ВИБРАЦИОННОЕ ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ - 1956 г.

1. ВВЕДЕНИЕ

Существуют два принципиально различных режима тонкого измельчения материалов в вибрационных мельницах — периодический и непрерывный. При периодическом процессе измельчения материал загружается в мельницу сразу в полном объеме, перемалывается, после чего полностью выгружается и заменяется новой порцией. При непрерывном процессе измельчаемый материал подается в мельницу и выгружается из нее непрерывно.

При периодическом процессе затрачивается дополнительное время на загрузку материала и его выгрузку, кроме того образующийся по мере помола готовый продукт продолжает измельчаться, что, во-первых, затрудняет и замедляет помол оставшихся более крупных частиц, во-вторых, приводит к излишнему переизмельчению некоторой части продукта. Нагрев измельчаемого материала и выделение из него влаги в этом случае могут быть выше, чем при непрерывном помоле, когда с отбираемым из мельницы готовым продуктом уносится часть тепла и влаги. Этот недостаток, присущий периодическому помолу, может повлечь за собой агрегирование частиц, в результате чего в ряде случаев не достигается заданная дисперсность. Кроме того для некоторых видов измельчаемых материалов недопустим перегрев. Производительность вибромельницы при периодическом процессе значительно ниже, чем при непрерывном, и готовый продукт может содержать существенное количество переизмельченных частиц.

Применение периодического помола целесообразно лишь в отдельных случаях, например, для получения очень тонких материалов, требующихся в небольших количествах (графита, некоторых видов красителей, суспензии для полировки стекол и т. п.) или для трудно измельчаемых материалов (например, твердых сплавов), для которых время измельчения велико по сравнению со вспомогательным временем, затрачиваемым на загрузку и выгрузку. Периодический помол может применяться также при изготовлении опытных партий различных материалов — для исследовательских целей.

Во всех прочих случаях, в частности, при производстве всех видов строительных материалов, периодический помол не рекомендуется, и следует применять более производительный — непрерывный, при котором полностью устраняются потери времени на загрузку и выгрузку, а измельченные до требуемых размеров частицы материала отбираются из вибромельницы в процессе помола.

Для обеспечения эффективной, высокопроизводительной работы вибромельницы должны снабжаться приспособлениями и устройствами, обеспечивающими непрерывную подачу исходного материала и отбор готового продукта, а в ряде случаев и его классификацию (сепарацию). В число этих устройств входят дозаторы, транспортирующие механизмы для подачи исходного материала и транспортирования готового продукта (элеваторы, шнеки и т. п.), промежуточные емкости (бункеры), классификаторы (сепараторы) различных типов для отделения готового продукта, вентиляторы, обеспечивающие воздушную сепарацию и пневмотранспорт и пылеосадительные устройства — циклоны.

Сочетание вибромельницы со всем этим оборудованием представляет собой комплексную вибропомольную установку, обеспечивающую получение максимальной производительности при непрерывном помоле, удобном обслуживании и наименьших затратах труда. Эксплуатация вибрационной мельницы без указанного комплектующего оборудования недопустима.

Это правило должно особенно строго соблюдаться при помоле относительно дешевых материалов, требующихся в больших количествах, в частности, строительных материалов, так как в противном случае применение вибрационных мельниц может оказаться экономически неэффективным.

II. УСТРОЙСТВО И ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВИБРАЦИОННЫХ МЕЛЬНИЦ

Вибропомольные установки комплектовались серийно выпускаемыми Министерством строительного и дорожного машиностроения на заводе им. Калинина вибромельницами модели М200 и в отдельных случаях — опытными вибромельницами модели М400, изготовляемыми в опытном порядке Павшинским заводом МПСМ. Техническая характеристика вибромельниц приведена в табл. 1.

Таблица 1

Техническая характеристика вибрационных мельниц конструкции ВНИИТИСМа

Вибрационная мельница (см. схему на рис. 1) состоит из цилиндрического корпуса 1, вибратора 2, упругой пружинной подвески 3, опорной рамы 4, электродвигателя 5 и упругой муфты 6, соединяющей вал вибратора с электродвигателем. Вибратор состоит из двух напрессованных

Рис. 1. Вибрационная мельница M20D: А—М200—1,5 с вибратором 1500 колеб/мин; Б—М200—3 с вибратором 3000 колеб/мин.

одна на другую труб (между которыми циркулирует вода, охлаждающая подшипники) и смонтированного в подшипниках дебалансного вала. Дебалансный вал выполнен цельным у вибрационных мельниц М200—1,5 и М400—1,5 (1500 колеб/мин) и разрезным у вибрационной

мельницы М200—3 (3000 колеб/мин). При вращении дебалансного вала возникают колебания корпуса мельницы по замкнутой траектории с указанной выше частотой.

Около 80% объема корпуса вибрационной мельницы заняты мелющими телами (шариками или роликами), промежутки между которыми заполняются измельчаемым, предварительно раздробленными материалом с частицами размером порядка 2 мм*.

* Подробные сведения о вибромельницах М200 и чертежи их деталей см. альбом «Вибрационная мельница М200», Промстройиздат, 1955.

III. ВИБРОПОМОЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ, РАБОТАЮЩИЕ ПО СХЕМЕ № 1

Вибропомольные установки непрерывного действия, работающие по схеме № 1 (рис. 2), предназначены для сухого тонкого помола сыпучих материалов «на проход» без классификации. В одном конце корпуса вибромельницы сверху непрерывно загружается измельчаемый материал, а с другого конца снизу непрерывно выходит готовый продукт.

Рис. 2. Схема вибропомольной установки № 1.

Установки позволяют производить помол материалов, а также помол и смешение в заданных пропорциях одновременно двух, а на некоторых установках и трех, компонентов (например, домол цемента с добавкой гипса, помол извести с песком или с очажными остатками с целью получения вяжущего для кладочных растворов и т. п.).

Установка состоит из загрузочного устройства 1, одного, двух или трех бункеров 2, одного, двух или трех дозаторов 3 (с одним общим приводом) и вибромельницы 4 с корпусом, имеющим внутри перегородку. Бункеры и дозирующие механизмы смонтированы на общей раме.

В отдельных случаях установка может быть применена также для мокрого помола, однако возможности ее использования для этой цели ограничены (см. раздел VI).

В зависимости от требований технологии данного производства, размеров имеющегося помещения и других местных условий применяется одна из перечисленных ниже конструкций вибропомольных установок, работающих по схеме № 1 (см. рис. 3, 4, 5).

№ 1—01 — однобункерная установка с вибромельницей М200;

№ 1—02 — двухбункерная установка с вибромельницей М200;

№ 1—03 — двухбункерная установка с вибромельницей М400;

№ 1—04 — трехбункерная установка с вибромельницей М200;

№ 1—05 — трехбункерная установка с вибромельницей М400;

№ 1—06 — двухбункерная малогабаритная установка с вибромельницей М200.

Двухбункерные установки №№ 1—02 и 1—03 отличаются друг от друга только типом вибрационной мельницы. Трехбункерные установки №№ 1—04 и 1—05 также отличаются друг от друга только типом мельницы

Однобункерная установка № 1—01 в промышленности строительных материалов используется в редких случаях, так как в этой отрасли (в частности для приготовления вяжущих) обычно применяется совместный помол двух и трех компонентов, и, как правило, используются установки с двумя или тремя бункерами. При совместном помоле нескольких компонентов обеспечивается также их качественное смешение.

Измельчаемый материал с частицами размером не более 2 мм подается в бункер транспортирующего устройства. В верхней части бункера имеется сетка с отверстиями диаметром 5X5 мм, чем устраняется возможность попадания в него крупных кусков.

Из нижнего бункера подлежащий измельчению материал подается в верхний приемный бункер установки.

Рис. 3. Вибропомольная установка № 1—01.

Рис. 4. Вибропомольная установка № 1—06.

В качестве транспортирующего устройства может быть применен, например, вертикальный шнек, проверенный на подаче цемента, дробленой извести и очажных остатков (целесообразность применения шнека для подачи в приемный бункер других материалов должна быть проверена предварительными испытаниями).

Если по местным условиям измельчаемый материал подается в верхний бункер из какой-либо другой имеющейся емкости, то могут быть применены горизонтальный шнек, транспортер, элеватор и т. п.

Подача дополнительных компонентов во второй или третий бункер установки может быть осуществлена переключением разветвленной течки того же транспортирующего механизма, либо установкой самостоятельных транспортирующих механизмов. В том случае, если количество добавок незначительно, например, гипса порядка 5% от веса извести, загрузка их может осуществляться вручную непосредственно в бункеры.

В случаях; когда уровень грунтовых вод или наличие подвального помещения позволяют углубиться на 2500 мм, можно монтировать вибропомольную установку в приямке (см. рис. 6). Такое расположение позволяет: подавать материал в бункеры без применения подъемнотранспортных устройств, значительно уменьшить шум, создаваемый работающей вибромельницей, уменьшить запыленность помещения и выдавать на поверхность готовый продукт одним транспортным механизмом — вертикальным шнеком.

Загруженный в отсеки приемного бункера материал подается в заданных соотношениях в вибромельницу дозаторами барабанного типа через течку. Течка соединена с загрузочным патрубком мельницы эластичным рукавом, закрепленным хомутами.

Материал, попадая в вибромельницу, увлекается циркулирующими мелющими телами, измельчается и перемешивается. Для лучшего проникновения измельчаемого материала в толщу мелющих тел следует устанавливать в корпусе вибромельницы перегородку, погруженную в мелющие тела на 60—80 мм.

Измельченный в вибромельнице материал непрерывно выходит через нижний люк, расположенный в противоположной от загрузочного люка части корпуса мельницы.

Рис. 5. Вибропомольная установка № 1-04.

Рис. 6. Монтаж установки по схеме № 1 в заглублении.

Тонина помола зависит от времени пребывания материала в мельнице и регулируется изменением количества подаваемого дозаторами материала и изменением проходного сечения разгрузочного люка. С этой целью в разгрузочный люк под решетку устанавливается стальная шайба с отверстием 0 20—50 мм. Для увеличения производительности при меньшей тонине помола подбирается шайба с отверстием большего диаметра.

Готовый продукт из вибромельницы может выдаваться в любой транспортирующий механизм непрерывного действия (шнек, элеватор, закрытый транспортер) или в тару (бумажные мешки, контейнеры, тележки).

Чтобы вибрация корпуса мельницы не передавалась на тару или транспортирующий механизм, выгрузочный люк вибромельницы должен соединяться с патрубком приемного устройства посредством эластичного шланга.

Дозирующее устройство (рис. 7) всех вибропомольных, установок унифицировано и состоит из приводной системы и одинаковых барабанных дозаторов, каждый производительностью 2 дм³ за один оборот. Количество дозаторов равно числу отсеков бункера.

Дозаторы приводятся во вращение от электродвигателя через редуктор и храповой регулировочный механизм. В тех случаях, когда редуктор приводит в движение больше двух дозаторов (установки № 1—04, 1—05), вал червячного колеса редуктора должен иметь выход на обе стороны (см. рис. 7).

Регулировочный механизм состоит из кулисы 1, шатуна направляющих щек 4, собачки 6, пружины собачки 5 и храпового колеса 7. Кулиса укрепляется на выводном валу редуктора и имеет паз, по которому при помощи винта перемещается ганка с пальцем 2. К пальцу крепится шатун, соединяющий кулису с направляющими щеками, свободно вращающимися на валу дозатора. Между щеками укреплена собачка, которая благодаря вращению кулисы совершает качательные движения вокруг зубчатого колеса.

Дозаторы к редуктору подсоединены последовательно, т. е. один из дозаторов имеет непосредственный привод через храповый механизм от редуктора, второй дозатор приводится во вращение от первого дозатора через свой храповый механизм. Таким образом, первый дозатор по отношению ко второму является ведущим.

Рис. 7. Схема дозирующего механизма.

В случае подачи трех компонентов присоединение третьего дозатора в зависимости от требуемого соотношения производительности дозаторов может быть как параллельным, так и последовательным.

Такая система позволяет:

а) использовать регулировочный храповой механизм ведущего дозатора для увеличения передаточного отношения к ведомому дозатору и тем самым увеличить диапазон соотношений производительностей одного дозатора по отношению к другому;

б) изменять общую (суммарную) производительность обоих дозаторов, не меняя заданного соотношения подачи материала между ними;

в) изменять соотношение подачи материала ведомого дозатора по отношению к подаче ведущего дозатора, не изменяя производительности ведущего дозатора;

г) производить одновременное изменение по п. б и по п. в.

Соотношения максимальных производительностей Дозаторов приведены в табл. 2.

Снижение производительности дозаторов можно осуществить путем установки в барабан дозатора деревянных вкладышей, уменьшающих емкость ячеек барабана (рис. 7).

Для устранения пыления должно быть обращено особое внимание на герметичность соединений дозатора с бункером и мельницей.

Техническую характеристику вибропомольных установок, выполненных по схеме № 1, см. в табл. 3.

Таблица 3

Техническая характеристика вибропомольных установок по схеме № 1

IV. ВИБРОПОМОЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ, РАБОТАЮЩИЕ ПО СХЕМЕ № 2

Для получения тонкодисперсного продукта более равномерного по гранулометрическому составу, без значительных закрупнений, необходима его классификация в процессе вибропомола. Для этой цели сконструированы вибропомольные установки, работающие по схемам № 2 и 3. Установки по схеме № 2 применяются для непрерывного сухого помола с классификацией измельчаемого материала и возвратом крупных фракций в вибрационную мельницу на домол.

Принципиальная схема установки № 2 приведена на рис. 8. Установка может работать как с последующей классификацией после помола в вибромельнице (рис. 8,а), так и с предварительной классификацией (рис. 8,б).

В первом случае исходный материал подается в бункер 1 при помощи какого-либо транспортирующего устройства. Из бункера, барабанным дозатором 2 материал подается в вибромельницу 3, где измельчается и выдается через нижний люк в воздухопровод. Корпус вибромельницы снабжен перегородкой, аналогично вибропомольной установке, работающей по схеме № 1.

Вентилятором 4 в воздухопроводе создается воздушный поток, захватывающий измельченный материал и в виде аэросмеси по воздухопроводу 5 уносящий его в классификатор 6. В классификаторе происходит разделение материала по фракционному составу.

Рис. 8. Схема вибропомольной установки № 2 при работе с последующей и предварительной классификацией.

Крупный материал возвращается на домол в вибромельницу, тонкий — готовый продукт — уносится в циклон 7.

В циклоне происходит улавливание готового продукта и выдача его в соответствующие транспортные устройства или тару, воздух возвращается по трубопроводу в вентилятор. Дроссельная заслонка 8 служит для изменения режима в воздушной системе.

Во втором случае, при работе с предварительной классификацией, исходный материал подается из бункера 1 через дозатор 2 непосредственно в воздухопровод 5. Весь материал в виде аэросмеси направляется в классификатор 6, откуда в вибромельницу поступают только требующие помола крупные частицы. Имеющиеся в исходном материале тонкие фракции в мельницу не поступают, а уносятся в циклон, как готовый продукт. Крупные частицы измельчаются в вибромельнице и проходят путь по схеме на рис. 8,а.

На рис. 9 показана установка модели 1954 г., работающая по схеме № 2. Исходный материал подается в приемный бункер элеватора, затем поступает в бункер установки емкостью 1,3 м³ и дозатором барабанного типа производительностью 2 дм³/об подается в вибромельницу М200 или М400. Для подачи аэросмеси в классификатор применяется вентилятор высокого давления типа ЦАГИ-6.

Рис. 9. Вибропомольная установка № 2—00 или № 2—01.

Классификатор воздушно-проходной, типа ЦКТИ, циклон типа ЦН-15 0 500 мм. Для того, чтобы исключить повышение влажности циркулирующего в системе воздуха, часть его (около 10%) после вентилятора выбрасывается через малый циклон в атмосферу с забором такого же количества чистого воздуха до вентилятора. Подробная характеристика установок приведена в табл. 4.

Установки модели 1954 г. (№ 2—00 и № 2—01) не нашли широкого применения из-за сравнительно больших габаритных размеров и значительной трудоемкости их изготовления.

В настоящее время разработаны новые установки, работающие по схеме № 2, значительно более компактные. На рис. 10 приведен чертеж установки № 2—02 модели 1956 г.

Установка рассчитана на работу с вибромельницей М200 и выполнена с бункером, имеющим два отсека емкостью 340 и 230 дм³. Это позволяет производить помол и смешение двух компонентов. Дозирующая система состоит из двух дозаторов, соединенных последовательно так же, как и в установке № 1 (описание дозирующей системы см. гл_; III).

Установка № 2—02 имеет вентилятор высокого давления № 5, установленный рядом с рамой вибромельницы. Вентилятор приводится от электродвигателя мощностью 4,5 квт при 3000 об/мин. Расход по воздуху 1800 м³час при напоре до 500 мм вод. ст.

В установке применен новый, отбойно-вихревой классификатор КОВ-600 с приводом от электродвигателя мощностью 0,6 квт при 1400 об/мин.

Для выделения готового продукта из аэросмеси установлены два типовых циклона типа ЦН-15 0 250 мм. Циклоны включены в систему параллельно и имеют самостоятельную регулировку. Готовый продукт собирается в бункере, расположенном под циклонами. Подача материала в бункеры установки производится при помощи стандартных транспортных устройств, аналогичных устройствам установки № 1.

Транспортировка готового продукта может осуществляться как обычными транспортными устройствами, так и пневматическим транспортом самой установки (путем соответствующей перестановки циклонов).

Принципиальная схема работы установки не отличается от приведенной на рис. 8,а.

Для переключения установки на работу по схеме на рис. 8,6 (т. е. с предварительной классификацией) достаточно направить исходный материал через дозатор по течке в вертикальный трубопровод, идущий к классификатору.

Рис. 10. Вибропомольная установка № 2—02.

В этом случае в вибромельницу будут поступать в основном частицы материала, отделяемые классификатором, превосходящие по размеру заданную тонину готового продукта.

Таким образом, установки, работающие по схеме № 2, отличаются от вышеописанных установок, работающих по схеме № 1, в основном наличием классификационного и пылеосадительного устройств (циклоны).

Образование аэросмеси и ее транспортировка обеспечивается вентилятором высокого давления.

Рис. 11. Схема воздушно-проходного классификатора.

Воздушно-проходной классификатор, применяемый на установках модели 1954 г. (№ 2—00 и № 2—01 рис. 11), состоит из внешнего 1 и внутреннего 2 конусов, отбойного конуса 3, подвешенного па регулируемых тягах 8, направляющих лопаток 4, входной трубы 5, выходного патрубка 6 и раструба 7 для возвращения крупных частиц в вибромельницу на домол.

Аэросмесь по трубе 5 поступает в классификатор и ударяется в отбойный конус. При этом наиболее крупные частицы отделяются и ссыпаются в раструб 7. Дальше аэросмесь движется по расширяющемуся сечению между наружным и внутренним конусами. Скорость воздушного потока падает, крупные частицы дополнительно выпадают из потока и по стенке наружного конуса ссыпаются вниз. Дойдя до верхней крышки классификатора, аэросмесь через ряд окон поступает во внутренний конус 2. За каждым окном расположены лопатки 4, которые могут при помощи наружного кольца 9, укрепленного на крышке 10, одновременно поворачиваться па угол от 0 до 60°. При угле, равном 0°, лопатки расположены радиально. Поворот лопаток от радиального положения на больший или меньший угол, вызывает соответственно большее или меньшее закручивание потока. Возникающие при этом центробежные силы отбрасывают крупные частицы материала к стенкам внутреннего конуса. Частицы, выпавшие через кольцевой зазор между внутренним и отбойным конусами, ссыпаются в раструб 7. Мелкие частицы — готовый продукт, из внутреннего конуса уносятся воздушным потоком через патрубок 6 и направляются в циклон.

Отбойно-вихревой классификатор КОВ-600, применяемый на новых установках № 2—02 (рис. 12), для разделения материала по фракциям работает по другому принципу. В отличие от воздушно-проходного классификатора, где воздушный поток приобретает вращательное движение за счет направляющего действия неподвижных лопаток, в отбойно-вихревом классификаторе поток закручивается вращающимся ротором. Регулировка тонины готового продукта может осуществляться за счет изменения числа оборотов ротора. Готовый продукт с применением этих классификаторов можно получить более тонким, чем на воздушно-проходном классификаторе.

Подача аэросмеси в классификатор КОВ-600 производится также, как и в воздушно-проходном классификаторе по трубе 1. Попадая в расширяющуюся коническую полость классификатора 3, аэросмесь завихряется за счет вращения ротора 4.

Рис. 12. Схема отбойно-вихревого классификатора (КОВ).

Возникающие при этом центробежные силы отбрасывают крупные частицы на внутренную поверхность конуса, по которой они ссыпаются в раструб 2 для возврата в вибромельницу на домол. Тонкая фракция уносится воздушным потоком через улитку 6 и направляется в циклон. Вал ротора 5 вращается в подшипниках, монтируемых в корпусе классификатора. Вращение вала осуществляется от электродвигателя 8 через клиноременную передачу 7.

На установках, работающих по схеме № 2, для осаждения готового продукта из аэросмеси применяются циклоны типа ЦН-15. На установках № 2—00 и № 2—01 монтируется циклон 0 500 мм, на установках № 2—02 — два циклона 0250 мм каждый. Циклом (рис. 13) состоит из цилиндрической трубы 1 с нижней конической частью и входного патрубка 2, приваренного к трубе 1 по касательной, и центральной трубы, переходящей в выходной патрубок 3.

Рис. 13. Схема циклона.

Поступая по касательной в цилиндрическую часть циклона, поток запыленного воздуха закручивается. Под действием возникающих центробежных сил основная масса частиц материала отбрасывается к наружной стенке и сползает по ней вниз в промежуточный бункер, из которого отбирается готовый продукт. Воздух с небольшим содержанием неуловленной пыли выходит из циклона через верхний выходной патрубок 3 и снова направляется в вентилятор.

Техническую характеристику вибропомольных установок, выполненных по схеме № 2, см. в табл. 4.

Таблица 4

Техническая характеристика вибропомольных, установок по схеме № 2

* Металлоемкость установки № 2—02 модели 1956 г. почти вдвое меньше установки № 2—00.