CN103071559A - 一种脉动型摆动圆锥形选择性物料碎磨系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉动型摆动圆锥形选择性物料碎磨系统，定锥与激振器相连后固定在机架上，定锥的内表面与动锥的外表面形成碎磨腔；主轴安装在机架上，主电机驱动主轴；偏心轴安装在主轴上，主轴与偏心轴之间形成夹角；偏心轴电机与偏心轴相连接，偏心轴下端与动锥相连接；动锥上设置对称分布的给料槽；在相邻给料槽之间的动锥工作表面上，以及定锥和动锥的工作锥面上，均沿高度方向镶嵌合金块，形成突筋。本发明能够使碎磨过程具有良好的可控性；定锥的振动和动锥的摆动，可以实现能耗最低的冲击与剪切复合的选择性碎磨；碎磨腔中不出现堵塞点，使碎磨过程顺畅；动锥的运动轨迹可变，可以满足不同物料工况的碎磨要求；衬板工作面上分布的突筋与沟槽，可以较好协调碎磨产能、产品粒度与碎磨能耗之间的矛盾关系，从而实现物料的高效碎磨。

Description

一种脉动型摆动圆锥形选择性物料碎磨系统

技术领域

本发明涉及一种脉动型摆动圆锥形选择性物料碎磨系统。

背景技术

粉碎是使物料尺度减小、比表面积增大的过程。目前所使用的磨矿设备主要有传统的卧式球磨机、自磨机/半自磨机、振动球磨机、立式离心磨机、塔式搅拌球磨机等。

球磨机是一种用途广泛的物料粗磨和细磨的加工设备，这类磨机是以球体为介质对各种硬度的物料实施冲击粉碎和研磨粉碎。磨机筒体在旋转时，筒内球体介质产生相互挤压和相对位移，导致夹在其中的粉体收到脉动应力的挤压研磨作用而得到粉碎。但传统的球磨机粉碎效率低，原因是由于物料在破碎腔内的运动及受载的随机性较大、施载强度变化范围较大等因素而导致普通球磨机的能量利用率只有4%~9%，尤其在进料粒度大时，其磨矿效率更低。

自磨机/半自磨机是以全部或部分大块物料作为介质对物料实施冲击粉碎和研磨粉碎，其工作原理和设备特点与普通磨机基本相似，破碎比大，过磨少，但在破碎过程中容易形成顽石，使磨机的有效减小。

振动磨机是新型粉磨设备，它是将一定振幅和频率的振动施加到磨矿筒体上，使处于强烈振动状态下的筒体带动其内的粉磨介质产生激烈的冲击和研磨,快速高效地将物料粉碎。具有生产效率高、能耗低、产品粒度分布窄等优点，因而在(超)细磨中得到广泛应用。但由于大功率激振器的制造困难，振动磨机的大型化推广应用也受到限制。

离心磨矿机的特点是置介质(钢球) 和物料于圆周运动的滚筒中, 使介质获得9~ 15倍于重力的离心惯性力对物料进行冲击破碎，因而具有较高的磨矿效率和均匀的产品粒度。然而，这种磨机只有在各工作参数之间进行有效匹配，才能较为充分利用离心冲击功；此外，由于滚筒内的物料和介质的运动速度大，筒内衬板和磨介的磨损快。

搅拌磨机主要由筒体和搅拌器组成，筒内介质随着搅拌器的旋转而产生相对运动，从而对介质间的物料进行挤压、冲击和剪切。与普通卧式磨机相比，其磨矿效率高，噪声低，振动小，产品粒度可方便调节；但进料粒度需控制在3mm以下，目前主要用于非金属矿和化工产品的加工。

除搅拌磨之外，其它磨机在工作过程中均存在难于捕足物料，并对其实施有效碎磨，因而普遍存在磨矿效率低；而搅拌磨对进料粒度存在较高要求，因此，其推广应用受到影响。

发明内容

1、发明目的

本发明主要是开发一种脉动圆锥形、选择性碎磨系统，能够对每一需要被碎磨的物料进行捕足，使物料的运动轨迹和运动速度受到一定的约束，从而实现物料的碎磨过程具有良好的可控性；通过对被捕足的物料实施压剪施载与冲击施载，使磨矿能量的利用率得到有效提高，最终实现高能磨矿。

2、技术方案

定锥(2)与激振器(1)相连后固定在机架(7)上，定锥（2）的内表面与动锥(3)的外表面形成碎磨腔；主轴（11）安装在机架(7)上，主电机(5)驱动主轴（11）；偏心轴(12)安装在主轴（11）上，主轴（11）与偏心轴(12)之间形成夹角；偏心轴电机(4)与偏心轴(12)相连接，偏心轴(12)下端与动锥(3)相连接；动锥(3)上设置对称分布的给料槽（9）；在相邻给料槽（9）之间的动锥(3)工作表面上，以及定锥（2）和动锥(3)的工作锥面上，均沿高度方向镶嵌合金块，形成突筋（6）。

主轴（11）与偏心轴(12)成夹角的偏心摆动结构。

动锥和定锥工作表面上的突筋（6）为三维螺旋形。

   工作时，定锥(2)在激振器1作用下沿垂直方向以一定频率和振幅做纵向脉冲型振动；动锥(3)在以角速度ω₂绕偏心轴(12)自转的同时，还可以角速度ω₁绕主轴（11）公转；由于主轴（11）与偏心轴(12)之间夹角的存在，动锥3在旋转过程中，与动锥3之间的相对位置是变化的；动锥3上端面的物料首先在离心力的作用下被分撒到破碎腔四周的给料槽中，随着动锥3的继续旋转，给料槽中的物料能够顺利进入带有沟槽的碎磨腔中，从而对碎磨腔中的物料实施压剪破碎、冲击破碎和剥磨。

3、技术效果

(1)便于捕足物料：利用具有一定高度的倒锥、可变的碎磨腔形，能够容易捕足到碎磨腔中的物料，在碎磨腔型的几何结构参数和碎磨系统的工作参数匹配合理的情况下，可以得到较细的干磨和湿磨产品粒度，因此能量的有效利用率很高。

(2)碎磨作业的可控性好：由于这种碎磨方式较好地解决了物料的捕足问题，因而使物料碎磨的微观过程中更为有序，有利于建立较为准确的定量碎磨模型，从而能够对碎磨产能、产品粒度进行有效控制。

(3)可以实现高效复合碎磨：由于抗剪切强度是抗压强度的30%左右，抗冲击强度是抗压强度的20%左右。在定锥上施加一定频率和振幅的纵向脉冲振动，可以对破碎腔中的物料实施冲击碎磨；在定锥衬板和动锥衬板的工作表面上按照一定规律分布的突筋，在动锥旋转时可以对破碎腔中的物料实施剪切碎磨；从而降低物料碎磨所需的破碎功。

(4)有利于选择性碎磨：由于衬板工作表面上的突筋与浅槽的存在，使大块物料能够在破碎腔的前端和突筋出现的部位得到有效碎磨；而小块物料要么在突筋之间的沟槽内聚集形成料层而被挤压、研磨，要么沿破碎腔下滑，直至被衬板的工作面挡住而被碎磨；而小于排放口间隙的物料或直接从沟槽内排出，实现选择性碎磨。

(5)实现无堵塞碎磨：在动锥上设计了若干对称分布的给料槽，有利于物料均布到碎磨腔；动锥轴线与定锥轴线存在一定夹角，因此动锥在旋转时相对定锥摆动，使碎磨腔出现碎磨区域(紧边)和排料区域(宽边)，由于碎磨区域(紧边)的破碎力大，而排料区域(宽边)的破碎力小，从而有利于在碎磨区域的物料得到快速碎磨，而被碎磨的物料从容易排料区域排出；因此整个破碎腔不会出现堵塞点。

(6)动锥运动轨迹可变：通过控制主轴旋向及其转速，改变偏心轴的旋向、以及调整偏心轴的转速，可以使动锥产生圆形、往复直线、螺旋线、多叶玫瑰线等运动轨迹，以满足不同物料工况的不同碎磨要求。

(7)结合物料碎磨要求，沿衬板的工作表面自上而下按一定规律设计三维螺旋状、且不等间距的突筋与浅槽结构，可以较好地协调碎磨产能、产品粒度与碎磨能耗之间的关系。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明结构原理图。

图2为本发明定锥衬板工作表面示意图。

图3为本发明动锥衬板工作表面示意图。

图4为本发明动锥做圆周运动的轨迹图。

图5为本发明动锥做螺旋线运动的轨迹图。

图6为本发明动锥做直线运动的轨迹图。

图7为本发明动锥做玫瑰线运动的轨迹图。

图中：1.激振器，2.定锥，3.动锥，4. 偏心轴电机，5. 主电机，6.突筋，7.机架，8.主轴，9.偏心轴，10. 沟槽，11.破碎区，12.进料区，13.给料区，14.排料区。

具体实施方式

主轴可在机架上作旋转运动，偏心轴以一定夹角安装在主轴上，可自转也可绕主轴公转，动锥固结在偏心轴上；在动锥的工作表面上有若干个对称分布的给料槽，在相邻给料槽之间有一定螺旋升角、间距和分布密度的镶铸突筋。

定锥与激振器相连，激振器固结在机架上；在定锥的工作面上也有一定螺旋升角、间距和分布密度的镶铸突筋。

激振器带动定锥做纵向振动的同时，主电机驱动主轴在机架内旋转，主轴带动偏心轴以及安装在偏心轴上的动锥绕主轴公转，偏心轴电机驱动动锥自转，从而使动锥能够相对定锥做圆周摆动，导致某一局部破碎腔的容积发生周期性变化。

碎磨时，物料从上部下落到动锥的上端面，在离心力的作用下，大部分物料将进入动锥的给料槽中，随着动锥的旋转，物料将由给料槽进入碎磨腔，由于动锥的旋转和摆动，在破碎腔内将形成破碎区和排料区；物料在处于纵向振动的定锥综合作用下，将被剪切碎磨和冲击碎磨。

动锥的运动轨迹在满足以下条件时，可以形成圆、螺旋线、直线和玫瑰线轨迹。

当                                                

时，即主轴与偏心轴同向、同速旋转时，工具头支架运动轨迹为圆。

当

时，即主轴与偏心轴同向、不同速旋转时，工具头支架运动轨迹为螺旋线。

当

时，即主轴与偏心轴反向、同速旋转时，工具头支架运动轨迹为直线。

当时，即主轴与偏心轴反向、不同速旋转时，工具头支架运动轨迹为玫瑰线。

实施例

以相同性质和粒级分布的矿石进行球磨实验、离心磨矿实验、脉动型摆动碎磨实验。

用于磨矿实验的铜矿石的普氏硬度系数f=15~18，含水量为1.5%，磨矿量为均为100Kg，矿石的粒级分布如表1所示。

表1：铜矿石进料粒级分布

粒径(mm)	+25	25~20	20~15	15~10	10~4	4~1	1~60目	60目~200目	<200目	Σ
											比例(%)	0	0.5	11.3	41.4	20.9	11.6	4.4	6.9	3.4	100

     球磨实验：其粒级分布以及磨矿平均产能如表2所示。

  表2：铜矿石球磨实验排料粒级分布与平均产能 

     离心磨矿实验：其分布以及磨矿平均产能如表3所示。

表3 ：铜矿石离心磨实验排料粒级分布与平均产能  

     本发明脉动碎磨实验：其分布以及磨矿平均产能如表4所示。

表4 ：铜矿石脉动型摆动碎磨实验排料粒级分布与平均产能

从以上实验结果可以发现，球磨实验的磨矿效能最低；离心磨实验的排料粒度为－200目的比例最低，但产能最大；脉动摆动碎磨实验的粒级分布最为集中，其中－200目的比例最高。

Claims (3)

1.一种脉动型摆动圆锥形选择性物料碎磨系统，其特征在于：定锥(2)与激振器(1)相连后固定在机架(7)上，定锥（2）的内表面与动锥(3)的外表面形成碎磨腔；主轴（11）安装在机架(7)上，主电机(5)驱动主轴（11）；偏心轴(12)安装在主轴（11）上，主轴（11）与偏心轴(12)之间形成夹角；偏心轴电机(4)与偏心轴(12)相连接，偏心轴(12)下端与动锥(3)相连接；动锥(3)上设置对称分布的给料槽（9）；在相邻给料槽（9）之间的动锥(3)工作表面上，以及定锥（2）和动锥(3)的工作锥面上，均沿高度方向镶嵌合金块，形成突筋（6）。

2.根据权利要求1所述的一种脉动型摆动圆锥形选择性物料碎磨系统，其特征在于：主轴（11）与偏心轴(12)成夹角的偏心摆动结构。

3.根据权利要求1所述的一种脉动型摆动圆锥形选择性物料碎磨系统，其特征在于：动锥和定锥工作表面上的突筋（6）为三维螺旋形。

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