CN1032957C - 喷旋式气流粉碎机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超细粉碎设备，用于生产颗粒规整、粒度分布窄的粉体产品，由粉碎室、冲击靶、混合导向管和喷嘴组成，可以内置分级转子，能提供通常粉碎设备无法提供的细度在微米至亚微米的超微细粉体，且具有喷嘴磨损轻，结构简单，运动部件少，维修方便，能控制分级点，便于运行自动化，适用工质广泛，可从事多种粉碎作业的特点。

Description

喷旋式气流粉碎机

本发明涉及的是粉碎设备，特别是用于超细粉碎的设备—气流粉碎机，别名流能磨或气流磨。

气流粉碎机是一种利用高速气流(300～500m/s)或过热蒸汽(300～400℃)的能量使颗粒相互产生冲击、碰撞和摩擦，从而导致颗粒粉碎的设备。利用气流的能量进行冲击粉碎的想法很早就产生了，但是工业上大规模地采用气流粉碎，是在第二次世界大战之后。据化工部ZB G90005-87发布的《超细粉碎机械名词术语》介绍战后发展的五种机型是：(1)O形气流粉碎机，通常称循环管式气流磨；(2)扁平式气流粉碎机，又名水平圆盘式气流磨；(3)靶式气流粉碎机，又名单喷式气流磨；(4)对冲式气流粉碎机，又名逆向气流磨，通常称对喷式气流磨；(5)流化床式气流粉碎机。

扁平式气流粉碎机，粉碎腔为扁平圆形，喷嘴分布于同一水平面，沿周壁等距离配置；主要特点是兼具粉碎和分级功能，适宜于粉碎各种聚集体或凝聚体构成的物料。靶式气流粉碎机，物料在喷管中与输入的气流相混合，并得到加速，混合气流经喷嘴射出后，冲击到前方设置的冲击靶上获得粉碎；适合于粉碎高分子聚合物、低熔点、热敏性物料、纤维状物料以及其他聚合物。流化床式气流粉碎机是在立式圆筒形粉碎腔内，底部设有喷嘴或在壳壁径向设有喷嘴，空气经喷嘴射入，对由送料器送入筒内的物料进行加速，冲击粉碎，粉碎腔顶部设有分级器，物料在粉碎腔内形成流化床；德国开发的AFG流态化床逆向喷射磨就是将逆向喷射原理与流态化床中的膨胀气体喷射流相结合的产物，适用于矿物原料、化工原料、热敏性物料、高硬耐磨材料的超细粉碎。

由于相关专业技术的进步，中国专利CN861 04423，CN204 0807，CN1049983和CN212 7039对部分机型提出了局部改进。就目前来看，扁平式气流粉碎机有自行分级能力，但随着加料速度的提高，存在粒度分布变宽和粒径变大的问题；流化床式气流粉碎机在粉碎高分子聚合物和纤维状物料方面性能又不如靶式气流粉碎机优越。

本发明的目的在于：综合扁平式、靶式和流化床式气流粉碎机的优点，利用喷动床和流态化技术，提供一种新型的气流粉碎机。

按照本发明所提供的喷旋式气流粉碎机，包括：一圆筒形外壳，该外壳的上端设有一顶盖，下端设有一圆锥形部件，所说的圆筒形外壳、顶盖及圆锥形部件共同构成一粉碎室，该粉碎室具有一纵向轴线；一冲击靶，该冲击靶沿所说轴线设置在所说的粉碎室中；一混合导向管，该混合导向管沿所说轴线设置在所说的粉碎室的冲击靶下方的位置；一冲击喷嘴，该冲击喷嘴沿所说轴线设置在所说圆锥形部件的锥顶；一原料入口和产品出口，该原料入口在圆筒形外壳上，产品出口在圆筒形外壳的顶盖上；还包括若干旋转喷嘴，这些旋转喷嘴位于所说圆筒形外壳的下部，与所说混合导向管相对应的位置，且沿该圆筒形外壳的周边等间距分布。

按照本发明所提供的喷旋式气流粉碎机，进一步还可以包括分级转子，分级转子在粉碎室内，位于冲击靶的上方，由驱动轴带动转子高速转动，驱动轴通过粉碎室顶盖对应采用密封，密封形式可以是填料密封，机械密封或气体密封等。

喷旋式气流粉碎机的圆锥形部件的锥角为60～150°，最佳角度为90～120°。冲击靶面为平面或凸锥面，其凸锥角为90～180°，直径大于混合导向管直径，小于粉碎室直径，最佳直径为假想分级圆的0.4～1.5倍，混合导向管可以采用直管或其它变截面形式，其直径与粉碎室直径之比为0.1～0.4，与冲击喷嘴直径之比为3～30。物料在混合导向管内混合并加速，混合导向管由物料吸入段和混合加速段组成，长度为冲击喷嘴直径的6倍以上，或吸入段长度的1～10倍，其中吸入段长度由下式确定： $L=\frac{d-d*}{2\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\β}}{2}}$

式中：L—吸入段长度

      d—混合导向管直径

      d*—冲击喷嘴直径

      β—喷气流膨胀角，通常取10～25°

喷旋式气流粉碎机的冲击喷嘴和混合导向管构成负压带料形式，使用分级转子时原料入口应在分级转子和旋转喷嘴之间，产品经分级转子由顶盖引出。旋转喷嘴的轴线，在垂直于粉碎室轴线的平面内与假想分级圆相切，分级圆直径大于混合导向管直径，小于粉碎室直径，旋转喷嘴轴线与粉碎室径向的角度为15～75°。

本设备可用于矿物原料、化工原料、聚集体、凝聚体、高分子聚合物、低熔点、热敏性、纤维状和高硬耐磨材料的粉碎，其优点在于：喷嘴只通过工质气流，物料不通过喷嘴，这样可以减轻喷嘴的磨损，延长喷嘴使用寿命，减少维修更换的次数；具有气流粉碎机的共性，结构简单，没有运动部件或运动部件少，便于维修；本机除采用扁平式的分级原理用于初步分级，流态化技术进一步分级外，内置分级转子(运动部件)，控制分级点提高粒度分布；同时整机结构紧凑，占地面积小，可以实现给料速度自动调节，根据物料性质设定分级点，运行便于自动控制。

本发明的结构如图所示。图1为基本原理图，图2为旋转喷嘴结构图，图3为整机示意图，图4为100型装配图。

由图1和图3可知，本发明包括：一圆筒形外壳1，该外壳的上端设有一顶盖2，下端设有一圆锥形部件3，所说的外壳1、顶盖2及圆锥形部件3共同构成一粉碎室4，该粉碎室4具有一纵向轴线5；一冲击靶6，该冲击靶6沿所说轴线5设置在所说的粉碎室4中；一混合导向管7，该混合导向管7沿所说轴线5设置在所说的粉碎室4的冲击靶6下方的位置；一冲击喷嘴8，该冲击喷嘴8沿所说轴线5设置在所说圆锥形部件3的锥顶；一原料入口(10)和产品出口(11)，该原料入口(10)在圆筒形外壳1上(图中未注明)，产品出口(11)在圆筒形外壳1的顶盖2上；它还包括：若干旋转喷嘴9，这些旋转喷嘴9位于所说圆筒形外壳1的下部，与所说混合导向管7相对应的位置，且沿该圆筒形外壳1的周边等间距分布。

物料加入粉碎室后先集中在粉碎室的底部，由混合导向管7下端被冲击喷嘴8的喷气流吸入混合导向管7，经混合导向管7加速，撞到位于正上方的冲击靶6上，形成单喷式(靶式)粉碎过程，完成初步粉碎。初步粉碎的物料在混合导向管7和粉碎室4圆筒形外壳1构成的环隙下落，物料下落至旋转喷嘴9时被旋转喷嘴9的喷气流粉碎，完成扁平式粉碎过程。在此粗物料受较大的离心力作用向粉碎室壁(圆筒形外壳)运动并落入锥形底部，再次被带起粉碎，周而复始直至合格；同时细物料受较大向心力作用向粉碎室中心运动并向上运动，穿过下落物料时再次被撞击粉碎，最后被气流由上部出口带出形成产品。这里细物料被带出属流态化技术，冲击喷嘴与混合导向管运用导向喷动床技术，与扁平式和单喷式(靶式)粉碎一起被称为“喷旋式粉碎”。

如图1所示，喷旋式气流粉碎机的圆锥形部件3的锥角的选取：做为现有技术的喷动床的锥角为30～70°，做为现有技术的扁平式气流粉碎机的角度一般为150～170°，做为本发明的喷旋式气流粉碎机采用的锥角为60～150°，最佳角度为90～120°。在粉碎机内冲击靶6与混合导向管7出口相对，冲击靶面为平面或凸锥面，其凸锥角为90～180°，直径大于混合导向管7直径，小于粉碎室4直径，最佳直径为假想分级圆15的0.4～1.5倍，混合导向管7可以采用直管或其它变截面形式(如文丘里管或拉伐尔管等)，其直径与粉碎室4直径之比为0.1～0.4，与冲击喷嘴8直径之比为3～30。物料在混合导向管7内混合并加速，混合导向管7由物料吸入段和混合加速段组成，物料吸入段与冲击喷嘴8形成负压带料形式，由喷气流将物料吸入混合导向管7，在混台加速段使物料与工质气流混合均匀并加速，总长度为冲击喷嘴8直径的6倍以上，或吸入段长度的1～10倍。

如旋转喷嘴结构图2所示，旋转喷嘴9由三个以上(图中为六个)等间距分步组成，其轴线在垂直于粉碎室4纵向轴线5的平面内与假想分级圆15相切，分级圆直径大于混合导向管7直径，小于粉碎室4直径，旋转喷嘴轴线与粉碎室4径向成α角，α角的取值为15～75°。

在喷旋式气流粉碎过程中，运用扁平式分级原理实现初步分级，运用流态化颗粒带出进一步分级，为了准确实现分级，可以在粉碎室4内装分级转子12，如图3所示，也可以外置分级机，分级转子12为涡轮式、叶轮式或旋转叶片式等，位于冲击靶6的上方，由驱动轴13带动转子高速转动，驱动轴13通过粉碎室顶盖2时应采用密封，密封形式可以是填料密封、机械密封或气体密封等，最好采用气体密封。驱动轴13可以是电机轴加长或其它方式(如齿轮传动或皮带轮传动等)。

图4为本发明具体实施例PX-100型喷旋式气流粉碎机的装配图，驱动轴通过粉碎室顶盖2时采用气体密封14，冲击喷嘴8和混合导向管7构成负压带料形式，使用分级转子10时原料入口应在分级转子10和旋转喷嘴9之间，产品经分级转子12由顶盖2引出，粉碎机整体由固体材料制成，固体材料可以是金属或非金属，金属分为铁基合金、有色金属和硬质合金等，非金属可以是高分子合成材料(尼龙、耐磨橡胶、聚氨酯弹性体、聚四氟乙烯等)和无机陶瓷(刚玉、碳化硅、碳化硼、氮化硅等)。对于粉碎要求不高或磨损轻(如莫氏硬度小于五级)可以采用金属材料(如不锈钢)制造；对于粉碎要求较高或磨损重的物料，粉碎室外壁以金属材料(如碳钢)为主制造，内壁或易磨损部位(如混合导向管和冲击靶等)由耐磨材料(如陶瓷或高分子材料)制成，并且制成便于更换形式。

Claims (10)

1.一种喷旋式气流粉碎机，包括：

1)一圆筒形外壳(1)，该外壳的上端设有一顶盖(2)，下端设有一圆锥形部件(3)，所说的外壳(1)、顶盖(2)及圆锥形部件(3)共同构成一粉碎室(4)，该粉碎室(4)具有一纵向轴线(5)；

2)一冲击靶(6)，该冲击靶(6)沿所说轴线(5)设置在所说的粉碎室(4)中；

3)一混合导向管(7)，该混合导向管(7)沿所说轴线(5)设置在所说的粉碎室(4)的冲击靶(6)下方的位置；

4)一冲击喷嘴(8)，该冲击喷嘴(8)沿所说轴线(5)设置在所说圆锥形部件(3)的锥顶；

5)一原料入口(10)和产品出口(11)，该原料入口(10)在圆筒形外壳(1)上，产品出口(11)在圆筒形外壳(1)的顶盖(2)上；

其特征在于，它还包括：

若干旋转喷嘴(9)，这些旋转喷嘴(9)位于所说圆筒形外壳(1)的下部，与所说混合导向管(7)相对应的位置，且沿该圆筒形外壳(1)的周边等间距分布。

2.如权利要求1所述的喷旋式气流粉碎机，其特征是可以在粉碎室(4)内装分级转子(12)，分级转子(12)位于冲击靶(6)的上方，由驱动轴(13)带动转子高速转动，驱动轴(13)通过粉碎室顶盖(2)时应采用密封(14)，密封形式可以是填料密封，机械密封或气体密封等.

3.如权利要求1或2所述的喷旋式气流粉碎机，其特征是圆锥形部件(3)的锥角为60～150°。

4.如权利要求1或2所述的喷旋式气流粉碎机，其特征是圆锥形部件(3)的角度为90～120°。

5.如权利要求1或2所述的喷旋式气流粉碎机，其特征是冲击靶(6)面为平面或凸锥面，其凸锥角为90～180°，直径大于混合导向管(7)直径，小于粉碎室(4)直径。

6.如权利要求5所述的喷旋式气流粉碎机，其特征是冲击靶(6)直径为假想分级圆(15)的0.4～1.5倍。

7.如权利要求1或2所述的喷旋式气流粉碎机，其特征是混合导向管(7)可以采用直管或其它变截面形式，其直径与粉碎室(4)直径之比为0.1～0.4，与冲击喷嘴(8)直径之比为3～30。

8.如权利要求1或2所述的喷旋式气流粉碎机，其特征是物料在混合导向管(7)内混合并加速，混合导向管(7)由物料吸入段和混合加速段组成，长度为冲击喷嘴直径(8)的6倍以上，或吸入段长度的1～10倍，其中吸入段长度由下式确定： $L=\frac{d-d*}{2\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\β}}{2}}$

式中：L—吸入段长度

      d—混合导向管直径

      d*—冲击喷嘴直径

      β—喷气流膨胀角，通常取10～25°

9.如权利要求1或2所述的喷旋式气流粉碎机，其特征是冲击喷嘴(8)和混合导向管(7)构成负压带料形式，使用分级转子(12)时原料入口应在分级转子(12)和旋转喷嘴(9)之间，产品经分级转子(12)由顶盖(2)引出。

10.如权利要求1或2所述的喷旋式气流粉碎机，其特征是旋转喷嘴(9)的轴线，在垂直于粉碎室纵向轴线(5)的平面内与假想分级圆(15)相切，分级圆直径大于混合导向管(7)直径，小于粉碎室(4)直径，旋转喷嘴(9)的轴线与粉碎室(4)径向的角度为15～75°。

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