de todo su
giro.
15. Método, según la reivindicación 14, en el
que se hace girar el contenedor a una velocidad suficiente para
inducir una fuerza de al menos cien veces la gravedad en la capa de
material de partículas.
16. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones 13 a 15, en el que se hace girar el contenedor a
una velocidad suficiente para provocar una o más zonas (70)
sustancialmente solidificadas en la capa de material de
partículas.
17. Método, según la reivindicación 16, en el
que los medios de corte crean una o más zonas agitadas (72) en la
capa de material de partículas, estando localizadas dichas zonas
agitadas entre los medios de corte y las zonas solidificadas.
18. Método, según la reivindicación 17, en el
que una pluralidad de medios de corte (24, 58) están espaciado
axialmente a lo largo de dicho contenedor para crear zonas
solidificadas y agitadas alternadas.
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