CN101855020A - 磨碎机和碾磨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种颗粒物料的磨碎机(100)，包括具有内表面(118)的转动容器(106)，用于将颗粒物料供入所述容器的物料供给装置，使所述容器绕第一转动轴(116)转动的第一转动驱动器(108，110，112)，和与所述容器中的颗粒物料接触从而对所述颗粒物料层进行剪切的剪切引发部件(126)。所述剪切引发部件绕着与所述容器的转动轴成一定角度设置的第二轴(138)安装。所述磨碎机也可包括用于调节容器转动轴(116)与剪切部件轴(138)之间的相对角位移的角度调节机构(140，146，148，150)。

Description

磨碎机和碾磨方法
技术领域
本发明涉及一种转动式磨碎机，还涉及一种碾磨方法。
背景技术
传统的转动式磨碎机包括绕基本水平的轴线转动的圆柱形筒。转动的圆筒被供以诸如浆料或粉末等颗粒物料，同时圆筒以“临界速度”(即，圆筒内表面处的物料与磨碎机相接触并绕其行进的最低速度)的二分之一到四分之三转动。由此在供给料和任何磨碎介质沿圆筒的内壁向上行进到中途并随后脱离时造成跌落，从而冲击或磨碎供给料中的其他颗粒。由此颗粒的尺寸减小主要通过研磨和冲击得以实现。
国际专利申请WO 99/11377公开了一种磨碎机结构，其中转动容器以明显高于临界速度的速度进行旋转，从而形成抵靠在容器内表面上的颗粒物料压缩层，同时诸如圆盘或销钉等剪切部件与该层接触，从而对该层进行剪切。这会在剪切部件附近的压缩物料中产生经过搅拌的高剪切区域，从而提供非常有效的磨碎机制。
在使用多个剪切盘的情况下，将它们分开足够的距离以便在碾磨室内产生交替的固化和搅拌区域。
WO 99/11377的磨碎机在小尺寸上是有效的，但由于使用多个盘的磨碎机对磨碎物料运动的局限而限制了破损速度与吞吐量的增长。
澳大利亚专利申请AU-A-30236/00公开了包括新的供给装置的WO99/11377的磨碎机的应用。
WO 99/11377和AU-A-30236/00的内容并入本文作为参考。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的磨碎机配置。
在一种形式中，本发明提供了一种颗粒物料的磨碎机，包括具有内表面的转动容器，用于将颗粒物料供入所述容器的物料供给装置，使所述容器绕第一转动轴转动的第一转动驱动器，和与所述容器中的颗粒物料接触从而对所述颗粒物料进行剪切的剪切引发部件，所述剪切引发部件绕第二轴安装，其中所述第一转动轴和第二轴相对彼此呈一定角位移设置。
在另一种形式中，本发明提供了一种碾磨颗粒物料的方法，包括将颗粒物料供入具有内表面的容器，使所述容器绕第一转动轴转动，将绕第二轴安装的剪切引发部件定位在所述容器内，以使所述颗粒物料与所述剪切引发部件接触从而对所述颗粒物料进行剪切，其中所述第一转动轴和第二轴相对彼此呈一定角位移设置。
本发明的另一种形式提供了一种颗粒物料磨碎机，包括具有内表面的转动容器，用于将颗粒物料供入所述容器的物料供给装置，使所述容器绕第一转动轴转动的第一转动驱动器，和与所述容器中的颗粒物料接触从而对所述层进行剪切的剪切引发部件，所述剪切引发部件绕第二轴安装，以及用于调节所述第一转动轴和第二轴的相对角位移的角度调节机构。
本发明的另一种形式提供了一种碾磨颗粒物料的方法，包括将颗粒物料供入具有内表面的容器，使所述容器绕第一转动轴转动，将绕第二轴安装的剪切引发部件定位在所述容器内，以使所述颗粒物料与转动的剪切引发部件接触从而对所述颗粒物料进行剪切，其中所述第一转动轴和第二轴相对彼此呈可调的角位移设置。
可选择地，所述第二轴是所述剪切引发部件的转动轴，并且所述磨碎机还包括所述剪切引发部件的转动驱动器。
可选择地，所述磨碎机包括用于调节所述第一轴与第二轴的角位移的装置。
有利的是，所述磨碎机适于以临界速度以上的速度转动所述容器，并且优选以足以在颗粒物料层中形成一个或多个基本上固化的区域的速度转动所述容器。
本发明的其他形式包括权利要求中所述的那些形式。
附图说明
下面参照附图来说明本发明的进一步优选实施例，其中：
图1是第一实施例的磨碎机的立体图；
图2是图1的磨碎机的局部侧剖视图；
图3是第一碾磨容器和剪切部件结构的细节的正剖视图；
图4是图3的细节的立体剖视图，示出了剪切盘的轮廓的更多细节；
图5是第二碾磨容器和剪切部件结构的细节的正剖视图；
图6是第三碾磨容器和剪切部件结构的细节的正剖视图；
图7A和图7B分别是第四碾磨容器和剪切部件结构和单个剪切件叶片的细节的正剖视图；
图8是从本发明的另一个实施例的磨碎机的一侧观察的立体图；
图9是从图8的磨碎机的另一侧观察的立体图，其中在碾磨容器与剪切引发部件之间具有增大的角位移；以及
图10是示意性地示出形成抵靠容器内表面的固化区的正剖视图。
具体实施方式
参照图1～图4，磨碎机100具有支撑第一装配架104和第二装配架105的底座102。
第一装配架支撑碾磨容器106和与其连接的转动驱动装置，该装置包括驱动马达108、齿轮箱或驱动皮带轮装置110以及通过轴承114安装在框架上的驱动轴112。
碾磨容器106被固定在驱动轴112的端部，从而与驱动轴112一起绕第一转动轴116旋转。应注意的是，在本实施例中，轴是倾斜的，但可以使用诸如水平轴或垂直轴等其他方向的轴。
如图3和图4清楚地示出，碾磨容器106的内表面118形成局部球形碾磨室120，并且碾磨容器106被形成为两部分，即将驱动轴112和供料入口122结合起来的后部106a和设有排放口124的前部106b，剪切部件126的驱动装置通过排放口124延伸到碾磨室中。如图所示，容器的后半部分106a可与驱动轴112一体形成，或者通过螺栓连接或其他适当的固定方法将其固定在一起。
碾磨容器的前半部分106b和后半部分106a可拆卸地相互连接，例如通过螺栓连接、卡扣连接或其他适当方法，从而在通过螺栓152或其他适当方法将剪切部件126连接到驱动轴136的端部之后允许将容器的前半部分和后半部分组装在一起。
在图3和图4的实施例中，容器的后半部106a和前半部106b分别具有容纳用于连接这两个半部的螺栓(未示出)的对准螺栓槽127a和127b。
如图2清楚地示出，排放流槽128和排放通道或管道130也被固定到第一装配架104上并邻近碾磨室排放口124。
第二装配架105支撑转动剪切部件126和与之相关的转动驱动装置，该装置包括驱动马达134和驱动轴136。
驱动马达134和驱动轴136驱动剪切部件126绕第二转动轴138转动，第二转动轴138与转动轴116呈一定角度设置，并且在碾磨室120中与轴116交叉。
将马达134、驱动轴136和剪切部件126通过枢轴架140装配至第二装配架105上，枢轴架140在装配架两侧的枢轴点142处与第二装配架105连接，以限定穿过球形碾磨室中心即转动轴116、138的交点的枢轴144。
通过在弓形导槽148内移动的导销146来引导枢轴架140转动，并利用夹紧机构150来固定枢轴架的角度。以此方式，可以调节剪切部件轴138与容器轴116之间的角度。
驱动轴136通过轴承151装配到枢轴架140上。
图3和图4中可以看出碾磨容器和剪切部件的一个实施例的更多细节。
在图3和图4所示的实施例中，剪切部件126包括具有一系列径向的圆形剪切盘156的中心轴154，该一系列径向的圆形剪切盘156的直径逐渐变化，从而形成中心与局部球形碾磨室120的中心重合的大体局部球形的形状。
用于调节驱动轴136和剪切部件126的角度的机构在剪切部件与碾磨室之间保持这种同心配置。
在使用中，该容器驱动装置驱动容器106高速转动，优选高于临界速度，并优选远远高于临界速度，例如以能够在容器的内表面处对物料施加重力的至少100倍的力的速度。
马达134和驱动轴136驱动剪切部件126相对于容器106转动。如下面进一步所讨论的，剪切部件转动可以与容器106的转动方向相同或相反，或者在某些实施例中剪切部件可以是固定的而不转动。
通过向下穿过容器驱动轴112的中心并通过供料入口122进入磨碎机容器的固定供给管158(图3)将要被磨碎的可流动颗粒物料(通常为浆料形式)不断供给至碾磨室。根据驱动轴的方向、浆料的种类和所需流速，该供料可以是重力供料或者是通过供给管的泵送供料。
该磨碎机适于自体碾磨，即不需要单独的碾磨介质就能磨碎物料，如果特定应用需要时，可向磨碎机供给留在磨碎机中的外来碾磨介质的初始装料。
容器的高速转动使得供给的物料形成与容器的内表面118相抵靠并一起转动的压缩固化层180，通常与WO 99/11377和AU-A-30236/00记载的形式相似，并且由图10示意性地示出。
容器106和剪切部件盘156的相对转动使圆盘156附近的压缩装料层移动，从而形成由圆盘156和固化层界定的搅动的高剪切区域。
在很多应用中，使剪切部件的转动与容器的转动相反，这有利于使与绕容器壳体行进的物料接触的剪切盘或者其他剪切部件的两侧的碾磨效果最大化。在诸如碾磨微细、干燥物料等其他应用中，可以发现容器和剪切部件沿相同方向但以不同速度转动，有利于使离心作用引起的磨碎机中的压力最大化。也可能有一些应用期望使剪切部件保持固定并且完全依赖容器转动来实现不同转动。
剪切区内颗粒尺寸的减小主要通过剪切和压力作用下的研磨来实现，并且由于极大的“重”力而产生挤压破裂也起到一定作用。内部颗粒冲击也可能起到一些作用，特别是对于大于约5-10μm的较大尺寸颗粒来说。
可对容器和剪切部件的转动速度，以及影响物料床深度的排放口的径向位置进行调节以改变物料床内部的压力。例如，在很多应用中使用极高G力，例如100G以上的力，有利于使颗粒破碎度最大化，但也可以有例如颗粒表面层的研磨等应用，其中诸如20G的较低G力可能更加适合。
容器106的转动轴116和剪切部件126的转动轴138之间的角位移使圆盘156随着容器和圆盘转动沿容器表面滑动，因而代替WO 99/11377和AU-A-30236/00中所述的在固定层中简单地形成凹槽，本实施例中容器和剪切部件的相对转动额外产生沿碾磨室的纵向移动，这有助于磨碎的物料通过磨碎机。
圆盘沿容器表面的这种纵向移动的结果是，在容器内表面保留有固化区，但在磨碎机的机体内移动装料，从而实现用于碾磨的大的有效容量。
通过调节枢轴架140的角度来调节剪切部件轴相对于容器的角度，从而允许这种纵向移动，因此将磨碎机的空闲时间和吞吐量调节成适合特定的碾磨应用。
图5示出了图1～图4的实施例的可选的剪切部件结构，包括在其外表面上具有剪切销子162的球形部件160。
图6示出了适于碾磨干燥的颗粒物料的另一装置。
碾磨容器和供料装置与参照图1～图4实施例所述的配置相似，并且相似的附图标记用于相似的特征。
剪切部件164是球形的，并且具有偏离碾磨室一侧的轴138′，因此剪切部件与碾磨容器的内表面之间的间隙在一侧为“X”，在另一侧为较小距离“Y”。
容器的转动将物料输送至较小间隙Y中，并且剪切部件和容器的相对转动实际上起到研钵和杵结构的作用，对剪切部件与上述转动的固化层之间的颗粒物料进行剪切。
如图3～图4和图5的实施例所示，容器106和剪切部件126的转动轴之间的角度偏差使颗粒产生纵向运动。
如图所示，球形剪切部件可具有光滑的表面，或者可具有凹槽、脊或其他形状以加强碾磨。
图7A和图7B图示了可选的剪切部件结构，其中该剪切部件包括一组锯齿状圆盘叶片166，各锯齿状圆盘叶片166具有V形凹槽170介于其间的突起168。如图所示，突起可以为大体辐射状，或者可选择地沿圆周和/或纵向倾斜。
各叶片具有用于安装到驱动轴136的对应形状部分的中心装配孔172，中心装配孔172可为非圆形的，例如正方形/矩形(如图所示)或者花键形。
叶片可被构造成以凹槽对准或沿圆周方向偏置的方式安装在轴上，只要叶片结构适于使剪切部件绕其转动轴平衡地转动。
与图3和图4的连续圆盘相比，图7A和图7B的剪切部件结构可以适合于希望对剪切部件具有较小拖力，和/或增大磨碎的物料纵向通过磨碎机的流动性的应用。
图8和图9图示了本发明可选的水平安装的实施例。
图8和图9中的附图标记基于图1～图7中的相似组件，使用“200-系列”而非图1～图7中的“100-系列”。例如，图8和图9中的碾磨容器206与图2中的碾磨容器106相类似。
碾磨容器206及其驱动机构被安装到固定于底座202上的第一装配架204上，上述驱动机构包括马达208、齿轮箱或驱动皮带轮(为清楚起见，将其省略)、轴承214和驱动轴212。
剪切部件及其驱动机构-马达234、齿轮箱或驱动皮带轮(为清楚起见，将其省略)、轴承251和驱动轴236通过枢轴架240安装到底座上。枢轴架绕碾磨室中心的正下方的枢轴点242水平地转动，并且底座202和枢轴架240上的对准孔266允许将角度固定为多个预定角度。
图8示出了以与碾磨室呈相对小角度对准的剪切部件，而图9示出了以较大角度设置的剪切部件，以便实现通过磨碎机的更快的吞吐量。
图8和图9中的磨碎机的一般操作方法与上述实施例的相类似，并且诸如图3和图4、图5、图6和图7的各种剪切部件结构可被用于这种配置中。
容器转动轴与剪切部件轴之间的最佳角位移可根据将要磨碎的物料、磨碎机的直径以及容器和剪切引发部件的转动速度而变化。通常，较大直径磨碎机需要较小的角位移，因为对于给定角度来说较大直径会使剪切部件相对于容器表面产生更大的纵向移动。例如，约5°的角度可适用于250mm直径的磨碎机，而2.5m直径的较大磨碎机则仅需要2.5°的角度。
典型的角位移可在0.2～20°之间变化，更典型地在0.5～15°之间变化，并且更优选地在约1～10°之间变化。
另外，虽然图示的实施例在轴之间提供可调角度，但应理解的是也可使用固定角度。例如，可调角度磨碎机可用在检测工作中以确定特定应用的最优角度，然后制造出该角度的固定角度磨碎机。
在本说明书中，措词“包含”应理解为“开放式”的意思，即，“包括”的意思，因而不限于其“封闭式”的意思，即“仅由...构成”的意思。相应的含义也适用于它们的相应变型。
虽然描述了本发明的特定实施例，但对本领域技术人员显而易见的是，本发明可以其他形式来体现而不背离其实质特征。因此在所有方面，各实施例和示例应理解为示例性的而非限定性的，本发明的范围由权利要求书而非说明书限定，因此在权利要求书的等同替代的意义和范围内的所有变化也意欲囊括其中。还应理解的是，除非出现相反的表示，否则在本文中任何对于已知现有技术的引用都不表示承认该现有技术对于本发明相关领域的技术人员是公知的。

Claims (34)

1.一种颗粒物料的磨碎机，包括具有内表面的转动容器，用于将颗粒物料供入所述容器的物料供给装置，使所述容器绕第一转动轴转动的第一转动驱动器，和与所述容器中的颗粒物料接触从而对所述颗粒物料进行剪切的剪切引发部件，所述剪切引发部件绕第二轴安装，其中所述第一转动轴和第二轴相对彼此呈一定角位移设置。
2.如权利要求1所述的磨碎机，其中所述第二轴对应于所述剪切引发部件的安装轴。
3.如权利要求2所述的磨碎机，其中所述安装轴用于转动。
4.如权利要求1所述的磨碎机，其中所述第二轴是第二转动轴。
5.如权利要求4所述的磨碎机，还包括使所述剪切引发部件绕所述第二转动轴转动的转动驱动器。
6.如权利要求1所述的磨碎机，还包括用于调节所述第一转动轴和第二轴的相对角位移的角度调节机构。
7.如权利要求6所述的磨碎机，其中所述角度调节机构包括使所述剪切引发部件相对于所述容器移动的装置。
8.如权利要求1所述的磨碎机，其中所述容器内表面包括大体局部球形表面。
9.如权利要求8所述的磨碎机，其中所述剪切引发部件具有大体局部球形剪切部。
10.如权利要求1所述的磨碎机，其中所述剪切引发部件包括位于转动驱动部件上的一系列剪切引发突起。
11.如权利要求10所述的磨碎机，其中所述剪切引发突起包括剪切盘。
12.如权利要求11所述的磨碎机，其中所述转动驱动部件是转动轴。
13.如权利要求11所述的磨碎机，其中所述容器内表面包括大体局部球形表面，并且其中所述一系列剪切盘的直径逐渐变化，从而形成整体上呈局部球形的外部形状。
14.如权利要求10所述的磨碎机，其中所述剪切引发突起包括剪切销子。
15.如权利要求14所述的磨碎机，其中所述容器内表面包括大体局部球形表面，并且其中所述容器转动驱动部件是具有大体球形端部的转动驱动轴。
16.如权利要求1所述的磨碎机，其中所述第一转动轴和第二轴在所述容器内的一点相交。
17.如权利要求16所述的磨碎机，其中所述第一转动轴和第二轴在所述容器的中心点相交。
18.如权利要求16或17所述的磨碎机，其中所述容器和/或所述剪切引发部件被安装为绕所述第一轴和第二轴的交点彼此相对枢转。
19.如权利要求1所述的磨碎机，其中所述转动驱动器用于使所述容器以足够高的速度转动，使所述颗粒物料在整个转动期间形成抵靠在所述内表面上的层。
20.如权利要求19所述的磨碎机，其中所述转动驱动器用于使所述容器以足够的速度转动，以对所述颗粒物料层施加至少一百倍于重力的力。
21.如权利要求19所述的磨碎机，其中所述转动驱动器用于使所述容器以足够高的速度转动，以在所述颗粒物料层中形成一个或多个基本上固化的区域。
22.如权利要求1所述的磨碎机，其中所述容器被构造成多个可拆的部分，以允许从所述容器拆下所述剪切引发部件。
23.如权利要求1所述的磨碎机，其中所述容器和剪切引发部件分别相对它们各自的轴基本对称。
24.如权利要求1或5所述的磨碎机，其中所述供给装置包括穿过所述第一或第二转动驱动器的驱动部件的供给通道。
25.如权利要求24所述的磨碎机，其中所述供给通道包括在所述第一或第二转动驱动器的驱动轴内部的不转动的供给管。
26.如权利要求24或25所述的磨碎机，其中所述供给通道沿所述第一转动驱动器的驱动轴延伸。
27.一种碾磨颗粒物料的方法，包括将颗粒物料供入具有内表面的容器，使所述容器绕第一转动轴转动，将绕第二轴安装的剪切引发部件定位在所述容器内，以使所述颗粒物料与所述剪切引发部件接触从而对所述颗粒物料进行剪切，其中所述第一转动轴和第二轴相对彼此呈一定角位移设置。
28.如权利要求27所述的方法，包括使所述容器以足够高的速度转动，使所述颗粒物料在整个转动期间形成抵靠在所述内表面上的层。
29.如权利要求28所述的方法，包括使所述容器以足够的速度转动，以对所述颗粒物料层施加至少一百倍于重力的力。
30.如权利要求28所述的方法，包括使所述容器以足够高的速度转动，以在颗粒物料层中形成一个或多个基本上固化的区域。
31.如权利要求27所述的方法，还包括使所述剪切引发部件绕所述第二轴转动。
32.如权利要求27～31中任一项所述的方法，还包括调节所述第一转动轴与所述第二轴之间的角位移。
33.一种颗粒物料的磨碎机，包括具有内表面的转动容器，用于将颗粒物料供入所述容器的物料供给装置，使所述容器绕第一转动轴转动的第一转动驱动器，和与所述容器中的颗粒物料接触从而对所述颗粒物料进行剪切的剪切引发部件，所述剪切引发部件绕第二轴安装，以及用于调节所述第一转动轴和第二轴的相对角位移的角度调节机构。
34.一种碾磨颗粒物料的方法，包括将颗粒物料供入具有内表面的容器，使所述容器绕第一转动轴转动，将绕第二轴安装的剪切引发部件定位在所述容器内，以使所述颗粒物料与所述剪切引发部件接触从而对所述颗粒物料进行剪切，其中所述第一转动轴和第二轴相对彼此呈可调的角位移设置。
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