Мельницы для сверхтонкого измельчения

Рис. ХУ111-16. Схема вибрационной мельницы инерционного типа:

1 — корпус; 2 — мелющие тела; 3 — дебалансный вал; 4 — пружинящая опора.

Гл. XVIII. Измельчение твердых материалов

Вибрационные мельницы используют для сухого и мокрого измельче­ния периодическим и непрерывным способами. Применение вибрационных мельниц наиболее эффективно для сверхтонкого измельчения материалов небольшой твердости с размерами зерен от 1—2 мм до менее 60 мк. Вибра­ционные мельницы можно использовать и для тонкого измельчения, но при этом их эффективность не превышает эффективности обычных шаровых мельниц.

По сравнению с шаровыми барабанными мельницами вибрационные мельницы обладают большими энергонапряженностыо и производитель­ностью (в расчете на единицу объема барабана). Высокая энергонапряжен­ность при малой внешней поверхности корпуса вибрационной мельницы приводит к сильному повышению температуры внутри нее. Поэтому вибрационные мельницы не применимы для измельчения материалов с низ­кими температурами размягчения и плавления.

Рис. ХУПЫ7. Схема струйной мельницы с пло­ской помольной камерой:

1 — коллектор энергоноси­теля; 2 — сопла; 3 — по­мольная камера; 4 — ин­жектор; 5 — выхлопная труба; € —> осадительная труба; 7 — приемник.

Рис. ХУШ-18. Схема струй­ной мельницы с трубчатой помольной камерой:

1 — трубный контур; 2 — соп- ла; 3 — инжектор; 4,5 — ко­лена трубы; 6 — жалюзийиый пылеразделитель; 7 — выхлоп­ная труба.

Измельчение в вибрационных мельницах имеет ряд существенных достоинств. Вследствие интенсивного ударно-истирающего воздействия на материал весьма быстро достигается высокая дисперсность продукта измельчения. Частицы материала в мельнице вибрируют во взвешенном состоянии, не слипаются и не спрессовываются. Этим обеспечивается большая однородность размеров частиц измельченного материала.

Относительно низкая производительность (корпус примерно на 80% заполнен мелющими телами), быстрый износ мелющих тел, тяжелые усло­вия работы (вибрация) подшипников невыгодно (ртличают вибрационные мельницы от мельниц других типов для сверхтонкого измельчения.

, Струйные мельницы. В струйных мельницах энергия, необходимая для измельчения материала, сообщается струей энергоносителя (воздуха, перегретого пара, инертного газа), подаваемой из сопел со звуковыми и сверхзвуковыми скоростями.

Для сверхтонкого измельчения применяются струйные мельницы с плоской и трубчатой помольными камерами.

В мельнице с плоской помольной камерой (рис. ХУШ-17) энергоноситель из распределительного коллектора 1 через сопла 2 отдельными струями поступает в помольно-разделительную камеру 3,

701

Оси сопел расположены под некоторым углом а относительно соответ­ствующих радиусов камеры, вследствие чего струи газа пересекаются, образуя вокруг вертикальной оси камеры вращающийся с окружной скоростью 100—150 м/сек многоугольник. Материал на измельчение подается инжектором 4, увлекается струями газа, получает ускорение и измельчается под действием многократных соударений и частично исти­ранием частиц в точках пересечения струй. По мере уменьшения размера и массы частицы испытывают все меньшее воздействие центробежной силы инерции во вращающемся потоке и, измельчившись до определенного размера, попадают вместе с газовым потоком в кольцевую щель между трубами 5 и 6. В поле центробежных сил, возникающих в нисходящем вихревом потоке в трубе 6, около 80% частиц осаждаются на внутренней поверхности трубы и удаляются в приемник 7. Наиболее мелкие частицы, составляющие ~20%, уносятся по трубе 5 и улавливаются в дополнитель­ных циклонах и матерчатых фильтрах (на рисунке Х\ЛП-17 не показаны).

Мельница с вертикальной трубчатой помольной камерой (рис. XVIII-18) представляет собой замкнутый трубчатый контур 1, в нижнюю часть которого через систему сопел 2 поступает энерго­носитель. Материал на измельчение подается с помощью инжектора 3. Сопла устанавливают попарно таким образом, чтобы каждая пара струй пересекалась в вертикальной плоскости на некотором расстоянии от про­тивоположной стенки трубы.

Для создания дополнительной циркуляции газа сопла располагают под некоторым углом к вертикальной плоскости. Как и в плоской помоль­ной камере, материал измельчается при многократных соударениях частиц в точках пересечения струй и в общем вихревом потоке. Разделение измельченного материала по крупности частиц происходит в поле центро­бежных сил при поворотах потока в коленах 4 и 5 трубы. Крупные частицы отбрасываются к внешней стенке трубы и по правой вертикальной трубе вновь попадают в .зону измельчения. Мелкие частицы, движущиеся у вну­тренней стенки трубы, выходят вместе с энергоносителем через жалюзи инерционного пылеразделителя в трубу 7 и далее во внешнюю систему улавливания (циклоны и матерчатый фильтр). В пылёразделителе круп­ные частицы, обладающие относительно большей кинетической энергией, отражаются лопатками жалюзей, а более мелкие частицы проходят между лопатками вместе с уходящим газовым потоком. По сравнению с мель­ницами с плоской камерой в трубчатых мельницах достигается большая однородность измельченного продукта.

Достоинства струйных мельниц: высокая энергонапряженность и эффективность измельчения, отсутствие вращающихся деталей и мелющих тел, возможность сочетания помола и классификации с сушкой, окисле­нием, восстановлением и другими технологическими процессами. Недо­статки: большой расход энергоносителя и, следовательно, высокая энерго­емкость процессов, необходимость равномерного питания материалом и поддерживания постоянного аэродинамического режима работы мель­ницы.

Струйные мельницы, как весьма энергоемкие аппараты, применяют в основном для сверхтонкого измельчения дорогостоящих продуктов (например, двуокиси титана, карбида кремния, капрона и др.). В этом случае затраты на измельчение не сказываются заметно на стоимости продукта.

Коллоидные мельницы. В коллоидных мельницах, применяемых в основном для мокрого сверхтонкого измельчения, материал измель­чается в весьма малом (до 0,05 мм) зазоре между быстро вращающимися (с окружной скоростью до 100 м/сек) дисковым ротором и неподвижным корпусом (статором). В вихревом потоке, образующемся в этом зазоре, частицы материала вращаются вокруг собственных осей с такими скоро­стями, что центробежные силы разрывают их.

Гл. XVIII. Измельчение твердых материалов

Некоторые другие методы разрушения твердых материалов

В последнее время широко исследуются и внедряются в промышленную технологию взрывные, термические и электротермические, а также термомеханические способы дроб­ления и измельчения твердых материалов.

Сущность гидровзрывного способа дробления заключается в том, что разру­шение производится взрывом взрывчатых веществ, в водной среде. При этом, кроме непо­средственного действия весьма высоких данлений, возникающих при расширении продук­тов взрыва, существенная роль в разрушении материала принадлежит ударной волне, рас­пространяющейся в жидкости при взрыве (при электрогидравлическом дроблении разрушающие ударные волны инициируются электрическим разрядом).

При термических способах дробления пронзноднтся местный нагрев анизотроп­ной среды куска твердого материала. Возникающие при этом внутренние напряжения приводят к разрушению. Зона прогрева, таким образом, выполняет роль своеобразного теплового клина. Источниками тепла для местного нагрева могут быть: электрическая дуга, сильно экзотермические реакции сгорания (железа в кислороде, алюминотерми- ческие), высокотемпературные газовые струи из реактннной горелки, высокотемпера­турная плазменная струя, лазерный луч.

Широкие исследования проводятся по электротермическим методам раз­рушения, сущность которых заключается в неравномерном нагреве твердого материала непосредственно электрической энергией, передаваемой тем или иным способом. В высоко­частотном поле, например, интенсивно нагреваются только поглощающие электромагнит­ные колебания минералы разнородного по минералогическому составу твердого материала. Вследствие внутренних напряжений, возникающих при таком неравномерном прогреве, и происходит разрушение.

При термомеханическом разрушении нагрев материала служит лишь для уменьшения его прочности, а окончательное измельчение производится одним нз описанных выше ме­ханических способов. В некоторых случаях после нагрева материал резко охлаждают.

Подробное описание технологических схем и применяющегося оборудования для рас­смотренных и других способов измельчения можно найти в специальной литературе *

* См., например: Арш Э. И., Виторт Г. К., Черкасский Ф. Б. Новые методы дробления крепких горных пород. Киев, «Наукова думка», 1966.