一种气动介质球冲击粉碎脆性细颗粒层的方法与装置

摘要

本发明提供了一种细粒度脆性颗粒层冲击粉碎的方法与装置，解决现有球磨装置存在冲击力大小不一、料层厚度不可控、钢耗高和能量利用率低的问题。气动介质球冲击粉碎脆性细颗粒层的装置包括高频往复式气缸冲击系统，料台回转系统，料层疏松与负压筛分系统，入料和料层排布系统。本发明依据料层颗粒受介质球冲击时其粉碎效率受介质球径、冲击力大小、料层厚度和颗粒粒度影响的原理，通过保持稳定的料层状态、精确的介质球径和冲击力，提高单次介质球冲击料层的粉碎效率，并通过高频冲击和气缸密排实现规模化生产，利于工业应用。

说明书

技术领域

本发明涉及粉体加工中脆性颗粒料层冲击粉碎的方法与装置，尤其涉及一种介质球冲击粉碎细颗粒料层的方法与装置。

背景技术

在陶瓷、水泥、矿物等粉体产品的制备中，通常借助球磨机、振动磨等装置利用介质球对脆性颗粒的冲击、研磨实现粉碎。但是粉体加工过程能量利用率低，能耗高。研究资料表明，球磨粉碎用于颗粒破碎的能量占总输入能量的5%以下。振动磨的能量利用率略高，但对机械损耗较大，难以实现规模化。资料表明用于粉磨作业的电耗大致为水泥综合电耗的三分之二，陶瓷原料破碎机和球磨粉碎能耗占总能耗的49%左右。选矿作用中磨矿能耗也是高居不下。为适应节能减排、绿色制造的发展趋势，必须提高粉体加工的能量利用率。

球磨机通过筒体转动带动内部介质沿着筒壁提升到一定高度，利用介质球的抛落和泻落运动实现对底部料层的冲击和研磨粉碎，因其结构简单，易于大型化，而得到广泛应用。但受制于圆筒形状，介质球径向分布位置不一，抛落和泻落点的差异较大，导致介质球对料层的冲击作用大小不等，存在大量微弱和无效的冲击，无用能耗高。因粉碎的物料与介质混合在一起，料层厚度也难以保证，且存在大量介质球间的直接冲击和摩擦，钢耗大。

高压辊磨机通过挤压实现对料层颗粒的粉碎，但是由于作用面积大，颗粒粉碎后易粘结成料饼，难以得到粒径较小的产品，颗粒破碎的粒度受限。球形介质对料层颗粒的作用面积小，作用力集中于少数几个颗粒，粉碎后形成不易粘结，可获得较细的产品粒度。满足水泥、陶瓷等细粒度粉碎的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有球磨粉碎的不足，提供一种具有稳定料层厚度、精确介质球径和冲击作用力的介质球冲击粉碎脆性细颗粒层的方法与装置。

为实现上述目标，本发明的技术方案是：根据脆性细颗粒的粒径，取料层数为3～6层，确定料层厚度，并取介质球径为20～30倍颗粒粒径，利用料层排布系统完成该厚度料层排布，确定气缸的冲击行程；根据颗粒硬度和易磨性，确定气缸冲击力的大小；根据气缸往复频率，确定料台回转转速；根据产品粒度要求，设置筛分系统的负压值。通过保持稳定的料层状态、精确的介质球径和冲击力，提高单次介质球冲击料层的粉碎效率，并通过高频冲击和气缸密排实现规模化生产。

这种气动介质球冲击粉碎脆性细颗粒层的方法与装置，包括：高频往复式气缸冲击系统，包括气源，压力控制阀，速度控制阀，往复式气缸，介质球，上支撑座，所述的往复式气缸与气源通过管路连接，并通过压力控制阀和速度控制阀控制气缸的往复运动，所述的往复式气缸安装于上支撑座，所述的介质球安装于气缸杆上；料台回转系统，包括回转料台，小齿轮，联轴器，减速器，电动机，下支座；所述的电动机通过联轴器与小齿轮连接，小齿轮与回转料台外缘轮齿啮合带动料台转动，所述的电机安装于下支座；料层疏松与负压筛分系统，包括梳齿式疏松板和负压筛分机构；所述的梳齿式疏松板和负压机构安装于上支撑座，可调节其高度位置，布置在回转料台的2侧；入料和料层排布系统，包括料斗和料层铺设机构，所述的料斗和料层铺设机构安装于上支撑座，可调节其高度位置以控制料层层数，布置在回转料台的2侧。

入料和料层排布系统的高度需要根据入料颗粒粒径计算料层层数以确定高度，入料口开启的大小会随料层高度而自动开合。

高频往复式气缸冲击系统的介质球球径要根据颗粒粒径进行计算，取20～30倍颗粒粒径，介质球冲击最低点处于回转料台上表面上方0～产品粒度/2的位置，确保最底层颗粒被冲击破碎，既保证介质球不与回转料台直接接触，又防止介质球和回转料台台面的剧烈摩擦；所述往复式气缸气压和速度大小根据颗粒层所需冲击力大小确定。

料台回转系统的转速必须根据往复式气缸的冲击频率计算，避免介质球重复冲击料层同一位置，冲击频率越高转速越快。

料层疏松板用于疏松受介质冲击粉碎而粘结在料台的颗粒，利于粉碎颗粒的负压筛分和料层重新排布。所述负压筛分把疏松后的料层颗粒，利用负压和重力平衡特性，将满足目标粒度颗粒吸入产品收集箱，大粒度的颗粒落入料台，实现目标粒度产品的筛分。

作为优选：所述往复式气缸的冲击频率不低于1Hz。

作为优选：所述入料颗粒的粒径处于0.1～2mm的范围。

作为优选：所述往复式气缸按圆环呈圆周，按内外圈排列。为避免每个圆周上前后气缸重复冲击料层同一位置，建议气缸在该圈呈错位排列。

作为优选：所述的上支撑座能够实现上下升降，便于气缸的安装、介质球更换和垂直高度的调整。

附图说明

图1 是本发明装置结构示意图（主视图）；

图2 是本发明装置结构示意图（俯视图）；

图3 是介质球3与气缸活塞杆的连接图；

图4 梳齿式疏松板的立面图：具有前后两个齿面；

图5 梳齿式疏松板的齿面图：前后两个齿面的齿呈交叉状。

具体实施方式

如图1至图5所示，气动介质球冲击粉碎脆性细颗粒层的装置，包括高频往复式气缸冲击系统（含气源，压力控制阀，速度控制阀，上支撑座1，往复式气缸2，介质球3、），料台回转系统（含回转料台4，回转轴承5，下支座6，小齿轮7，联轴器8，电动机9），料层疏松与负压筛分系统（梳齿式疏松板10和负压筛分机构），入料和料层排布系统（含料斗和料层铺设机构11）。

实施时，根据颗粒的粒度和冲击强度，确定料层厚度、介质球径和冲击应力；根据目标产品粒度设定负压筛分系统的负压值；根据冲击气缸特性确定冲击频率，并计算回转料台转速。

冲击粉碎前，需要更换冲击介质球，调整上支撑座位置，使气缸行程处于料层冲击破碎的合理范围，调整梳齿式疏松板10的高度位置，调节压力阀和速度控制阀，设定冲击系统的频率和冲击力。根据料层厚度调整料层铺设结构的位置，启动回转系统的电动机9，通过变频调速确定回转料台转速。通过入料和料层排布系统铺设料层，确保料层厚度。开启高频往复式气缸冲击系统和负压筛分系统，进行料层冲击粉碎和颗粒的筛分。

料层颗粒在往复式气缸高频冲击下产生粉碎，料台的回转保证介质球冲击料层的不同位置，使受冲击料层状态基本一致，梳齿式疏松板消除了底层粘结的粉碎颗粒，利于满足要求的颗粒被及时筛分，同时保证了料层状态的一致性。本发明装置保持了破碎过程料层状态稳定性、冲击作用的精确性，使料层冲击粉碎的能量利用明显提升，密排和高频作用的气缸增强了粉体加工的规模效应，利于工业化应用。