CN113019588B - 一种用于纳米粉体制备的可调间隙锥型研磨装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于纳米粉体制备的可调间隙锥型研磨装置，属于粉体研磨设备技术领域。本发明的锥型研磨装置由左右对称的两部分，均包括：锥形研磨筒，所述锥形研磨筒沿锥型研磨装置中心方向的径向尺寸逐渐减小；多级叶片搅拌桨，所述多级叶片搅拌桨设于所述锥形研磨筒内部中心；搅拌主轴，所述多级叶片搅拌桨与所述搅拌主轴连接；所述多级叶片搅拌桨包括：搅拌桨主体与多个搅拌叶片，所述搅拌叶片的外径尺寸沿锥型研磨装置中心方向依次递减；通过传动装置驱动所述搅拌主轴的旋转。本发明具有结构紧凑、装拆方便的特点，能够按照实际需求调整多级叶片搅拌桨与锥形研磨筒内壁之间的间距，有效集中研磨能量密度，提升研磨效率、降低能量消耗。

Description

一种用于纳米粉体制备的可调间隙锥型研磨装置

技术领域

本发明涉及一种用于纳米粉体制备的可调间隙锥型研磨装置，属于粉体研磨设备技术领域。

背景技术

纳米粉体泛指粒径在1～100nm范围内的粉末。由于纳米粉体的晶粒小，比表面积大，所有它在磁性、催化性、光吸收、热阻和熔点等方面都有优异的性能。纳米粉体技术作为一种新兴学科，在油漆涂料、电子技术、精细陶瓷、新材料和生物技术等领域都有广阔的应用。如纳米二氧化硅具有表面能高和吸附能力强等优点，是优质的稳定剂和融合机，在电子、光学、生化科学等领域都有应用。纳米金粒子主要应用于化学和生物传感。纳米二氧化钛以其杀菌消毒、高效自洁、光催化能、废水处理等功能在制浆造纸以及功能纸的应用和发展中具有广阔的前景等。

纳米粉体的制备方法，是纳米粉体具备良好性能的关键。纳米粉体常用的制备方法主要有蒸发冷凝法、激光聚集原子沉积法、水热法、机械球磨法、离子注入法和原子法等。机械球磨法与其他的制备方法相比具有工艺简单、产量高、成本低等特点。因此，机械球磨法在纳米粉体的制备领域应用较为广泛。机械球磨法所使用的设备为砂磨机，经过分析，现有的砂磨机存在以下问题：

1、公开号为CN 111330699 A《一种卧式大流量涂料粉碎砂磨机》的专利中提供的砂磨机，主要是通过驱动机组驱动旋转管转动，旋转管带动分散盘及研磨介质和物料高速旋转，研磨介质介质间的剧烈运动，使物料受力产生形变，从而粉碎物料。由于研磨介质和物料做高速旋转运动，因此受到强大的离心力作用，研磨介质和物料主要聚集在磨筒的内腔，因此物料的粉碎不仅与研磨介质之间的运动有关，还与研磨介质与磨筒内腔的挤压、碰撞、剪切，以及研磨介质与分散盘的相互作用有关。但是该装置使用的分散盘结构，分散盘与研磨介质和物料的有效接触面积较小，研磨筒内壁光滑，研磨效果主要来源于研磨介质与研磨筒内壁和分散盘的相互碰撞，因此在研磨过程中能量密度较为分散，存在研磨效率低，能耗高等问题。此外分散盘与研磨筒内壁之间的间距不可调，研磨介质直径可选择余地较小，分散盘长时间磨损后，设备的研磨性能下降。

2、公开号为CN 109289996 A《一种用于化工生产的砂磨机》的专利中提供的砂磨机，该装置主要通过电机带动旋转轴转动，使得研磨转盘得到运转，带动研磨介质和物料相互作用，达到研磨效果，同时还能够通过转盘上的研磨孔进行研磨。该装置的研磨效果主要依靠研磨转盘与研磨介质和物料的相互作用，存在能量密度分散、研磨效率差、能耗大等缺点。

此外，授权公告号为CN 210959939 U《家禽饲料定量投放装置》的专利中公开了一种锥形腔体和搅拌叶片，在搅拌叶片的作用下对饲料进行均匀的搅拌实现家禽饲料的均匀混合。但该装置的搅拌叶片与研磨筒内壁之间的间距值不可调，无法根据搅拌情况及时调整搅拌叶片在搅拌轴的安装位置从而精准调节搅拌叶片与锥形腔体内壁之间的间距，存在设备长期使用后因搅拌叶片磨损而导致搅拌效率低的缺点。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中研磨设备由于搅拌器与研磨筒内壁的间距不可调，在使用过程中由于搅拌器(分散盘、棒销、叶片)的磨损问题，会导致搅拌器与研磨筒内壁的间隙越来越大，从而出现研磨效率逐渐降低、能量消耗逐渐提高等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于纳米粉体制备的可调间隙锥型研磨装置，所述锥型研磨装置由左右对称的两部分组成，每一部分包括：锥形研磨筒，所述锥形研磨筒沿锥型研磨装置中心方向的径向尺寸逐渐减小；多级叶片搅拌桨，所述多级叶片搅拌桨设于所述锥形研磨筒内部中心；搅拌主轴，所述多级叶片搅拌桨与所述搅拌主轴连接；所述多级叶片搅拌桨包括：搅拌桨主体与多个搅拌叶片，所述搅拌叶片的外径尺寸沿锥型研磨装置中心方向依次递减；传动装置，所述传动装置驱动所述搅拌主轴的旋转。

在本发明的一个实施例中，所述锥形研磨筒为圆锥形结构，所述锥形研磨筒包括：不锈钢外壳和耐磨陶瓷内衬，所述不锈钢外壳与耐磨陶瓷内衬之间设有冷却水通道。

在本发明的一个实施例中，所述耐磨陶瓷内衬的内表面设有多个均匀排布的凸球。

在本发明的一个实施例中，所述锥形研磨筒底部设有冷却水进水口，所述锥形研磨筒顶部设于冷却水出水口，左右对称的锥形研磨装置中的锥形研磨筒的冷却水进水口、冷却水出水口通过三通管连接，共用同一套冷却水系统。

在本发明的一个实施例中，所述研磨装置左侧的锥形研磨筒的上部设有进料口，所述研磨装置右侧的锥形研磨筒的上部与下部分别设有研磨介质入口、出料口，所述出料口与外部成品包装系统连接。

在本发明的一个实施例中，所述搅拌叶片与搅拌桨主体通过键连接，所述搅拌叶片的外沿与所述锥形研磨筒的内壁间距值均相同，相邻的两个搅拌叶片之间的间距相同；所述多级叶片搅拌桨的外形呈圆锥形，所述多级叶片搅拌桨的锥角与锥形研磨筒的锥角相同，所述锥角范围为30-60°。

在本发明的一个实施例中，所述搅拌叶片外形呈螺旋桨型，所述搅拌叶片包括：六个小叶片，所述六个小叶片呈圆周均匀排布，所述小叶片为曲面结构。

在本发明的一个实施例中，所述传动装置设于机架上，所述传动装置包括：主动轮、从动轮、电机、轴承座、滚动轴承、轴承盖；所述搅拌主轴通过轴承座支撑，所述搅拌主轴与从动轮连接，所述从动轮通过皮带与主动轮连接，所述主动轮安装在电机输出端，所述轴承座内部设有一对滚动轴承，滚动轴承通过轴承盖固定在轴承座上，所述轴承座开有孔。

在本发明的一个实施例中，所述锥形研磨筒底部设有研磨筒支架、连接于研磨筒支架上的滚轮，所述轴承座和电机的安装座底部均设有滑槽，所述机架表面设有与滚轮、滑槽相配合的导轨。

在本发明的一个实施例中，所述机架中心位置处设有回收料斗，所述回收料斗安装有筛网，所述回收料斗底部设有出料通道和控制阀门。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明的一种用于纳米粉体制备的可调间隙锥型研磨装置设有多级叶片搅拌桨结构，由多组搅拌叶片与陶瓷材质的搅拌桨主体组装而成，搅拌叶片与陶瓷搅拌桨主体通过键安装连接，拆装方便；可根据研磨情况及时调整搅拌叶片在搅拌桨的安装位置，精准调节搅拌叶片与锥形研磨筒内壁之间的间距，从而保证该间距值稳定，进而提高研磨效果，提升该研磨系统的可利用性。

(2)本发明的搅拌叶片为陶瓷材料，在研磨过程中会有磨损属于耗材；由于多个搅拌叶片与陶瓷搅拌桨的连接结构相同，能够根据叶片的磨损情况，及时调整叶片的安装位置，延长搅拌叶片的使用寿命；当某一搅拌叶片磨损严重时，仅仅需要更换单个叶片即可，与整体式棒销搅拌桨相比，更具经济性。

(3)本发明的搅拌叶片为曲面结构，在研磨过程中叶片的高速旋转会对研磨介质和物料产生较大的螺旋推力，当电机正转，研磨介质和物料从左向右运动，使锥形研磨筒内部的流场更加稳定，系统的能力利用率提高；此外，由控制系统控制两电机的转动方向同时反转，使物料在两锥形研磨筒内的运动方向从右向左运动，在筒体内往复运动、来回振荡，能够有效提升系统的研磨效率。

(4)本发明在耐磨陶瓷内衬的内表面增加了均匀排布的凸球，能够进一步增加研磨介质、物料的碰撞概率，强化了能量转化过程，提高粉体研磨效率，降低了系统能耗。

(5)本发明采用了一对左右对称的锥形研磨装置，结构布局均匀，不仅提高了系统整体平衡性，增加系统在工作过程中的稳定性，还能够提升单次加工量。

(6)本发明在锥形研磨筒底部设置有滚轮，在轴承座和电机座底部设有滑槽，使设备整体在日常装拆、清洗和维护过程中更加方便，更加人性化。

(7)本发明在机架中心位置处设有回收料斗。设备在生产结束需要清洗时，将两锥形研磨装置的连接螺栓拆卸，锥形研磨筒内部的残留物料和研磨介质由回收料斗收集，提升了设备的清洁性和实用性。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的主视图(全剖视图)。

图3为本发明的搅拌叶片结构示意图。

图4为本发明的多级叶片搅拌桨组成结构示意图。

图5为本发明的多级叶片搅拌桨立体结构示意图。

图6为本发明的机架回收料斗的结构示意图。

其中：1、锥形研磨筒；2、轴承座；3、传动装置；4、电机；5、机架；6、回收料斗；7、多级叶片搅拌桨；8、搅拌主轴；101、不锈钢外壳；102、耐磨陶瓷内衬；1021、凸球；103、冷却水进水口；104、冷却水出水口；105、进料口；106、研磨介质入口；107、出料口；108、研磨筒支架；109、滚轮；201、机械密封；202、滚动轴承；203、轴承盖；301、主动轮；302、从动轮；501、导轨；601、筛网；602、出料通道；603、控制阀门；701、搅拌桨主体；702、搅拌叶片；7021、小叶片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向。使用的词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1-2所示，本发明的一种用于纳米粉体制备的可调间隙锥型研磨装置，所述锥型研磨装置由左右对称的两部分组成，每一部分包括：锥形研磨筒1、多级叶片搅拌桨7、搅拌主轴8、传动装置3，所述锥形研磨筒1沿锥型研磨装置中心方向的径向尺寸逐渐减小；所述多级叶片搅拌桨7设于所述锥形研磨筒1内部中心；所述多级叶片搅拌桨7与所述搅拌主轴8连接；所述传动装置3驱动所述搅拌主轴8的旋转。

具体地，如图2所示，左右两个锥形研磨筒1通过法兰和螺栓连接，连接处设置有密封元件；所述锥形研磨筒1为圆锥形结构，锥角范围为30-60°，本实施例中锥角为30°；所述锥形研磨筒1包括：不锈钢外壳101和耐磨陶瓷内衬102，所述不锈钢外壳101与耐磨陶瓷内衬102之间设有冷却水通道。上述结构中，外壳采用不锈钢材料能够节省成本，减少加工制造难度；衬套采用氧化锆陶瓷材料，能够增加衬套的耐磨性，延长衬套的使用寿命；所述冷却水通道用于带走研磨过程中筒体产生的热量，保证研磨物料的品质。

具体地，如图2所示，所述耐磨陶瓷内衬102的内表面设有多个均匀排布的凸球1021，能够增加研磨介质和物料与耐磨陶瓷内衬102的碰撞概率，强化了能量转化过程，提高粉体研磨效率，降低了系统能耗。

具体地，如图2所示，所述锥形研磨筒1底部设有冷却水进水口103，所述锥形研磨筒1顶部设于冷却水出水口104，左右对称的锥形研磨装置中的锥形研磨筒1的冷却水进水口103、冷却水出水口104通过三通管连接，共用同一套冷却水系统。通过上述结构，能够使冷却水更高的充满整个冷却水通道，提高热交换效率，达到最好的冷却效果。

具体地，如图2所示，所述研磨装置左侧的锥形研磨筒1的上部设有进料口105，所述研磨装置右侧的锥形研磨筒1的上部与下部分别设有研磨介质入口106、出料口107，所述出料口107与外部成品包装系统连接。上述结构中的出料口107能够外接下一工艺系统的入口，实现物料生产的系统化。

具体地，如图2-4所示，所述多级叶片搅拌桨7通过键与搅拌主轴8连接，且多级叶片搅拌桨7的通过防松螺钉连接在搅拌主轴8两端，所述多级叶片搅拌桨7的外形呈圆锥形，且锥角与锥形研磨筒1的锥角相同；所述多级叶片搅拌桨7包括：搅拌桨主体701与多个搅拌叶片702，所述搅拌叶片702与搅拌桨主体701通过键连接，所述搅拌叶片702的外径尺寸沿锥型研磨装置中心方向依次递减，所述搅拌叶片702的外沿与所述锥形研磨筒1的内壁间距值均相同，相邻的两个搅拌叶片702之间的间距相同。本实施例中上述两个间距值均设定为15mm，所述搅拌桨主体701和搅拌叶片702均采用氧化锆陶瓷材料，增加耐磨性并延长使用寿命。上述搅拌叶片702与搅拌桨主体701通过键安装连接，拆装方便；可根据研磨情况及时调整搅拌叶片702在搅拌桨主体701的安装位置，精准调节搅拌叶片702与锥形研磨筒1内壁之间的间距，从而保证该间距值稳定，进而提高研磨效果，提升该研磨系统的可利用性。

所述搅拌叶片702为陶瓷材料，在研磨过程中会有磨损属于耗材；由于多个搅拌叶片702与搅拌桨主体701的连接结构相同，能够根据搅拌叶片702的磨损情况，及时调整搅拌叶片702的安装位置，延长搅拌叶片702的使用寿命；当某一搅拌叶片702磨损严重时，仅仅需要更换单个搅拌叶片702即可，与整体式棒销搅拌桨相比，更具经济性。

具体地，如图3-5所示，所述搅拌叶片702外形呈螺旋桨型，所述搅拌叶片702包括：六个小叶片7021，所述六个小叶片7021呈圆周均匀排布，所述小叶片7021为曲面结构。采用螺旋桨型搅拌叶片702一方面增加研磨叶片与研磨介质的有效碰撞面积，另一方面能够对锥形研磨筒1内的物料产生螺旋推力，使物料在锥形研磨筒1内的运动方向一致，内部的流场更加稳定，进而提高研磨效率和能力利用率。

具体地，如图2所示，所述传动装置3设于机架5上，所述传动装置3包括：主动轮301、从动轮302、电机4、轴承座2；所述搅拌主轴8通过轴承座2支撑，所述搅拌主轴8与从动轮302连接，所述从动轮302通过皮带与主动轮301连接，所述主动轮301安装在电机4输出端；所述轴承座2与锥形研磨筒1之间设有专用机械密封201，以提高该研磨装置的密封性；所述轴承座2内部设有一对滚动轴承202，滚动轴承202通过轴承盖203固定在轴承座2上；所述轴承座2开有孔，一方面方便轴承座2内部零件的安装与拆卸，另一方面能够增加轴承座2的散热，提高滚动轴承202的使用寿命。此外，本发明的两个电机4，均由同一控制系统进行控制；由控制系统控制两电机4的转动方向同时反转，使物料在两锥形研磨筒1内的运动方向从右向左运动，在筒体内往复运动、来回振荡，能够有效提升系统的研磨效率。

具体地，如图2所示，所述锥形研磨筒1底部设有研磨筒支架108、连接于研磨筒支架108上的滚轮109，所述轴承座2和电机4的安装座底部均设有滑槽，所述机架5表面设有与滚轮109、滑槽相配合的导轨501。通过上述结构设置，使锥形研磨筒1移动方便，在轴承座2和电机4座底部设有滑槽，使设备整体在日常装拆、清洗和维护过程中更加方便，更加人性化。

具体地，如图6所示，所述机架5中心位置处设有回收料斗6，所述回收料斗6安装有筛网601，所述回收料斗6底部设有出料通道602和控制阀门603；筛网601主要是用于研磨介质的回收，根据研磨介质的直径不同，更换孔径不同的筛网601；设备在生产结束需要清洗时，将两锥形研磨装置的连接螺栓拆卸，锥形研磨筒1内部的残留物料和研磨介质由回收料斗6收集，提升了设备的清洁性和实用性。

本发明能够更好地提高物料的研磨品质、提高研磨效率、降低能耗、提高设备可重用性；首先根据选择的物料类型和研磨介质，调整多级叶片搅拌桨7与锥形研磨筒1内壁的间距(该间距一般为研磨介质直径的5～10倍最佳)。在最优间距下进行研磨，一方面能够增加研磨介质与搅拌桨和锥形研磨筒1内部的碰撞次数，强化能量传递过程，提高研磨效率和能力利用率，另一方面合理的间距控制能够防止发生堵料情况，保障正常的研磨生产过程；其次，根据研磨物料的理化性质如粘度等参数，合理的控制电机4换向频率，对物料的振荡运动进行精准控制；最后在出料口107位置介入分散器和分离器，很好的实现研磨物料成品的输出，最终使研磨后的物料颗粒分布性更好，粒度分布范围更窄，物料的成本品质更优。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种用于纳米粉体制备的可调间隙锥型研磨装置，其特征在于，所述锥型研磨装置由左右对称的两部分组成，每一部分包括：

锥形研磨筒(1)，所述锥形研磨筒(1)沿锥型研磨装置中心方向的径向尺寸逐渐减小；

多级叶片搅拌桨(7)，所述多级叶片搅拌桨(7)设于所述锥形研磨筒(1)内部中心；

搅拌主轴(8)，所述多级叶片搅拌桨(7)与所述搅拌主轴(8)连接；

所述多级叶片搅拌桨(7)包括：搅拌桨主体(701)与多个搅拌叶片(702)，所述搅拌叶片(702)的外径尺寸沿锥型研磨装置中心方向依次递减；

传动装置(3)，所述传动装置(3)驱动所述搅拌主轴(8)旋转；

所述搅拌叶片(702)与搅拌桨主体(701)通过键连接，所述搅拌叶片(702)的外沿与所述锥形研磨筒(1)的内壁间距值均相同，相邻的两个搅拌叶片(702)之间的间距相同；所述多级叶片搅拌桨(7)的外形呈圆锥形，所述多级叶片搅拌桨(7)的锥角与锥形研磨筒(1)的锥角相同；

所述搅拌叶片(702)外形呈螺旋桨型，所述搅拌叶片(702)包括：六个小叶片(7021)，所述六个小叶片(7021)呈圆周均匀排布，所述小叶片(7021)为曲面结构。

2.如权利要求1所述的一种用于纳米粉体制备的可调间隙锥型研磨装置，其特征在于，所述锥形研磨筒(1)为圆锥形结构，所述锥形研磨筒(1)包括：不锈钢外壳(101)和耐磨陶瓷内衬(102)，所述不锈钢外壳(101)与耐磨陶瓷内衬(102)之间设有冷却水通道。

3.如权利要求2所述的一种用于纳米粉体制备的可调间隙锥型研磨装置，其特征在于，所述耐磨陶瓷内衬(102)的内表面设有多个均匀排布的凸球(1021)。

4.如权利要求2所述的一种用于纳米粉体制备的可调间隙锥型研磨装置，其特征在于，所述锥形研磨筒(1)底部设有冷却水进水口(103)，所述锥形研磨筒(1)顶部设有冷却水出水口(104)，左右对称的锥型 研磨装置中的锥形研磨筒(1)的冷却水进水口(103)、冷却水出水口(104)通过三通管连接，共用同一套冷却水系统。

5.如权利要求2所述的一种用于纳米粉体制备的可调间隙锥型研磨装置，其特征在于，所述锥型研磨装置左侧的锥形研磨筒(1)的上部设有进料口(105)，所述研磨装置右侧的锥形研磨筒(1)的上部与下部分别设有研磨介质入口(106)、出料口(107)，所述出料口(107)与外部成品包装系统连接。

6.如权利要求1所述的一种用于纳米粉体制备的可调间隙锥型研磨装置，其特征在于，所述多级叶片搅拌桨(7)的锥角与锥形研磨筒(1)的锥角范围均为30-60°。

7.如权利要求1所述的一种用于纳米粉体制备的可调间隙锥型研磨装置，其特征在于，还包括机架(5)，所述传动装置(3)设于机架(5)上，所述传动装置(3)包括：主动轮(301)、从动轮(302)、电机(4)、轴承座(2)、滚动轴承(202)、轴承盖(203)；所述搅拌主轴(8)通过轴承座(2)支撑，所述搅拌主轴(8)与从动轮(302)连接，所述从动轮(302)通过皮带与主动轮(301)连接，所述主动轮(301)安装在电机(4)输出端，所述轴承座(2)内部设有一对滚动轴承(202)，滚动轴承(202)通过轴承盖(203)固定在轴承座(2)上，所述轴承座(2)开有孔。

8.如权利要求7所述的一种用于纳米粉体制备的可调间隙锥型研磨装置，其特征在于，所述锥形研磨筒(1)底部设有研磨筒支架(108)、连接于研磨筒支架(108)上的滚轮(109)，所述轴承座(2)和电机(4)的安装座底部均设有滑槽，所述机架(5)表面设有与滚轮(109)、滑槽相配合的导轨(501)。

9.如权利要求7所述的一种用于纳米粉体制备的可调间隙锥型研磨装置，其特征在于，所述机架(5)中心位置处设有回收料斗(6)，所述回收料斗(6)安装有筛网(601)，所述回收料斗(6)底部设有出料通道(602)和控制阀门(603)。

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