超细金刚石微粉颗粒多级分级机及分级方法

摘要

本发明涉及一种能对超细金刚石微粉颗粒进行窄范围的粒度精确分级的超细金刚石微粉颗粒多级分级机及分级方法，由混料塔、分级机、循环装置和自动程序控制系统组合而成，混料塔中设有搅拌装置，混料塔与分级机底部喷料嘴接通，混料塔通过回料管道与载料盒相接通，分级机包括机头部件、转鼓部件、电动机传动部件，转鼓部件为内部为料液腔体的转鼓，转鼓开设有上清液出口、粗料液出口、喷料嘴，机头部件包括机头、机头主轴，电动机传动部件包括分级机变频电机，循环装置包括载料盒、循环泵，载料盒回收来自分级机待选料液并由循环泵输送回混料塔，弥补了国内超细金刚石微粉粒度分级范围过宽和微粉中存在大颗粒的不足，完善了目前超细金刚石微粉产品结构，提高了分级效率，是国内首创用该设备进行超细金刚石微粉粒度分级。

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够对超细金刚石微粉颗粒进行窄范围的粒度精确分级的超细金刚石微粉颗粒多级分级机及分级方法。

背景技术

无论是天然或是人造金刚石微粉都是当今国际上一种超硬精细磨料。随着高新技术的发展，它在各工业部门的应用越来越广泛。自从人造金石投入工业规模生产以后, 西方工业发达国家耗用的工业金刚石大约是 10000 万克拉, 其中金刚石微粉的耗用量接近10% ,金刚石的研磨能力比立方氮化硼大 1. 25 倍, 比碳化硅大 2. 85～3. 57 倍, 比白刚玉大 6. 25～7. 14 倍。所以金刚石微粉作为一种超硬磨料, 具有无比优越的研磨能力,金刚石微粉的研磨能力包括对工件的磨削能力和它本身的耐磨损和抗粉碎能力, 取决于其显微硬度、粒度、强度、颗粒形状以及热稳定性和化学稳定性。金刚石微粉作为磨料的应用有三大方面: 用于工业上、科学上和医学上各种精密元器件的精磨或抛光加工；用于树脂粘结工具、金属粘结工具以及电镀工具的制造；作为精细磨料用于模具加工、宝玉石抛光加工、宝石轴承加工制造；金刚石微粉除了用作研磨材料之外, 另一大用途就是用作功能材料；例如利用其热学性质和电学性质等。用金刚石微粉混合到热固性树脂聚合物、纤维素、酚醛树脂或者陶瓷片之中, 可 制成一种具有提高热导率和降低热膨胀性的新材料；把金刚石微粉混合到金属片, 如镍片或不锈钢片中可制成具有热导率高、热膨胀性低而重量轻的新型片状材料, 在电子工业中可做成高密高能器件用于热控制。

从金刚石用作研磨材料的形式来说,全世界在工业上消耗的金刚石微粉 60% 以上是用来制成金刚石研磨膏、金刚石微粉混合物和金刚石微粉研磨液。

当前高精研磨加工技术的进步, 在零件加工的平面度、平行度、平直度等几何尺寸方面已能获得更精密的公差，研磨加工行业面临的主要问题是要求加工表面无任何细微划痕等缺陷。如何消除这些缺陷, 主要取决于四个因素：金刚石微粉粒度的均匀性，金刚石微粉的颗粒形状，混合比例与纯度和载体化学，其中针对金刚石微粉粒度的均匀性目前已经发展到粒度分级越来越细, 粒级范围越来越窄的水平，但是超细微粉粒度分级精度不高一直是制约我国超硬材料工具发展的瓶颈，国内众多企业多年来也在努力研究，但效果一直不理想。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种能够对超细金刚石微粉颗粒进行窄范围的粒度精确分级的超细金刚石微粉颗粒多级分级机及分级方法，使超细微粉粒度分级范围达到：0--10μm，最小范围0--50nm。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种超细金刚石微粉颗粒多级分级机，由混料塔、分级机、循环装置和自动程序控制系统四部分组合而成，其特征在于：

    a、混料塔的高度设置在3米，用于提供混料塔内料液的供给压力0.03MPa，在混料塔中设置有防止料液团聚的搅拌装置，该搅拌装置包括安装在混料塔顶部的可改变搅拌速度的混料塔变频电机和与混料塔变频电机相连接的安装在混料塔中的对混料塔内的料液进行搅拌分散的不锈钢搅拌桨；在混料塔底部开设有出料口并通过出料口管道与分级机底部喷料嘴相接通，在出料口管道上安装有高精度手动调节阀门，该阀门对进入分级机的料液流量实施精准控制，在混料塔上部开设有进料口，该进料口通过回料管道与载料盒相接通，负责承接来自载料盒的料液；

b、分级机包括机头部件、带有机身门的内部为转鼓转动腔体的机身、通过机身门安装在转鼓转动腔体内的转鼓部件、安装在机身上的电动机传动部件，转鼓部件为内部为料液腔体的转鼓，在转鼓上部开设有上清液出口，下部开设有粗料液出口，最下端中心部为开设在分级机底部的喷料嘴，机头部件包括机头、安装在机头上的机头主轴以及安装在机头上的防护罩，电动机传动部件包括安装在机身上的分级机变频电机以及分级机变频电机输出轴上的皮带轮，机头主轴通过机头主轴皮带轮、皮带、压带轮、分级机变频电机输出轴上的皮带轮与分级机变频电机相连接，转鼓的上端与机头部件中的机头主轴相连接，转鼓的下端安装在转鼓转动腔体下部的滑动轴承中，在机身的转鼓转动腔体内的转鼓上部的上清液出口下面位置，沿转鼓四周设置有上清液积液盘；

c、循环装置包括载料盒、与载料盒相接通的循环泵，循环泵安装在载料盒上部，并通过循环泵进料管插入到载料盒中与该载料盒相接通，循环泵通过回料管道和混料塔上部开设的进料口与混料塔相接通，混料塔负责承接来自载料盒的料液；在载料盒上开设有载料盒进料口，载料盒通过该载料盒进料口和载料盒进料管与分级机的粗料液出料口相接通，载料盒还通过该载料盒上清液进料口和载料盒上清液进料管与分级机的上清液积液盘的出料口相接通，载料盒回收来自分级机待选料液并由循环泵输送回混料塔。

混料塔通身为不锈钢材质，由3根立柱支撑，用于把料液进行充分搅拌以使料液以分散形式进入到分级机，料塔高度决定物料压力的恒定，出料阀门保证物料进入分级机流量的稳定性。

料液的浓度控制在重量百分比为0.5—40%范围，由待选粉料和纯净水组成为分选料液，分散性均匀的料液以一定压力输送到分级机的装置，压力控制在0.03MPa。

在混料塔中还安装有加热和冷却装置，保证物料的理化性质稳定，混料塔具有保持料液温度稳定的功能。

所述自动程序控制系统包括控制混料塔顶部的变频电机转速的变频器、控制分级机机身上的电动机转速的变频器、机头部件中的和分级机机身内的转鼓转动腔体内的温度传感器控和转鼓速度传感器以及主回控制电路构成；通过上述变频器无极调控电机的转速，自动程序控制系统根据工艺要求通过变频器设置需要的转速、时间继电器设置运转时间，并通过安装在级机上的温度、速度传感器检测分离机运转状态，如有异常有声光报警并自动停机。

所述上清液积液盘用来回收上清液，包括安装在分级机机身内的转鼓转动腔体上的上清液积液盘下座、固定在上清液积液盘下座上的上清液积液盘、与清上清液积液盘相配合的上清液积液盘上盖。

转鼓的上端与机头部件中的机头主轴通过传动横销相连接。

一种超细金刚石微粉颗粒多级分级方法，其特征在于：其具体分级步骤如下：

步骤1）、根据待选物料的粒度要求，通过物料与水的比例确定给料浓度，具体料液的浓度控制在重量百分比为0.5—40%范围，由待选粉料和纯净水组成为料液，分散性均匀的料液以一定压力由混料塔输送到分级机，压力控制0.03MPa；

步骤2）、通过调节混料塔上的给料阀门控制给料速度，待选物料的粒度越小，要求给料速度越低，给料的速度由待选物料的粒度确定；

步骤3）、分级机机身上的电动机通过皮带、压带轮将动力传给机头上的皮带轮和主轴，从而带动转鼓绕自身轴线高速旋转，在转鼓内壁形成强大的离心力场，混料塔中混好的料液进入分级机底部喷料嘴向分级机里面的转鼓内注入料液，在强大的离心力作用下，迫使料液进行分层运动，质量轻的液体在转鼓中心流动到转鼓上端出口处被甩到积液盘回收，颗粒适中的固体被甩在转鼓内壁上，这部分固体就是所需要的成品料，比较大的颗粒混合着液体从转鼓下端转鼓壁上的粗料液出口被甩出，由机身腔体底部回料口流到载料盒，循环泵将载料盒中的回流料液再送入混料塔，往复循环，直到将所有料液中的成品料部分全部分离出为止；

步骤4）、通过调整分级机的变频电机转速控制转鼓转速，待选物料的粒度越小，要求转鼓转速越高，转鼓转速由待选物料的粒度确定；为得到不同粒度的物料，通过控制转鼓的转速达到控制其离心力大小的目的，使得粗细料进行分离，转速控制范围：1000—20000转/分，根据分级效果确认分级机运转时间，在分级机运转过程中用粒度仪检测物料中成品料的含量，低于5%，即可停止分级工作。

本发明具有如下积极效果：

1）本发明弥补了国内超细金刚石微粉粒度分级范围过宽和微粉中存在大颗粒的不足，完善了目前超细金刚石微粉产品结构，提高了分级效率，是国内首创用该设备进行超细金刚石微粉粒度分级。

2）本发明提出的设备及工艺除具备分选超细金刚石微粉性能外，还具备对其它诸如染料、磁性材料、碳化硅等超细颗粒物的粒度分级性能，可形成广泛的应用前景。

本发明具有如下技术参数：

1)    转鼓容积：6升；

2)    转鼓转速：1000—16000转/分；

3)    转鼓内径：105mm；

4)    最大离心力：15050 R.C.F；

5)    分级机电机功率：3kw；

6)    最大通水能力：1200L/H；

7)    混料塔容积：160升；

与现有技术相比优点：

1）占用空间小；

2）生产效率高

3）分级粒度范围窄，超差颗粒数少。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的分级机的结构示意图。

图3为本发明的分级机的转鼓部件的结构示意图。

图4为本发明的混料塔的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明公开的一种超细金刚石微粉颗粒多级分级机由混料塔2、分级机1、循环装置3和自动程序控制系统四部分组合而成，

混料塔2的高度设置在3米，用于提供混料塔内料液的供给压力0.03MPa，在混料塔中设置有防止料液团聚的搅拌装置，该搅拌装置包括安装在混料塔顶部的可改变搅拌速度的变频电机2-2和与变频电机2-2相连接的安装在混料塔中的对混料塔内的料液进行搅拌分散的不锈钢搅拌桨；在混料塔底部开设有出料口并通过出料口管道2-4与分级机底部的喷料嘴1-16相接通，在出料口管道2-4上安装有高精度手动调节阀门，该阀门对进入分级机的料液流量实施精准控制，在混料塔上部开设有进料口2-1，该进料口2-1通过回料管道3-3与载料盒3-1相接通，负责承接来自载料盒3-1的料液；混料塔由混料塔塔身2-3和支撑塔身的3根支架2-5构成；

如图2、3所示，分级机由机架、安装在机架上的分级机机身（分级机筒体）1-5、安装在分级机筒体外面的可控转速的混料塔变频电机、安装在分级机筒体内部的通过传动轴与混料塔变频电机相连接的转鼓和安装在分级机机身（分级机筒体）内部的温度及速度传感器构成，在分级机筒体底部安装有连通混料塔的转鼓的喷料嘴1-16，转鼓的喷料嘴1-16的进料口1-2与混料塔下部的出料口由出料口管道2-4连通。安装在分级机筒体内部的转鼓的上清液积液盘1-1通过载料盒上清液进料管1-6与载料盒3-1相连通。

分级机包括机头部件1-3、带有机身门1-7的内部为转鼓转动腔体的机身1-5、通过机身门1-7安装在转鼓转动腔体内的转鼓部件1-8、安装在机身1-5上的电动机传动部件1-9，转鼓部件1-8为内部为料液腔体的转鼓，在转鼓上部开设有上清液出口1-14，下部开设有粗料液出口1-15，最下端中心部为开设在转鼓底部的喷料嘴1-16，机头部件1-3包括机头、安装在机头上的机头主轴1-10以及安装在机头上的防护罩，电动机传动部件1-9包括安装在机身上的分级机变频电机以及分级机变频电机输出轴上的皮带轮，机头主轴1-10通过机头主轴皮带轮、皮带1-11、压带轮1-12、分级机变频电机输出轴上的皮带轮与分级机变频电机相连接，转鼓的上端1-12与机头部件中的机头主轴1-10相连接，转鼓的下端安装在转鼓转动腔体下部的滑动轴承1-13中。在机身的转鼓转动腔体内的转鼓上部的上清液出口1-14下面位置，沿转鼓四周设置有上清液积液盘1-1；安装时转鼓的下端插入到滑动轴承1-13中，转鼓的上端1-12为方形头，可以插入机头主轴1-10的内方槽中，与机头部件中的机头主轴1-10连接在一起，在机头主轴1-10的带动下转动。取出转鼓时打开机身门1-7，从滑动轴承1-13中和机头主轴1-10的内方槽中取出转鼓。

循环装置3包括载料盒3-1、与载料盒3-1相接通的循环泵3-2，循环泵3-2安装在载料盒上部，并通过循环泵进料管插入到载料盒3-1中与该载料盒相接通，循环泵3-2通过回料管道3-3和混料塔上部开设的进料口2-1与混料塔2相接通，混料塔2负责承接来自载料盒3-1的料液；在载料盒3-1上开设有载料盒进料口，载料盒3-1通过该载料盒进料口和载料盒进料管与分级机的转鼓的粗料液出口1-15相接通，载料盒3-1还通过该载料盒上清液进料口和载料盒上清液进料管1-6与分级机的转鼓的上清液积液盘1-1的出料口相接通，载料盒3-1回收来自分级机待选料液并由循环泵3-2输送回混料塔2。

混料塔通身为不锈钢材质，由3根立柱支撑，用于把料液进行充分搅拌以使料液以分散形式进入到分级机，料塔高度决定物料压力的恒定，出料阀门保证物料进入分级机流量的稳定性。

料液的浓度控制在重量百分比为0.5—40%范围，由待选粉料和纯净水组成为分选料液，分散性均匀的料液以一定压力输送到分级机的装置，压力控制在0.03MPa。

所述自动程序控制系统包括控制混料塔顶部的混料塔变频电机转速的变频器、控制分级机机身上的分级机变频电机转速的变频器、机头部件中的和分级机机身内的转鼓转动腔体内的温度传感器控和转鼓速度传感器以及主回控制电路构成；通过上述变频器无极调控电机的转速，自动程序控制系统根据工艺要求通过变频器设置需要的转速、时间继电器设置运转时间，并通过安装在级机上的温度、速度传感器检测分离机运转状态，如有异常有声光报警并自动停机。

所述上清液积液盘用来回收上清液，包括安装在分级机机身内的转鼓转动腔体上的上清液积液盘下座、固定在上清液积液盘下座上的上清液积液盘、与清上清液积液盘相配合的上清液积液盘上盖。转鼓的上端与机头部件中的机头主轴通过传动横销相连接。

如图4所示，本发明公开的一种金刚石微粉颗粒多级分级机的混料塔2包括混料塔塔身2-3、设置在塔身下面的支架2-5、设置在混料塔塔身中的防止料液团聚的搅拌装置、安装在混料塔上部的通过转动轴与混料塔塔身中的搅拌装置相连接的变频电机2-2、开设在混料塔底部通过出料管道2-4与分级机相接通的出料口和开设在混料塔上部的进料口2-1，所述搅拌装置是一种加热搅拌桨2-6，所述加热搅拌桨2-6是一种空芯的钢制搅拌桨，在该空芯中设置有加热电阻丝2-7，在加热搅拌桨表面上安装有速度传感器2-8；所述混料塔塔身为夹层塔身，夹层塔身的夹层腔体2-9通过冷却介质进出口2-15与外部冷却装置相接通，在该夹层塔身的夹层腔体中充满冷却介质；在混料塔上还开设有加料口2-16，负责向混料塔中添加原料和纯净水；在混料塔内壁上安装有温度传感器2-10和压力传感器2-11；在混料塔上部安装有泄压阀2-12，在出料口下方的出料管道上安装有电磁流量阀2-13，该阀门对进入分级机的料液流量实施精准控制，所述进料口通过回料管道与载料盒相接通，负责承接来自载料盒的料液。

在混料塔中安装的上述加热和冷却装置，保证物料的理化性质稳定，混料塔具有保持料液温度稳定的功能。

混料塔的高度设置在3-5米之间，用于提供混料塔内料液的供给压力。混料塔通身为不锈钢材质，由3根立柱支架为支撑。在混料塔塔身的最外面还包裹有一层泡沫保温层2-14。在混料塔塔身中分上中下三层在转动轴上安装有上加热搅拌桨、中加热搅拌桨和下加热搅拌桨。

一种超细金刚石微粉颗粒多级分级方法，其特征在于：其具体分级步骤如下：

步骤1）、根据待选物料的粒度要求，通过物料与水的比例确定给料浓度，具体料液的浓度控制在重量百分比为0.5—40%范围，由待选粉料和纯净水组成为料液，分散性均匀的料液以一定压力由混料塔输送到分级机，压力控制0.03MPa；

步骤2）、通过调节混料塔上的给料阀门控制给料速度，待选物料的粒度越小，要求给料速度越低，给料的速度由待选物料的粒度确定；

步骤3）、分级机机身上的电动机通过皮带、压带轮将动力传给机头上的皮带轮和主轴，从而带动转鼓绕自身轴线高速旋转，在转鼓内壁形成强大的离心力场，混料塔中混好的料液进入分级机底部喷料嘴向分级机里面的转鼓内注入料液，在强大的离心力作用下，迫使料液进行分层运动，质量轻的液体在转鼓中心流动到转鼓上端出口处被甩到积液盘回收，颗粒适中的固体被甩在转鼓内壁上，这部分固体就是所需要的成品料，比较大的颗粒混合着液体从转鼓下端转鼓壁上的粗料液出口被甩出，由机身腔体底部回料口流到载料盒，循环泵将载料盒中的回流料液再送入混料塔，往复循环，直到将所有料液中的成品料部分全部分离出为止；

步骤4）、通过调整分级机的变频电机转速控制转鼓转速，待选物料的粒度越小，要求转鼓转速越高，转鼓转速由待选物料的粒度确定；为得到不同粒度的物料，通过控制转鼓的转速达到控制其离心力大小的目的，使得粗细料进行分离，转速控制范围：1000—20000转/分，根据分级效果确认分级机运转时间，在分级机运转过程中用粒度仪检测物料中成品料的含量，低于5%，即可停止分级工作。

具体工作过程如下：

分级机变频电机通过皮带、压带轮将动力传给机头上的皮带轮和主轴，从而带动转鼓绕自身轴线高速旋转，在转鼓内壁形成强大的离心力场。混料塔中混好的料液通过管道，进入分级机底部的喷料嘴入口向分级机里面的转鼓内注入料液，在强大的离心力作用下，迫使料液进行分层运动。质量轻的液体在转鼓中心，流动到转鼓上端出口处被甩到积液盘回收，颗粒适中的固体被甩在转鼓内壁上，这部分固体就是所需要的成品料。比较大的颗粒混合着液体从转鼓下端转鼓壁上的粗料液出口1-15被甩出，由机身腔体底部回料口流到载料盒3-1中。循环泵将载料盒3-1中的回流料液再送入混料塔2，往复循环，直到将所有料液中的成品料部分全部分离出为止。