專利名稱:固體物料的分級(jí)或分離裝置的制作方法
本發(fā)明涉及用于固體和給定的高純度物料情況下分級(jí)和分離的裝置。
使用旋流器，液壓的和分散的浮槽式分級(jí)機(jī)，螺旋式空氣淘析器和離心機(jī)來將固體物料細(xì)致地分級(jí)。
在旋流器里發(fā)生的流動(dòng)迄今不能成功地作數(shù)學(xué)解說。在旋流器里，施加到在流管(在旋流器里僅有一個(gè))內(nèi)的顆粒上的提升力和分離力不是恒定的，因而它們不適用于精確地分級(jí)。此外，擾動(dòng)的影響是，由于旋流管的形狀造成了流管不充滿沿著水平和垂直(橫斷)平面的整個(gè)橫截面，這樣就產(chǎn)生了擾動(dòng)對(duì)流，進(jìn)而降低了分級(jí)能力，結(jié)果，對(duì)流管主要用于粉末分離或沉積物增厚，而不是用于分級(jí)。然而，由于甚至連向著中心的分離力的恒定增強(qiáng)也不是通過流程線的運(yùn)行獲得的，因此旋流器對(duì)于粉塵分離也不能完全起作用。
按照西德專利2563360，用一個(gè)旋流器供給加速空氣來分離氣體介質(zhì)的固體微粒。在西德專利2942099里，用于礦砂分級(jí)的水力旋流器的出口處的分離調(diào)節(jié)噴咀形成橢圓形是為了改善分級(jí)。
在用于粉塵分離的旋流器的情況里(見西德專利2826808)，排列在粉塵管和儲(chǔ)存容器間的分離室底部的一些孔是用來排出粉塵-空氣混合物。
在液壓的和分散的浮槽式分級(jí)機(jī)里，層流是在一個(gè)管子內(nèi)或容器內(nèi)均速上升，其中，僅那些下降速度比給定的極限值更高的顆粒能夠因重力作用而降下，通過卸載裝置從容底部取出。細(xì)顆粒和流動(dòng)介質(zhì)經(jīng)由容器的溢流咀輸出。
在液壓分級(jí)機(jī)的情況下，介質(zhì)是被一個(gè)或附屬的幾個(gè)外置的泵壓進(jìn)容器里的，在裝置里與氣體介質(zhì)起作用，引起空氣環(huán)流的扇形輪安裝在分級(jí)機(jī)內(nèi)的上部，一般是與分散的輥筒在同一轉(zhuǎn)軸上，其目的在于均勻分散向上流動(dòng)的介質(zhì)里的物料，該裝置的缺點(diǎn)是，它在比較粗的顆粒尺度范圍里起作用，因?yàn)槔鐚?duì)于小于20μm的顆粒，在重力場(chǎng)里下降速度非常低，而且由于不能提供層流，分級(jí)的精確度是不能令人滿意的。在液壓裝置里，經(jīng)由小的橫截面進(jìn)入的介質(zhì)應(yīng)該一般是以均勻速率分布在非常大的橫截面里，這是一個(gè)不能解決的問題，當(dāng)裝置與氣體介質(zhì)起作用時(shí)，扇形輪的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生湍流。由于液壓分級(jí)機(jī)分級(jí)不夠精確，它一般用作礦物預(yù)處理的輔助設(shè)備，這些類型的分級(jí)機(jī)僅用在不要求精確分級(jí)的場(chǎng)合，例如作為磨削循環(huán)里的中間分級(jí)機(jī)。
離心分級(jí)機(jī)的效率是低的，即，在離心機(jī)里分離力是施加到朝向容器外壁的每一個(gè)顆粒上(從而增大范圍)。因此離心機(jī)(轉(zhuǎn)筒、蝸桿、篩型等)對(duì)于沉淀物增厚或脫水是非常有效的，但是作為分級(jí)機(jī)，它們的效率卻很低。僅僅是由于離心機(jī)轉(zhuǎn)筒內(nèi)的介質(zhì)垂直于顆粒降落方向流動(dòng)，并且非常細(xì)的顆粒直到溢流能夠與流體一起排出才下沉，這樣才有可能分級(jí)。然而，這表示一個(gè)比較寬的范圍及沒有特定的尺寸。
在西德專利2556382和2649382里描述了這樣的裝置。
螺旋分離機(jī)是目前所知的最精確的分級(jí)機(jī)。
西德專利2629745揭示流動(dòng)的一個(gè)近似的數(shù)學(xué)模型。取這樣的流管形狀和速度以及加速率，以致使同樣程度的提升力和分離力施加到顆粒上。這樣，這些分級(jí)機(jī)便分離更大的或更小的、特定尺寸的顆粒。它們的缺點(diǎn)部分在于流程線的適當(dāng)運(yùn)行僅借助分級(jí)室壁(扁平的圓筒形空間)的快速旋轉(zhuǎn)來完成，另一部分在于它不考慮作為連續(xù)性定律的結(jié)果，僅僅是空間的一邊受平坦的表面限制。不考慮這一情況導(dǎo)致分級(jí)的精確度的降低。另一方面，旋轉(zhuǎn)部分的存在機(jī)械地(靜態(tài)地)限制分級(jí)機(jī)能夠想作用的顆粒大小的范圍。即，通過改變影響流管形狀的處在周圍的輪葉的角度和室壁旋轉(zhuǎn)速度，能夠控制被分離的顆粒的尺寸，機(jī)器的輸出量受室壁和同軸安裝的排氣風(fēng)扇的限制，因而，排出空氣的量也是限定的。
早先的分級(jí)機(jī)的一種型式是這樣的系統(tǒng)，它通過設(shè)有徑向縫的中央旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)速度代替輪葉角度的變化來控制螺旋形運(yùn)行。兩種系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是由于硬質(zhì)顆粒的作用，旋轉(zhuǎn)部分快速磨損，因而它們僅能用于軟性物料的分級(jí)。
本發(fā)明的目的是提供一種即使在非常硬的物料的情況下也能可靠地工作、并能正確地分離和分級(jí)的裝置。
按照本發(fā)明，用于固體物料分離或分級(jí)的裝置包括設(shè)置一個(gè)進(jìn)口短管，細(xì)粒級(jí)出口短管和粗粒級(jí)出口短管以及一個(gè)輪葉冠的一個(gè)外殼，其中，所述的進(jìn)口短管連接到一個(gè)環(huán)形導(dǎo)溝上，所述的出口短管是同軸并垂直地排列，設(shè)置一個(gè)進(jìn)口輪葉冠和一個(gè)出口輪葉冠，并且分離室或分級(jí)室在所述的進(jìn)口和出口輪葉冠之間有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的雙曲面的套筒。
如果該裝置用于分級(jí)，則輪葉的表面與其切線的夾角用下面的公式表示θ＝arc tg (c)/(ω)r]]>其中ω是標(biāo)稱角速度，r是極半徑(和分級(jí)室的半徑)，c是一個(gè)常量。
分級(jí)室的高度則用下面的公式表示
m =Rm0rω2+ c2Rω2+ c2/R - r /,]]>其中mo是m在R處的值，r是分級(jí)室的半徑，R是分級(jí)室的外(標(biāo)稱)半徑，ω是標(biāo)稱角速度，c是一個(gè)常量。
如果該裝置用于分離，輪葉的表面與其切線的夾角用下面的公式表示θ＝arc tg R·eωt其中R是分離室的外(標(biāo)稱)半徑，e是自然對(duì)數(shù)系的底數(shù)，ω是標(biāo)稱角速度，t是時(shí)間。
分離室的高度則由下面的公式表示m =m0rR3r + R3,]]>其中mo是m在R處的值，r是分離室的半徑，R是分離室的外(標(biāo)稱)半徑。
與粉塵混合物接觸的表面最好是襯以硬質(zhì)材料和/或用硬質(zhì)材料制成。
與粉塵混合物接觸的材料應(yīng)該與被旋轉(zhuǎn)的顆粒在化學(xué)性質(zhì)上是相同的，例如由燒結(jié)剛玉制成。
本發(fā)明是基于承認(rèn)精確分級(jí)依賴于應(yīng)該對(duì)沿著流管的每一個(gè)顆粒施加同樣強(qiáng)度的力這樣的條件。如果徑向的(離心的)加速度(ar)和徑向速度分量(Vr)是常量，便滿足這個(gè)條件。
按照路徑方程式r＝R-ωt和φ =2cωR - ω t]]>由此，隨之有r′＝常量和r″＝0，因?yàn)閂r＝r′。如果r″＝0，則從ar＝r″-rφ′2，rφ′2必然是常數(shù)。也即，φ ′= /r]]>，然而，r是t(時(shí)間)的線性函數(shù)，也即r＝f(t)，并且φ ′= c /f ( t )]]>(c＝常數(shù)，r和φ是極坐標(biāo))。
另一方面，分級(jí)機(jī)內(nèi)的物料僅能從外側(cè)向內(nèi)側(cè)通過。
r＝Rωt其中R是分級(jí)室的外徑，ω是標(biāo)稱角速度。
通過φ′的積分，得到另一對(duì)方程式∫φ ·d t=∫cR - td]]>d t = -2cωR - ω t]]>流程線或路徑的方程式r＝R-ωt和φ = -2cωT - ω t]]>速度分量
vr＝F＝-ω(常量)V φ = r φ = 2cR - ω t]]>加速度分量ar＝r″-rφ′2＝-c2(常量)a φ = 2 r φ ″+rφ ″= -c ω2R - ω t]]>決定進(jìn)口和出口輪葉冠的輪葉角度的切線和半徑矢量的夾角可定義為tgθ＝r (dr)/(dφ) ，于是θ = a r c t g φ / 2 = a r c t gcωR - ω t]]>按照斯托克斯定律，被分離的顆粒的尺寸d =18 / u vr△ ρ ar=18 u△ ρ×ωc,]]>其中μ是介質(zhì)的動(dòng)態(tài)速度，△ρ是物料和介質(zhì)的密度之差，還要求沿著路徑的速度大小w =v2r+ v2φ=ω2+ c2/ R -ω t /,]]>由此，輸入速度W i n =ω2+ c2R]]>(如果t＝0)等于空氣速度的值。
決定輸出量的許可進(jìn)入裝置的介質(zhì)的量Qin能用輸入速度(ωin)和入口橫截面(Fin)的乘積來表示Qin＝WinFin＝Win2Rπmo其中
mo是入口輪葉的高度。
最后，要求根據(jù)流動(dòng)的連續(xù)條件WF′＝常量它的另一個(gè)形式WinFin＝WrFr′來決定分級(jí)室的外形。
式中右邊表示在任何橫截面里該條件均滿足。
詳細(xì)地說，ω2+ c2R (m0)=ω2+ c2(R - r ) m,]]>由此，分級(jí)室的高度是導(dǎo)向半徑的函數(shù);
m =R m0rω2+c2Rω2+c2(R - r )]]>平方根下方的表示式的值近似等于1，因此分級(jí)室的形狀是一個(gè)旋轉(zhuǎn)雙曲面，由于這樣的事實(shí)進(jìn)入輪葉間的介質(zhì)在同樣幾何條件的流管里運(yùn)動(dòng)，因此在彼此接觸的流管的接觸點(diǎn)有相同的速度，從而使精確分級(jí)便變得更為方便。因而，這點(diǎn)與旋流器對(duì)比，流動(dòng)是不間斷的，這意味著更高的輸入速度和處理能力。在旋流器的流管里速度慢下來，構(gòu)成相互纏繞的曲線，因此接觸點(diǎn)的速度是很不同的，也就是說，流動(dòng)受到干擾。
而且，本發(fā)明是基于承認(rèn)在分離的情況下，流動(dòng)必須是這樣的，它使得施加到與介質(zhì)相反方向的顆粒上的分離力在排出“潔凈”介質(zhì)的方向必定恒定地增強(qiáng)。在恒定的徑向加速度(ar)，徑向速度(Vr)朝著出口慢下來，或者徑向速度是恒定的，而離心加速度增大。后一種情況是最有利的。最簡(jiǎn)單的路徑曲線是由如下所述的方式得到的。
將函數(shù)r用一個(gè)容易求微分的隨時(shí)間單調(diào)下降的值表示，例如，r＝Re-ωt隨后給出一個(gè)類似的、但增加角位移的表示式，例如，r＝Reωt它也是容易求微分的。寫出基本命題，并求那些微分r＝Re-ωt，r′＝-Rωe-ωtr″＝Rω2e-ωt和φ＝Reωt，φ′＝Rωeωtφ″＝Rω2eωt就得到速度分量和加速度分量，Vr＝r′＝-Rωe-ωt徑向速度(隨時(shí)間減小)Vφ＝rφ′＝R2ω軸向速度(時(shí)間上恒定)ar＝r″-rφ2＝Rω2(e-ωt-R2eωt)經(jīng)向加速度(隨時(shí)間增大)φ∫aφ=2r′φ+rφ″=R2(ω2-2)軸向加速度(時(shí)間上恒定)切線和半徑矢量的夾角，也就是輪葉角度θ=arc tg r/ (dr)/(dφ) =arc tg (R/φ)/(-R2/φ2) =arc tg -φθ＝arc tg Reωt(常量)沿著路徑的速度w =v2r+ v2φ=R22e - 2ω t +R4ω2= R ωe2 ω t-R2(減小)]]>W i n = R ω1- R2]]>
輸入空氣的量Q i n = ( φ0m0R ) R ω1 - R2]]>由連續(xù)條件決定的輪廓高度m = m0RR + R3rr + R3m0rR3r + R3]]>在不考慮進(jìn)口輪葉冠的直徑的情況下，該輪廓的形狀是一個(gè)旋轉(zhuǎn)雙曲面，其形狀不受任何東西影響。因而該結(jié)構(gòu)適用于分離任何尺寸的粉塵微粒，最后，該尺寸是由除去粉塵(除去礦泥)的空氣(或液體)的量所決定。
被分離的最小顆粒的尺寸由下面的公式給出d =18 η△ ρvror]]>在空氣的情況下，并且如果已得到確定的分離的尺寸，那么，輸入空氣的數(shù)據(jù)就能推算出來，因此d = 1.1256 × 10- 3vr i nar i n= 1.1256 × 10- 3- R ωR ω2( 1 - R2)(cm)]]>= 1.1256 × 10- 3-1ω ( 1 - R2)(cm)]]>在附圖里詳細(xì)地顯示了該裝置。
圖1是裝置的側(cè)視圖，部分作截面圖。
圖2是裝置的頂視圖，部分作截面圖。
外殼由1，2，3，4四部分組成，所述的四部分是通過裝配在它們之間的螺釘5和O型環(huán)6安裝在一起的，出口輪葉冠7和進(jìn)口輪葉冠8排列在外殼內(nèi)。
切向的進(jìn)口短管9設(shè)置在外殼部分1上，與導(dǎo)溝10連通，用于在進(jìn)口輪葉冠8的表面均勻分布含塵氣體(或泥漿狀的液體)。在由輪葉所決定的角度下進(jìn)入給定半徑的裝置的含塵氣體(或泥漿狀水)沿著由進(jìn)入的角度和速度以及由出口輪葉冠7的輪葉角度所決定的路徑運(yùn)動(dòng)，這時(shí)便發(fā)生分級(jí)或粉塵分離。細(xì)的產(chǎn)物和氣體或者潔凈的氣體由出口輪葉冠7內(nèi)部經(jīng)由出口短管11排出，粗的產(chǎn)物或粉塵流回到進(jìn)口輪葉冠，這時(shí)，由于重力作用，它沉積在分級(jí)機(jī)空間的底部，它從那里沿著雙曲面輪廓12經(jīng)由輪葉冠13和雙曲面輪廓間的空隙，并經(jīng)由出口短管14流出，進(jìn)入一儲(chǔ)存容器。
粉塵分離機(jī)和分級(jí)機(jī)結(jié)構(gòu)上的相互區(qū)別在于，在粉塵分離機(jī)里進(jìn)口和出口輪葉的角度不依據(jù)操作條件而變化，而另一方面，在分級(jí)機(jī)里，合適的路徑曲線是借助于依據(jù)操作條件(例如許可進(jìn)入的空氣量)的變化而可更換的輪葉冠而形成的。
與固體微粒和導(dǎo)向輪葉接觸的裝置的內(nèi)表面是由燒結(jié)剛玉成分制成的，所以它們能抵抗硬質(zhì)物料的磨耗作用。由于裝置實(shí)際上沒有快速旋轉(zhuǎn)(運(yùn)動(dòng))部分，因而器壁和微粒的相對(duì)速度較小，它降低了顆粒的磨耗作用，從而抵抗力便增大。裝置的結(jié)構(gòu)是非常簡(jiǎn)單的，所以非常緩慢地磨耗的部件能方便地、迅速地更換，并且費(fèi)用很低。
由于不存在運(yùn)動(dòng)部件，也就是說不需要機(jī)械驅(qū)動(dòng)源，裝置的作業(yè)費(fèi)用便降低。而且，對(duì)于驅(qū)動(dòng)所要求的介質(zhì)的流動(dòng)在某些情況下可由磨床(例如噴射磨)的廢棄能量供給。由此，能夠制定高度節(jié)省能量的工藝過程。
按照本發(fā)明的裝置的優(yōu)點(diǎn)在于，在常規(guī)的旋流器里，粉塵的85%被分離，15%再隨空氣運(yùn)動(dòng)，在該裝置里，分離量為97%。用作分級(jí)機(jī)，不合規(guī)格的產(chǎn)物(小于或超過尺寸)的量，即使該產(chǎn)物在5μm和7μm之間這樣的情況里，也不超過重量的10%，而在已知的最好裝置里，這個(gè)值約為30%。由于與粉末接觸的表面，特別是輪葉冠，是由燒結(jié)剛玉制成的，即使在工作半年以后，分級(jí)和粉塵分離的值仍不降低。如果已知的裝置用剛玉運(yùn)行，則在幾小時(shí)內(nèi)葉輪便損壞。
權(quán)利要求
1.一種用于固體物料，特別是硬質(zhì)的和高純度的物料的分級(jí)或分離裝置，包括設(shè)置一個(gè)進(jìn)口短管，細(xì)粒度級(jí)出口短管和一個(gè)粗粒度級(jí)出口短管以及一個(gè)輪葉冠的外殼，其特征在于所述的進(jìn)口短管(9)連接到一個(gè)環(huán)形的導(dǎo)溝(11)，所述的出口短管(10、14)同軸并垂直地排列，設(shè)置一個(gè)進(jìn)口輪葉冠(8)和一個(gè)出口輪葉冠(7)并且分離或分級(jí)室在所述的進(jìn)口和出口輪葉冠(8，7)之間有一個(gè)旋轉(zhuǎn)雙曲面的套筒(12)。
2.按照權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于，輪葉表面和其切線的夾角由下面的公式表示θ＝arc tg (c)/(ω)r]]>其中ω是標(biāo)稱角速度，r是極半徑(以及分級(jí)室的半徑)，c是一個(gè)常量。
3.按照權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于，輪葉表面和其切線的夾角由下面的公式表示θ＝arc tg R·eωt其中R是分離室的外(標(biāo)稱)半徑，e是自然對(duì)數(shù)系的底數(shù)，ω是標(biāo)稱角速度，t是時(shí)間。
4.按照權(quán)利要求
1或2所述的裝置，其特征在于，分級(jí)室的高度由下面的公式表示m =Rm0rω2+c2Rω2+c2(R-r ),]]>其中mo是m在R處的值，r是分級(jí)室的半徑，R是分級(jí)室的外(標(biāo)稱)半徑，ω是標(biāo)稱角速度，c是一個(gè)常量。
5.按照權(quán)利要求
4所述的裝置，其特征在于，輪葉冠的輪葉可調(diào)整角位置。
6.按照權(quán)利要求
4所述的裝置，其特征在于，輪葉冠是可更換的。
7.按照權(quán)利要求
1或3所述的裝置，其特征在于，分離室的高度由下面的公式表示m =m0rR3r + R3,]]>其中mo是m在R處的值，r是分離室的半徑，R是分離室的外(標(biāo)稱)半徑。
8.按照權(quán)利要求
1至7所述的裝置，其特征在于，與粉塵混合物接觸的表面襯以硬質(zhì)材料和/或由硬質(zhì)材料制成。
9.按照權(quán)利要求
1至8所述的裝置，其特征在于，與粉塵混合物接觸的材料與作為基底的顆粒在化學(xué)性質(zhì)上是相同的。
10.按照權(quán)利要求
1至9所述的裝置，其特征在于，與粉塵混合物接觸的材料襯以燒結(jié)剛玉和/或由燒結(jié)剛玉制成。
專利摘要
本發(fā)明涉及一個(gè)用于固體物料，特別是硬質(zhì)的和高純度的物料分級(jí)的裝置，包括設(shè)置一個(gè)進(jìn)口短管，細(xì)粒度級(jí)出口短管和一個(gè)粗粒度級(jí)出口短管以及一個(gè)輪葉冠的一個(gè)外殼，其中，所述的進(jìn)口短管(9)連接到一個(gè)環(huán)形的導(dǎo)溝(11)，所述的出口短管(10，14)同軸并垂直地排列，設(shè)置一個(gè)進(jìn)口輪葉冠(8)和一個(gè)出口輪葉冠(7)，并且分離或分級(jí)室在所述的進(jìn)口和出口輪葉冠(8，7)之間有一個(gè)旋轉(zhuǎn)雙曲面的套筒(12)。
文檔編號(hào)B07B7/083GK86105306SQ86105306
公開日1988年2月17日 申請(qǐng)日期1986年8月8日
發(fā)明者佐爾特·克席埃格, 格贊·賽德雷奇, 萊賽羅·賽皮雷, 卡羅雷·沙立曼, 皮萊·萊吉塔, 泰珀·凱來姆, 泰珀·雷克特, 佩爾·托斯, 潔蘭西·錫特凱, 法蘭西·羅森曼, 法蘭西·凡羅, 吉諾斯·史蒂爾, 鮑勒特·席鮑, 吉諾斯·摩塞爾, 戴勃·摩勒, 賽陶·克席弗特 申請(qǐng)人:匈牙利鋁工業(yè)托拉斯導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan