CN111941287A - 用于使颗粒变圆的磨削装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于使颗粒变圆的磨削装置。磨削装置包括用于处理在流体流中悬浮的颗粒的涡流室。此外，本发明也涉及相应的方法以及可选地涉及对应的应用。

Description

用于使颗粒变圆的磨削装置

技术领域

本发明涉及用于使颗粒变圆的磨削装置。该磨削装置包括用于处理在流体流中悬浮的颗粒的涡流室并且除此之外根据权利要求1的前序部分的说明提供。此外本发明也涉及相应的方法以及可选地涉及对应的应用。

背景技术

平均粒度在特定范围中变动并且同时几乎没有尖锐棱边的颗粒被需要用于不同的技术应用。

一种众所周知的应用情况是制造所谓的恒磁体或永磁体。

恒磁体或永磁体由可磁化的材料，例如铁、钴或镍构成。在许多情况下加入稀土金属合金元素，尤其是钕、钐、镨、镝、铽或钆。稀土磁体的特征是，稀土磁体具有很高的剩磁通量密度以及很高的磁能量密度。

这些永磁体由结晶粉末制成。在此，磁粉在强大的磁场下被压入模具中。在磁场的影响下，晶体的优先的磁化轴线朝向沿着磁场的方向。

然后烧结压制品。在烧结时粉末的粉末化组成部分由于变热而彼此连接或压固，但是其中，没有原材料或至少不是所有的原材料都熔化。在此，压制品通常在提高的压力下被加热，使得温度保持在主要成分的熔融温度以下，从而保留了工件的造型(形状)。

已知为了制造原材料，例如该原材料被需要来制造永磁体、尤其为了制造Nd-Fe-B(钕铁硼)磁铁，需要将包括稀土金属的合金研磨成中间产物。研磨物料可全部或部分地为旧磁铁的回收材料。

通常传统的粉碎技术适用于制造粉末状的中间产物。但是问题是，在用传统方法例如在流化床喷射碾机或类似的研磨设备中细研磨这种稀土磁粉时产生具有尖锐角部和棱边的粉末粒。由于各种原因，该尖锐的角部和棱边是最不期望的。

由此使用这种尖锐棱边的粉末制成的磁铁比用最大程度磨圆的粉末颗粒、即基本上没有尖锐角部和棱边的颗粒计算所预期的显示出更差的磁值或更小的磁能量密度。

发明内容

本发明的目的是，提供用于制造特定尺寸的光滑颗粒的装置、即用于制造具有至少减少数量的角部和棱边的颗粒的装置。

在装置方面，根据本发明的实现方案通过根据第一独立权利要求所述的用于使颗粒变圆的磨削装置实现。

根据本发明的磨削装置具有用于加工颗粒的至少一个涡流室，颗粒悬浮在流体流中。“悬浮”理解为颗粒在其加工的时间段中至少主要通过流体流来承载。

所述的在涡流室中运动的流体流由流体束产生，流体束借助吹气机构在不同部位处被吹入涡流室中。流体束理解为局部流入的成束的流体。流体束不是仅仅在该意义上的成束，而是在任何情况下在流体束直接在其流出口处具有小于或等于10mm的绝对直径或平均直径时都成束。

流体束的直径与喷嘴直径和喷嘴形状(柱形或锥形)相关，但是在个别情况下也可明显更大。

在此，吹气机构具有多个第一吹气口，第一吹气口用于将流体束从外部吹入涡流室中。吹气口驱动趋于沿第一主流动方向围绕涡流室的中轴线环绕的流体流动。

根据本发明，吹气机构还包括多个第二吹气口。第二吹气口也用于将流体束从外部吹入涡流室中。第二吹气口驱动趋于沿第二主流动方向围绕涡流室的中轴线环绕的流体流动，该第二主流动方向与第一主流动方向相反。

为了清楚应提及的是，在涡流室中不仅仅通过所述的吹入流体束优选形成湍流的环绕的流动，而是尤其在快速旋转的筛分轮也参与涡流室中的流动产生时也是这样。因此术语“主流动方向”(大致)表示合成的方向，局部的流体流或由其构成的竖向定向的具有通常有限厚度的层总体上看沿该合成的方向运动，而没有影响可能叠加的局部湍流。

在方法方面，通过相应的独立的方法权利要求的特征实现了根据本发明的实现方案。

本发明的用于扩展的可选方案：

优选地，吹气机构构造成优选可单独更换的导环，导环具有装入的吹气口。然后导环形成涡流室的导向壁，即流动导向机构。该流动导向机构影响流体流沿周向方向的运动。这通常通过导环迫使流体流在涡流室中的环绕运动来实现。

在导环可单独更换时，可轻松地通过安装新的导环来补偿导环处的可能的大多为剥蚀性的磨损。

在需要实现多功能装置的情况下，此时可单独更换性能会特别有利：只要安装具有现有技术中已知的、单向的吹气口组件的导环，该装置可在强力吹气下作为喷射碾机运行。

如果安装根据本发明的具有相对定向的吹气口组的导环，该装置可在以较低速度吹入的情况下作为磨削装置运行。然后在任何情况下都基本上不再能够将颗粒破碎。而是只断裂或磨掉其棱边。

理想地，第一吹气口的沿流入方向伸延的纵向中轴线位于第一共同平面中，第一共同平面与假想的轴线正交地布置，从而使流体流动环绕该假想的轴线。然后第二吹气口的沿流入方向伸延的纵向中轴线位于相对于所述第一共同平面以偏移量布置的第二共同平面中，第二共同平面与假想的轴线正交地布置，以使流体流动环绕该假想的轴线。偏移量优选为3mm至40mm，更佳地5mm至25mm。

理想地，两个紧邻的相对吹入的吹气口的流体束基本上切向地掠过。相应地定位吹气口和/或装配形成射束的喷嘴。

以这种方式在两个相邻的流体束之间形成强剪切力的区，其趋于迫使相关的颗粒进行自转。这种自转对于彼此接触的颗粒的彼此磨平特别有利。

但是理想地吹气口不是必须分别由形成射束的喷嘴构成。由此可分别形成吹入的流体束，使得流体束比没有喷嘴形成的流体束更晚地扇形地打开。由此，流体束在任何情况下在其控制影响的层内在涡流室中能够更长时间地驱动期望的环流。

在某些特殊情况下，形成射束的喷嘴可具有喷嘴主体，喷嘴主体相对于导环的内侧面抬高。以这种方式喷嘴主体突入悬浮体的环流中，通常只是高于不显著的突出，即通常在径向向内的方向上突出至少5mm。

由此提供特别有特征的涡流。如此提供的附加的涡流太柔和，以致于无法再次破碎颗粒。但是涡流能量足够使颗粒再次显著地活动，使颗粒引起期望的彼此磨平。

优选地，喷嘴具有喷嘴主体，喷嘴主体在出口区域实施成柱形或优选锥形。如刚才所述，相应设计的喷嘴将锥形扩开的流体束释放到涡流室的内部中并且由此引起特别有效的磨削作用。

理想地，喷嘴主体安装在导环的孔中。

还要求保护已知的喷射碾机作为用于颗粒的磨削装置的适用于本发明的应用(特殊的运行方式和装备)。

最后还通过分案申请保留了保护配备有根据本发明布置的吹气口或喷嘴的导环或“喷嘴环”作为替换件或改装件的权利要求。

其他的功能、优点和改进方案从以下的根据附图对实施例的描述中得出。

附图说明

图1在垂直于纵向中轴线L的剖面中示出了整体的磨削装置。

图2在与纵向中轴线L平行的剖面中示出了根据图1的磨削装置。

图3以从下方看的方式示出了图1中的局部。

图4示出了图3中的放大的局部。

图4a通过选择稍微不同的剖切平面示出了图3所示区域的另一局部。

图4b示出了详细局部，该详细局部示出了图4所示的紧邻的喷嘴如何相对彼此布置。

图4c示意性地示出了磨削装置的涡流室和其附加的出口。

图5以立体图从下方倾斜剖切地示出了与图4相同的部分。

图6以立体图从下方来看未被剖切地示出了与图4相同的部分。

图7示出了颗粒在磨削之前的R E M图片。

图8示出了颗粒在根据本发明磨削之后的R E M图片。

图9和图10针对类似卫星的磨损颗粒负载示出了相同内容。

附图标记列表

1 磨削装置

2 壳体

2a 盖

3 导环或如果配备了喷嘴则为喷嘴环

4 涡流室

5 环形通道

5a 流体入口

5b 流体出口或附加的流体出口

5c 阀

6 颗粒入口

7 筛分轮

8 带有“射束扩径”的吹入的流体的示意性示出的流体流锥体

9 第一吹气口

10 第二吹气口

11 用于更详细示出具有第二吹气口10的反向定向的喷嘴12的缺口

12 喷嘴

L 纵向中轴线或纵轴线或轴线

A 角

B 角

C 吹气口对角

V 偏移量

LL 吹气口的中线

具体实施方式

图1和图2给出了根据本发明的实施例的最佳的整体概览。

两个图分别示出了根据本发明的磨削装置1的具有说明性的轴剖面或纵剖面。

磨削装置1包括壳体部件或壳体2。壳体2在其内部形成凹腔。凹腔容纳导环3，在导环可选地配有喷嘴12时，此时也称为“喷嘴环”。根据图2，凹腔优选通过端盖2a封闭。在理想情况下，端盖2a实施成，端盖在需要时能够简单且快速地接近凹腔。

导环3将凹腔分成涡流室4和包围涡流室4的环形通道5。

环形通道5经由流体入口5a通过此处未示出的泵或压力源从外部供给流体。环形通道5用于在磨削工艺期间连续地提供流体。

该流体在不同部位以流体束的形式输送给涡流室4。为了更清楚，在图1和其他的图中，在导环3上的剖切面不是以阴影线示出的，而是例外地以密集的点示出。在图4中，剖切面在局部突起的区域中用松散的点示出，而不是用虚线示出，该突起使得实际位于绘图平面之后的区域可见。

涡流室4设有颗粒入口6。颗粒入口在此优选构造成竖直的进料槽。这种可选的构造方式使得在间歇式操作期间通过重力的辅助为涡流室4装载待磨削的颗粒。优选如此进行装载，在一个新的磨削周期开始时用待磨削的颗粒填充涡流室4的容积的约25％至50％，更佳地约30％至40％。

在如该实施例可选地进行的间歇式操作的情况下，制成圆的颗粒可选地能经由筛分轮排出，优选地通过降低筛分轮转速被排出，同时降低了或取消了筛分轮的阻断作用。在这种情况下，磨削装置1具有用于筛分轮的转速调节机构或转速控制机构，转速调节机构或转速控制机构设计成，使得其在排出过程或卸载过程中降低转速。

替代地，磨削装置可具有一个或多个附加的产品出口5b，经由该一个或多个附加的产品出口可将制成圆的颗粒取出，在通常情况下不管筛分轮转速如何或即使筛分轮转速没有降低。图4c示意性地示出了，这种附加的产品出口如何设计和布置。

适宜地，通过活动板或阀5c封闭附加的产品出口5b。于是可吸走产品。环形通道5被来自涡流室的、穿过环形通道的管经过，管完全向外引导，从而涡流室4和环形通道5不能通过附加的产品出口彼此实现直接连接。

在工艺技术方面也存在如下方案，在磨削装置1中以至少暂时的过压进行工作。

由此在活动板或阀打开之后将由完成变圆的颗粒构成的产品从涡流室中压出。

根据本发明的磨削装置1也可替代地用于连续运行。在这种情况下，产品连续地通过筛分轮离开机器，筛分轮以合适的转速运转。

该方法例如可应用在所谓的“卫星分离”中，例如与增材制造相结合使用。“卫星”理解为附着在实际有用颗粒上的应被分离的小颗粒或磨损粒。在此例如仅短暂地(在本发明中大多为磨削)使用产品就足够。一旦“卫星”被分离，相应有用颗粒的颗粒大小改变。然后可在筛分器转速恒定时使由有用颗粒构成的产品经过筛分器。

在此处示出的实施例中可看出筛分轮7上的辅助出口。

筛分轮以已知的方式来设计。筛分轮由旋转的滚筒构成。通常滚筒本身由两个形成侧面的轮圈构成，轮圈经由彼此间隔开的、在通常情况下与旋转轴线平行的棒或叶片彼此连接。

经由筛分轮7将在磨削时不可避免掉落的、非常细的且在通常情况下在要磨碎的最终产品中起干扰作用的磨损粒分离并且排走。

同时，当前新吹入的流体流、至少基本上作为筛分流体流的相应流体流经由筛分轮7的内部并且从内部开始经由其背离涡流室的端侧被抽走。由此流走的筛分流体流将磨损粒一起带走，该磨损粒过小并且质量低，从而通过离心力保持远离位于中央的筛分轮。应磨削预定时长的实际颗粒过大。颗粒在涡流室中如此程度地旋转，使得颗粒通过作用在其上的离心力而保持远离位于中央的筛分轮。另外，颗粒被筛分轮推走回到涡流室中。因此，实际的颗粒不会经由筛分轮从涡流室中排出。根据待加工的颗粒的大小或期望的分类质量相应地调节筛分轮的工作转速。

为了使颗粒的外轮廓或外表面变圆而对颗粒的加工、即磨削通过以下方式进行，经由吹气口9和10将流体束吹入涡流室4中。流体束将位于涡流室4中的颗粒带走并且在涡流室4中驱动在主轴上围绕纵轴线L环绕的流体流动。

在此，磨削装置通常包括控制机构。控制机构限定经由吹气口吹入的流体束的射束速度。

如此限定，即颗粒不会剧烈到与壳体2彼此碰撞和/或冲撞到壳体2上使得颗粒分裂成相对大的碎块并因此一次又一次地破碎、即磨碎。优选地，根据当前需要磨削的材料，射束速度限定在150m/sec和300m/sec之间的范围中的值。

根据本发明的磨削装置的主要组成部分是其专门设计的吹气机构。

如根据图3以及图4和图4a至4c清楚可见(但是部分地也可根据其他附图得到)，吹气机构包括多个第一吹气口9。从每个第一吹气口9出来进入到涡流室4中的流体流和其射束扩径示意性地通过流体流锥体8示出。流体流驱动沿第一主流动方向围绕涡流室的中轴线环绕的流体流动。此外，吹气机构具有多个第二吹气口10。这种吹气口10示出了缺口11，缺口仅在图4中示出。缺口示出了实际上位于绘图平面之后的平面的局部，相对取向的吹气口10的中线位于该平面中，或形成吹气口的相对作用的喷嘴12位于该平面中。从每个第二吹气口10出来进入到涡流室4中的流体流和其射束扩径也通过流体流锥体8示出，但是可看出流体流锥体在相反方向射出。该流体流驱动沿第二主流动方向围绕涡流室的中轴线环绕的流体流动，该第二主流动方向与第一主流动方向相反。这也可根据图4a和图4b直观地看出。

以这种方式产生两个趋于沿相反的主流动方向环绕的流体流动。在两个流体流动之间形成具有显著剪切力的流动区域，也参见图4b。剪切力迫使在该区域中携带的颗粒显示出显著的滚动作用，该滚动作用与湍流平移运动叠加。同时，切向地经过彼此的流引起微涡流和相应的湍流，这提高了接触强度和混合能力。

虽然在这种情况下根据本发明的磨削机以明显低于在喷射碾机中的动能的动能加工，但是在颗粒以所述方式彼此摩擦时，产生出乎预料大的磨削效果。

因此没有打碎颗粒。

就断裂而言，主要是碎块破碎，在许多情况下碎块的平均直径至少比剩余颗粒的平均直径小十倍(Zehnerpotenz)。一旦颗粒不再具有尖锐的棱边，基本就不再进一步破碎。

在第一吹气口9都同向吹入并且第二吹气口10都相对地同向吹入时，此时该比例是有利的。

理想地，相关的第一吹气口9相对于切线以约为15°至45°、理想地25°至35°的角A布置，该切线在导环3中在相关的吹气口9的出口的区域中贴靠在导环的内侧面上，参见图4。

同理用于第二吹气口10。第二吹气口相对于切线以约为15°至45°、理想地25°至35°的相反的角B布置，该切线在导环3中在相关的吹气口10的出口的区域中贴靠在导环3的内侧面上，也参见图4。

另一可优选使用的尺寸确定规则由图4a得出，其主要相应于图4。直接相邻的吹气口9、10以其纵向中轴线LL的垂线形成在45°和90°之间的、更佳地在45°和60°之间的吹气口对角C。

在借助根据本发明的实现方案的第一作业中已经发现，由相对的吹气口9、10构成的对的数量理想应为4至12、更佳地仅4至8。

在同向的吹气口9和反向的吹气口10的中线LL(后者在相应的流通方向上可见)没有位于相同的平面中，而是位于不同的平面中时，整体是特别有效的，沿着在涡流室4中流体流动环绕的假想轴线L的方向看，不同的平面相对彼此错开称为偏移量V的值。相应内容例如在图4b中非常清楚地示出。

根据附图以及尤其图4可清楚看出，吹气口9和10优选由喷嘴12形成，喷嘴的喷嘴主体分别是单独的构件，该单独的构件固定、优选旋紧在导环3中。为此，导环3承载多个在径向向内的方向上倾斜地穿过导环的孔。在每个孔中固定有或旋入喷嘴主体。

还值得提及的是，根据本发明的磨削装置无需是独立设备。而是存在以下可能性，即，装配其中一种已知的喷射碾机，例如申请人家里的Conjet型号的喷射碾机，使得该喷射碾机能够用于作为根据本发明的磨削机的目的。

为此将配备相应喷涂功能的导环3置入现有的机器中，然后使现有的机器仅以显著降低的如本发明所需要的射束速度作业。

图7和图8示出了根据本发明的磨削装置的高效率。

图7以5000倍REM放大程度示出了借助传统的喷射碾机研磨的由永磁体材料(稀土)构成的颗粒。可清楚看出颗粒的直至尖锐棱边的不足的圆度。

与此相对，图8示出了在根据本发明的磨削装置中在优选磨削几分钟之后的相同材料。圆度品质明显更好。

图9示出了借助非根据本发明的方法的另一方法磨圆的颗粒。恰好在中央位于图片中的大颗粒表示，该大颗粒以卫星状被细的、灰尘状的磨损颗粒污染的程度，这在许多情况下是令人反感的。图10示出了在根据本发明的磨削装置上磨圆的颗粒。该颗粒被卫星状的磨损颗粒的污染实际上接近为零。

Claims (11)

1.一种用于使颗粒变圆的磨削装置(1)，所述磨削装置具有涡流室(4)，涡流室用于在颗粒悬浮在流体流中的情况下处理颗粒，流体流由流体束产生，流体束借助吹气机构在不同部位处被吹入所述涡流室(4)中，其中，所述吹气机构包括多个第一吹气口(9)，所述第一吹气口驱动沿第一主流动方向围绕所述涡流室(4)的中轴线(L)环绕的流体流动，其特征在于，所述吹气机构包括多个第二吹气口(10)，所述第二吹气口驱动沿第二主流动方向围绕所述涡流室(4)的中轴线(L)环绕的流体流动，所述第二主流动方向与所述第一主流动方向相反。

2.根据权利要求1所述的磨削装置(1)，其特征在于，所述吹气机构构造成优选能单独更换的导环(3)，所述导环具有装入的吹气口(9、10)，所述导环形成所述涡流室(4)的导向壁，所述导向壁影响所述流体流沿周向方向的运动。

3.根据前述权利要求中任一项所述的磨削装置(1)，其特征在于，所述第一吹气口(9)位于第一共同平面中，所述第一共同平面与假想的轴线(L)正交地布置，从而使流体流动环绕该假想的轴线，并且所述第二吹气口(10)位于相对于所述第一共同平面以偏移量(V)布置的第二共同平面中，所述第二共同平面与假想的轴线(L)正交地布置，以使流体流动环绕该假想的轴线。

4.根据权利要求3所述的磨削装置(1)，其特征在于，两个紧邻的相对吹入的吹气口(9、10)的流体束基本上切向地掠过。

5.根据前述权利要求中任一项所述的磨削装置(1)，其特征在于，所述吹气口(9、10)分别由形成射束的喷嘴(12)构成。

6.根据权利要求5所述的磨削装置(1)，其特征在于，形成射束的喷嘴(12)具有喷嘴主体，所述喷嘴主体抬高并且伸入悬浮体的环绕流动中。

7.根据权利要求6所述的磨削装置(1)，其特征在于，所述喷嘴(12)具有喷嘴主体，所述喷嘴主体在出口区域中实施成柱形或优选锥形。

8.根据前述权利要求中任一项结合权利要求2所述的磨削装置(1)，其特征在于，所述喷嘴或喷嘴主体安装在所述导环(3)的孔中。

9.根据前述权利要求中任一项所述的磨削装置(1)，其特征在于，在所述涡流室(4)的中央布置筛分轮(7)，经由所述筛分轮在所述涡流室(4)中磨削颗粒的过程中落下的磨损粒能被移走，或变圆的材料能通过降低转速被运出。

10.用于在涡流室(4)中磨削在流体流中悬浮的颗粒的方法，其中，借助吹气机构在不同部位处将流体束吹入所述涡流室(4)中，其特征在于，所述流体束成组地以如下方向被吹入，即，所述流体束驱动沿第一主流动方向围绕所述涡流室(4)的中轴线(L)环绕的流体流动，并且所述流体束驱动沿第二主流动方向围绕所述涡流室(4)的中轴线(L)环绕的流体流动，所述第二主流动方向与所述第一主流动方向相反。

11.通过使用相对于碾磨运行降低的射束速度和具有权利要求1至9中任一项规定特征的吹气机构来磨削颗粒、但是没有使颗粒进一步破碎的喷射碾机的应用。

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