CN113751157B - 一种磁场辅助高压水射流整形机制砂粒形的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁场辅助高压水射流整形机制砂粒形的装置与方法，该装置包括：用于制备出机制砂的制砂机构；机制砂整形机构：包括顶部连接所述制砂机构出口的整形仓室、安装在整形仓室内的磁场辅助整形组件，以及高压水射流组件，所述的高压水射流组件用于对整形仓室提供高压冲刷水，以在整形仓室内形成围绕其中心做圆周运动的水流，所述的磁场辅助整形组件由磁场辅助单元、以及放置在整形仓室内的磁性微球组成；以及出口筛分机构。本发明采用高压水射流模拟河流冲刷作用对机制砂进行初步整形，同时辅以磁场辅助摩擦整形。本发明可实现机制砂高效加工与整形，生产出针片状含量低且粒形与河沙无异的高品质机制砂。

Description

一种磁场辅助高压水射流整形机制砂粒形的装置与方法

技术领域

本发明属于高品质机制砂整形技术领域，涉及一种磁场辅助高压水射流整形机制砂粒形的装置与方法。

背景技术

砂石骨料作为混凝土生产不可或缺的重要原材料之一，其体积约占混凝土总体积的70％～80％。随着我国土木工程建设的不断加快，工程建设所用砂石资源的需求量也在不断地上升，根据其来源的不同可划分为有天然骨料(河沙、海沙、卵石等)和人工骨料(机制砂、碎砾石等)。由于天然骨料具有短期不可再生性，随着我国天然砂石资源的过度开发以及环保力度的逐步加大，导致像河沙等天然优质骨料的资源越来越短缺，也造成目前的相关资源开采难度越来越大。就全国范围来看，使用机制砂替代河沙已成为混凝土行业可持续发展的一种趋势。因此，在我国当下“碳达峰、碳中和”的政策号召下，实现机制砂的资源化、绿色可持续化和高质量化生产对推广机制砂的全国应用具有重要意义。

根据目前众多研究来看，机制砂品质的优劣对混凝土的性能和质量有着极大的影响，特别是国家重大工程建设更需要高品质机制砂作为混凝土原材料。与河沙相比，机制砂由于其原材料和工艺特点具有粒形较差、针片状含量高、表面粗糙多孔、质地坚硬等缺陷。在性质上，用机制砂生产的混凝土一般所需水泥量较多、和易性较差、与水泥浆体粘结能力较强，严重影响混凝土的工作性能、力学性能和长期耐久性能。对于大规模应用机制砂且对机制砂混凝土性能有要求的工程，就需要在原先生产工艺的基础上，对机制砂进行表面整形以达到混凝土的设计要求。因此，如何对原有机制砂生产设备进行优化升级并实现高品质机制砂粒形的高效加工与整形便显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种磁场辅助高压水射流整形机制砂粒形的装置与方法，以实现对机制砂的高效加工整形等。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提供了一种磁场辅助高压水射流整形机制砂粒形的装置，包括：

用于制备出机制砂的制砂机构；

机制砂整形机构：包括顶部连接所述制砂机构出口的整形仓室、安装在整形仓室内的磁场辅助整形组件，以及高压水射流组件，所述的高压水射流组件用于对整形仓室提供高压冲刷水，以在整形仓室内形成围绕其中心做圆周运动的水流，所述的磁场辅助整形组件由可在整形仓室内形成辅助磁场的磁场辅助单元、以及放置在整形仓室内的磁性微球组成；

以及用于对机制砂整形机构所排出机制砂粒径进行筛分的出口筛分机构。

进一步的，所述的磁场辅助单元由布置在整形仓室中心处并带有中空腔体的中柱、安装在所述中空腔体内的线圈组件、以及磁场产生单元组成，所述的磁场产生单元还连接所述线圈组件，使得所述线圈组件通电后在整形仓室内产生沿上下方向的辅助磁场。

进一步的，所述的高压水射流组件包括高压水泵、与高压水泵的出水口连接的分流管道，以及安装在整形仓室内壁并连接所述分流管道的射流喷头，所述射流喷头所喷出的高压水射流沿整形仓室内壁切线方向水平射出。

更进一步的，所述的射流喷头沿竖直方向在整形仓室内壁设有若干组。

更进一步的，所述的整形仓室的底部还设有一循环水出口，该循环水出口通过循环水导管依次连接沉淀池与高压水泵的进水口。

更进一步优选的，在循环水出口处还设置有过滤网。

进一步的，所述的出口筛分机构由间隔叠放且从上到下孔径依次减小的若干方孔筛组成，且经所述方孔筛过筛后的筛下物和筛上物分别通过传输机构送往对应粒径的料仓。

更进一步的，所述方孔筛的孔径从下到上依次为0.075mm、0.15mm、0.3mm、0.6mm、1.18mm、2.36mm、4.75mm。

进一步的，所述的磁性微球由与机制砂各级粒径匹配的钕铁硼磁铁球或铬合金铸铁球组成。

进一步的，所述制砂机构的出口与机制砂整形机构的入口之间还设有入口筛分机构。

进一步的，所述的出口筛分机构可对整形后的机制砂按照生产所需级配对不同粒径机制砂的级配进行实时在线调整，解决了传统机制砂级配较差的现状。

本发明的技术方案之二提供了一种磁场辅助高压水射流整形机制砂粒形的方法，其采用如上所述的装置实施，该方法包括以下步骤：

(1)机制砂从制砂机构出口排放进入整形仓室；

(2)打开高压水射流组件，以在整形仓室内形成围绕中心的环形，使得机制砂在整形仓室内围绕其中心高速运动；

(3)打开磁场辅助整形组件，使得磁性微球悬在整形仓室内并与机制砂进行接触式摩擦整形；

(4)整形完成的机制砂排入出口筛分机构中，并按照所需粒径比例进行筛分。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明用于在磁场辅助下模拟河流冲刷作用对机制砂进行粒形调控，可实现机制砂的高效加工与整形，生产出粒形与河沙无异的高品质机制砂，有效降低机制砂中针片状含量，提高混凝土工程质量；

2)本发明生产效率高、操作简单、易于实现及用途广，可通过更换不同孔径的标准方孔筛使整形后的机制砂按照所需粒径比例进行自动配制，可以满足不同结构工程对骨料的需求情况，实现高品质机制砂级配的精准调控；

3)本发明所使用的高耐磨的磁性微球在长时间保持级配不变的同时不仅提高整形效率、减少停机补球时间和开停机次数，也延长了清仓周期并减轻人工强度。同时通过湿法进行机制砂的整形加工，避免灰尘排入空气中，能极大减少环境污染；

4)本发明能通过微机控制仪精确设置多种复杂的使用参数条件来表实现机制砂的智能化加工与整形，可控制单独的机制砂整形系统，也可以用于控制整套的机制砂石生产线的生产与加工。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图中标记说明：

1-制砂机构，2-机制砂整形机构，201-整形仓室，202-中柱，203-滤网，204-循环水导管，3-高压水射流组件，301-射流喷头，302-分流管道，303-高压水泵，4-磁场辅助整形组件，401-上盖板，402-下盖板，403-线圈组件，404-磁场产生单元，405-磁性微球，5-水循环单元，501-沉淀池，6-筛分装置，601-入口筛分机构，602-出口筛分机构，603-传输机构，7-微机控制仪。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

以下各实施方式或实施例中，如无特别说明的功能部件或结构，则表明其均为本领域为实现对应功能而采用的常规部件或常规结构。

为实现对机制砂的高效加工整形等，本发明提供了一种磁场辅助高压水射流整形机制砂粒形的装置，其结构参见图1所示，包括：

用于制备出机制砂的制砂机构1；

机制砂整形机构2：包括顶部连接所述制砂机构1出口的整形仓室201、安装在整形仓室201内的磁场辅助整形组件4，以及高压水射流组件3，所述的高压水射流组件3用于对整形仓室201提供高压冲刷水，以在整形仓室201内形成围绕其中心做圆周运动的水流，所述的磁场辅助整形组件4由可在整形仓室201内形成辅助磁场的磁场辅助单元、以及放置在整形仓室201内的磁性微球405组成；

以及用于对机制砂整形机构2所排出机制砂粒径进行筛分的出口筛分机构602。

在一种具体的实施方式中，请再参见图1所示，所述的磁场辅助单元由布置在整形仓室201中心处并带有中空腔体的中柱202、封装在所述中空腔体内的线圈组件403、以及磁场产生单元404组成，所述的磁场产生单元404还连接所述线圈组件403，使得所述线圈组件403通电后在整形仓室201内产生沿上下方向的磁场。在通电后通过控制电流通断、强度与方向等，可以控制磁性微球悬在整形仓室中，从而可以使得磁性微球405与机制砂一起绕中柱202运动或加速运动，且磁性微球405的运动速度可根据实际需要进行调整，在磁场中通过快速与机制砂产生摩擦作用并整形。此处的磁场产生单元404采用常规可控制线圈组件403通断电、电流强度与方向等的常规结构即可。

在一种具体的实施方式中，请再参见图1所示，所述的高压水射流组件3包括高压水泵303、与高压水泵303的出水口连接的分流管道302，以及安装在整形仓室201内壁并连接所述分流管道302的射流喷头301，所述射流喷头301所喷出的高压水射流沿整形仓室201内壁切线方向水平射出。高压水射流组件3所喷出的高压水射流具体为：使整形所需水经过外部的高压水泵303等以高速喷出并带动机制砂做高速圆周运动，从而模拟河水对河沙的冲刷作用。

更具体的实施方式中，请再参见图1所示，所述的射流喷头301沿竖直方向在整形仓室201内壁设有若干组，优选的，射流喷头301在竖直方向上设有3～15组，每组射流喷头301设有一个或在同一水平圆周上间隔布置的若干个。

更具体的实施方式中，请再参见图1所示，所述的整形仓室201的底部还设有一循环水出口，该循环水出口通过循环水导管204依次连接沉淀池501与高压水泵303的进水口。通过循环水出口配合由沉淀池501等组成的水循环单元5，可以将整形仓室201内的水以循环方式送入高压水泵303，并经射流喷头301喷出。更进一步优选的，在循环水出口处还设置有过滤网。

在一种具体的实施方式中，请再参见图1所示，所述的出口筛分机构602由间隔叠放且从上到下孔径依次减小的若干方孔筛组成，且经所述方孔筛过筛后的筛下物和筛上物分别通过传输机构603送往对应粒径的料仓。

更具体的实施方式中，所述方孔筛的孔径从下到上依次为0.075mm、0.15mm、0.3mm、0.6mm、1.18mm、2.36mm、4.75mm，可针对不同工程实际要求按需配制出不同细度模数的机制砂。

在一种具体的实施方式中，所述的磁性微球405由与机制砂各级粒径匹配的钕铁硼磁铁球或铬合金铸铁球组成。

在一种具体的实施方式中，所述制砂机构1的出口与机制砂整形机构2的入口之间还设有入口筛分机构601。入口筛分机构601可以由一套4.75mm的方孔筛构成，可筛除4.75mm以上的碎石。

在一种具体的实施方式中，整形仓室201的入口与出口处还分别设有可开闭的上盖板401与下盖板402，且当上盖板401与下盖板402均盖上时，整形仓室201内形成一个大致封闭的空间，使得机制砂可被高压水射流带动整形。

本发明的装置中还可以设置微机控制仪7，以协调控制上述所有机构的运行。

另外，本发明还对应提供了一种磁场辅助高压水射流整形机制砂粒形的方法，其采用如上所述的装置实施，该方法包括以下步骤：

(1)机制砂从制砂机构1出口排放进入整形仓室201；

(2)打开高压水射流组件3，以在整形仓室201内形成围绕中心的环形，使得机制砂在整形仓室201内围绕其中心高速运动；

(3)打开磁场辅助整形组件4，使得磁性微球405在整形仓室201内以高于机制砂的运动速度进行接触式摩擦整形；

(4)整形完成的机制砂排入出口筛分机构602中，并按照所需粒径比例进行筛分。

以上各实施方式可以任一单独实施，也可以任意两两组合或更多的组合实施。

下面结合具体实施例来对上述实施方式进行更具体的说明。

实施例1：

为实现对机制砂的高效加工整形等，本发明提供了一种磁场辅助高压水射流整形机制砂粒形的装置，其结构参见图1所示，包括：

用于制备出机制砂的制砂机构1；

机制砂整形机构2：包括顶部连接制砂机构1出口的整形仓室201、安装在整形仓室201内的磁场辅助整形组件4，以及高压水射流组件3，高压水射流组件3用于对整形仓室201提供高压冲刷水，以在整形仓室201内形成围绕其中心做圆周运动的水流，磁场辅助整形组件4由可在整形仓室201内形成辅助磁场的磁场辅助单元、以及放置在整形仓室201内的磁性微球405组成；

以及筛分装置6，其包括用于对机制砂整形机构2所排出机制砂粒径进行筛分的出口筛分机构602，以及位于制砂机构1的出口与机制砂整形机构2的入口之间的入口筛分机构601。

请再参见图1所示，磁场辅助单元由布置在整形仓室201中心处并带有中空腔体的中柱202、安装在中空腔体内的线圈组件403、以及磁场产生单元404组成，磁场产生单元404还连接线圈组件403，使得线圈组件403通电后在整形仓室201内产生向上的磁场。在通电后通过可以使得整形仓室201内产生磁场强度可调整的竖向磁场，从而可以使得磁性微球405悬在整形仓室201中并与机制砂一起绕中柱202运动或加速运动，且磁性微球405的运动速度可根据实际需要进行调整，在磁场中通过快速与机制砂产生摩擦作用并整形。

请再参见图1所示，高压水射流组件3包括高压水泵303、与高压水泵303的出水口连接的分流管道302，以及安装在整形仓室201内壁并连接分流管道302的射流喷头301，射流喷头301所喷出的高压水射流沿整形仓室201内壁切线方向水平射出。高压水射流组件3所喷出的高压水射流具体为：使整形所需水经过外部的高压水泵303等以高速喷出并带动机制砂做高速圆周运动，从而模拟河水对河沙的冲刷作用。

请再参见图1所示，射流喷头301沿竖直方向在整形仓室201内壁设有若干组，优选的，射流喷头301在竖直方向上设有3～15组，每组射流喷头301设有一个或在同一水平圆周上间隔布置的若干个。

请再参见图1所示，整形仓室201的底部还设有一循环水出口，该循环水出口通过循环水导管204依次连接沉淀池501与高压水泵303的进水口。通过循环水出口配合由沉淀池501等组成的水循环单元5，可以将整形仓室201内的水以循环方式送入高压水泵303，并经射流喷头301喷出。更进一步优选的，在循环水出口处还设置有过滤网。

请再参见图1所示，出口筛分机构602由间隔叠放且从上到下孔径依次减小的若干方孔筛组成，且经方孔筛过筛后的筛下物和筛上物分别通过传输机构603送往对应粒径的料仓。方孔筛的孔径从上到下依次为0.075mm、0.15mm、0.3mm、0.6mm、1.18mm、2.36mm、4.75mm，可针对不同工程实际要求按需配制出不同细度模数的机制砂。

磁性微球405由与机制砂各级粒径匹配的钕铁硼磁铁球或铬合金铸铁球组成。

请再参见图1所示，整形仓室201的入口与出口处还分别设有可开闭的上盖板401与下盖板402，且当上盖板401与下盖板402均盖上时，整形仓室201内形成一个大致封闭的空间，使得机制砂可被高压水射流带动整形。

入口筛分机构601可以由一套4.75mm的方孔筛构成，可筛除4.75mm以上的碎石。

本实施例的装置中还可以设置微机控制仪7，以协调控制上述所有机构的运行。

本实施例的装置的工作过程具体如下：

整形前，使用制砂机构1制备出机制砂，通过入口筛分机构601上配备的一套4.75mm的方孔筛，可筛除4.75mm以上的碎石，初步筛分出粒径合格的机制砂。接通电源，打开整形仓室201上方的入口，使得初步筛分的机制砂进入整形仓室201。其中，控制磁性微球405的体积约占机制砂体积的1/10～1/2。

整形时，先打开高压水泵303的开关，从射流喷头301处产生高压水射流，使机制砂沿整形仓室201环绕中柱202做高速圆周运动，开启磁场产生单元404，使得线圈组件403通电，通过控制电流强度调节线圈组件403产生的磁场强度，使磁性微球405悬在整形仓室201中并与机制砂进行接触式摩擦整形，经过一定的时间加工出初步整形的机制砂，通过整形仓室201底部的出口进入到出口筛分机构602，使整形后的机制砂按照所需粒径比例进行自动配制，再通过传输机构603将不同粒径的机制砂运输出来。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种磁场辅助高压水射流整形机制砂粒形的装置，其特征在于，包括：

用于制备出机制砂的制砂机构；

机制砂整形机构：包括顶部连接所述制砂机构出口的整形仓室、安装在整形仓室内的磁场辅助整形组件，以及高压水射流组件，所述的高压水射流组件用于对整形仓室提供高压冲刷水，以在整形仓室内形成围绕其中心做圆周运动的水流，所述的磁场辅助整形组件由可在整形仓室内形成辅助磁场的磁场辅助单元、以及放置在整形仓室内的磁性微球组成；

以及用于对机制砂整形机构所排出机制砂粒径进行筛分的出口筛分机构；

所述的磁场辅助单元由布置在整形仓室中心处并带有中空腔体的中柱、安装在所述中空腔体内的线圈组件、以及磁场产生单元组成，所述的磁场产生单元还连接所述线圈组件，使得所述线圈组件通电后在整形仓室内形成沿上下方向的磁场；

所述的高压水射流组件包括高压水泵、与高压水泵的出水口连接的分流管道，以及安装在整形仓室内壁并连接所述分流管道的射流喷头，所述射流喷头所喷出的高压水射流沿整形仓室内壁切线方向水平射出；

所述的射流喷头沿竖直方向在整形仓室内壁设有若干组。

2.根据权利要求1所述的一种磁场辅助高压水射流整形机制砂粒形的装置，其特征在于，所述的整形仓室的底部还设有一循环水出口，该循环水出口通过循环水导管依次连接沉淀池与高压水泵的进水口。

3.根据权利要求2所述的一种磁场辅助高压水射流整形机制砂粒形的装置，其特征在于，在循环水出口处还设置有过滤网。

4.根据权利要求1所述的一种磁场辅助高压水射流整形机制砂粒形的装置，其特征在于，所述的出口筛分机构由间隔叠放且从上到下孔径依次减小的若干方孔筛组成，且经所述方孔筛过筛后的筛下物和筛上物分别通过传输机构送往对应粒径的料仓。

5.根据权利要求1所述的一种磁场辅助高压水射流整形机制砂粒形的装置，其特征在于，所述的磁性微球由与机制砂各级粒径匹配的钕铁硼磁铁球或铬合金铸铁球组成。

6.根据权利要求1所述的一种磁场辅助高压水射流整形机制砂粒形的装置，其特征在于，所述制砂机构的出口与机制砂整形机构的入口之间还设有入口筛分机构。

7.一种磁场辅助高压水射流整形机制砂粒形的方法，其采用权利要求1-6任一所述的磁场辅助高压水射流整形机制砂粒形的装置实施，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)机制砂从制砂机构出口排放进入整形仓室；

(2)打开高压水射流组件，以在整形仓室内形成围绕中心的环形，使得机制砂在整形仓室内围绕其中心高速运动；

(3)打开磁场辅助整形组件，使得磁性微球悬浮在整形仓室内并与机制砂进行接触式摩擦整形；

(4)整形完成的机制砂排入出口筛分机构中，并按照所需粒径比例进行筛分。

Images