CN108435341B - 用于制备颗粒分散体的研磨设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于制备颗粒分散体的研磨设备，该研磨设备包括进料口、出料口、转轴、研磨筒、研磨腔、搅拌叶片、第一分离器、第二分离器、回料管等组成部件，其将转轴末端与研磨筒后端盖设为锥形同时在研磨筒上设有回料管，工作时通过旋涡运动和物理挤压能够快速将合格物料从出料口排出，同时将不合格物料挤到回料管，避免堵塞的同时提高研磨设备的工作效率；且将转轴上的搅拌叶片设置成至少两种不同的长度，使包括转轴附近的整个研磨腔处于有效区域，均能对物料进行挤压、碰撞、摩擦、剪切，扩大了有效研磨区域，提高了分散效果和研磨效率。

Description

用于制备颗粒分散体的研磨设备
技术领域
本发明涉及一种研磨设备，尤其涉及一种用于制备颗粒分散体的研磨设备，属于研磨机械设备技术领域。
背景技术
将颜料、填料等固体颗粒稳定分散在液相载体中形成的浆料，是涂料、造纸等领域中常见的原料。为了使固体颗粒很好的分散在液相中，常用研磨设备对其进行分散研磨。研磨设备的工作原理是利用高速旋转的转轴带动搅拌叶片转动，进而带动锆珠、玻璃珠、渥太华砂等研磨介质高速运转使其相互之间产生挤压、碰撞、摩擦、剪切的作用，达到磨细微粒和分散聚集体的目的，使微粒粒径变小，物料分散、混合均匀，最终达到粉体颗粒在液态载体中的稳定分散。研磨设备按安放形式可分为立式和卧式研磨机，按工作方式可分为间歇式、连续式和循环式研磨机，且研磨设备主要由研磨筒、搅拌装置和循环卸料装置等组成。
研磨设备一般采用泵送方式将搅拌混合后待研磨的浆料输送进研磨腔中进行研磨，为了保证达到一定的研磨细度，研磨设备的出口处一般都装有过滤分离装置，以阻止不合格的大颗粒进入产品中；研磨过程中，为防止研磨设备因腔内压力过大而产生危险，研磨设备往往会在达到一定腔内压力后停止工作。研磨过程中，由于研磨效率低、大颗粒团聚等问题形成的大颗粒无法通过研磨设备出口处的过滤分离装置，大颗粒往往会积聚在出口处的过滤分离装置上，在生产过程中造成研磨设备的堵塞，而在出口堵塞的情况下，随着研磨腔进口处的浆料泵送输入，研磨腔内的压力会急剧增高，导致研磨设备因腔内压力过大而终止生产。解决研磨设备堵塞的一种方法是频繁清理或更换过滤器的筛子，该方法在清理或更换过滤器时需要中断研磨设备，延长了停机时间，影响工作效率；解决研磨设备堵塞的另一种常用方法是采用多个串联的研磨步骤，大颗粒使用大的研磨介质，并且每一个后续研磨操作使用粒度更小的研磨介质以便在每一个研磨步骤中逐步降低研磨颗粒的粒度，例如专利US5524830公开了一种通过狭缝间隔研磨室的方法，专利CN201420050018.8公开了一种使用筛选器间隔研磨室的方法，但这种方法以及类似的这些方法都需要使用多个研磨室，费用较高并且费时。
常用的研磨设备由于离心力作用，在研磨腔的外环区域即高能量密度区能够有效的将物料进行粉碎，而在转轴周围的少量物料不能被充分有效的粉碎，甚至会出现物料粘附在转轴上的情况，且研磨腔的有效区域较小，导致了分散效果差、研磨效率低。专利CN201510623224.2公开了一种均匀分布在转轴四周设置若干个分散盘支架的方法，解决了转轴周围物料不能被快速粉碎的难题，但是该研磨设备结构复杂，制造费用和维修费用较高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于制备颗粒分散体的研磨设备，其能够减少研磨设备的堵塞，扩大有效研磨区域并显著提高研磨效率。
本发明的技术方案是：
一种用于制备颗粒分散体的研磨设备，包括
一研磨筒，该研磨筒的内部中空形成研磨腔且研磨筒前端处开设有进料口，该研磨筒的前端设有前端盖且研磨筒的后端设有后端盖；所述后端盖呈外凸的锥形结构，且该锥形结构的锥形斜面与研磨筒的中心轴线形成第一锐角；所述后端盖锥形结构的底端开口形成出料口，研磨腔内位于该出料口处定位设有第一分离器；
一转轴，该转轴沿研磨筒的中心轴线方向设置，且该转轴的末端形成呈外凸锥形结构的转轴末端，该转轴末端的锥形斜面与研磨筒的中心轴线形成第二锐角；所述转轴上沿周向面设有至少两种长度的搅拌叶片，不同长度的搅拌叶片相互均匀交错设置，且位于同一圆周平面上的搅拌叶片呈中心对称；和
一回料管，该回料管的一端开口于后端盖上部靠近出料口处形成回料管入口，该回料管的另一端开口于研磨筒的前端上部处形成回料管出口，所述回料管入口内定位设有第二分离器，该第二分离器的孔径大于第一分离器的孔径且小于研磨介质的粒径。
其进一步的技术方案是：
所述第一锐角为30-85°。
所述第二锐角为30-85°，且第二锐角的大小独立于第一锐角的大小。
不同长度的所述搅拌叶片位于转轴的同一圆周平面上且呈相互均匀交错排布，其中相同长度的搅拌叶片成对设置并对称式排布。
同一长度的所述搅拌叶片位于转轴的同一圆周平面上，且位于不同圆周平面的搅拌叶片与相邻圆周平面的搅拌叶片之间相互交错排布。
所述第一分离器的孔径为合格物料的最大粒径。
所述回料管出口开设于研磨筒的上端侧壁上或开设于前端盖的上部。
所述研磨筒上定位设有一用于检测研磨腔内压力值的压力表。
所述回料管由若干段快接直形管和相应的若干个个快接弯头连接组成。
本发明的有益技术效果是：该研磨设备将转轴末端与研磨筒的后端盖均设置成锥形同时在研磨筒上设置有回料管，工作时通过旋涡运动和物理挤压能够快速将合格物料排出，同时将不合格物料挤到回料管，避免研磨设备堵塞的同时提高研磨设备的工作效率；且将转轴上的搅拌叶片设置成至少两种不同的长度，使包括转轴附近的整个研磨腔处于有效区域，均能对物料进行挤压、碰撞、摩擦、剪切，扩大了有效研磨区域提高分散效果和研磨效率。本发明所揭示的研磨设备具有减少研磨设备的堵塞、扩大研磨设备的有效研磨区域、提高研磨设备的研磨效率等特点。
附图说明
图1为本发明所述研磨设备的剖面结构示意图；
图2为本发明所述搅拌叶片在搅拌轴径向面截面的结构示意图；
其中：
1-进料口；
2-出料口；
3-转轴；301-转轴末端；
4-研磨筒；401-前端盖；402-后端盖；
5-研磨腔；
6-搅拌叶片；
7-第一分离器；
8-第二分离器；
9-回料管；901-回料管入口；902-回料管出口；903-快接直形管；904-快接弯头；
10-压力表；
11-第一锐角；
12-第二锐角。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明，但本发明的保护范围不限于下述实施例，即但凡以本发明申请专利范围及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖范围之内。如在本发明附图所示的设备中，在研磨桶外壁增加冷却系统的方式，降低被研磨物料的温度，提升研磨效率。
如图1和图2中所示的一种用于制备颗粒分散体的研磨设备，包括进料口1、出料口2、转轴3、研磨筒4、研磨腔5、搅拌叶片6、第一分离器7、第二分离器8、回料管9和压力表10，下面详细描述各部件组成及相互之间的连接关系。
研磨筒4的内部中空形成研磨腔5，使用时该研磨腔内填充有一定量的研磨介质和待研磨的物料。其中研磨介质选自各种致密材料如天然砂、玻璃珠、钢球、氧化铝球、氧化锆球等，常用的介质粒径为0.1-2.0mm，具体的研磨介质材料和粒径根据研磨物料而定，通常情况下，比重越大的研磨介质冲量越大研磨效率越高，此外研磨介质的形状可以有多种形状，常用的优选为球形，在使用时研磨介质的装填率一般为75％-85％。在研磨筒的前端设有前端盖401，在研磨筒的前端处还开设有进料口1，本具体实施例中进料口开设于前端盖的上部处，且进料口处连接有用于进料的管道，可以从该管道内通过进料口向研磨腔内添加研磨介质和待研磨的物料。研磨筒4的后端设有后端盖402，该后端盖呈外凸的锥形结构，且该锥形结构的锥形斜面与研磨筒的中心轴线之间形成第一锐角11，该第一锐角为30-85°，本具体实施例中第一锐角的角度优选为60°。后端盖402锥形结构的底端开口形成出料口2，研磨腔内位于该出料口处定位设有第一分离器7，第一分离器的孔径为合格物料的最大粒径，方便符合要求的物料从出料口流出。该第一分离器可以是筛网分离器也可以是动态分离器等常见的分离器，在此不作特殊限制。此外，研磨筒4上定位设有一用于检测研磨腔内压力值的压力表10，该压力表能够反映研磨腔内的压力状况，可以根据压力值来判断该研磨设备是否有堵塞情况。
转轴3沿研磨筒的中心轴线方向设置，且该转轴的末端形成呈外凸锥形结构的转轴末端301，该转轴末端的锥形斜面与研磨筒的中心轴线形成第二锐角12，该第二锐角的角度大小为30-85°，且第二锐角的大小独立于第一锐角的大小，该第二锐角的角度优选为60°，该第二锐角和前述研磨筒后端盖处的第一锐角相互独立，且合适的角度选择能够使涡流区域较小。转轴3上沿周向面设有至少两种长度的搅拌叶片6，不同长度的搅拌叶片相互均匀交错设置，且位于同一圆周平面上的搅拌叶片呈中心对称。具体的，搅拌叶片6可以有两种设置方式，一种是不同长度的搅拌叶片位于转轴的同一圆周平面上且呈相互均匀交错排布，其中相同长度的搅拌叶片成对设置并对称式排布；另一种是同一长度的搅拌叶片6位于转轴的同一圆周平面上，且位于不同圆周平面的搅拌叶片与相邻圆周平面的搅拌叶片之间相互交错排布，即在同一圆周平面只有一种长度的搅拌叶片，而相邻圆周平面的搅拌叶片是另一种长度，且相邻两圆周平面的搅拌叶片交错式设置。上述两种排布方式中的搅拌叶片，位于同一圆周平面上的搅拌叶片需要呈中心对称，避免转轴在高速旋转过程中造成偏轴的问题。本具体实施例中转轴上搅拌叶片的排布采用第一种方式。
回料管9的一端开口于后端盖上部靠近出料口处形成回料管入口901，本具体实施例中回料管入口开设的位置在后端盖上部无限接近于出料口2的位置处。回料管9的另一端开口于研磨筒的前端上部处形成回料管出口902，该回料管出口可开设于研磨筒的上端侧壁上或开设于前端盖的上部，本具体实施例中优选开设于研磨筒的上端侧壁上。为便于拆卸清洗回料管，本具体实施例中采用分体式管道，即回料管9由若干段快接直形管903和相应的若干个个快接弯头904连接组成，所使用的快接直形管和快接弯头的数量可按照实际布管需要设置，本具体实施例中使用两个快接弯头904将作为回料管入口的快接直形管、作为回料管出口的快接直形管和作为回料管通道的快接直形管连接起来。回料管入口901内定位设有第二分离器8，该第二分离器的孔径大于第一分离器的孔径且小于研磨介质的粒径，这样不合格的物料通过第二分离器挤出至回料管，而研磨介质留在研磨腔内，该第二分离器的具体孔径可以根据待研磨物料的特点和研磨介质的粒径进行筛选。且该第二分离器可以是筛网分离器也可以是动态分离器等常见的分离器，在此同样不作特殊限制。
该研磨设备在工作时，先从进料口1中将氧化锆珠等研磨介质加入研磨腔5中，然后将待研磨物料也从进料口1中加入到研磨腔5中。随后启动设备，电机带动转轴3绕其自身中心轴线旋转，进而带动转轴上的搅拌叶片6在研磨腔内搅动，搅动过程中待研磨物料和研磨介质在研磨腔5中相互挤压、碰撞、摩擦、剪切，物料颗粒的粒径在该过程中逐渐降低，当物料颗粒粒径符合要求时从第一分离器7中挤出至出料口2后流出，不符合粒径要求的不合格物料经过第二分离器8流经回料管9重新回到研磨腔5中再次进行研磨，如此循环，直至所有物料符合要求后经第一分离器从出料口流出为止。
与现有技术相比，该研磨设备有三个方面的技术改进：第一方面为，将转轴末端和研磨筒的后端盖均设计为锥形结构，其通过旋涡运动和物理挤压能够快速将合格物料排出，同时利用物料在研磨筒锥形结构底部形成的涡流将堵塞在第一分离器上的不合格物料挤至回料管中，防止出料口处堵塞；第二方面为，转轴上设置的搅拌叶片设置为至少两种不同的长度，使包括转轴附近区域的整个研磨腔处于有效区域，均能对物料进行挤压、碰撞、摩擦和剪切，扩大了有效研磨区域，提高了分散效果和研磨效率；第三方面为，所设置的回料管可以将粒径偏大，无法通过第一分离器的大颗粒送回研磨腔的进料口附近重新进行研磨，提高研磨效率。综上，该研磨设备具有减少研磨设备的堵塞、扩大研磨设备的有效研磨区域、提高研磨设备的研磨效率等特点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于制备颗粒分散体的研磨设备，其特征在于：包括
一研磨筒(4)，该研磨筒的内部中空形成研磨腔(5)且研磨筒前端处开设有进料口(1)，该研磨筒的前端设有前端盖(401)且研磨筒的后端设有后端盖(402)；所述后端盖呈外凸的锥形结构，且该锥形结构的锥形斜面与研磨筒(4)的中心轴线形成第一锐角(11)；所述后端盖锥形结构的底端开口形成出料口(2)，研磨腔内位于该出料口处定位设有第一分离器(7)；
一转轴(3)，该转轴沿研磨筒的中心轴线方向设置，且该转轴的末端形成呈外凸锥形结构的转轴末端(301)，该转轴末端的锥形斜面与研磨筒的中心轴线形成第二锐角(12)；所述转轴上沿周向面设有至少两种长度的搅拌叶片(6)，不同长度的搅拌叶片相互均匀交错设置，且位于同一圆周平面上的搅拌叶片呈中心对称；和
一回料管(9)，该回料管的一端开口于后端盖(402)上部靠近出料口处形成回料管入口(901)，该回料管的另一端开口于研磨筒(4)的前端上部处形成回料管出口(902)，所述回料管入口(901)内定位设有第二分离器(8)，该第二分离器的孔径大于第一分离器的孔径且小于研磨介质的粒径。
2.根据权利要求1所述的用于制备颗粒分散体的研磨设备，其特征在于：所述第一锐角(11)为30-85°。
3.根据权利要求1所述的用于制备颗粒分散体的研磨设备，其特征在于：所述第二锐角(12)为30-85°，且第二锐角的大小独立于第一锐角的大小。
4.根据权利要求1所述的用于制备颗粒分散体的研磨设备，其特征在于：不同长度的所述搅拌叶片(6)位于转轴的同一圆周平面上且呈相互均匀交错排布，其中相同长度的搅拌叶片成对设置并对称式排布。
5.根据权利要求1所述的用于制备颗粒分散体的研磨设备，其特征在于：同一长度的所述搅拌叶片(6)位于转轴的同一圆周平面上，且位于不同圆周平面的搅拌叶片与相邻圆周平面的搅拌叶片之间相互交错排布。
6.根据权利要求1所述的用于制备颗粒分散体的研磨设备，其特征在于：所述第一分离器(7)的孔径为合格物料的最大粒径。
7.根据权利要求1所述的用于制备颗粒分散体的研磨设备，其特征在于：所述回料管出口(902)开设于研磨筒的上端侧壁上或开设于前端盖(401)的上部。
8.根据权利要求1所述的用于制备颗粒分散体的研磨设备，其特征在于：所述研磨筒(4)上定位设有一用于检测研磨腔内压力值的压力表(10)。
9.根据权利要求1所述的用于制备颗粒分散体的研磨设备，其特征在于：所述回料管(9)由若干段快接直形管(903)和相应的若干个快接弯头(904)连接组成。
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