RU2105608C1 - Centrifugal mill - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering; grinding of hard materials. SUBSTANCE: mill has housing with charging and discharging devices, upper and lower working members installed in housing for rotation in opposite direction around vertical axle and forming working chamber with circular discharge slot. Upper working member is made in the form of hollow cone. Lower working member is made in the form of disc with conical end face working surface arranged inside hollow cone. EFFECT: enlarged operating capabilities. 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для измельчения твердых материалов, в частности к центробежным мельницам и может быть использовано в горноперерабатывающей, строительной, металлургической, химической и других отраслях промышленности. The invention relates to devices for grinding solid materials, in particular to centrifugal mills and can be used in mining, construction, metallurgical, chemical and other industries.

Известна центробежная мельница, содержащая корпус, рабочий орган, состоящий из нижнего звена с перегородками, укрепленного на вертикальном валу, и верхнего звена, загрузочный и разгрузочный патрубки, механизм вертикального перемещения верхнего звена [1]
Недостатком известной мельницы является низкая эффективность измельчения вследствие малой частоты соударения частиц измельчаемого материала.Known centrifugal mill containing a housing, a working body consisting of a lower link with partitions, mounted on a vertical shaft, and an upper link, loading and unloading nozzles, a mechanism for the vertical movement of the upper link [1]
A disadvantage of the known mill is the low grinding efficiency due to the low frequency of impact of particles of the crushed material.

Наиболее близкой к предлагаемой по совокупности существенных признаков является центробежная мельница, содержащая корпус с загрузочными и разгрузочными устройствами, в котором с возможностью вращения в противоположные стороны вокруг вертикальной оси установлены верхний и нижний рабочие органы, образующие рабочую камеру с кольцевой разгрузочной щелью [2]
Недостатком известной мельницы является низкая эффективность измельчения вследствие малой частоты взаимного соударения измельчаемого материала.The closest to the proposed set of essential features is a centrifugal mill containing a housing with loading and unloading devices, in which the upper and lower working bodies are installed that can rotate in opposite directions around the vertical axis, forming a working chamber with an annular discharge gap [2]
A disadvantage of the known mill is the low grinding efficiency due to the low frequency of mutual impact of the crushed material.

Задачей изобретения является создание центробежной мельницы, обеспечивающей большую эффективность измельчения твердых материалов. The objective of the invention is the creation of a centrifugal mill, which provides greater grinding efficiency of solid materials.

Задача решена путем создания центробежной мельницы, содержащей корпус с загрузочным и разгрузочным устройствами, в котором с возможностью вращения в противоположные стороны вокруг вертикальной оси установлены верхний и нижний рабочий органы, образующие рабочую камеру с кольцевой разгрузочной щелью, в которой согласно изобретению верхний рабочий орган выполнен в виде полого конуса, а нижний рабочий орган выполнен в виде диска с конической торцевой рабочей поверхностью расположенной внутри полого конуса. The problem is solved by creating a centrifugal mill containing a housing with loading and unloading devices, in which the upper and lower working bodies are installed to rotate in opposite directions around the vertical axis, forming a working chamber with an annular unloading slot, in which, according to the invention, the upper working body is made in in the form of a hollow cone, and the lower working body is made in the form of a disk with a conical end working surface located inside the hollow cone.

Благодаря тому, что верхний рабочий орган выполнен в виде полого конуса, а нижний рабочий орган выполнен в виде диска и установлен в основании полого конуса с вершиной, обращенной внутрь полого конуса, в рабочей камере над диском образуется зона циркуляции измельчаемого материала, в которой куски материала перемещаются относительно друг друга, взаимодействуют между собой и измельчаются за счет трения, ударных и скалывающих нагрузок. В результате в зоне циркуляции происходит активное самоизмельчение твердого материала, и эффективность измельчения существенно возрастает. Due to the fact that the upper working body is made in the form of a hollow cone, and the lower working body is made in the form of a disk and is installed at the base of the hollow cone with the vertex facing inward of the hollow cone, in the working chamber above the disk a circulation zone of crushed material is formed, in which pieces of material move relative to each other, interact with each other and are crushed due to friction, shock and shearing loads. As a result, active self-grinding of solid material occurs in the circulation zone, and grinding efficiency increases significantly.

На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемой мельницы общий вид; на фиг. 2 схема формирования активной зоны самоизмельчения твердых материалов; на фиг. 3 схема распределения сил, действующих на частицу материала, находящуюся на внутренней поверхности вращающегося конуса; на фиг. 4 схема распределения сил, действующих на частицу материала, находящуюся в зоне циркуляции. In FIG. 1 shows a schematic diagram of the proposed mill General view; in FIG. 2 diagram of the formation of an active zone of self-grinding of solid materials; in FIG. 3 is a diagram of the distribution of forces acting on a particle of material located on the inner surface of a rotating cone; in FIG. 4 is a diagram of the distribution of forces acting on a particle of material located in the circulation zone.

Мельница состоит из корпуса 1 (фиг. 1) с загрузочным 2 и разгрузочным 3 устройствами, наружного полого конуса 4 и диска 5. Наружный полый конус 4 и диск 5 с конической торцевой рабочей поверхностью установлены в корпусе 1 соосно с возможностью вращения относительно друг друга в противоположные стороны и образуют рабочую камеру 6 с кольцевой разгрузочной щелью 7, причем вершина диска 5 направлена внутрь полого конуса 4 навстречу потоку исходного материала. The mill consists of a housing 1 (Fig. 1) with loading 2 and unloading 3 devices, an external hollow cone 4 and a disk 5. The external hollow cone 4 and a disk 5 with a conical end working surface are mounted coaxially in the housing 1 with the possibility of rotation relative to each other in opposite sides and form a working chamber 6 with an annular discharge slot 7, and the top of the disk 5 is directed inside the hollow cone 4 towards the flow of the source material.

Мельница работает следующим образом. The mill operates as follows.

Предназначенный для измельчения материал 8 (фиг. 2) под действием гравитационных сил поступает через загрузочное устройство 2 в рабочую камеру 6 и вращается совместно с наружным полым конусом 4. При этом под действием центробежных сил частицы материала стремятся переместиться в периферийную зону. Для того, чтобы такое перемещение произошло, центробежные силы должны превысить силы трения и сцепления, удерживающие частицу в окружении других частиц. Известно, что силы трения и сцепления являются функцией площади поверхности частицы и изменяются пропорционально ей. Поэтому и удерживающие усилия пропорциональны этой площади. Известно также, что размер частицы связан с площадью ее поверхности квадратичной зависимостью. В частности, при увеличении диаметра частицы материала в 2 раза площадь ее поверхности возрастает в 4 раза и, следовательно, в 4 раза возрастают как удерживающие, так и требующиеся для их преодоления центробежные силы. Во вращающемся материале, состоящем из частиц разного размера, центробежные силы достигают критической величины в первую очередь для мелких частиц. Поэтому в этом случае происходит процесс, сходный с фильтрацией частиц через зернистый слой материала. The material 8 intended for grinding (Fig. 2) under the influence of gravitational forces enters through the loading device 2 into the working chamber 6 and rotates together with the external hollow cone 4. In this case, under the action of centrifugal forces, the material particles tend to move to the peripheral zone. In order for such a movement to occur, centrifugal forces must exceed the friction and adhesion forces that keep the particle surrounded by other particles. It is known that friction and adhesion forces are a function of the surface area of a particle and vary in proportion to it. Therefore, the holding forces are proportional to this area. It is also known that the particle size is related to its surface area by a quadratic dependence. In particular, with an increase in the particle diameter of the material by a factor of 2, its surface area increases by a factor of 4 and, therefore, both the holding and the centrifugal forces required to overcome them increase by a factor of 4. In a rotating material consisting of particles of different sizes, centrifugal forces reach a critical value primarily for small particles. Therefore, in this case, a process similar to filtering particles through a granular layer of material occurs.

Одновременно с перераспределением частиц по крупности и перемещением более мелких фракций в периферийную зону вращающегося материала под действием сдвигающей составляющей центробежных сил, возникающей на внутренней поверхности наружного полого конуса 4, происходит перемещение материала в нижнюю часть рабочей камеры 6, заключенную между наружным полым конусом 4 и диском 5 и имеющую клинообразную форму. При этом частицы готового класса, перемещаясь вдоль внутренней поверхности наружного полого конуса 4, через разгрузочную щель 7 попадают в разгрузочное устройство 3, а частицы неизмельченного материала задерживаются в нижней клинообразной части рабочей камеры 6, наталкиваясь на диск 5. На эти частицы действуют нормальные составляющие усилия центробежных сил, возникающие на наклонных поверхностях наружного полого конуса 4 и диска 5 и направленные навстречу друг другу. При этом на частицах возникает результирующее усилие,стремящееся изменить местоположение частицы. Поскольку величины нормальных составляющих центробежных сил достигают максимальных значений на образующей окружности диска 5 и уменьшаются по направлению к оси его вращения в связи с уменьшением линейной скорости, частицы материала неизмельченных классов перемещаются внутри рабочей камеры 6 из зоны с повышенными усилиями в зону с пониженными усилиями воздействия, то есть материал выдавливается в сторону расширения клинообразной части рабочей камеры 6. В результате этого при постоянном поступлении материала через загрузочное устройство 2 в рабочей камере 6 возникают встречные потоки материала, и образуется зона циркуляции Е, в которой куски материала, перемещаясь относительно друг друга, взаимодействуют между собой и измельчаются за счет трения, ударных и скалывающих нагрузок. Частицы готового класса выводятся из зоны Е под действием центробежных сил. Simultaneously with the redistribution of particles by size and the movement of smaller fractions into the peripheral zone of the rotating material under the action of the shear component of the centrifugal forces arising on the inner surface of the outer hollow cone 4, the material moves to the lower part of the working chamber 6, enclosed between the outer hollow cone 4 and the disk 5 and wedge-shaped. In this case, particles of the finished class, moving along the inner surface of the outer hollow cone 4, through the discharge slot 7 fall into the discharge device 3, and particles of unmilled material are trapped in the lower wedge-shaped part of the working chamber 6, encountering the disk 5. Normal components of the force act on these particles centrifugal forces arising on the inclined surfaces of the outer hollow cone 4 and the disk 5 and directed towards each other. In this case, a resultant force arises on the particles, which tends to change the location of the particle. Since the values of the normal components of centrifugal forces reach maximum values on the circumferential surface of the disk 5 and decrease in the direction of its axis of rotation due to a decrease in the linear velocity, particles of material of unground classes move inside the working chamber 6 from the zone with increased forces to the zone with reduced forces that is, the material is extruded towards the expansion of the wedge-shaped part of the working chamber 6. As a result, with a constant flow of material through the loading device 2 in a working chamber 6 having colliding streams of material, and forms circulation zone E in which pieces of material moving relative to each other, cooperate with each other and are crushed by friction, shock and shear loads. Particles of the finished class are removed from zone E under the action of centrifugal forces.

Угловую скорость наружного полого конуса 4 устанавливают такой, чтобы действующие на частицу 9 (фиг. 3) материала готового класса крупности усилия от нормальной составляющей Fн.цб.с. центробежных сил Fцб.с. и удерживающие ее на внутренней поверхности полого конуса 4 за счет сил трения Fн.цб.с•fтр (где fтр коэффициент трения измельчаемого материала по поверхности конуса), не превышали суммарного усилия от касательных составляющих Fсдв.гр.с и Fсдб. ц.с гравитационных Fгр.с и центробежных Fцб.с сил, сдвигающего частицу 9 материала готового класса крупности по внутренней поверхности 10 конуса 4:
Fуд.цб.с (Fн.цб.с + Fн.гр.с)•fтр
или после преобразования:
(F_цб.с+F_гр.с)•sinα ≥ F_цб.с•cosα•f_тр
и

где w угловая скорость вращения конуса;
r радиус конуса;
g ускорение свободного падения.The angular velocity of the outer hollow cone 4 is set such that the forces of the finished particle size class acting on the particle 9 (Fig. 3) from the normal component Fn.cb.s. centrifugal force and holding it on the inner surface of the hollow cone 4 due to the friction forces Fн.сб.с • fтр (where fтр is the friction coefficient of the material being crushed over the surface of the cone), did not exceed the total force from the tangential components Fdv.gr.s and Fsdb. Cs of gravitational Fgr.s and centrifugal Fcb.s forces that move the particle 9 of the material of the finished size class on the inner surface 10 of the cone 4:
Fud.cb.s (Fn.cb.s + Fn.gr.s) • ft
or after conversion:
(F _cb.s + F _gr.s ) • sinα ≥ F _cb.s • cosα • f _tr
and

where w is the angular velocity of rotation of the cone;
r is the radius of the cone;
g acceleration of gravity.

Выбор размера частицы материала готового класса зависит от угловой скорости вращения и угла наклона образующей поверхности конуса. The choice of particle size of the material of the finished class depends on the angular velocity of rotation and the angle of inclination of the generatrix surface of the cone.

Учитывая, что
Fгр.с mg и Fцб.с m²v/2,
где m масса частицы материала;
g ускорение свободного падения;
v линейная скорость вращения внутренней поверхности конуса мельницы),
выбор размера частицы материала готового класса зависит только от линейной скорости вращения конуса и угла наклона его внутренней поверхности. Размер кольцевой разгрузочной щели 7 в этом случае теряет свое определяющее значение. Поэтому для уменьшения абразивного износа полого конуса 4 и диска 5 размер кольцевой разгрузочной щели 7 принимают в 3-5 раз больше размера частицы материала готового класса.Given that
Fg.s mg and Fsb.s m ² v / 2,
where m is the mass of the particle material;
g acceleration of gravity;
v linear velocity of rotation of the inner surface of the mill cone),
the choice of particle size of the finished class material depends only on the linear speed of rotation of the cone and the angle of inclination of its inner surface. The size of the annular discharge gap 7 in this case loses its determining value. Therefore, to reduce the abrasive wear of the hollow cone 4 and the disk 5, the size of the annular discharge gap 7 is 3-5 times larger than the particle size of the finished class material.

Углы наклона образующих поверхностей наружного полого конуса 4 и конуса диска 5 выбирают с таким расчетом, чтобы в результате взаимодействия нормальных составляющих центробежных сил на частице 11 неизмельченного материала возникло результирующее усилие Р, направленное вовнутрь рабочей камеры 6 (фиг. 4). The angles of inclination of the forming surfaces of the outer hollow cone 4 and the cone of the disk 5 are chosen so that as a result of the interaction of the normal components of the centrifugal forces on the particle 11 of the unmilled material, a resulting force P directed inside the working chamber 6 (Fig. 4).

Угловую скорость диска 5 устанавливают такой, чтобы нормальные усилия, возникающие на наклонной поверхности диска 5 от центробежных сил и действующие на частицу неизмельченного материала, превышали усилие, возникающее от совместного воздействия сил тяжести, трения, сцепления и нормальной составляющей центробежных сил наружного конуса. The angular velocity of the disk 5 is set so that the normal forces arising on the inclined surface of the disk 5 from centrifugal forces and acting on the particle of unmilled material exceed the force arising from the combined action of gravity, friction, adhesion and the normal component of the centrifugal forces of the outer cone.

Соотношение скоростей вращения наружного полого конуса 4 и диска 5 устанавливают таким, чтобы результирующее усилие, действующее на частицу неизмельченного материала и возникающее в результате взаимодействия нормальных составляющих центробежных сил, было достаточным для возвращения материала внутрь рабочей камеры 6 навстречу потоку исходного материала и образования зоны циркуляции. Для увеличения этого соотношения диск 5 вращают в противоположную сторону по сравнению с направлением вращения наружного полого конуса 4 с находящимся в нем материалом. The ratio of the rotational speeds of the outer hollow cone 4 and the disk 5 is set so that the resulting force acting on the particle of unmilled material and resulting from the interaction of the normal components of the centrifugal forces is sufficient to return the material inside the working chamber 6 towards the flow of the starting material and the formation of a circulation zone. To increase this ratio, the disk 5 is rotated in the opposite direction compared to the direction of rotation of the outer hollow cone 4 with the material contained therein.

Высоту зоны измельчения рабочей камеры 6 в зависимости от физико-механических свойств измельчаемого материала принимают равной не менее высоты зоны циркуляции неизмельченного материала. The height of the grinding zone of the working chamber 6, depending on the physicomechanical properties of the crushed material, is taken equal to not less than the height of the circulation zone of the unmilled material.

Мельница обеспечивает большую эффективность измельчения твердого материала благодаря образованию в рабочей камере зоны циркуляции измельчаемого материала, в которой происходит активное самоизмельчение материала. The mill provides greater grinding efficiency of solid material due to the formation in the working chamber of the circulation zone of the crushed material, in which active self-grinding of the material occurs.

Claims (1)

Центробежная мельница, содержащая корпус с загрузочным и разгрузочным устройствами, установленные в корпусе с возможностью вращения в противоположные стороны вокруг вертикальной оси верхний и нижний рабочие органы, образующие рабочую камеру с кольцевой разгрузочной щелью, отличающаяся тем, что верхний рабочий орган выполнен в виде полого конуса, а нижний рабочий орган выполнен в виде диска с конической торцевой рабочей поверхностью, расположенной внутри полого конуса. A centrifugal mill comprising a housing with loading and unloading devices installed in the housing with the possibility of rotation in opposite directions around the vertical axis of the upper and lower working bodies forming a working chamber with an annular unloading slot, characterized in that the upper working body is made in the form of a hollow cone, and the lower working body is made in the form of a disk with a conical end working surface located inside the hollow cone.

Images