CN111545307A - 一种立式微纳节能球磨机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种立式微纳节能球磨机,包括球磨筒体、支撑台以及传动机构,球磨筒体顶部和底部分别设置进料口和出料口,内部填充有研磨介质,其中,球磨筒体的球磨有效高度≥3米,研磨介质的填充率≥70%;传动机构包括固定在球磨筒体表面的转子以及环绕在转子外部的定子,通电后球磨筒体随转子转动,物料在筒体内随研磨介质滚动并在滚动过程中下落,由于研磨体自身重力,对物料产生压力,物料在承受压力下被磨细。本发明的球磨机通过球磨与层压粉碎相结合,物料颗粒在球磨的同时受层压,产品平均粒度小于10μm,相当部分粉体粒径在纳米尺度;同传统球磨机相比,球磨的能量利用率大大提高,单位体积的产量提高2倍以上,且电耗降低近1倍。
Description
技术领域
本发明涉及一种球磨机,特别涉及一种立式微纳节能球磨机,属于机械设备技术领域。
背景技术
球磨机是在大块物料破碎后,再进行粉碎的关键设备,它被广泛用于建材、选矿、化工等行业。现有的球磨机主要通过研磨介质(钢球等)随筒体转动至一定的高度后抛落下来,而对物料产生冲击作用,使物料破碎,同时,随筒体转动而滚动的钢球对物料产生研磨作用,使物料粒度减小。
相关研究表明,在磨机理想的粉磨状态下,研磨介质填充率的理论最大值为42%,实际生产中干法粉磨磨机的填充率仅约为30~32%,自球磨机发明以来,这个填充率一直是未被逾越的“天花板”,实际上造成了球磨机单位体积效能很低。另一方面,钢球抛落下来对物料产生冲击作用时,由于粉状物料会泛起,使这种冲击力不能被有效的转化为物料的粉磨能量,至使传统球磨机能量利用率极低,约3~10%,目前,球磨机吨电耗先进指标约为42kwh。
前人有关粉碎断裂力学的研究表明,当对单个颗料施加足够大的静压力使物料粉碎时,这种粉碎方式的能量利用率很高,被称为层压理论。运用这种思想,人们设计生产了各种基于很大压力作用下使物料粉碎的辊压机,即用两个很大压力相向而动的辊子滚压物料、或辊子碾压磨盘上的物料,显著的提高了能量利用率,目前,辊压磨吨电耗先进指标约为29kwh。但是,无论是上述滚压,或者辊子碾压,物料难以被钳入在压力面上,大部分物料会从在受压力点,或线、或小面积压力面的边部逸出,至使粉磨能量的利用率仍然不高。
此外,传统球磨机采用横置的布局方式,造成占地面积大的问题;且通常将驱动模块安装在球磨机的一端,在驱动模块工作时由于球磨机滚筒另一端在转动时受较大重力,使得球磨机滚筒不稳定。
发明内容
发明目的:针对现有球磨机存在的问题,本发明提供一种能量利用率高的立式微纳节能球磨机。
技术方案:本发明所述一种立式微纳节能球磨机,包括球磨筒体、用于支承球磨筒体竖向直立的支撑架以及传动机构,球磨筒体顶部和底部分别设置进料口和出料口,内部填充有研磨介质,其中,球磨筒体的球磨有效高度≥3米,研磨介质的填充率≥70%;传动机构包括固定在球磨筒体表面的转子以及环绕在转子外部的定子,通电后,定子与转子之间形成磁场来传递转矩,球磨筒体随转子转动,物料在筒体内随研磨介质滚动并在滚动过程中下落,由于研磨体自身重力,对物料产生压力,物料在承受压力下被磨细,细物料可自出料口不断卸出。
该立式微纳节能球磨机采用球磨与层压粉碎相结合的方式:球磨筒体为立式并具有足够的有效高度,其内部可装载足够高的研磨介质,通过筒体转动实现研磨介质的滚动,与现有立式球磨机采用搅拌轴搅动研磨介质翻滚相比,研磨介质的填充率可达到90%以上,由于重力作用,对下层研磨介质间的物料能够产生足够大的压力,使物料颗粒受层压产生微裂缝、溃裂,从而实现层压粉碎,同时研磨介质的受力更均匀,研磨后物料颗粒细度更均匀;另外,由于研磨介质与物料呈密堆状态,受力的物料不能逃逸,能量利用率进一步提高。
具体的,转子可通过转子支撑法兰直接安装在球磨筒体表面,定子可通过支撑架固定环绕在筒体外部、与转子对应,使整个球磨筒体成为电机转子,对应在球磨筒体外部安装一圈定子,转子和定子留有一定气隙,通电后通过定子和转子之间形成磁场来传递转矩,从而使得作为转子的球磨筒体转动。进一步的,驱动机构安装在球磨筒体中部,可有效的将机械能平均分配给筒体,避免筒体转动时因受力不均出现不稳定的问题。
可以通过频率转换器调节电流频率来改变球磨筒体转速;球磨筒体的转速优选为5~20转/分钟,慢速旋转可保证研磨介质与物料随时处于密堆状态,使物料持续受到层压力,并避免受力物料的飞溅,同时,可减少内部物料及研磨介质对筒体的冲击,提高筒体的使用寿命。
相应的,球磨筒体的直径优选为1~4米。球磨筒体直径过小,则单机产量低;直径过大,则球磨筒体中心部分的研磨介质在筒体慢速旋转下不能被转动的球磨筒体及阶梯带动,即直径太大中心球可能不滚动,影响磨机球磨效率。
优选的,研磨介质的直径小于等于20毫米。采用随筒体滚动的小尺寸研磨体进一步磨细物料,与传统球磨机中大直径的钢球相比,这种小尺寸研磨体单位质量的表面积很大,因而能显著提升单位质量研磨介质的研磨效率。
球磨筒体内壁安装有阶梯形衬板,筒体转动时,阶梯形衬板推动研磨介质转动,以促进球磨。球磨筒体底部还设有卸料篦板,优选的,该卸料篦板中心安装有固定板,该固定板与卸料篦板之间可拆卸连接,即可用于固定篦板,也可在大型修理时拆除以卸球。
其中,支撑架包括竖向设置的支撑柱以及与支撑柱垂直固定的稳固环形台,球磨筒体固定安装在该稳固环形台台面上。
有益效果:与现有技术相比,本发明的优点为:(1)本发明的立式微纳节能球磨机采用球磨与层压粉碎相结合的方式,物料颗粒在球磨的同时受层压产生微裂缝、溃裂,最终粉磨效果更加突出,产品平均粒度小于10μm,相当部分粉体粒径在纳米尺度;(2)本发明的球磨机具有能量利用率高、单位体积的产量高,传统球磨机的填充率约为32%,理论极限值为42%,而本发明的球磨机的填充率在70%上,最可达90%,因此球磨机单位体积产量可达传统球磨机的2倍以上;(3)本发明球磨机电耗低,目前最先进的立式磨电耗约为29kwh/吨,球磨机电耗先进指标约为42kwh/吨,而本发明的球磨机电耗最低可达16kwh/吨,电耗大大降低;另外,本发明的球磨机采用立式布局,占地面积大大减小。
附图说明
图1为本发明的立式微纳节能球磨机的结构示意图;
图2为球磨筒体的结构示意图;
图3为图1中的A-A断面图;
图4为图1中的B-B断面图。
图5为图1中的C-C断面图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1,本发明的一种立式微纳节能球磨机主要包括球磨筒体100和传动机构10。
如图2,球磨筒体100为竖直空心圆柱体,包括直筒体部分,直筒体顶部和底部分别收缩形成进料口3和出料口2,进料口3及出料口2分别通过滚动轴承4与直筒体部分固定连接。
粗物料的平均粒度小于20mm,可由进料口方便地投入,不会出现堵料的情况,同时,物料在球磨过程中重力下慢慢下落至底部出料口,了及时排出磨细物料,不会出现过粉磨的现象。进料口3可根据球磨筒体的直径设置一个或多个。除此外,球磨筒体顶端及中下部可开设一定尺寸的口5,根据实际需要,用于检修、装球、补球等。如图5,球磨筒体底部还装有卸料篦板15,该卸料篦板15中心安装有固定板16,该固定板16与卸料篦板15之间可拆卸连接,既用于固定篦板,也可在大型修理时拆除以卸球。
球磨筒体100通过竖向设置的支撑架1支承固定,支撑架1包括支撑架底座101及垂直安装在底座上的四跟支撑柱102,如图1和图3;支撑架1横向上安装有环形台,包括上稳固环形台7和下稳固环形台6,球磨筒体100直筒体部分的上部和下部分别固定上稳固环形台7和下稳固环形台6,一方面保证筒体在竖向直立,另一方面可加强筒体,由于球磨滚筒下部在转动时受较大重力,而上部较轻,通过稳固环形台可保证球磨筒体在滚动时保持稳定。
球磨筒体100的球磨有效高度(即图1中直筒体部分)≥3米,直径为1~4米,其内部填充有研磨介质11,如钢球等,球磨筒体内安装有阶梯衬板8,可通过衬板固定螺栓9安装在筒体内壁,如图1,在筒体转动过程中可推动研磨介质11运动。研磨介质11的填充率大于70%,足够高的研磨介质可对物料产生足够大的压力,对物料颗粒产生层压效应,提高研磨效率;同时,足够多的研磨介质可与物料可呈密堆状态,使受力的物料不能逃逸,进一步提高磨机能量利用率。研磨介质11的直径小于等于20毫米,与传统球磨机中大直径的钢球相比,这种小尺寸研磨体单位质量的表面积很大,因而能显著提升单位质量研磨介质的研磨效率。可根据物料易磨性以及产品细度选择各种直径的钢球级配,各种球间的空隙越大,物料向下运动的速度越快,有效粉磨高度越高,出磨物料越细,能量利用率越高。
传动机构10可采用无齿轮传动的方式,其可包括一圈相互对应的定子12与转子13,如图4,转子13可固定在球磨筒体100表面,如可通过转子支撑法兰14与筒体周向固定,与其对应的定子12可通过支撑架1固定、环绕在筒体外部,转子13与定子12间存在一定气隙;由于转子13通过转子支撑法兰14直接安装在球磨筒体100表面,使整个筒体成为电机转子,通电后,转子13与其对应的定子12产生磁场,从而传递转矩,使得球磨筒体100转动。由于重力作用,物料在筒体内随研磨介质11滚动并在滚动过程中下落,继而再产生层压效应,使得物料被磨细。通过筒体转动实现研磨介质的滚动,与现有立式球磨机采用搅拌轴搅动研磨介质翻滚相比,研磨介质的填充率可达到90%以上,从而实现层压粉碎,同时研磨介质的受力更均匀,研磨后物料颗粒细度更均匀。
无齿轮传动机构10可圈套在球磨筒体100中部,可有效的将机械能平均分配给筒体,避免筒体转动时因受力不均出现不稳定的问题。
可以通过改变输出电流频率改变球磨筒体的转速;物料在磨内不断的向下运动,其运动速度与磨机转速及研磨体级配有关,可以通过调节球磨筒体转速以及研磨级配来控制物料下落速度,转速越快,物料向下运动的速度越快。球磨筒体的转速最好为5~20转/分钟,慢速旋转可保证研磨介质与物料随时处于密堆状态,使物料持续受到层压力,并避免受力物料的飞溅,同时,可减少内部物料及研磨介质对筒体的冲击,提高筒体的使用寿命。
工作过程:平均粒度小于20mm的粗物料自球磨筒体100顶部的进料口3进入筒体内部,在筒体内随研磨介质11转动,由于研磨介质11自身的重力作用,对物料产生压力,物料与研磨介质11转动下落,继而再产生层压效应,使得物料被磨细;最后细物料经卸料篦板15从出料口2不断排出。
本发明的立式微纳节能球磨机采用球磨与层压粉碎相结合的方式,物料颗粒在球磨的同时受层压产生微裂缝、溃裂,最终粉磨效果更加突出,产品平均粒度小于10μm,相当部分粉体粒径在纳米尺度;而且,本发明的球磨机大大提高了球磨的能量利用率高,降低了电耗,提高了单位体积的产量,可广泛用于粉煤灰、矿渣、钢渣、废旧混凝土、各种炉渣、石灰石等细颗粒的超细粉磨。
应用例1
球磨筒体直径为2米,直筒体部分高度为3米,转速为10转/分钟,研磨介质钢球平均直径8mm,钢球在筒体内的填充率为90%,入磨物料为粒化高炉矿渣,其平均粒度为40μm时,粉磨至700m2/kg,粉磨电耗为26kwh/吨。
应用例2
球磨筒体直径为2米,直筒体部分高度为6米,转速为10转/分钟,研磨介质钢球平均直径8mm,钢球在筒体内的填充率为90%,入磨物料为粒化高炉矿渣,其平均粒度为40μm时,粉磨至700m2/kg,粉磨电耗为22kwh/吨。
应用例3
球磨筒体直径为2米,直筒体部分高度为10米,转速为10转/分钟,研磨介质钢球平均直径8mm,钢球在筒体内的填充率为90%,入磨物料为粒化高炉矿渣,其平均粒度为40μm时,粉磨至700m2/kg,粉磨电耗为16kwh/吨。
应用例4
球磨筒体直径为1米,直筒体部分高度为10米,转速为10转/分钟,研磨介质钢球平均直径8mm,钢球在筒体内的填充率为90%,入磨物料为粒化高炉矿渣,其平均粒度为于40μm时,粉磨至700m2/kg,粉磨电耗为17kwh/吨。
应用例5
球磨筒体直径为3米,直筒体部分高度为10米,转速为10转/分钟,研磨介质钢球平均直径8mm,钢球在筒体内的填充率为90%,入磨物料为粒化高炉矿渣,其平均粒度为40μm时,粉磨至700m2/kg,粉磨电耗为18kwh/吨。
应用例6
球磨筒体直径为4米,直筒体部分高度为10米,转速为10转/分钟,研磨介质钢球平均直径8mm,钢球在筒体内的填充率为90%,入磨物料为粒化高炉矿渣,其平均粒度为40μm时,粉磨至700m2/kg,粉磨电耗为30kwh/吨。
应用例7
球磨筒体直径为2米,直筒体部分高度为10米,转速为20转/分钟,研磨介质钢球平均直径8mm,钢球在筒体内的填充率为90%,入磨物料为粒化高炉矿渣,其平均粒度为40μm时,粉磨至700m2/kg,粉磨电耗为23kwh/吨。
应用例8
球磨筒体直径为2米,直筒体部分高度为10米,转速为5转/分钟,研磨介质钢球平均直径8mm,钢球在筒体内的填充率为90%,入磨物料为粒化高炉矿渣,其平均粒度为40μm时,粉磨至700m2/kg,粉磨电耗为20kwh/吨。
应用例9
球磨筒体直径为2米,直筒体部分高度为10米,转速为10转/分钟,研磨介质钢球平均直径8mm,钢球在筒体内的填充率为90%,入磨物料为粒化高炉矿渣,其平均粒度为5mm时,粉磨至700m2/kg,粉磨电耗为35kwh/吨。
应用例10
球磨筒体直径为2米,直筒体部分高度为10米,转速为10转/分钟,研磨介质钢球平均直径8mm,钢球在筒体内的填充率为90%,入磨物料为粒化高炉矿渣,其平均粒度为2mm时,粉磨至700m2/kg,粉磨电耗为30kwh/吨。
应用例11
球磨筒体直径为2米,直筒体部分高度为10米,转速为10转/分钟,研磨介质钢球平均直径12mm,钢球在筒体内的填充率为90%,入磨物料为粒化高炉矿渣,其平均粒度为1mm时,粉磨至700m2/kg,粉磨电耗为26kwh/吨。
应用例12
球磨筒体直径为2米,直筒体部分高度为10米,转速为10转/分钟,研磨介质钢球平均直径6mm,钢球在筒体内的填充率为90%,入磨物料为粒化高炉矿渣,其平均粒度为2mm时,粉磨至700m2/kg,粉磨电耗为22kwh/吨。
Claims (8)
1.一种立式微纳节能球磨机,其特征在于,包括球磨筒体、用于支承球磨筒体竖向直立的支撑架、以及传动机构,所述球磨筒体顶部和底部分别设置进料口和出料口,内部填充有研磨介质,其中,球磨筒体的球磨有效高度≥3米,研磨介质的填充率≥70%;所述传动机构包括固定在球磨筒体表面的转子以及环绕在转子外部的定子,通电后,球磨筒体随转子转动,物料在筒体内随研磨介质滚动并在滚动过程中下落。
2.根据权利要求1所述的立式微纳节能球磨机,其特征在于,所述转子通过转子支撑法兰固定在筒体上,定子通过支撑架固定环绕在筒体外部、与转子对应,所述转子与定子间留有气隙。
3.根据权利要求1所述的立式微纳节能球磨机,其特征在于,所述传动机构固定在球磨筒体中部。
4.根据权利要求1所述的立式微纳节能球磨机,其特征在于,所述研磨介质的直径≤20毫米。
5.根据权利要求1所述的立式微纳节能球磨机,其特征在于,所述球磨筒体的转速为5~20转/分钟。
6.根据权利要求1所述的立式微纳节能球磨机,其特征在于,所述球磨筒体的直径为1~4米。
7.根据权利要求1所述的立式微纳节能球磨机,其特征在于,球磨筒体底部设有卸料篦板,该卸料篦板中心安装有固定板,该固定板与卸料篦板之间可拆卸连接。
8.根据权利要求1所述的立式微纳节能球磨机,其特征在于,所述支撑架包括竖向设置的支撑柱以及与支撑柱垂直固定的稳固环形台,所述球磨筒体固定安装在该稳固环形台台面上。
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