Впервые способ вихревого измельчения и устройство для его осуществления защищены авторским свидетельством Согласно этим источникам, первая модель мельницы представляла собой вихревую камеру, схема которой показана на рис. 2а.
|
|
|
|
Рис.21-а |
Рис.21-б |
Сжатый воздух тангенциально входит в камеру через сопло 1, закручивается и, разветвляясь, выходит частью через центральную диафрагму, а частью через выходной патрубок 4. Патрубки 2 и 3 – глухие. Если давление перед мельницей составляет 1,5…6 избыточных атмосфер, то происходит измельчение материала, который можно подавать прямо в центральную область, где давление ниже атмосферного вследствие закрутки потока. Материал приобретает вращение и центробежными силами отбрасывается на стенку. Благодаря «ступенькам», которые образуются патрубками 1-4, частицы измельчаемого материала двигаются скачкообразно по многоугольной траектории, как показано на фотографии (рис. 2б). В камере с гладкой боковой поверхностью частица бы катилась, не измельчаясь. Оказалось, что скорости соударения частиц с боковой поверхностью камеры сравнительно малы. При давлении воздуха перед мельницей 1,5…3 ати скорость миллиметровых кварцевых частиц составляет 15-20 м/с. Тем не менее, измельчение происходит. При этом осуществляется каскад делений измельчаемых частиц на небольшое количество осколков, причем одно деление может происходить в результате нескольких ударов
 |
Рисунок 22. Каскадный процесс измельчения.
Вернемся к законам измельчения. Мы видим (цифрами показаны скорости соударений частицы с преградой.), что измельчение в вихревой мельнице идет при небольших скоростях соударений. Как это возможно и выгодно ли это? С этой точки зрения взглянем на опыты Райнера и Беренса, которые стреляли из воздушного ружья по мишени стеклянными шарами, собирали осколки и измеряли их удельную поверхность. Результаты этих измерений в зависимости от скорости соударения показаны на рисунке (в опытах использовались калиброванные шарики разных размеров, здесь на рисунке показан график для размера 1000 мкм)
 |
Рис. Удельные затраты энергии на образование новой поверхности в зависимости от скорости соударения (стрельба из ружья по мишени стеклянными шариками).
Вспомним также закон измельчения в форме Ребиндера:
А=Ау+Апов=Ау+КрDS
Давайте сформулируем его для нашего случая (удар) и несколько обобщим, а именно, перестанем считать коэффициент при удельной поверхности, К – константой:
W2/2=W02/2+K(W)DS
Пусть K(W)=K(W/W0)m.
K=const, m=const
Тогда:
Здесь мы нашли минимум функции F(w), характеризующей затраты энергии на единицу новой поверхности. Предположим для упрощения, что каскадное измельчение носит автомодельный характер. А именно, после каждых j ударов частица делится на i осколков, а скорости соударений всегда одинаковы. И так вплоть до достижения предельного размера, при котором частица выносится из камеры.
Закон измельчения, выведенный из опытов Беренса для одной частицы просуммируем по всем стадиям (N) деления. Получим:
N(w2-w02)~wDS или просто
wDS~(w2-w02)
Это и есть закон измельчения в вихревой мельнице, закон низкоскоростного каскадного измельчения. Закон этот удалось подтвердить экспериментально. Для проверки использовано свойство плавленого кварца светиться при разрушении. Оказалось, что световой поток из мельницы (через прозрачное окно) пропорционален образованной в ней новой поверхности частиц кварца. Это же свойство кварца позволило провести другие детальные измерения, которые показали, что новая поверхность пропорциональна размеру полученных частиц в степени 2.5. Таким образом закон Бонда, о котором мы узнали в начале лекции, оказался следствием закона Ритингера, надо только под удельной поверхностью понимать не только вскрытую площадь поверхности частиц, но и запасенные внутри частиц трещины – разрывы.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
