ES2218474T3 - Molino-agitador con hendidura de molienda toroidal. - Google Patents

Abstract

Molino-agitador con una carcasa que forma un espacio de molienda y un rotor que penetra en el espacio de molienda para el tratamiento de material capaz de fluir de molienda en una hendidura de molienda delimitada por la pared interna de la carcasa y la pared externa del rotor, caracterizado porque la hendidura de molienda se forma por dos superficies de delimitación separadas, fundamentalmente toroidales, del rotor y la carcasa.

Description

Molino-agitador con hendidura de molienda toroidal.

La invención se refiere a un molino-agitador para el tratamiento, especialmente molido y dispersión, de material de molienda capaz de fluir.

El documento EP 0111703 B1 muestra un molino-agitador de tipo genérico en el que el material de molienda y las bolas de molienda se mantienen girando, en un espacio de molienda limitado en sección transversal por dos superficies cónicas, alrededor de un anillo de desplazamiento del rotor cónico en sección transversal. Además, la salida del material y la entrada del material están dispuestas de forma relativamente cerca del eje del molino, de tal manera que las bolas de molienda, separadas mediante el dispositivo de separación, pueden añadirse nuevamente al material de molienda entrante a través de un canal de retorno. Debido a la forma geométrica especial de la hendidura de molienda, formada por el rotor y la carcasa, se producen altas compresiones de las bolas de molienda y, especialmente, se dificulta la puesta en marcha del molino ya que la hendidura de molienda que allí se encuentra presenta una geometría que presenta vías muy largas paralelas a la fuerza de gravedad, de lo que resultan las altas compresiones mencionadas de las bolas de molienda. De este problema también se ocupa el documento US 4715547A en uno de los molinos - agitadores según el preámbulo de la reivindicación 1.

El documento EP 0665059 B1 se ocupa del problema de las altas compresiones de las bolas de molienda en un molino-agitador. A partir de este estado de la técnica, se conoce también el problema de que se dificulta una circulación uniforme de las bolas de molienda en el molino por la influencia de la fuerza de gravedad si el apilamiento de las bolas de molienda puede acumularse en zonas inferiores del molino. Este efecto es especialmente notorio en particular en el caso de molinos con mecanismo agitador cilíndrico y eje de giro vertical. Esto conduce a que el apilamiento de bolas de molienda se comprima considerablemente durante el estado de parada del molino, y a que el molino requiera una potencia del motor para ponerse de nuevo en marcha considerablemente mayor que para el funcionamiento de molido. Por tanto, este tipo de molinos requieren un accionamiento a motor con una potencia que es claramente mayor que la que realmente se necesitaría para el molido. Esto encarece innecesariamente el molino. Debido a las desventajas conocidas a partir de este estado de la técnica, el documento EP 0665059 B1 se ocupa de proponer una geometría para el espacio de molienda que presenta vías lo más cortas posibles paralelas a la fuerza de gravedad. Allí, se propone un mecanismo agitador en forma de disco anular que forma, con las paredes adyacentes de la carcasa, un espacio de molienda superior y uno inferior, conectándose radialmente hacia dentro, en las zonas internas del espacio de molienda inferior, una zona de inversión en la que se invierte el material de molienda con los cuerpos de molienda desde el plano del espacio de molienda superior y, desde la unión entre la zona de inversión y el espacio de molienda superior, un canal de desvío para el flujo de material de molienda conduce al espacio de separación.

En el caso de un molino-agitador según el documento EP 0665059 B1 es desventajoso que el mecanismo agitador esté configurado en forma de disco anular y forme dos espacios de molienda en forma de discos anulares. Con un alto número de revoluciones del mecanismo agitador, las bolas de molienda se centrifugan y comprimen debido a la fuerza de gravedad en la zona del contorno exterior de los espacios de molienda, con lo que puede llegarse a compresiones localmente excesivas del cuerpo de molienda. Además, el desgaste en la zona exterior del mecanismo agitador en forma de disco anular es muy alto no sólo debido a las excesivas compresiones, sino también debido a las altas velocidades tangenciales.

Finalmente, el documento EP 0370022 muestra un molino-agitador en el que el material de molienda y las bolas de molienda giran en una hendidura de molienda de sección transversal cóncava, con lo que en esta hendidura de molienda se ensambla un rotor también cóncavo. En esta forma de realización es desventajosa la geometría inapropiada de la disposición, que requiere especialmente la inversión del material de molienda con las bolas de molienda casi 180º en la parte inferior del recipiente de molienda en el espacio más estrecho. Esto conduce al desgaste local aumentado y también a obstrucciones y, con ello, a fallos en el funcionamiento del molino-agitador.

Es objetivo de la invención proponer una forma del espacio de molienda y del mecanismo agitador en la que se eviten en gran medida las compresiones localmente elevadas de las bolas de molienda y, con ello, se reduzca el desgaste.

Esta objetivo se alcanza mediante la parte caracterizadora de la reivindicación 1. A partir de las reivindicaciones subordinadas se desprenden configuraciones preferidas. Especialmente debido a la formación de una hendidura de molienda toroidal con una sección transversal fundamentalmente en forma de anillo circular, se produce un cuadro de desgaste muy uniforme debido a las velocidades de flujo casi uniformes de la suspensión y las bolas de molienda en la hendidura de molienda. Debido a la geometría del espacio de molienda, la suspensión y los cuerpos de molienda pueden orientarse libremente en sección transversal en forma de anillo circular con cualquier número de revoluciones del mecanismo agitador, con lo que se obtiene una compresión muy uniforme de las bolas de molienda.

En caso de un molino-agitador según el documento EP 0111703 B1 es desventajoso, debido a la forma geométrica del rotor, que sólo pueda conseguirse una distribución en cierta medida uniforme del material de molienda y de las bolas de molienda si está presente un elemento de transporte independiente que puede ponerse en funcionamiento con una velocidad que se desvía del accionamiento del rotor, para poder modificar positivamente la velocidad de retorno de las bolas de molienda en relación con la velocidad de circulación del material de molienda y, con ello, poder ajustar entre sí en una relación determinada las velocidades de paso del material de molienda y de las bolas de molienda. No obstante, un elemento de transporte adicional ocasiona altos costes, entraña un riesgo mayor de un fallo de la máquina y sólo puede emplearse con un considerable esfuerzo en molinos de construcción pequeña y muy compacta debido al tamaño espacial.

Cada vez más productos se dotan de superficies de alta calidad y esto implica requisitos constantemente en aumento para el fabricante de tintas y barnices. Para conseguir un alto grado de dispersión, tal como se requiere para la preparación de, por ejemplo, lacas y barnices, se propone una geometría del espacio de molienda que es apropiada para bolas de molienda muy pequeñas y para altas velocidades tangenciales de la suspensión en la zona de molido. Este objetivo se consigue por medio de un molino-agitador cuya hendidura de molienda se forma por medio de dos superficies de delimitación fundamentalmente toroidales. Además, el rotor está configurado preferiblemente como cuerpo con una superficie externa toroidal y la carcasa rodea al rotor de tal manera que se origina una hendidura de molienda uniformemente estrecha. La hendidura de molienda estrecha presenta una anchura de entre 5 y 15mm, preferiblemente una anchura de 8 a 10mm.

Como hendidura de molienda se configura un espacio que se delimita por superficies toroidales. El espacio de molienda configurado de esta manera es simétrico en el giro y presenta secciones transversales en forma de anillos circulares. La suspensión de material de molienda y bolas de molienda que se encuentra en la hendidura de molienda se mueve a lo largo de una vía de flujo que, en relación con la sección transversal en forma de anillo circular en la zona exterior de la hendidura de molienda, presenta un componente de flujo orientado hacia abajo y, en la zona interior de la hendidura de molienda, presenta un componente de flujo orientado hacia arriba. Con ello, la suspensión gira en cada sección transversal en forma de anillo circular adicionalmente al giro de la suspensión alrededor de un eje de giro paralelo al rotor. La geometría según la invención de la hendidura de molienda permite el molido y la dispersión de suspensiones con viscosidades muy altas.

Para la aplicación en la industria de tintas y barnices para la fabricación de sistemas de barnices y dispersiones de pigmentos de alta calidad, el molino-agitador debe estar diseñado de tal manera que las cargas de producto habitualmente cambiantes puedan producirse de forma sencilla. Para ello, el molino-agitador está configurado de tal manera que puede limpiarse fácilmente. Por tanto, se emplean preferiblemente superficies de paredes lisas para el rotor y la carcasa. La hendidura de molienda muy estrecha favorece la limpieza, pudiendo limpiarse el molino-agitador empleando mínimas cantidades de disolvente o producto de limpieza. Debido a la estrecha hendidura de molienda también es reducida la pérdida de material de molienda puesto que sólo permanecen en el molino-agitador pequeñas cantidades residuales.

La forma toroidal de la hendidura de molienda es ventajosa para un vaciado sencillo del molino-agitador puesto que no hay espacios muertos y el molino-agitador puede vaciarse casi por completo únicamente mediante la fuerza de gravedad. Para ello está prevista una abertura en un punto de la hendidura de molienda colocado en lo más profundo, que puede cerrarse con un tornillo de descarga. Con la supresión de los espacios muertos tampoco pueden formarse deposiciones durante el estado de parada del molino-agitador.

Para permitir que las bolas de molienda circulen en la hendidura de molienda con sección transversal en forma de anillo circular, están previstos canales de retorno que permiten que las bolas de molienda dispersadas en material de molienda capaz de fluir refluyan desde el final de la vía de flujo al comienzo de la vía de flujo. Un dispositivo de separación, tal como, por ejemplo, una superficie de tamizado, retiene las bolas de molienda en la hendidura de molienda, en la que, por el contrario, se separa y reparte el material de molienda molido y preparado. Los canales de retorno en las proximidades del dispositivo de separación permiten la circulación de las bolas de molienda bajo la influencia de la fuerza centrífuga y evitan con ello un bloqueo del dispositivo de separación, especialmente en caso de altas viscosidades de las suspensiones. Para evitar un bloqueo del dispositivo de separación, el dispositivo de separación puede ser giratorio, además, en el sentido del eje de giro del rotor, en el caso más sencillo, el dispositivo de separación, por ejemplo, un tamiz, que está unido con el rotor, gira conjuntamente.

Los canales de retorno se forman, en cada caso, entre dos radios que unen el rotor toroidal con el árbol de accionamiento. Esta unión del rotor y el árbol de accionamiento tiene lugar, preferiblemente, en una zona que se encuentra aproximadamente en un ángulo de 45º en el segmento interior superior del rotor. Por medio de esta disposición se produce la ventaja de que los radios, en el estado parado, con orientación horizontal de la superficie de suspensión debido a la fuerza de gravedad, no se introducen en el apilamiento de bolas de molienda. En el caso de velocidades de giro muy altas del rotor, el apilamiento de bolas de molienda, debido a las altas fuerzas centrífugas, se alinea casi con una superficie de suspensión perpendicular, de tal manera que también con un número máximo de revoluciones del rotor los radios tampoco se introducen esta vez en el apilamiento de bolas de molienda. De esta manera, en cualquier estado de funcionamiento, el apilamiento de bolas de molienda puede orientarse y hacerse fluir libremente en la hendidura de molienda sin impedimentos y sin la influencia de componentes perturbadores, tales como, por ejemplo, los radios.

Otra ventaja es el hecho de que, debido al escaso contacto de los radios y el apilamiento de bolas de molienda, se reduce el desgaste en los radios. Para mantener, en conjunto, el desgaste reducido, el molino-agitador, especialmente en la zona de la hendidura de molienda, está libre de cualquier tipo de pieza montada posteriormente, tal como, por ejemplo, clavijas de molido. Para la mejora adicional del comportamiento de desgaste, las superficies del rotor y la carcasa pueden estar dotadas de un recubrimiento que minimiza el desgaste, tal como, por ejemplo, un recubrimiento de carburo de volframio o de otro medio apropiado de protección contra el desgaste.

Debido a la hendidura de molienda toroidal según la invención y a la libre orientación del apilamiento de bolas de molienda que puede conseguirse con ello, la diferencia en la compresión de las bolas de molienda por toda la superficie de las superficies en contacto con el producto es muy pequeña y, por tanto, el cuadro de desgaste es muy uniforme. De ello resulta una vida útil prolongada del rotor y la carcasa.

Para conseguir un alto aporte de energía para una trituración y/o dispersión óptima, el rotor y/o la carcasa pueden estar configurados de forma que puedan refrigerarse. Entonces, preferiblemente, el rotor o la carcasa están equipados con una refrigeración interna en forma de cavidades para el paso a través de un medio de refrigeración, tal como, por ejemplo, agua.

La figura 1 muestra una representación en corte de una forma de realización del molino-agitador según la invención, especialmente el dispositivo de separación, según la reivindicación 6 y 7, así como la refrigeración interna del rotor según la reivindicación 10.

La figura 2 muestra una sección transversal a través de la forma de realización según la figura 1, especialmente los radios según la reivindicación 3, el recorrido del flujo según la reivindicación 4, así como la refrigeración de la carcasa según la reivindicación 11.

La figura 3 muestra una vista en perspectiva de la representación en corte según la figura 2, especialmente se muestra el retorno de las bolas de molienda según la reivindicación 5.

La figura 4 muestra una sección transversal a través de otra forma de realización en la que, especialmente los canales de retorno, están dispuestos de forma diferente.

La variante representada en la figura 1 de un molino-agitador según la invención se compone de un recipiente de molido dividido en dos partes, con una mitad 1 superior de la carcasa y una mitad 2 inferior de la carcasa que rodean al rotor 3 con superficie exterior toroidal. Entre las mitades 1, 2 de la carcasa y el rotor 3 se forma la hendidura 4 de molienda, delimitada por dos superficies toroidales separadas. El rotor 3 está unido con el árbol 6 de accionamiento por medio de radios. El árbol 6 de accionamiento está colocado de forma giratoria en una brida 7 de la carcasa. El accionamiento tiene lugar por medio de un motor, no mostrado, acoplado en el tronco superior del árbol 6 de accionamiento.

El rotor 3 está configurado de forma que puede refrigerarse y, por tanto, presenta una cavidad 15 que puede cargarse con un medio refrigerante. El medio refrigerante se alimenta al árbol 6 de accionamiento hueco por medio de una entrada 16 de medio refrigerante y a la cavidad por medio de taladros 17 en una pluralidad de radios 5. En los radios 5, está prevista otra pluralidad de taladros 18 para transportar el medio refrigerante calentado nuevamente fuera de la cavidad 15 del rotor 3 y conducirlo, por la salida 19 del medio refrigerante, en el árbol 6 de accionamiento hueco nuevamente, fuera del molino-agitador.

El material de molienda o dispersar se introduce en el recipiente de molido por medio de una entrada 8 del material de molienda en la mitad 1 superior de la carcasa y, a lo largo de la pieza 9 de unión tronco - cónica entre el árbol 6 de accionamiento y el rotor 3, que también forma los radios 5, se alimenta a la hendidura 4 de molienda. En el centro del rotor 3 toroidal se encuentra una cámara 10 de separación en la que, con ayuda de un dispositivo 11 de tamizado unido fijamente y que gira conjuntamente con el rotor 3, se retienen las bolas 13 de molienda presentes en la hendidura 4 de molienda. El material de molienda puede atravesar el dispositivo 11 de tamizado y transportarse fuera del molino-agitador por medio de un canal 12 de descarga en el árbol 6 de accionamiento. Las bolas 13 de molienda retenidas llegan, por medio de canales 14 de retorno entre los radios 5, nuevamente al comienzo de la hendidura 4 de molienda.

En la figura 2 se muestra detalladamente la circulación del material de molienda y de las bolas de molienda. El material de molienda y las perlas de molienda se aceleran radialmente hacia fuera debido al efecto de bombeo de los radios 5 al comienzo de la hendidura de molienda, atraviesan la sección transversal en forma de anillo circular siguiendo la hendidura de molienda y llegan al final de la hendidura de molienda llegando desde abajo al dispositivo de separación. La verdadera vía de flujo se produce por la superposición del componente de flujo mencionado con un componente de flujo debido al flujo de giro perpendicular al plano de imagen, que se fuerza por medio del rotor.

Un ensanchamiento de la hendidura 4 de molienda en la zona del dispositivo 11 de tamizado forma una cámara 10 de separación en la que se retienen las bolas 13 de molienda. Desde allí llegan nuevamente las bolas 13 de molienda, por canales de retorno, a la zona E entre los radios 5, en la zona A superior de la hendidura 4 de molienda.

Las mitades 1, 2 de la carcasa están configuradas de forma que pueden refrigerarse. El medio refrigerante se alimenta por medio de una primera entrada 20 de medio refrigerante en la mitad 1 superior de la carcasa, atraviesa la mitad 1 superior de la carcasa en un primer canal 22a anular exterior hasta el extremo 22b opuesto y allí entra, por medio de un primer paso 23 de la carcasa, en un primer canal 24b anular interno. El medio refrigerante atraviesa nuevamente la mitad 1 superior de la carcasa, aunque ahora en el primer canal 24 anular hasta el extremo 24a opuesto y allí sale, por la primera salida 25 de medio refrigerante, de la mitad 1 superior de la carcasa.

En la mitad 2 inferior de la carcasa, el flujo del medio refrigerante tiene lugar de forma equivalente a la mitad 1 superior de la carcasa. Allí, el medio refrigerante se alimenta a la mitad 2 inferior de la carcasa por medio de una segunda entrada 30 de medio refrigerante, atraviesa la mitad 2 inferior de la carcasa en un segundo canal 34a interior anular hasta el extremo 34b opuesto y allí entra, por medio de un segundo paso 33 de la carcasa, en un segundo canal 32b anular exterior. El medio refrigerante atraviesa nuevamente la mitad 2 inferior de la carcasa aunque ahora en el segundo canal 32 anular exterior hasta el extremo 32a opuesto y allí sale de la mitad 2 inferior de la carcasa por medio de la segunda salida 35 del medio refrigerante.

En la figura 3 se muestra nuevamente el retorno de las bolas 13 de molienda. Esta figura muestra también un tornillo 40 de descarga con una abertura en el punto más bajo del espacio de molienda para el vaciado sin restos de una suspensión de material de molienda que se encuentra en la hendidura 4 de molienda.

La carcasa divisible con la mitad 1 superior de la carcasa y la mitad 2 inferior de la carcasa está cerrada herméticamente mediante tornillos 41 tensores. Para el cierre hermético, entre las mitades 1 y 2 de la carcasa está previsto un anillo 42 obturador elástico.

La forma de realización mostrada en la figura 4 corresponde fundamentalmente a la forma de realización mostrada en las figuras 1 a 3, aunque ésta presenta pequeñas diferencias estructurales. Por tanto, los números de referencia también corresponden a los de la forma de realización descrita anteriormente.

Sin embargo, en la forma de realización mostrada en la figura 4, la disposición de los canales 14 de retorno se ha seleccionado de forma diferente. Mientras estos canales 14 de retorno, en la forma de realización descrita anteriormente, unen el extremo del espacio 4 de molienda directamente tras el paso del espacio 4 de molienda en la cámara 10 de separación con el comienzo del espacio 4 de molienda, en la forma de realización según la figura 4, estos canales de retorno se sitúan en el mismo plano que el dispositivo 11 de tamizado. Por tanto, el material de molienda con las bolas 13 de molienda se encuentra, tras la entrada en la cámara 10 de separación, debido a la dinámica del flujo, primero en el dispositivo 11 de tamizado, con lo que el material de molienda finamente molido atraviesa este dispositivo 11 de tamizado y llega al canal 12 de salida y las bolas 13 de molienda se desvían desde el dispositivo 11 de tamizado hacia fuera y se alimentan a los canales 14 de retorno. Este efecto también está sustentado por el giro del dispositivo 11 de tamizado, que presiona las bolas 13 de molienda al entrar en contacto con una fuerza centrífuga. Por tanto, en esta forma de realización, los canales 14 de retorno, referidos al sentido del flujo del material de molienda y de las bolas 13 de molienda, están dispuestos después del dispositivo 11 de tamizado.

Claims (17)

1. Molino-agitador con una carcasa (1, 2) que forma un espacio de molienda y un rotor (3) que penetra en el espacio de molienda para el tratamiento de material capaz de fluir de molienda en una hendidura (4) de molienda delimitada por la pared interna de la carcasa (1, 2) y la pared externa del rotor (3), caracterizado porque la hendidura (4) de molienda se forma por dos superficies de delimitación separadas, fundamentalmente toroidales, del rotor (3) y la carcasa (1, 2).

2. Molino-agitador según la reivindicación 1, caracterizado porque el material capaz de fluir de molienda se mueve a lo largo de una vía de flujo que presenta, en la zona exterior de la hendidura (4) de molienda, un componente (B) de flujo orientado hacia abajo y, en la zona interior de la hendidura (4) de molienda, un componente (D) de flujo orientado hacia arriba.

3. Molino-agitador según la reivindicación 2, caracterizado porque el rotor (3) está configurado como cuerpo con una superficie externa fundamentalmente toroidal.

4. Molino-agitador según la reivindicación 3, caracterizado porque el rotor (3) presenta un medio (9) de unión que une el rotor (3) toroidal, en la zona de la superficie externa interior superior del toro, con un árbol (6) central de accionamiento.

5. Molino-agitador según la reivindicación 4, caracterizado porque el medio (9) de unión es un cuerpo hueco en forma de cono truncado que presenta taladros para la formación de canales (14) de retorno para transportar nuevamente bolas (13) de molienda dispersadas en el material capaz de fluir de molienda desde el final de la vía de flujo en la zona interior de la hendidura (4) de molienda hasta el comienzo de la vía de flujo en la zona exterior de la hendidura (4) de molienda.

6. Molino-agitador según la reivindicación 4, caracterizado porque el medio (9) de unión es una pluralidad de radios (5), delimitando, en cada caso, dos radios (5) contiguos un canal (14) de retorno para transportar nuevamente las bolas (13) de molienda dispersadas en material capaz de fluir de molienda desde el final de la vía de flujo, en la zona interior de la hendidura (4) de molienda, al comienzo de la vía de flujo en la zona exterior de la hendidura (4) de molienda.

7. Molino-agitador según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque está previsto un dispositivo (11) de separación al final de la vía de flujo para la retención de las bolas (13) de molienda y para separar y repartir el material capaz de fluir de molienda fuera del espacio de molienda.

8. Molino-agitador según la reivindicación 7, caracterizado porque el dispositivo (11) de separación puede girar en el sentido del eje de giro del rotor (3).

9. Molino-agitador según la reivindicación 1 a 8, caracterizado porque el material capaz de fluir de molienda es una dispersión de material de molienda sólido y líquido de dispersión.

10. Molino-agitador según la reivindicación 1 a 9, caracterizado porque el tratamiento es un molido y/o una dispersión.

11. Molino-agitador según la reivindicación 1 a 10, caracterizado porque el rotor (3) presenta una refrigeración interna.

12. Molino-agitador según la reivindicación 1 a 11, caracterizado porque la carcasa (1, 2) presenta una refrigeración interna.

13. Molino-agitador según la reivindicación 1 a 12, caracterizado porque las superficies del rotor (3) y la carcasa (1, 2) que forman la hendidura de molienda están dotadas de un recubrimiento que minimiza el desgaste.

14. Molino-agitador según la reivindicación 13, caracterizado porque el revestimiento se compone de carburo de volframio.

15. Molino-agitador según la reivindicación 1 a 14, caracterizado porque las superficies del rotor (3) y la carcasa (1, 2) que forman la hendidura (4) de molienda están configuradas con paredes lisas.

16. Molino-agitador según la reivindicación 1 a 15, caracterizado porque la hendidura (4) de molienda es de 5 a 15mm de ancho.

17. Molino-agitador según una de las reivindicaciones 7 a 16, caracterizado porque los canales (14) de retorno están aproximadamente en el mismo plano que el dispositivo (11) de separación, con lo que el material de molienda con las bolas (13) de molienda se encuentra primero sobre el dispositivo (11) de separación y, a continuación, se alimentan las bolas (13) de molienda a los canales (14) de retorno.