Способ измельчения материала

МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ листового строения. Его задачей является повышение эффективности рабочего процесса. Этот способ реализуется путм воздействия на обрабатываемый материал обращнных навстречу друг другу рабочих органов, причм по меньшей мере, одни из них выполнены из набора стержневых элементов диаметром 0,05-10,0 мм, одни концы которых жстко закреплены в держателе, а вторые обращены своими торцами к рабочей поверхности противоположно установленного рабочего органа,образует с ним угол 30-90 и движутся относительно не параллельно с линейной скоростью 0,5100,0 м/сек. Технический результат изобретения заключается в упрощении конструкции,снижении эксплуатационных издержек и повышении качества получаемого продукта.(72) Сиваченко Леонид АлександровичБагитова Салтанат Жарылкасымовна Сиваченко Константин Леонидович(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева Министерства образования и науки Республики Казахстан(56) Патент Республики Беларусь 7172,30.04.2011(57) Изобретение относится к технологическому оборудованию для измельчения преимущественно органических материалов волокнистого или Предлагаемое изобретение относится к технологическим процессам тонкого помола материалов и может быть использовано при создании оборудования для измельчения и механоактивации минеральных и органических продуктов и различных композиций на их основе. В существующих устройствах для измельчения наибольшее распространение получили два механизма воздействия на обрабатываемый материал разрушение между двумя размалывающими поверхностями и удар рабочим органом по кускам исходного материала или соударением их между собой. На них основаны конструкции большинства измельчительных машин,которые используются в промышленности.(Сиваченко Л Вопросы развития техники и технологии измельчения материалов/Л Сиваченко, Е.А. Шаройкина, В.С. Севастьянов,Т.Л. Сиваченко. Матер межвуз. сб. ст. Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов, Белгород, БГТУ, 2001 г, стр. 315). Интенсификация процессов измельчения обеспечивается повышением контактных напряжений в зонах разрушения, увеличением числа единичных актов разрушения и сведением до минимума потерь на трение в рабочих пространствах. Это решается различными способами. Известен способ измельчения материала в шаровых мельницах, заключающийся в соударении свободно двигающихся во вращающемся барабане шаров друг с другом и с элементами корпуса, между которыми разрушаются частицы исходного материала.(Бауман В.А. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций/ В.А. Бауман,Б.В. Клушанцев,В.Д. Мартынов,М.,Машиностроение, 1981 г-324 с, стр 102-103, рис. 67.) Шаровой способ измельчения, не смотря на его простоту,отличается чрезвычайно низкой эффективностью. Это связано, прежде всего, с очень большими потерями на трение между мелющими телами и элементами конструкций, малой удельной энергонапряжнностью процесса и невозможностью получения значительных конкретных напряжений в зонах разрушения. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ стержневого измельчения, основанный на том, что разрушение материала осуществляется боковыми поверхностями цилиндрических стержней, на которые накладывается внешнее сжимающее воздействие. (Патент РБ на полезную модель 7172 Рессорно-стержневая мельница, МПК В 02 С 19/00 Заявка 20100701 от 2010.08.09., опубл -2011.04.30) Реализация процесса измельчения таким способом обеспечивает дополнительный сдвиг слоев в частицах обрабатываемого материала, но при таком механизме разрушения невозможно создать повышенные контактные напряжения в 2 рабочих зонах и максимально увеличить количество рабочих элементов и число единичных актов разрушения, особенно по методу свободного измельчения, т.е приложения нагрузок на индивидуальные зрна. В итоге описанный способ не обеспечивает тонкий и сверхтонкий помол материала, а его энергомкость достаточно высока,так как материал длительное время находится в зоне обработки, что сопровождается значительными потерями на трение. Кроме того, наличие сдвигового механизма в процессе разрушения неизбежно приведт к дополнительному износу стержневых элементов. Все перечисленные недостатки стержневого способа измельчения являются существенными и снижают эффективность его применения. Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности процесса измельчения материала. Технической гипотезой реализации поставленной задачи служат методы, основанные на концентрации прикладываемых воздействий,разрушение по принципу свободного измельчения,максимальному увеличению числа рабочих элементов, динамическому характеру нагружения,адаптивному поведению рабочих органов и их высокой прочности. За основу принят сдвиговой или истирающий механизм разрушения. В основу выполнения положены идеи использования металлических проволочных щток, которые в составе измельчающей конструкции позволяют осуществить эти методы. Поставленная задача достигается тем, что в способе измельчения материала путм воздействия на обрабатываемый материал обращнных навстречу друг другу, по меньшей мере, двух рабочих органов, согласно изобретению, по меньшей мере один из рабочих органов выполнен из набора параллельных между собой стержневых элементов диаметром 0,05-10,0 мм, одни концы которых жстко закреплены в держателе, а вторые обращены своими свободными торцами к рабочей поверхности противоположно установленного рабочего органа и образуют с ней угол в 30-90 и движутся относительно не параллельно с линейной скоростью 0,5-100,0 м/с, причм стержневые элементы выполнены в виде металлических щток. Кроме того, свободные концы стержней стержневых элементов рабочих органов одного могут принудительно прижиматься к рабочей поверхности второго рабочего органа. В дополнительных вариантах реализации способа также предусмотрено, что стержневые элементы в виде щток выполнены на противоположно установленных рабочих органах и смонтированы с зазором, причм эти рабочие органы могут одновременно перемещаться друг относительно друга. Осуществление процесса измельчения материала стержневыми элементами, обращнными своими торцами навстречу поверхности противоположного рабочего органа обеспечивает сложный характер воздействия на частицы измельчаемого материала, 31142 состоящий в одновременном сжатии, истирании,сдвиге. При этом за счт большого количества участвующих в измельчении рабочих элементов(стержней) энергонапряжнность процесса очень высока. Если сказанное дополнить тем, что время нахождения частиц измельчаемого материала в рабочем пространстве чрезвычайно мало, особенно при использовании металлических щток в качестве рабочих органов, то очевидность высокой интенсивности помола по новому способу становится неоспоримой. Параметры, введнные в отличительную часть формулы изобретения,служат достижению поставленной цели и обеспечивают необходимые условия его практической реализации. Так,установка рабочих элементов в щтках, необходима для их наджного закрепления на приводных звеньях, а щтки максимально приспособлены для придания их рабочим элементам нужного характера движения при одновременной простоте конструкции. Диапазон диаметров стержней рабочих элементов 0,05-10,0 мм продиктован технологическими условиями проведения процессов измельчения,наличием высококачественного проката указанных размеров и необходимостью выполнения аппаратов различной производительности с соответствующими характеристиками перерабатываемого материала. Скоростные режимы относительного движения участвующих в рабочем процессе элементов измельчающего механизма обусловлены особенностями измельчения различных материалов и требуемой интенсивностью. Так, минимальное значение 0,5 м/ч определено,например,ограничениями по температуре плавления, или размягчение обрабатываемого материала максимальное 100 м/ч техническими возможностями оборудования по условиям прочности. Принудительное прижатие свободных концов стержней одного звена конструкции к рабочей поверхности второго звена, в значительной степени активизирует процесс разрушения за счт этого уменьшается проскок не измельчнных частиц материала,повышается энергонапряжнность процесса и происходит механоактивация продукта. Выполнение стержневых элементов из металлических стержней, отогнутых относительно рабочей поверхности противостоящего рабочего органа,делает измельчительную систему адаптивной, способной деформироваться при попадании посторонних включений, монтаже рабочих органов, проведении ремонтных и регулировочных работ. Выполнение стержневых элементов на обоих рабочих органах конструкции, а также возможность их одновременного перемещения друг относительно друга, расширяет технологические возможности способа, в том числе за счет создавая разрывных напряжений в структуре частиц измельчаемого материала и повышая интенсивности единичных актов разрушения. Признаки, введнные в отличительную часть формулы изобретения,являются новыми,технически и технологически обоснованы и в необходимой мере служат достижению поставленной цели. Их совокупность ранее не была известна и не имеется ни у аналогов, ни у прототипа,что позволяет судить о их патентоспособности. Сущность предлагаемого изобретения поясняется графическими материалами. На фиг.1 представлен основной вариант реализации способа с одним подвижным и одним неподвижным рабочим органом на фиг.2 - вариант с двумя неподвижными и двумя подвижными рабочими поверхностями на фиг.3 - вариант установки стержневых элементов на одном из рабочих органов и прижатием их торцев к поверхности второго рабочего органа на фиг.4 вариант установки рабочих органов с изменяющимся зазором на фиг.5 - рабочий орган в виде щтки на фиг.6 - вариант выполнения рабочих органов с установкой стержневых элементов на обращнных на встречу друг другу рабочих поверхностях на фиг.7 - пример организации рабочего процесса измельчения по предлагаемому способу. На приведенных графических материалах под позицией 1 представлены держатели стержневых элементов под позицией 2 - стержневые элементы под позицией 3 - опорные поверхности. Щтка показана под позицией 4, а на примере организации рабочего процесса 5 - приводной вал, 6 - держатель,7 - стержневые элементы 8 - рабочая поверхность 9 - патрубок для подачи исходного материала. Во всех приведенных вариантах реализации способа осуществляется плоско-параллельное движение рабочих органов. При этом подлежащий обработке материал податся в рабочие зоны и подвергается интенсивному разрушению путм истирания, среза, сдвига и комбинаций из этих механизмов. Стержневые элементы обращены к противоположной рабочей поверхности под углом от 90 до 30, а между ними существует зазор,уменьшающийся в направлении движения материала, что способствует активной подаче материала в рабочие зоны,повышает производительность и качество получаемого продукта. Характер движения рабочих органов может быть различным вращательным,поступательным, планетарным, комбинированным,но во всех случаях плоско-параллельным. Подачу материала в зоны разрушения можно осуществить как под действием силы тяжести, так и принудительно. Вариант проведения процесса измельчения с двумя подвижными и двумя неподвижными поверхностями, изображнный на фигуре 2,позволяет при одном подвижном звене создать две рабочие зоны, что дат значительное техническое преимущество без существенного усложнения конструкции, которая может быть основана на применении в качестве основных элементов щток,которые широко используются в технике. Пример реализации способа 3 Обрабатываемый материал-водная суспензия алюминиевого порошка средней крупностью 15 мкм с концентрацией тврдое-жидкое 30-70. В качестве рабочего оборудования используется торцевая (чашечная) щтка с наружным диаметром 125 мм и диаметром металлических волокон 0,3 мм с частотой вращения 4500 об/мин и усилием прижатия волокон щтки на размольный неподвижный диск 150 Н. Подача исходного продукта проводится самотком с расходом 200 литров в час. Процесс организован по схеме,соответствующей фиг.7. В результате диспергирования получен продукт со средней крупностью частиц алюминия 5 мкм. Использование предлагаемого изобретения в сравнении с другими техническими решениями позволяет увеличить контактные взаимодействия в рабочих зонах при одновременном создании повышенного числа измельчающих элементов. Предлагаемый способ измельчения кардинально изменяет характер процесса и делает возможным приближение его к разрушению материала по методу индивидуального зерна. Дополнительно на основе нового способа измельчения можно с высокой эффективностью производить механоактивацию дисперсных материалов, приготавливать высококачественные композиции и диспергировать различные продукты и составы,в том числе с наличием ультрадисперсных частиц в достаточно больших количествах. Одной из самых главных составляющих повышенной эффективности предлагаемого способа,кроме собственно интенсивности разрушения, является повышение наджности рабочего оборудования. Это связано со свойствами стержневых элементов,получаемых преимущественно методом холодной вытяжки из высокопрочных пружинных сталей, являющихся износостойким материалом с однородными по длине стержней физико-механическими характеристиками. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1.Способ измельчения материала путм воздействия на обрабатываемый материал обращнных навстречу друг другу по меньшей мере двух рабочих органов, отличающийся тем, что,используют рабочие органы, выполненные, по меньшей мере, один из рабочих органов, из набора параллельных между собой стержневых элементов диаметром 0,05-10,0 мм, одни концы которых жстко закреплены в держателе, а вторые обращены своими свободными торцами к рабочей поверхности противоположно установленного рабочего органа и образуют с ней угол 30-90 и движутся относительно не параллельно с линейной скоростью 0,5-10,0 м/сек. 2. Способ измельчения материала по п.1,отличающийся тем, что стержневые элементы выполнены в виде металлических щток. 3. Способ измельчения материала по п.1,отличающийся тем, что свободные концы стержней одного рабочего органа принудительно прижимаются к рабочей поверхности противоположно установленного второго рабочего органа. 4. Способ измельчения материала по п.п.1,2,отличающийся тем, что стержневые элементы в виде щток выполнены на противоположно установленных рабочих органах, таким образом, что их торцы обращены навстречу друг другу и смонтированы с зазором. 5. Способ измельчения материала по п.п.1-4,отличающийся тем, что рабочие поверхности противоположно установленных рабочих органов одновременно перемещаются друг относительно друга. 6. Способ измельчения материала по п.п.1,2,4,5,отличающийся тем, что торцы поверхностей,обращнных навстречу друг другу, образуют между собой зазор, уменьшающийся в направлении движения обрабатываемого материала.