CN1093614A - 旋流式气流粉碎方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋流式气流粉碎方法，特别适用 于制作粉碎机械。实现本发明的关键是通过驱动装 置在粉碎腔体(11)内产生一横向快速的旋转气流，对 物料实现回旋加速以形成一柱状的物料旋流。在料 柱内会产生若干个料流的子旋流，相邻子旋流之间及 子旋流与物料旋流之间的料粒会产生相互对撞达到 自粉碎，实现物料的高纯度超细粉加工。用本发明的 方法制作的粉碎机械设备简单，可用于化工、冶金、矿 山、建材、医药、轻工、食品等行业。

Description

本发明涉及一种物料粉碎方法，特别适用于制作粉碎机械。

现有的用于固体物料的粉碎方法主要有两种。

第一种方法是古老及传统的方法。是将物料置于坚硬物体之间，如钢板、钢齿、石板。通过挤压、剪切把物料粉碎。如石磨、鄂式破碎机、雷蒙磨等;或置于运动着的钢球、钢块之间进行击碎。如球磨机等。当粉碎的粒度要求很细，如30微米以下，纯度要求很高时，这种方法不仅效率低，污染严重，而且难以满足工业化规模生产高纯度超细粉的需要。

第二种方法是近三十年间才发展起来的射流式气流粉碎方法。该方法将物料置于高压射流的驱动之下获得高速，在粉碎腔内运动与腔壁碰撞或互相摩擦、碰撞达到粉碎目的。目前最先进之技术是安置两个或两个以上的相向喷射的高压射流，驱动物料在腔体内互相对撞而达到自粉碎之目的。用此方法制成的气流粉碎机是迄今最先进的高纯度超细粉体的加工机械，如德国Alpine公司已生产出系列的射流式气流粉碎机，并在工业界广泛采用。然而用射流式气流粉碎方法制成的粉碎机仍在不断改进与完善，如专利号为[1049983A]、[2041588U]、[2040807U]，但改进的着眼点只是集中在如何提高射流的喷速、延长喷嘴寿命，改进加料及循环系统以提高能量利用效率等方面。从粉碎机制的角度看，射流式气流粉碎方法的主要机制都是料粒的直线加速对撞，此外，由于气流循环、粉碎腔结构的不同设计，还会有如下几种辅助的粉碎机制：

（1）.伴随高速气流会产生强烈的声波，特别是超音速射流引起的激波以及大的压力梯度场的作用下使料粒粉碎;

（2）.湍流等随机扰动引起的无规碰撞;

（3）.料粒与气流混合成流态化（fluidised）后在体积不大的腔体内运动而产生相互摩擦与碰撞。

值得提出的是专利号88201738U的实用新型旋风式粉碎机，虽然提出了用气体旋流来驱动料粒而不同于射流式，但从其复杂的气流驱动设备看，粉碎机制除了不存在直线对撞及激波作用之外，大致与上述的辅助粉碎机制相同。

由于射流式气流粉碎方法对粉碎腔体结构要求高，高压射流系统复杂，设备成本高，相应的超细粉成本高、效率较低。这些都是用射流式粉碎方法难以克服的不足。

为克服以上存在的不足，本发明提供了一种新的气流粉碎方法，其目的是实现超细粉加工的同时，使实施设备简化，降低设备成本，减少污染，提高粉碎效率，并容易实现工业化规模生产。

实现本发明的关键在于通过驱动装置在粉碎腔体内产生一横向快速的旋转气流，对物料实现回旋加速以形成一柱状的物料旋流，即料柱，在其中会产生若干个料流的子旋流，相邻子旋流之间及子旋流与物料旋流之间的料粒会产生相互对撞达到自粉碎。

与背景技术相比，本发明的旋流式气流粉碎方法具有形成快速旋转柱状环流所需的设备简单，如用驱动装置带动若干叶片旋转即可产生旋转气流。对粉碎腔体的结构无耐高压、腔壁硬度等特殊要求。由于快速旋转的柱状环流而生成许多子旋流，料粒之间有很大的碰撞几率。因此物料粉碎的效率很高，且污染小，超细粉加工的成本低。利用旋流式气流粉碎方法制作的粉碎机械有广泛的应用领域。如化工、冶金、矿山、建材、医药、轻工、食品等行业。

下面通过附图及实施例对旋流式气流粉碎的方法作进一步的描述，便于对本发明如何实现物料粉碎及优点有清楚的理解。

图1为粉碎腔的纵截面及横截面示意图。

图2为气流、物料在腔体内运动时的部分横截面示意图。

图3为气流、物料在腔体内运动时理想化流线的部分横截面示意图。

旋流式气流粉碎方法的粉碎机制基于以下因素。当驱动装置在粉碎腔内产生快速旋转气流后，物料在腔体内被回旋加速。由于离心力的作用使料粒有向腔壁集中的趋势，但气体流线又要自然地充塞于料粒之间及料粒与腔壁之间如图2中流线（33）、（34），因而料粒密度会有一个适当的径向分布，靠腔壁处密集，靠中心处稀疏，在中心附近几乎为零，形成了物料旋流的厚度（D）。气体流线在穿越料粒之间时，会发生绕流现象，随着料粒的形状和相对位置，绕流的弯曲程度有时会很大，如图2中流线（35）绕流于料粒（43）、（44）、（45）之间。流线（33）、（34）是与流线（35）相邻之流线，绕流于料粒（46），这样在料粒之间产生了明显的压力差。此外在料粒前方可能产生局部湍流，加大了该料粒对气流的阻力。随着绕流而出现的压力、阻力不均匀，便诱发出子旋流流线的形成。图3的流线（61）、（62）便是在某一瞬间可能生成的子旋流流线。从能量及角动量的观点看，子旋流的存在也是可能的。子旋流中料粒的动能来自它形成之前的动能，子旋流的角动量来自整体之角动量。由于子旋流或称涡流是一种相对稳定的力学体系，因此子旋流一旦形成就可能得到加强和维持。料柱旋转速度越大，料柱厚度（D）变小，料粒挤向腔壁，流线弯曲现象越厉害，产生子旋流的机会就越大，维持时间也将越长。随着子旋流的生成，相邻子旋流之间或子旋流与物料旋流之间就出现了流线速度方向相反的交界区。在这些交界区域内，料粒之间可能发生近乎180度的对撞。这种对撞正是本发明方法的主要粉碎机制。

图1是一实施例，粉碎腔体（11）的截面为圆形，当料粒较大时，重力是重要的，这时腔体（11）取垂直向上是最佳的，但当料粒甚小时，垂直向上并不是唯一可取的。若干个叶片（12）均匀分布在旋转支架（13）上，支架（13）被驱动轴（14）所驱动而快速旋转带动叶片（12）以产生快速旋转的气流。设腔体（11）的上方为料流出口，并设置封闭的气流循环系统回路，使料流有一个相对小的平均柱向速度，此时料柱内气流的平均运动轨迹为向上螺旋形，如果粉碎腔体（11）的直径为1米，高度为1米，气流驱动的转速为每秒15转，矿石的粒径为几个毫米以下量级，于是料粒之间有机会发生每秒50米以上速度的对撞。气流转速越大，对撞的机会越大，对撞的速度也越大，物料自粉碎的效率也越高。对物料粉碎度要求高或物料硬度较高的加工，可通过提高气流的旋转速度来实现。物料在旋转气流的拖动下，有向腔壁（11）集中的趋势，但气体流线又要自然地充塞于料粒与腔壁（11）之间，使物料与腔壁（11）的摩擦与碰撞的几率几乎为零，因此对物料的污染很小，以满足加工高纯度超细粉的需要。

Claims (2)

1、一种旋流式气流粉碎方法，其特征是通过驱动装置在粉碎腔体(11)内产生一横向快速的旋转气流，对物料实现回旋加速以形成一柱状的物料旋流，在料柱内会产生若干个料流的子旋流，相邻子旋流之间，子旋流与物料旋流之间料粒产生相互对撞达到自粉碎。

2、按权利要求1所述的旋流式气流粉碎方法，其特征是粉碎腔体（11）的横截面为圆形。

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