CN100488637C - 干燥材料强化粉碎方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种干燥材料强化粉碎方法和装置,方法包括在破碎机或粉碎机的外壳上设置高频率电脉冲发生器和导电装置,通过外壳将该发生器的电脉冲作用传递给被粉碎材料;装置包括在破碎机或粉碎机的外壳上设置的高频率电脉冲发生器和使该发生器与破碎机或粉碎机的外壳保持不间断的电连接的导电装置;其中高频率电脉冲发生器的电脉冲频率为150-3000赫,电压为12伏,变换器功率为100-500瓦。

Description

干燥材料强化粉碎方法和装置
技术领域
本发明涉及破碎、粉碎无机干燥材料一电介质的强化粉碎方法和装置。
技术背景
随着开采贫矿的规模越来越大以及矿产加工日益发展,破碎、粉碎的能源消耗不断增长。目前,全球每年加工1000多亿吨矿物。在大部分加工矿石的企业中,破碎、粉碎这些矿石的基本投资、经营和能源消耗占企业经济平衡表的一半以上。因此,降低破碎、粉碎过程的成本,变得越来越迫切。
降低诸如破碎、粉碎各种电介质工艺过程的能源消耗的任务也同环境污染问题直接有关,因为在世界范围内绝大多数还是采用燃料来生产电能。
众所周知,现有的强化粉碎技术包括采用水中分解法或采用表面活性物质的方法来强化粉碎,但是,采用这种方法所需的对粉碎后的材料脱水和干燥的费用太大。
因而对于干燥的成品一般都通过粉碎干燥的原材料直接获得成品,这就要采用传统的物理一化学方法或新的与物理一化学方法类似的破坏硬物体的方法降低硬材料的坚固性,但它们无论在工艺和工程形式上都有很大的局限性。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种新的低消耗地粉碎特别结实的天然和人造硬材料的强化粉碎方法。
本发明的另一目的是提供一种实现该方法的强化粉碎装置。
本发明的强化粉碎方法包括在破碎机或粉碎机的外壳上设置高频率电脉冲发生器和导电装置,通过外壳将该发生器的电脉冲作用传递给被粉碎材料。
实现该方法的装置包括在破碎机或粉碎机的外壳上设置的高频率电脉冲发生器和使该发生器与破碎机或粉碎机的外壳保持不间断的电连接的导电装置。
在大量的实验过程中发现,当把小功率的可调频交流电场施加在被粉碎的材料上时,多晶体硬材料的分解过程便大大加强。
被发现的这一强化分解硬材料规律的实质在于:一定范围的可调频电场作用于材料时所产生的反向压电效应引起多晶体材料结构软化,同从被粉碎材料上消除静电荷时所产生的强化粉碎作用和效应同时结合在一起。考虑到硬材料分解时一部分消耗的能量用在产生放电上,即一方面作用于材料表层,因为岩石接触形成双重电层,另一方面在整体范围内表现为正向压电效应,因而可以用电物理方法抑制这些过程,也可以把电物理方法当作万能工具,用来在被粉碎的电介质中实现反方向压电效应和电致伸缩现象。一个很有意思的假设是:有可能由一系列基本扁型电容器的交流电场产生静电退楔作用,从而加深硬材料结构中的缝隙。
既然电的本性在破裂硬材料时起着重要的作用,那么就应该利用电物理方法作用于“粉碎装置一材料”系统,以便加快这一过程。为了检验上述架设,对用调频电脉冲来强化粉碎无机材料的可能性进行了实验性研究。为产生电脉冲,使用了功率为150瓦的装置,而磨碎设备的传动装置的功率在一些实验中超过300千瓦。调频电脉冲发生器的交流电场的频率在150—1000赫范围内变动。
至于遵守安全技术问题,则不需要采取特别的预防措施,因为粉碎机外壳的电压不超过12伏,而小功率(150瓦)完全可以保证消除静电电压。重要的是,在使用发生器时不需要对设备做任何结构性补充加工。
接通小功率调频电脉冲发生器需借助于导电装置,即把它们直接放在分段栅范围内的粉碎机外壳上。
附图说明
图1是在鼓形粉碎机上安装交流调频电脉冲发生器对干燥材料强化粉碎的示意性简图;
图2是在圆锥形破碎机上安装交流调频电脉冲发生器对干燥材料强化粉碎的示意性简图;
图3是一个筛式分析曲线图,它表明处在交流电场中的实验室圆锥形惯性破碎机在时间不变化的情况下粉碎氧化铝时,其细粒级的比重明显增大。
具体实施方式
参见图1,图1示意性表示了鼓形粉碎机上安装交流调频电脉冲发生器对干燥材料粉碎的强化粉碎装置。首先将装入原始矿石箱1中的原始矿石送入球(柱)磨机滚筒2,球(柱)磨机滚筒2受滑动支架3的支撑并在传动冕状齿轮4的驱动下转动,强化粉碎装置本身是一台高频率电脉冲发生器6,用普通的220伏电网和50赫兹电流频率,其借助导电装置7以保证同转动的粉碎机滚筒或振动的破碎机外壳保持不间断的接触,从而通过破碎机或粉碎机的外壳向粉碎物传递电脉冲。导电装置7可以是传送电脉冲的金属刷或弹簧承载的石墨片。
在粉碎机(见图1)上安装的强化装置数量根据高频电脉冲必须对粉碎物均匀作用决定,因此,在鼓形粉碎机上安装装置的数量应不少于L:D的比值,L为粉碎机的长度,D为滚筒的直径。安装第一个高频率电脉冲发生器从粉碎的起点开始,其余高频率电脉冲发生器应安装在滚筒中间或根据滚筒长度均匀地安放。交流调频电脉冲发生器的电脉冲频率定为150-3000赫,电压为12伏,所配置的变换器功率为100-500瓦。
在圆锥形破碎机上(见图2),可以在破碎腔中间的外壳上成120度角安装3台高频电脉冲发生器。破碎时,采用细粒破碎机的效果最好,因为在形成细粒产品时整体物理作用发挥得最高。
众所周知,在许多材料干燥细粒粉碎时,由于成品起电常常发生微粒附聚现象,使粉碎过程受阻。消除静电作用,使微粒的“流动性”加强,便可更有效地获得成品。
曾选择以下材料作为研究对象:顺吉石(次石墨)、活性氧化铝、水泥熔渣、熟石灰和石类砂混合物(建筑粘合剂)和磷酸钙(化肥)。
对上述材料的破碎和粉碎,既在实验室的破碎机和粉碎机上进行,也在工业用的破碎机和粉碎机上进行。
机器生产率的变化用达到一定磨粉吨位的时间来评估,而力学化学性质——比表面积、紧密度、粘合物的化学活性,则用标准方法评估。
在实验室的KИД—100型圆锥形惯性破碎机(按磨碎机的方式工作)里磨碎熔渣的结果表明,这种强化粉碎装置使生产率提高20%,同时更细粒级的产品大大增加。
在KИД—100型机器里粉碎氧化铝的结果表明,采用电脉冲作用于材料上,可以使0.1毫米粒级增加一倍:从过去未采用电脉冲作用粉碎时的43.6%增至80.0%。
在工业条件下用KMДT—1750型圆锥形破碎机破碎矾土块10小时的实验,证明了强化粉碎的效果:+8毫米粒级的含量下降一半,而—1毫米粒级含量不变,即没有发生再磨碎。对于破碎过程来说,这是好的指标。
采用电脉冲作用于材料的方法,在球型磨机中对磷钙石进行15小时的粉碎这一工业试验表明:磨好的产品的物理性能得到了改善(产品的紧密度降低了一半,这证明其流动性提高了);六个小时后粉碎过程稳定了,这时,磨好的产品的比表面积从500—2800平方厘米/克增加到4000—4800平方厘米/克,同时,与一般的粉碎相比,磨碎机的生产率提高了:试验期间磨碎机的生产率平均为36吨/小时,而一般的粉碎机仅为27吨/小时,也就是说,提高了33%。
为了检验在交流调频电场作用下当强度达到30千瓦/米时强化破碎和粉碎材料的能力,在实验室和工业条件下都进行了详细的实验性研究,这些研究结果归纳在表一中,并见图三。表一表示了在工业球形磨碎机中交流电场对无机物干燥粉碎过程影响的比较估计(对按工艺规程要求的磨碎指标的百分数)
表一
图三是一个筛式分析曲线图,它表明处在交流电场中的实验室圆锥形惯性破碎机在时间不变化的情况下粉碎氧化铝时,其细粒级的比重明显增大。图三表示实验室圆锥形惯性破碎机在时间不变的情况下粉碎氧化铝的过程中,施加电脉冲对各种直径大小(毫米)粒级的比重Q(%)变化的影响。图中曲线1为无电脉冲作用时;2为有电脉冲作用时。
试验还证明,用于被加工材料单位数量上的电物理作用的功率(即所获得明显工艺结果的功率)只有用于粉碎的功率的百分之几。
这样便可以确信,用交流调频电场作用来破裂硬材料,既可降低能源消耗,又可以改善被分散材料的一系列力学化学特性。
外加的电脉冲能够有效地抑制以下不良过程:分散材料接触产生磨擦电,导致微粒粘附在材料上和分段栅上,并导致微粒的凝聚。这些现象的减少可以增大从变小材料向被破裂微粒传递的变形力,提高材料粉碎的效率,消除粉碎设备内部对位移的阻力。
同样,可能的电脉冲作用机制同交流(或变号)电压的增大有关。这种电压在微粒的大量裂缝中产生,当微粒处于极度紧张状态时又使微粒中的裂缝加深。被分离的分裂表层,可以看作微型电容器片,这同表层活性物质的退楔压力相似。不能排除反向压电效应和电致伸缩现象对总体强化破裂材料的贡献。上述种种破裂机制的效果是由下列状况决定的:材料在断裂时的坚固性比在压缩时的坚固性低20—70倍。
上述现象的进一步研究,特别是材料在粉碎中的性状,材料驰张期的估计,还可以使脉冲特性最佳化。
考虑到现象的基本规律,可以确定:调频电场的最佳范围为150—3000赫,而其功率则比用在分解上的要低2—3级。同时,细粒级的形成速度增大20%以上。
考虑到会形成被粉碎材料的自然斜角以及材料流动加大时由于细粒偏析减少而使这角度改变,便可推断出:强化粉碎过程装置的必要数量取决于粉碎机长度(L)与其直径(D)的比值。它们的数量应该不少于L:D的比值。
这种强化粉碎方法的优点,可以从鼓形粉碎机中粉碎熔渣获得水泥的例子中看得十分清楚。
除俄罗斯外,2005年4月曾在中国一家工厂的鼓形粉碎机上作过强化粉碎熔渣装置的实验。这家工厂有2台球磨机轮流工作,年产量为6万吨水泥。一套装置安装在粉碎机开始工作的部位,另一台安装在粉碎机卸载的部位,在粉碎机不断装料的条件下,其产量的增长没有能看得出来。后来发现,把装置安装在粉碎过程的开始部分或者结束部分,影响是一样良好的(加大了细粒级的增长)。
同安装一台装置相比,安装2台装置同时明显改善了指标。根据检测,在未安装强化装置时是-4.7微米粒级百分数含量,安装2台装置后为-2.3微米,这证明水泥的标号提高了。
在对“活化”水泥的强度进行的检测表明水泥的强度增加了,这证明水泥的品质提高了。
考虑到中国目前约有3000家水泥厂,因此,普遍推广这一工艺就等于300家新水泥厂投产。

Claims (7)

1.一种干燥材料强化粉碎方法,包括在粉碎机的外壳上设置高频率电脉冲发生器和导电装置,通过外壳将该发生器的电脉冲作用传递给被粉碎材料,其中高频率电脉冲发生器的电脉冲频率为150—3000赫,电压为12伏,变换器功率为100—500瓦。
2.根据权利要求1的方法,其中粉碎机为球状粉碎机,其上安装的高频率电脉冲发生器数量应大于或等于滚筒长度与滚筒直径的比值。
3.根据权利要求的方法,其中在球状粉碎机上安装的第一个高频率电脉冲发生器应放在靠近进料的地方,其余高频率电脉冲发生器应安装在滚筒中间或根据滚筒长度均匀地安装。
4.一种干燥材料强化粉碎方法,包括在破碎机的外壳上设置高频率电脉冲发生器和导电装置,通过外壳将该发生器的电脉冲作用传递给被粉碎材料,其中高频率电脉冲发生器的电脉冲频率为150—3000赫,电压为12伏,变换器功率为100—500瓦。
5.根据权利要求4的方法,其中破碎机为圆锥形破碎机,其外壳上安装3个高频率电脉冲发生器时,这些发生器同破碎腔中心应成120度角。
6.一种干燥材料强化粉碎装置,其特征在于该装置包括在破碎机或粉碎机外壳上设置的高频率电脉冲发生器和使该发生器与破碎机或粉碎机的外壳保持不间断的电连接的导电装置,其中高频率电脉冲发生器的电脉冲频率为150—3000赫,电压为12伏,变换器功率为100—500瓦。
7.根据权利要求6的装置,其特征在于导电装置为弹簧承载的金属刷子或石墨板。
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