CN113926546A - 一种制备氧化锆粉体的磁吸重摔式球磨机及其内衬 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备氧化锆粉体的磁吸重摔式球磨机及其内衬，包括衬板，衬板具有若干组，衬板以拼接的方式形成为柱形内衬体；所形成的内衬体外围沿周向等间距的设置有用于对衬板组合状态保持的固定环；所述衬板的截面为中间凸起的拱形结构，使由衬板构成的内衬体内壁形成波浪面，所形成的球磨机采用磁体产生的吸力，来提升研磨球在下落时的速度，从而使其具备更快的加速度，进而产生更大的冲击力来减少球磨时间，使出来的物料粉体粒度均衡；其次，磁体内置在衬板内，通过在球磨机外置磁体对衬板内磁体形成一个磁性约束，使其始终处于球磨机的最底部，确保不会研磨球的运动平抛运动产生影响。

Description

一种制备氧化锆粉体的磁吸重摔式球磨机及其内衬

技术领域

本发明涉及氧化锆研磨设备领域，更具体的说，是涉及一种制备氧化锆粉体的磁吸重摔式球磨机及其内衬。

背景技术

氧化锆主要用在高强度结构陶瓷方面，很多应用都是基于该材料的高强度、高韧性、热导率低和高熔点的特点，如耐火砖、陶瓷车刀、免磨陶瓷刀具、研磨球、陶瓷阀门、模具、陶瓷牙，5G手机背板等；因此氧化锆是现代陶瓷技术大厦的基石。

高端氧化锆陶瓷的生产、使用过程中，稀土稳定氧化锆纳米粉体着色技术的开发非常重要，关系着产品品质的高低和产品功能的实现。

在氧化锆陶瓷的制备工艺过程中，包含配料、砂磨（着色也是发生在这个环节中）、造粒、高温固相合成、成型、高温烧制到最终产品；其中比较重要的一步工艺就是制备氧化锆粉体，氧化锆粉体的工业制备通常是采用球磨机进行破碎，目前的球磨技术虽然工艺简单，制造成本低，批次稳定好，但制备的粉体粒径大，粒度分布范围宽，烧结活性差；并且伴随着粉体粒度分布范围宽，导致最终形成的粉体染色不均匀，最终呈现的产品色泽不均匀，颜色连续可调性差，最终导致目标产品不合格。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种制备氧化锆粉体的磁吸重摔式球磨机及其内衬，所形成的球磨机采用磁体产生的吸力，来提升研磨球在下落时的速度，从而使其具备更快的加速度，进而产生更大的冲击力来减少球磨时间，使出来的物料粉体粒度均衡；其次，磁体内置在衬板内，通过在球磨机外置磁体对衬板内磁体形成一个磁性约束，使其始终处于球磨机的最底部，确保不会研磨球的运动平抛运动产生影响。

第一方面，本申请提供了一种球磨机内衬，包括衬板，衬板具有若干组，衬板以拼接的方式形成为柱形内衬体；所形成的内衬体外围沿周向等间距的设置有用于对衬板组合状态保持的固定环；

所述衬板的截面为中间凸起的拱形结构，使由衬板构成的内衬体内壁形成波浪面。

结合第一方面，在对上述衬板进行设置时，衬板采用硬质合金制成。

第二方面，本申请提供了一种应用上述内衬所制成的球磨机，包括横置的筒体，筒体由电机驱动进行转动，在筒体的内壁内置有一层内衬体，内衬体上的固定环与筒体的内壁接触；

在内衬体与筒体的固定环之间放置有内磁体，内磁体与筒体的内壁之间以滚动摩擦的形式连接，使得筒体转动时内磁体始终处于其最底部；

在筒体外壁的正下方设置有与内磁体磁力相吸的外磁体。

结合第二方面，在筒体内设置有大小不一的研磨球，筒体的转动使得研磨球在筒体不断掉落对物料进行研磨。

结合第二方面，在对筒体的结构进行设置时，在筒体的内壁位于内磁体的两侧突出的设有约束导轨。以约束内磁体的自由度。

结合第二方面，内磁体的结构进行具体设置时，内磁体为与筒体的内壁曲度相同的弧形结构，内磁体嵌入在与之弧度相适配的基座上，在基座的底面上设置有滚轮，基座贴合着筒体的内壁与形成滚动摩擦接触，滚筒转动使得内磁体始终属于其最底部。内磁体的作用主要是对研磨球产生一个抓取，使得研磨球在掉落过程中具有更大的加速度，最终掉落时的速度能够最大化，进而提升冲击力，缩短破碎时间。

结合第二方面，在对内衬体进行设置时，内衬体通过螺栓连接的方式与筒体相连接。

结合第二方面，在对筒体进行设置时，筒体的两端通过轴承架置在支撑架上；

在筒体的外壁沿周向安装有齿牙；齿牙与减速机的输出轴啮合，减速机由电机驱动。

本发明的有益效果在于：

第一、球磨机的工作原理是利用筒体的转动，带动内部的研磨球上升然后掉落砸到物料上并滚动着，通过这样的方式对物料形成破碎；而这个过程中，相当于是研磨球在筒体内做初速度为零的平抛运动，其平抛运动的加速度即为重力系数（g），那么研磨球掉落时的速度就V=gt（其中t是掉落时间）；而研磨球在下落时所产生的冲击力（FT=δmv，其中m是研磨球的质量），是与研磨球的“质量”和“研磨球掉落时的速度”有关；而物料倒入到筒体内后，体积大的研磨球能够对颗粒较大的物料进行快速破碎，体积较小研磨球是能够对颗粒较小的物料进行破碎破碎；以此循环进行实现破碎；这个过程中，导致筒体内物料的粒度大小差别比较大，想要保证大部分物料物料都能够破碎至要求粒度，那么只能采取长时间进行“球磨”的方式进行，来保证最终的产品大部分都在目标粒度以下，这就导致球磨机耗时非常的长，通常需要持续十几个小时；而这个过程中，当物料的粒度达到一定程度后，研磨球便无法再起到破碎作用，截止到这儿，这是物料的粒度要求是友好的，因为率先被破碎至目标粒度后的物料不能再被破碎了，直到大颗粒的物料被破碎至目标粒度，这样出来的产品就是粒度均衡的，如果仅仅时效率低下那么是可以接受的；

但是因为还有颗粒粒度不达要求的，使得筒体还得继续转动工作，而此时，筒体的转动又会对粒度已经达标的物料产生不断的摩擦，关键是摩擦会导致这类物料持续被细化，直到大部分物料粒度达标后，这些被摩擦后的物料，其粒度要远远小于目标粒度，这样会导致一个非常严重的问题，就是最终的粉体，其粒度值的分布范围宽，也就是颗粒大小不一，这对于氧化锆的染色来说，是非常不友好的，主要体现在不均匀。

对此，本申请提供的研磨机，其通过内衬里面的磁体，对研磨球在掉落时，产生一个磁吸力，来增大其加速度，从而增大其掉落时的速度，最终增强了冲击力；研磨球在滚动时也增强了与筒体的接触力，冲击力的增大，使得每一颗研磨球对物料的破碎程度更大，能够缩短破碎时间，避免已经达标的物料粒度由于摩擦的原因而继续被细化，最终使出来的粒度更加均衡。

第二、本申请通过内磁体来产生磁力增大研磨球的冲击力，通过外磁体来对内磁体产生位置上的约束，使其始终处于筒体的最底端。只有两者协同工作才能够起到明显效果，如果仅有外磁体而不舍内磁体，由于筒体的隔绝，磁力在筒体内极大的衰弱，所起到的效果不够明显。

第三、筒体内壁设置为多面体结构，将衬板设置为拼装的结构，主要是为了更换；其次将内衬内表面设置为波浪结构，波浪结构能够对研磨球产生更大的摩擦力（或称为支撑力）；使得筒体在转动时，通过少许离心力，就能够尽量克服磁力和自身的重力，将其“甩起”进行平抛运动。

附图说明

图1为内衬结构示意图。

图2为衬板断面结构示意图。

图3为筒体内壁结构示意图。

图4为内衬设置在筒体内结构示意图（筒体半刨）。

图5为内磁体安装位置示意图。

图6为内磁体与约束滑轨安装示意图。

图7为球磨机整体结构示意图。

图8为研磨球工作原理示意图。

图9为不同球磨时间与颗粒变化扫描电镜。

图中，1、内衬体；1.1、衬板；1.2、凸起；1.3、固定环；2、筒体；3、内磁体；3.1、基座；3.2、滚轮；4、外磁体；5、约束导轨；6、电机；7、减速机；8、支撑架；9、研磨球。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。

首先对其应用场景做进一步说明：现有技术中的球磨机是比较成熟的一种设备，用其破碎对粒度要求较低的物料是能够满足要求的，但是对于氧化锆陶瓷来说，特别是彩色氧化锆来说，其粒度的均匀性直接决定染色精度；现在的球磨机不是达不到要求精度，而是很难做到粒度均衡，导致最终的产品上色后的色差不均匀，基于这个原因，本申请提出如下解决方案。

为了清楚的理解本申请技术方案，下面将结合具体实施例和附图对本申请提供的技术方案进行详细说明。

以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解，在本申请以下各实施例中，“至少一个”、“一个或多个”是指一个、两个或两个以上。

在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“一个实施例”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

首先，申请人结合附图对球磨机内衬进行详细介绍，如图1、图2所示，球磨机内衬包括衬板1.1，衬板1.1具有十二组，衬板1.1以圆周阵列拼接的方式形成为柱形内衬体1，其中要求边角对齐且平整；所形成的内衬体1外围沿周向等间距的设置有用于对衬板1.1组合状态保持的固定环1.3，在将固定环1.3与衬板1.1连接时，在衬板1.1上和固定环1.3上加工通孔，两者通过螺栓连接的方式固定在一起；固定环1.3在内衬上沿轴向等间距分布，以确保对内衬的固定强度的保证；同时，衬板1.1采用硬质合金制成，其强度大、耐磨。

如图2所示，这其中，衬板1.1的截面为中间凸起1.2的拱形结构，使由衬板1.1构成的内衬体1内壁形成波浪面，波浪面的形成，使得内衬在旋转时，投放在内衬内的研磨球会被波浪产生卡合式的制成，提升了研磨球与内衬之间的摩擦力，从而使得其需要的离心力较小，筒体2运行所需要的能量就少，相对节能。

上述所称的硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料；硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，因此应用在其上设备使用寿命具有保障。

如图3、图8所示，其次，本申请制得一种应用上述内衬所制成的球磨机，该球磨机包括横置的筒体2，筒体2为圆柱形的结构，筒体2由电机6驱动进行转动，在筒体2的内壁内置有一层内上述衬体，内衬体1上的固定环1.3与筒体2的内壁接触（如图4所示），并且两者通过螺栓连接，连接时，在固定环1.3上以环形阵列的方式加工螺纹孔，同时在筒体2上螺纹孔相对应的位置处加工工装孔，两者通过螺栓连接。

如图5所示，内磁体3的设置：在内衬体1与筒体2的固定环1.3之间放置有内磁体3，内磁体3与筒体2的内壁之间以滚动摩擦的形式连接，以减小两者之间的摩擦力，使得筒体2转动时内磁体3始终处于其最底部；

同时，在筒体2外壁的正下方设置有与内磁体3磁力相吸的外磁体4，由外磁体4对内磁体3形成一个约束，使得其避免被筒体2转动的离心力带走，让其始终处于筒体2的底部。

如图6所示，在上述结构中，内磁体3与筒体2之间的滚动摩擦连接方式具体为：内磁体3为与筒体2的内壁曲度相同的弧形结构，内磁体3嵌入在与之弧度相适配的基座3.1上，在基座3.1的底面上设置有滚轮3.2，基座3.1贴合着筒体2的内壁与形成滚动摩擦接触，滚筒转动使得内磁体3始终属于其最底部；同时，在筒体2的内壁位于内磁体3的两侧突出的设有约束导轨5，约束导轨5为L型结构，使得滚轮3.2位于约束导轨5与筒体2之间，约束导轨5能够对内磁体3产生约束，使其只能围绕筒体2做圆周运动（如图6所示）；在设置约束导轨5时，在约束导轨5上与筒体2接触面上均匀的加工螺纹孔，在筒体2上相应的位置处加工通孔，螺栓由筒体2外壁的通孔穿过拧入至约束导轨5的螺纹孔上实现对约束导轨5的与筒体2之间的固定连接。

内磁体3的作用主要是对研磨球产生一个向下拉的力，使得研磨球在掉落过程中具有更大的加速度，最终掉落时的速度能够最大化，进而提升冲击力，缩短破碎时间。而外磁体4的作用，主要是对内磁体3的动作产生约束，使其始终能够处于筒体2的最底部，而不会被筒体2转动产生的离心力带跑；

在对上述球磨机进行实施时，在筒体2内设置有大小不一的研磨球，筒体2的转动使得研磨球在筒体2不断掉落、翻滚对物料进行研磨。

上述的筒体2在安装时，筒体2的两端通过轴承架置在支撑架8上；在筒体2的外壁沿周向安装有齿牙；齿牙与减速机7的输出轴啮合，减速机7由电机6驱动，从而实现对筒体2转动。

如图7所示，本申请的原理：通过始终处于筒体2底部的内磁体3，对研磨球产生一个磁力，而此时研磨球在做平抛运动的加速是重力加速度（g）和磁力所提供的加速度之和；而破碎是由于研磨球的掉落砸到物料上，使物料被冲碎，因此研磨球的冲击力（FT=δmv，其中m是研磨球的质量）越大，破碎至目标粒度物料其所需要的破碎时间越少，而破碎时间越少，对于已经达到粒度要求的物料颗粒摩擦就越少，最终所形成的产品粒度均衡；由冲击力公式可以看出在不改变研磨球体积的情况下，通过增加其下落时的速度，来提升研磨球的冲击力，这是一个方面效果体现；

另一方面是：研磨球对物料的破碎不光是砸，还包括其在筒体2内滚动时的碾碎过程，这也是破碎的一个重要方式，而通过磁力的增加，使得研磨球在掉落到筒体2底部时，由于磁力的作用，其与底部接触时的压力不光是重要，还包括磁力的作用，因此压力较大，最终对于物料的破碎也是比较快的；这也是一个重要原因。

而且本申请设置内次始终处于筒体2底部而不是沿着筒体2设置一圈，是因为经过试验，筒体2或内衬体1周围分布一圈永磁，在筒体2转动时，磁力会影响研磨球在筒体2的平抛运动方式，这是因为研磨球的体积不同，质量不同，筒体2转动时，所需要克服的重力不同，这在调试筒体2转速时，非常难以调试，如果转速过慢，则所形成的离心力就小，（当筒体2转动至临街值时）那么无法对体积大的研磨球产生一个平抛运动，而是会贴着内衬体1的内壁滑落；如果筒体2转速过快，所提供的离心力就大，质量大的研磨球能够产生平抛运动了，但是质量小的研磨球有磁力+与内衬体1之间的摩擦力+离心力使得其贴合在筒体2上做圆周运动，失去了研磨效力，因此这个问题是难以解决的。

而本申请经过修正，最终确定本申请的方案既提供了更大的冲击力，又不牺牲研磨球在筒体2内的平抛运动，效果是最佳的。

如图9所示，经过6小时的研磨试验（图中从左至右依序为1-6h变化图），由图可以看出，研磨6小时，所形成的粒度均衡性是比较优异的。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种球磨机内衬，包括衬板（1.1），其特征在于：衬板（1.1）具有若干组，衬板（1.1）以拼接的方式形成为柱形内衬体（1）；所形成的内衬体（1）外围沿周向等间距的设置有用于对衬板（1.1）组合状态保持的固定环（1.3）；

所述衬板（1.1）的截面为中间凸起（1.2）的拱形结构，使由衬板（1.1）构成的内衬体（1）内壁形成波浪面。

2.根据权利要求1所述的球磨机内衬，其特征在于：衬板（1.1）采用硬质合金制成。

3.一种应用权利要求1所述内衬制成的球磨机，包括横置的筒体（2），筒体（2）由电机（6）驱动进行转动，在筒体（2）的内壁内置有一层内衬体（1）；其特征在于：内衬体（1）上的固定环（1.3）与筒体（2）的内壁接触；

在内衬体（1）与筒体（2）的固定环（1.3）之间放置有内磁体（3），内磁体（3）与筒体（2）的内壁之间以滚动摩擦的形式连接，使得筒体（2）转动时内磁体（3）始终处于其最底部；

在筒体（2）外壁的正下方设置有与内磁体（3）磁力相吸的外磁体（4）。

4.根据权利要求3所述的球磨机，其特征在于：在筒体（2）内设置有大小不一的研磨球，筒体（2）的转动使得研磨球在筒体（2）不断掉落对物料进行研磨。

5.根据权利要求3所述的球磨机，其特征在于：在筒体（2）的内壁位于内磁体（3）的两侧突出的设有约束导轨（5）。

6.根据权利要求3所述的球磨机，其特征在于：内磁体（3）为与筒体（2）的内壁曲度相同的弧形结构，内磁体（3）嵌入在与之弧度相适配的基座（3.1）上，在基座（3.1）的底面上设置有滚轮（3.2），基座（3.1）贴合着筒体（2）的内壁与形成滚动摩擦接触，滚筒转动使得内磁体（3）始终属于其最底部。

7.根据权利要求3所述的球磨机，其特征在于：内衬体（1）通过螺栓连接的方式与筒体（2）相连接。

8.根据权利要求3所述的球磨机，其特征在于：筒体（2）的两端通过轴承架置在支撑架（8）上；

在筒体（2）的外壁沿周向安装有齿牙；齿牙与减速机（7）的输出轴啮合，减速机（7）由电机（6）驱动。

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