CN113477372B - 一种基于预加速的高压气体快速卸荷粉化矿石装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种基于预加速的高压气体快速卸荷粉化矿石装置及方法，装置包括推进组件、高压粉化仓和矿粉收集仓，且高压粉化仓上对应形成有进料口，出料口，进液口和出气口；高压粉化仓内部形成为中空的腔体，腔体中靠近推进组件的一端通过活塞动密封设置，腔体中靠近矿粉收集仓的一端通过防爆片静密封设置，防爆片中朝向活塞的一侧设置有预加速块，以使得高压粉化仓中的矿石在喷出之前有一个预加速区间段；推进组件用于向活塞提供推动力；矿粉收集仓与出料口相连通。本发明通过对整个粉化装置粉化和排料过程的调节，对结构的进一步优化，从而有效提高整体粉化效果，使得矿料粉化后粒径分布更均匀。
Description
技术领域
本发明实施例涉及矿料粉化技术领域，具体涉及一种基于预加速的高压气体快速卸荷粉化矿石装置及方法。
背景技术
目前，根据已开展的高压气体推动条件下矿石粉化试验数据，我们发现，在高压气体推动条件下，位于高压试验仓后方的矿石粉化效果优于卸荷口附近矿石的粉化效果。
而经研究分析后认为，出现这一现象的原因在于，在卸荷过程中，后方的矿石在高压气体推动时，有利于加速启动，待喷出高压试验仓时，可维持较高的运动速度；而在卸荷口附近的矿石，防爆片打开瞬间，没有加速的距离，环境压力就直接降为零，不利于维持矿石内部的高压力，因此，与后方矿石相比，卸荷口附近矿石的粉化效果相对较差。所以，亟需一种提升卸荷口附近的矿石粉化效果的粉化装置及方法。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种基于预加速的高压气体快速卸荷粉化矿石装置及方法，通过对整个粉化装置粉化和排料过程的调节，对结构的进一步优化，从而有效提高整体粉化效果，使得粉化后的矿料的矿粉粒径分布均匀。
为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：
在本发明实施例的一个方面，提供了一种基于预加速的高压气体快速卸荷粉化矿石装置，包括顺次设置的推进组件、高压粉化仓和矿粉收集仓，且所述高压粉化仓上对应形成有用于进料的进料口，用于出料的出料口，用于连通高压介质提供单元的进液口，以及用于高压气体排出的出气口；其中，
所述高压粉化仓内部形成为中空的腔体，所述腔体中靠近所述推进组件的一端通过活塞动密封设置，所述腔体中靠近所述矿粉收集仓的一端通过可开放的防爆片静密封设置，且所述防爆片中朝向所述活塞的一侧设置有预加速块，以使得高压粉化仓中的矿石在喷出之前有一个预加速区间段；
所述推进组件用于向所述活塞提供推动力；
所述矿粉收集仓与所述出料口相连通。
作为本发明的一种优选方案，所述推进组件包括设置于所述活塞中背向所述高压粉化仓一侧的高压气仓，以及与所述高压气仓相连通的高压气泵；且，
所述高压气泵用于向所述高压气仓中提供推进气体，所述高压气泵与所述高压气仓之间还设置有用于控制所述推进气体的流量的第一控制阀门。
作为本发明的一种优选方案，所述高压介质提供单元与所述高压粉化仓之间还设置有用于控制高压介质的流量的第二控制阀门。
作为本发明的一种优选方案，所述高压气仓和所述高压粉化仓还各自连接有第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器和所述第二压力传感器用于对应显示所述高压气仓和所述高压粉化仓中的压力值。
作为本发明的一种优选方案，所述预加速块与所述腔体的内壁之间形成为双层密封结构。
作为本发明的一种优选方案，所述预加速块沿长度方向贯通形成有至少一个预穿孔洞，所述预穿孔洞中动密封设置有密封杆，且所述密封杆与所述预穿孔洞的内壁之间的密封面的长度大于所述预加速块与所述腔体内壁之间的密封面的长度；
所述预加速块与所述腔体之间的静摩擦力大于所述密封杆与所述预穿孔洞的内壁之间的静摩擦力。
作为本发明的一种优选方案，所述预加速块包括外表面与所述腔体内壁相对密封设置的密闭区间，以及自所述密闭区间中远离所述活塞的一端向外延伸的非密闭区间；
所述非密闭区间形成为沿所述预加速块的长度方向延伸的筒体结构，且所述筒体结构中远离所述密闭区间的一端的侧壁上形成有多个进气孔。
作为本发明的一种优选方案，所述进气孔沿所述筒体结构的周向方向形成为多层，且多层所述进气孔自靠近所述密闭区间至远离所述密闭区间的分布密度增加。
作为本发明的一种优选方案，所述预加速块中朝向所述活塞的端面以每个所述预穿孔洞为中心向外辐射形成为凹弧面。
在本发明实施例的另一个方面，还提供了一种基于预加速的高压气体快速卸荷粉化矿石方法，采用上述所述的矿石粉化装置，所述矿石粉化方法包括：
S100、将预加速块放入高压粉化仓的其中一侧进行密封并在端部设置防爆片进行密封，而后通过进料口向高压粉化仓中填入待粉化矿料后，对高压粉化仓的另一侧采用活塞进行密封，并将放有活塞的高压粉化仓的一侧的开口与推进组件相连通；
S200、对推进组件进行升压至预设推进压力；
S300、向高压粉化仓中通入高压介质至预设粉化压力；
S400、开放防爆片，预设推进压力推动活塞并进一步推动预加速块，至高压粉化仓中的待粉化矿料喷出，形成为矿粉后，并通过矿粉收集仓进行收集。
本发明的实施方式具有如下优点：
通过在高压粉化仓和防爆片之间设置预加速块，使得矿石在粉化过程中获得一定的预加速距离；进一步地，预加速块的设置，也使得能够根据情况对预加速块的长度进行相应的调节，从而对应获得合适长度的预加速距离，使得整个高压粉化仓中的矿石在离开腔体时均能够具有相对较为一致的高速，从而提高整体粉化过程中粉料的细化程度和细化均匀度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例提供的粉化矿石装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的预加速块的局部剖视图；
图3为本发明实施例提供的非密闭区间的局部展开图；
图4为本发明实施例提供的预加速块的其中一个端面的局部侧视图；
图5为本发明具体实施例中采用不同的预加速块粉化后的矿粉粒径分布图。
图中：
1-推进组件；2-高压粉化仓；3-矿粉收集仓；4-高压介质提供单元；5-预加速块；6-气瓶；7-驱动气源；8-高压液态CO2灌装机；
11-活塞；12-高压气仓；13-高压气泵；14-第一控制阀门；15-第一压力传感器；16-第二压力传感器；
21-进料口；22-出料口；23-进液口；24-出气口；25-防爆片；
41-第二控制阀门；
51-密闭区间；52-非密闭区间；53-进气孔；54-密封杆；55-凹弧面。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图4所示，本发明提供了一种基于预加速的高压气体快速卸荷粉化矿石装置，包括顺次设置的推进组件1、高压粉化仓2和矿粉收集仓3，且所述高压粉化仓2上对应形成有用于进料的进料口21，用于出料的出料口22，用于连通高压介质提供单元4的进液口23，以及用于高压气体排出的出气口24；其中，
所述高压粉化仓2内部形成为中空的腔体，所述腔体中靠近所述推进组件1的一端通过活塞11动密封设置，所述腔体中靠近所述矿粉收集仓3的一端通过可开放的防爆片25静密封设置，且所述防爆片25中朝向所述活塞11的一侧设置有预加速块5，以使得所述高压粉化仓2中的矿石在喷出之前有一个预加速区间段；
所述推进组件1用于向所述活塞11提供推动力；
所述矿粉收集仓3与所述出料口22相连通。
具体地，这里的高压粉化仓2中用于盛放待粉化矿石并通过进液口23充入高压介质(具体地，这里为高压CO2)。一种具体的实施例中，这里的高压CO2由高压液态CO2灌装机8进行提供(根据实际情况提供特定温度和压力条件下的液态CO2)。在实际操作过程中，矿石经由进料口21装入，在粉化后经由出料口22排出。需要进一步说明的是，这里的防爆片25为可开放的设置，通过其开放实现高压状态的卸荷，完成矿石的粉化，当然，在本发明的一种具体的实施方式中，这里的防爆片25的开放为采用药包进行爆破的方式进行，防爆片25上自粘贴药包，从而通过药包对其爆破实现高压粉化仓2的快速卸荷。
上述整个设置方式通过在矿石和防爆片25之间设置预加速块5，为矿石粉化过程提供预加速距离，使得矿石整体均能够在获得高速的前提下离开高压粉化仓2，从而有效提高整体的粉化效果。并且，在整个预加速块5在腔体内的移动过程中，其整体上对于整个腔体依然是具有密封效果，从而有效保障矿石的预加速过程。
在本发明的一种优选的实施例中，所述推进组件1包括设置于所述活塞11中背向所述高压粉化仓2一侧的高压气仓12，以及与所述高压气仓12相连通的高压气泵13；且，
所述高压气泵13用于向所述高压气仓12中提供推进气体，所述高压气泵13与所述高压气仓12之间还设置有用于控制所述推进气体的流量的第一控制阀门14。具体地，这里的高压气泵13可以通过高压管线与第一控制阀门14相连通，向高压气仓12中提供高压N2，同时，这里的高压N2可以由后侧的气瓶6和驱动气源7配合提供，一种具体的实施例中，这里的气瓶6的初始压力为10-12MPa，驱动气源7采用的压力规格为0.8MPa。
活塞11在这里的设置是位于腔体中矿石的后侧(需要说明的是，这里的前侧指的是矿石粉化后的出口方向)，起到对矿石的整体推进。
在本发明的一种更为优选的实施例中，所述高压介质提供单元4与所述高压粉化仓2之间还设置有用于控制高压介质的流量的第二控制阀门41。通过第二控制阀门41的设置，进一步有效实现高压粉化仓2中的液态CO2的灌装流量调节。
具体地，所述高压气仓12和所述高压粉化仓2还连接有第一压力传感器15和第二压力传感器16，所述压力第一传感器15和第二压力传感器16用于对应显示所述高压气仓12和所述高压粉化仓2中的压力值。当然，这里优选为数显式压力传感器，以便于压力的实时显示，便于整个灌装过程的精准监控。
为了有效实现预加速块5的良好的密封性能，所述预加速块5与所述腔体的内壁之间形成为双层密封结构。这里的双层密封结构可以采用本领域技术人员能够理解和实施的任意合适的方式，在此不多作赘述。
在本发明的一种更为优选的实施例中，所述预加速块5沿长度方向贯通形成有至少一个预穿孔洞，所述预穿孔洞中动密封设置有密封杆54，且所述密封杆54与所述预穿孔洞的内壁之间的密封面的长度大于所述预加速块5与所述腔体内壁之间的密封面的长度；
所述预加速块5与所述腔体之间的静摩擦力大于所述密封杆54与所述预穿孔洞的内壁之间的静摩擦力。
通过设置预穿孔洞，并在预穿孔洞中对应密封设置密封杆54，同时将密封杆54与预穿孔洞之间的静摩擦力设置为小于预加速块与腔体之间的静摩擦力，从而在防爆片25开放后，活塞11受前端高压气仓12中的高压推力作用，推动矿石，进一步推动预加速块5，在预加速块5移动的过程中，由于其中的密封杆54的静摩擦力相对低于预加速块5的外表面与腔体之间的静摩擦力，因此，密封杆54会移动速度相对较快，从而露出预穿孔洞，位于前侧靠近出料口22的矿石则会进一步被挤入预穿孔洞中，本身由于考虑能够提高粉化效率，因此腔体整体并不会过小，也就使得其不会过短，因此前侧和后侧的矿石的行进加速路径本身还是具有一定的区别，因此，前侧的矿石进入预穿孔洞中，不仅其会跟随预加速块5进行加速移动，且提供了预加速块5的长度进一步作为其加速区间，从而有效实现了整体的矿石预加速长度的平衡。并且，进一步提高密封杆54的长度，能够更好地提高前侧整体的加速距离。这里的密封杆54的外壁与预穿孔洞之间的静摩擦力，以及预加速块5与腔体之间的静摩擦力的大小可以根据实际长度以及活塞11推进力等进行计算后进行相应的调节，以使得在预加速块5离开腔体时，密封杆54在预穿孔洞中移动的距离大于预加速块5与腔体的密封长度的距离。
在本发明的一种更为优选的实施例中，所述预加速块5包括外表面与所述腔体内壁相对密封设置的密闭区间51，以及自所述密闭区间51中远离所述活塞11的一端向外延伸的非密闭区间52；
所述非密闭区间52形成为沿所述预加速块5的长度方向延伸的筒体结构，且所述筒体结构中远离所述密闭区间51的一端的侧壁上形成有多个进气孔53。
密闭区间51即与高压粉化仓2密封的区间，而非密闭区间52则是延伸以增长密封杆54的密封长度，提高进入预穿孔洞中的矿石的预加速长度。同时，进气孔53的设置，能够使得移动至较长距离后，即在预穿孔洞中的矿石的移动长度已经达到较大的加速距离，此时可以露出进气孔53，使得预穿孔洞中的部分矿石受到瞬时泄压，有效形成为粉末。
进一步优选的实施例中，所述进气孔53沿所述筒体结构的周向方向形成为多层，且多层所述进气孔53自靠近所述密闭区间51至远离所述密闭区间51的分布密度增加。靠近前端的进气孔53分布密度较为稀疏，靠近进气孔53的矿石能够有效粉化，随着进气孔53的分布密度的密集变化，能够逐层实现矿石的多步粉化，提高粉化效果。并且，由于进气孔53的分布密度并非特别密集，并不能实现完全的泄压，这时前侧压强依然相对较大，能够有效继续推进预加速块5的移动，从而预加速块5相对于高压粉化仓2的脱离，能够实现后方(即预穿孔洞外)的矿石的有效粉化。
一种更为优选的实施例中，为了使得靠近预加速块5的矿石能够更好地进入预穿孔洞中，所述预加速块5中朝向所述活塞11的端面以每个所述预穿孔洞为中心向外辐射形成为凹弧面55。
在本发明实施例的另一个方面，还提供了一种基于预加速的高压气体快速卸荷粉化矿石方法，采用上述所述的矿石粉化装置，所述矿石粉化方法包括：
S100、将预加速块5放入高压粉化仓2的其中一侧进行密封并在端部设置防爆片25进行密封，而后通过进料口21向高压粉化仓2中填入待粉化矿料后，对高压粉化仓2的另一侧采用活塞11进行密封，并将放有活塞11的高压粉化仓2的一侧的开口与推进组件1相连通；
S200、对推进组件1进行升压至预设推进压力；
S300、向高压粉化仓2中通入高压介质至预设粉化压力；
S400、开放防爆片25，预设推进压力推动活塞11并进一步推动预加速块5，至高压粉化仓2中的待粉化矿料喷出，形成为矿粉后，并通过矿粉收集仓3进行收集。
例如，具体的实施例中，步骤具体如下：
A、通过进料口21装入预加速块5，再装入铁矿石；
B、将活塞11从进料口21放入高压粉化仓2，高压气仓12通过螺纹与高压粉化仓2连接；
C、安装防爆片25，封头密封；
D、通过驱动气源7启动高压气泵13，高压气泵13通过第一控制阀门14与高压气仓12连接，灌装特定初压N2；
E、当第一控制阀门14处的第一压力传感器15数值达到预设压力时，关闭第一控制阀门14，关闭驱动气源7和高压气泵13；
F、通过开放第二控制阀门41，灌装特定初压的液态CO2；
G、当第二控制阀门41处的第二压力传感器16数值达到预设压力时，关闭第二控制阀门41，关闭高压液态CO2灌装机8；
H、引爆防爆片25上的药包，高压气仓23内的N2推动矿石快速喷出，被粉碎成铁矿粉，通过出料口22排出铁矿粉。
在具体实验过程中，分别采用2cm长度的铝棒，5cm长度的铝棒，2cm长度的铁棒和5cm长度的铁棒分别作为预加速块5进行对应的粉化操作，其粉化后的矿粉的粒径分布图如图5所示。其中，每组柱状图自左而右分别为a、b、c和d，其中，a对应的是2cm长度的铝棒，b对应的是5cm长度的铝棒，c对应的是2cm长度的铁棒，d对应的是5cm长度的铁棒。
通过上述可以看出，预加速块5的长度越长，可以为矿石提供更长的预加速距离，矿石离开高压粉化仓2的速度越高，矿石粉化后，细颗粒占比提升的幅度越大；同时，矿石粉化效果跟预加速块5的质量没有明显的相关性；基于上述结论性认识，质量块可选择一定长度的轻质材料。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种基于预加速的高压气体快速卸荷粉化矿石装置，其特征在于，包括顺次设置的推进组件(1)、高压粉化仓(2)和矿粉收集仓(3)，且所述高压粉化仓(2)上对应形成有用于进料的进料口(21)，用于出料的出料口(22)，用于连通高压介质提供单元(4)的进液口(23)，以及用于高压气体排出的出气口(24)；其中，
所述高压粉化仓(2)内部形成为中空的腔体，所述腔体中靠近所述推进组件(1)的一端通过活塞(11)动密封设置，所述腔体中靠近所述矿粉收集仓(3)的一端通过可开放的防爆片(25)静密封设置，且所述防爆片(25)中朝向所述活塞(11)的一侧设置有预加速块(5)，以使得所述高压粉化仓(2)中的矿石在喷出之前有一个预加速区间段；
所述推进组件(1)用于向所述活塞(11)提供推动力；
所述矿粉收集仓(3)与所述出料口(22)相连通；
所述预加速块(5)沿长度方向贯通形成有至少一个预穿孔洞，所述预穿孔洞中动密封设置有密封杆(54)，且所述密封杆(54)与所述预穿孔洞的内壁之间的密封面的长度大于所述预加速块(5)与所述腔体内壁之间的密封面的长度；
所述预加速块(5)与所述腔体之间的静摩擦力大于所述密封杆(54)与所述预穿孔洞的内壁之间的静摩擦力。
2.根据权利要求1所述的一种基于预加速的高压气体快速卸荷粉化矿石装置，其特征在于，所述推进组件(1)包括设置于所述活塞(11)中背向所述高压粉化仓(2)一侧的高压气仓(12)，以及与所述高压气仓(12)相连通的高压气泵(13)；且，
所述高压气泵(13)用于向所述高压气仓(12)中提供推进气体，所述高压气泵(13)与所述高压气仓(12)之间还设置有用于控制所述推进气体的流量的第一控制阀门(14)。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于预加速的高压气体快速卸荷粉化矿石装置，其特征在于，所述高压介质提供单元(4)与所述高压粉化仓(2)之间还设置有用于控制高压介质的流量的第二控制阀门(41)。
4.根据权利要求2所述的一种基于预加速的高压气体快速卸荷粉化矿石装置，其特征在于，所述高压气仓(12)和所述高压粉化仓(2)还各自连接有第一压力传感器(15)和第二压力传感器(16)，所述第一压力传感器(15)和所述第二压力传感器(16)用于对应显示所述高压气仓(12)和所述高压粉化仓(2)中的压力值。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于预加速的高压气体快速卸荷粉化矿石装置，其特征在于，所述预加速块(5)与所述腔体的内壁之间形成为双层密封结构。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于预加速的高压气体快速卸荷粉化矿石装置，其特征在于，所述预加速块(5)包括外表面与所述腔体内壁相对密封设置的密闭区间(51)，以及自所述密闭区间(51)中远离所述活塞(11)的一端向外延伸的非密闭区间(52)；
所述非密闭区间(52)形成为沿所述预加速块(5)的长度方向延伸的筒体结构，且所述筒体结构中远离所述密闭区间(51)的一端的侧壁上形成有多个进气孔(53)。
7.根据权利要求6所述的一种基于预加速的高压气体快速卸荷粉化矿石装置，其特征在于，所述进气孔(53)沿所述筒体结构的周向方向形成为多层，且多层所述进气孔(53)自靠近所述密闭区间(51)至远离所述密闭区间(51)的分布密度增加。
8.根据权利要求1或2所述的一种基于预加速的高压气体快速卸荷粉化矿石装置，其特征在于，所述预加速块(5)中朝向所述活塞(11)的端面以每个所述预穿孔洞为中心向外辐射形成为凹弧面(55)。
9.一种基于预加速的高压气体快速卸荷粉化矿石方法，其特征在于，采用权利要求1-8中任意一项所述的基于预加速的高压气体快速卸荷粉化矿石装置，所述高压气体快速卸荷粉化矿石方法包括：
S100、将预加速块(5)放入高压粉化仓(2)的其中一侧进行密封并在端部设置防爆片(25)进行密封，而后通过进料口(21)向高压粉化仓(2)中填入待粉化矿料后，对高压粉化仓(2)的另一侧采用活塞(11)进行密封，并将放有活塞(11)的高压粉化仓(2)的一侧的开口与推进组件(1)相连通；
S200、对推进组件(1)进行升压至预设推进压力；
S300、向高压粉化仓(2)中通入高压介质至预设粉化压力；
S400、开放防爆片(25)，预设推进压力推动活塞(11)并进一步推动预加速块(5)，至高压粉化仓(2)中的待粉化矿料喷出，形成为矿粉后，并通过矿粉收集仓(3)进行收集。
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