CN114042507B - 一种微波高温焙烧行星球磨机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微波高温焙烧行星球磨机，包括微波馈能装置、微波腔体、控制系统、测温装置、整体保温结构和球磨系统，所述微波馈能装置安装在微波腔体的外壁，所述微波馈能装置与控制系统连接，所述微波腔体的侧壁设置有门锁系统，所述球磨系统包括驱动电机、传动机构、转盘、球磨罐和研磨球。本发明在测温可靠、加热工艺可控的同时实现了微波高温焙烧与球磨同步进行的功能，且，本发明安全可靠，微波泄露值低。

Description

一种微波高温焙烧行星球磨机

技术领域

本发明涉及一种微波高温焙烧行星球磨机，属于冶金工程技术、矿物加工技术和粉体材料制备技术领域。

背景技术

矿物高温焙烧、球磨粉碎是传统矿物加工中的必要工序，也是传统矿物加工过程中能耗最高工序，其能量耗损约占整个矿物加工过程中的50％～70％。然而，传统磨矿工序的能量效率相当低，10％以下。

微波加热自上世纪以来，在矿物处理中得到了广泛的研究应用，常用于矿物的高温焙烧，其焙烧温度普遍在480℃～1200℃之间。在矿物的微波焙烧过程中，由于矿物各部位化学成分分布并不均一，而不同化学成分对微波的吸收效率存在很大的差异，即微波选择性加热特点。同时微波加热时，被加热物料直接吸收微波能量，无需热量传导，其加热速度快。故矿物微波高温焙烧时，在微波快速加热和选择加热的特性的共同作用下，从微观上看矿物的各部位将会存在较大的温度差异，从而导致有极大的热应力的差异，更利于矿物结构产生破损，同时，在微波作用下高温球磨，矿物在热应力及机械力的共同作用下，更加容易破碎。

而微波设备使用中，微波泄露防护也是重中之重。人体收到过量微波辐射时，会引起头昏、睡眠障碍、记忆力衰退、心跳过缓等问题，同时微波泄露，会影响周围环境的无线通信。国际电工委员会和我国相关部门也强制规定，微波泄露值不超过5mw/cm2。

现有技术中，尚无微波高温球磨技术，其近似技术中，存在以下几方面不足：

1、测温：专利201720817810.5没有测温，专利201921180600.5测量球磨罐外温度,现有技术均无法实时监控罐内物料实际温度，无法实现具体物料处理工艺精准控制，均存在因温度过高设备烧损的风险。

2、微波泄露：专利201921180600.5的红外探测孔没有微波泄露抑制设计，专利201921180600.5的电机传动轴没有没有微波泄露抑制设计，均存在微波泄露风险。

3、压力控制：在专利201921180600.5和2019106765071中，其压力控制技术方案采用压力控制阀和传感器等部件，这些部件一般都装有大量的有机元件，其使用温度不超过300℃，如在高温下使用，则压力控制技术方案失效，设备存在因气体膨胀或释放而导致爆炸的风险。

4、保温：专利201921180600.5中设备在高温工作时，会出现因热对流、辐射等传热影响而导致轴承部位变形卡死、微波腔体整体变形漏波等一些列问题，设备将无法工作。

综上所述，现有的技术方案均无法在高温条件下使用，微波高温焙烧与球磨也无法同步进行。故开发一种测温可靠，加热工艺可控，能实现微波高温焙烧与球磨同步进行的新型微波设备，对微波设备的开发和矿物高温焙烧球磨工艺的开发均具有创新意义。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种测温可靠、加热工艺可控的微波高温焙烧行星球磨机，其通过设置高温泄压机构、整体保温结构和测温装置实现微波高温焙烧与球磨同步进行的功能，以解决现有技术无法同步进行微波高温焙烧与行星球磨的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种微波高温焙烧行星球磨机，包括：微波馈能装置、微波腔体、整体保温结构、测温装置、控制系统和球磨系统，所述微波馈能装置安装在微波腔体的外壁，微波馈能装置与控制系统连接，微波腔体的侧壁设置有门锁系统，所述球磨系统包括驱动电机、传动装置、转盘、球磨罐和研磨球，转盘设置在微波腔体的内部，球磨罐的底部通过球磨罐固定机构固定在转盘上部，球磨罐包括通过隔板隔开的位于球磨罐远离转盘一端的球磨罐本体和位于球磨罐靠近转盘一端的设置有保温材料的球磨罐保温层，球磨罐本体设置有高温泄压机构，球磨罐的材质为透波透光材质，研磨球置于所述球磨罐本体内部，传动装置的转轴与微波腔体的接口处设置有微波抑制器，驱动电机安装在微波腔体的外部，转盘的底部通过传动装置与驱动电机连接，整体保温结构设置在微波腔体的内部，球磨罐设置在整体保温结构的内腔，测温装置设置在所述微波腔体的侧壁。

优选地，所述高温泄压机构包括球磨罐盖和焊接在球磨罐盖中部的高温透气砂芯或微孔陶瓷板，球磨罐盖和球磨罐壁螺纹连接或卡位连接。

优选地，所述高温泄压机构包括球磨罐盖、隔膜塞和高温透气隔膜，球磨罐盖与球磨罐壁螺纹连接或卡位连接，隔膜塞和球磨罐盖螺纹连接或卡位连接，高温透气隔膜设置在隔膜塞的底部，隔膜塞设置有隔膜塞排气泄压孔，球磨罐盖设置有球磨罐盖排气泄压孔，隔膜塞排气泄压孔、球磨罐盖排气泄压孔和高温透气隔膜相互配合形成排气泄压通道。

优选地，所述整体保温结构包括保温结构主体和转盘保温板，保温结构主体靠近门锁系统的侧壁设置保温门，保温结构主体和转盘保温板材质均为透波保温隔热材质，转盘保温板覆盖在转盘上部，转盘保温板上与球磨罐安装的位置对应的位置开孔，保温结构主体安装在所述微波腔体的内部，保温结构主体和转盘保温板配合形成整体保温隔热空间，球磨罐安置在此整体保温隔热空间内。

优选地，所述球磨罐本体对应的微波腔体的侧壁设置有红外探测孔，保温结构主体与红外探测孔位置对应的位置开孔，所述测温装置包括红外测温仪和安装在红外探测孔位置的抑波管，红外测温仪与控制系统连接，红外测温仪通过红外探测孔、穿过球磨罐壁，直接检测球磨罐本体内腔物料或研磨球的温度。

优选地，所述球磨罐本体对应的微波腔体的侧壁设置有红外探测孔，保温结构主体与红外探测孔位置对应的位置开孔，所述测温装置包括热电偶、红外测温仪和安装在红外探测孔位置的抑波管，电热偶固定安装在微波腔体的侧壁并穿过微波腔体的侧壁及保温结构主体，热电偶的测温端延伸至整体保温结构的内腔，红外测温仪和热电偶均与控制系统连接，红外测温仪通过红外探测孔、穿过球磨罐壁，直接检测球磨罐本体内腔物料或研磨球的温度，热电偶测量整体保温结构内腔的温度。

优选地，所述门锁系统包括设置在微波腔体侧壁的炉门、安装在炉门上的门锁和设置在微波腔体侧壁与炉门安装位置对应的炉门微波抑制器。

优选地，所述球磨罐的数量为2的整数倍，多个球磨罐对称安装在转盘上，球磨罐的材质为玻璃或石英玻璃或透明陶瓷，所述高温透气隔膜的材质为玻璃纤维布或石英纤维布或玻璃纤维棉或氧化铝棉或石英棉或莫来石纤维棉。

优选地，所述研磨球的材质为非金属。

优选地，所述研磨球的材质为碳化硅或氮化硅或氧化锆。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明实现了微波高温焙烧与球磨同步进行的功能：

本发明通过设置整体保温结构和球磨罐保温层，有效地防止了热量散失，球磨罐本体内腔物料温度升至1200℃以上时，微波腔体、转盘、传动轴承等不会因受热而发生变形；

本发明通过设置高温泄压机构，实现了在截留物料的同时及时顺畅排出球磨罐本体内腔气体的功能，排除了因球磨罐本体内腔的气温急剧上升，球磨罐本体内腔的气压急剧升高而导致的爆炸风险；

本发明通过设置红外测温仪来测量球磨罐本体内腔物料温度，并反馈至控制系统，控制系统根据红外测温仪测量的温度进行微波加热功率的调节，有效地控制了球磨罐本体内腔物料的温度，实现了加热工艺的精准可控，同时，本发明通过设置热电偶测量整体保温结构内腔的温度，控制系统实时对比热电偶测量的温度和红外测温仪测量的温度，保护设备运行，有效地排除了因红外测温仪测温不准而继续微波加热导致超温烧损的风险，且，本发明通过控制程序来精准测量、存储和比较各球磨罐本体内腔的温度，有效防止因个别球磨罐本体内腔的物料温度失控而导致烧损的风险。

2、本发明在炉门、转轴和红外探测孔的位置进行了微波泄露抑制设计，防止微波的泄露，微波泄露值远低于标准要求值，有效地保障了操作人员的人身安全和操作环境的安全。

附图说明

图1为本发明主剖视图。

图2为本发明俯剖视图。

图3为本发明所述球磨罐剖视图。

附图标记：驱动电机1、红外测温仪2、抑波管3、微波腔体4、微波馈能装置5、炉门微波抑制器6、球磨罐7、门锁8、炉门9、球磨罐固定机构10、转盘11、传动装置12、控制器13、人机界面14、微波抑制器15、保温结构主体16、保温门17、转盘保温板18、热电偶19、球磨罐壁71、球磨罐盖72、高温透气隔膜73、隔膜塞74、球磨罐盖排气泄压孔75、隔膜塞排气泄压孔76、球磨罐保温层77、球磨罐本体78。

具体实施方式

以下将结合实施例与附图来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参考图1至图3，一种微波高温焙烧行星球磨机，包括微波馈能装置5、微波腔体4、整体保温结构、测温装置、控制系统和球磨系统，所述微波馈能装置5安装在微波腔体4的侧壁，微波馈能装置5与控制系统连接，微波腔体4的侧壁设置有门锁系统，所述球磨系统包括驱动电机1、传动装置12、转盘11、球磨罐7和研磨球，转盘11设置在微波腔体4的内部，球磨罐7的底部通过球磨罐固定机构10固定在转盘11上部，球磨罐7包括通过隔板隔开的位于球磨罐7远离转盘11一端的球磨罐本体78和位于球磨罐7靠近转盘11一端的设置有保温机构的球磨罐保温层77，球磨罐本体78设置有高温泄压机构，球磨罐7的材质为透波透光材质，研磨球置于所述球磨罐本体78内部，传动装置12的转轴与微波腔体4的接口处设置有微波抑制器15，驱动电机1安装在微波腔体4的外部，转盘11的底部通过传动装置12与驱动电机1连接，整体保温结构设置在微波腔体4的内部，球磨罐7设置在整体保温结构的内腔，为球磨机的高温焙烧提供了保障，球磨罐本体78内腔中物料的焙烧最高温度可达1200℃以上，测温装置设置在所述微波腔体4的侧壁，为球磨机的测温可靠和加热工艺可控提供的有力的保障。

较佳的，控制系统包括控制器13和人机界面14。

可选的，所述高温泄压机构包括球磨罐盖72和焊接在球磨罐盖中部的高温透气砂芯或微孔陶瓷板，球磨罐盖72和球磨罐壁71螺纹连接或卡位连接，在高温加热过程中，高温透气砂芯或微孔陶瓷板在截留物料的同时有效地排出气体，杜绝球磨机爆炸的风险。

优选地，所述高温泄压机构包括球磨罐盖72、隔膜塞74和高温透气隔膜73，球磨罐盖72与球磨罐壁71螺纹连接或卡位连接，隔膜塞74和球磨罐盖72螺纹连接或卡位连接，高温透气隔膜73设置在隔膜塞74的底部，隔膜塞74设置有隔膜塞排气泄压孔76，球磨罐盖72设置有球磨罐盖排气泄压孔75，隔膜塞排气泄压孔76、球磨罐盖排气泄压孔75和高温透气隔膜73相互配合形成排气泄压通道，在高温加热过程中，排气泄压通道在截留物料的同时有效地排出气体，杜绝球磨机爆炸的风险。

优选地，所述整体保温结构包括保温结构主体16和转盘保温板18，保温结构主体16靠近门锁系统的侧壁设置保温门17，保温结构主体16和转盘保温板18的材质均为透波保温隔热材质，转盘保温板18覆盖在转盘11上部，转盘保温板18上与球磨罐7安装的位置对应的位置开孔，保温结构主体16安装在所述微波腔体4的内部，保温结构主体16和转盘保温板18配合形成整体保温隔热空间，球磨罐7安置在此整体保温隔热空间内。

全保温隔热设计，有效地防止热量散失，球磨罐本体78内腔物料的温度最高达到1200℃时，球磨机不会因受热而变形。

进一步的，所述球磨罐本体78对应的微波腔体4的侧壁设置有红外探测孔，保温结构主体16与红外探测孔位置对应的位置开孔，所述测温装置包括红外测温仪2和安装在红外探测孔位置的抑波管3，红外测温仪2与控制系统连接。

通过红外测温仪2通过红外探测孔、穿过球磨罐壁71，直接检测球磨罐本体78内物料及研磨球的温度，并将所测量的温度信息反馈至控制系统，控制系统将其与所设置的加热工艺温度做对比，进而控制微波馈能装置5的微波功率，从而快速精准实现本发明球磨机加热工艺的控制。

优选地，所述球磨罐本体78对应的微波腔体4的侧壁设置有红外探测孔，保温结构主体16与红外探测孔位置对应的位置开孔，所述测温装置包括热电偶19、红外测温仪2和安装在红外探测孔位置的抑波管3，电热偶19固定安装在微波腔体4的侧壁并穿过微波腔体4的侧壁及保温结构主体16，热电偶19的测温端延伸至整体保温结构的内腔，红外测温仪2和热电偶19均与控制系统连接，红外测温仪2通过红外探测孔、穿过球磨罐壁71，直接检测球磨罐本体78内腔物料或研磨球的温度，热电偶19测量整体保温结构内腔的温度。

热电偶19测量测量整体保温结构内腔的温度，并将此温度信息传输至控制系统，控制系统实时对比热电偶19所测的温度和红外测温仪3所测的温度，当红外测温仪3因镜头受污染或其测温通道受堵塞、干扰时等原因，引起其测温不准时，热电偶19所测的温度高于红外测温仪3所测的温度，则确认红外测温仪3所测的温度不准，控制系统控制微波加热停止并发出报警，提示检测红外测温仪3，以避免球磨机因微波加热温度超高烧损的风险。

较佳的，所述门锁系统包括设置在微波腔体4侧壁的炉门9、安装在炉门9上的门锁8和设置在微波腔体4侧壁与炉门9安装位置对应的炉门微波抑制器6，设置炉门和保温门，装卸料方便可靠，同时设置炉门微波抑制器，有效地防止了微波的泄露。

较佳的，所述球磨罐7的数量为2的整数倍，多个球磨罐7对称安装在转盘11上，球磨罐7的材质为玻璃或石英玻璃或透明陶瓷，球磨罐7可以透波、透光并能迅速地吸收微波，进而将其转化为热能。

较佳的，所述高温透气隔膜73的材质为玻璃纤维布或石英纤维布或玻璃纤维棉或氧化铝棉或石英棉或莫来石纤维棉，利于气体的排出。

较佳的，为提高球磨罐本体内腔的微波场强的均匀性，所述微波馈能装置5有多个，多个微波馈能装置5对称分布在微波腔体的外壁上，微波腔体4的材质为金属，有效的避免微波的泄露。

当球磨罐本体78内腔的物料吸波能力较强时，研磨球可任选由非金属材料制成的磨球，当球磨罐本体78内腔的物料吸波能力较差时，研磨球优选由碳化硅或氮化硅或氧化锆等材料制成的能吸收微波的磨球。

操作流程：

1、操作人员将待处理的物料与研磨球装入球磨罐本体78内腔中，拧紧已装好高温透气隔膜73的球磨罐盖72，打开炉门9和保温门17，将球磨罐7固定在转盘11上，盖好保温门17，拧紧炉门9。

2、操作人员开启外部电源，通过人机界面14设定所需的加热参数和转动速度，启动微波馈能装置5和驱动电机1。

3、微波馈能装置5馈入微波，微波穿过保温层，球磨罐本体78壁后，直接作用于球磨罐本体78内腔的物料和研磨球，物料和研磨球吸收微波能量升温；同时，控制系统根据设定的转动速度控制驱动电机1转速，驱动电机1通过传动装置12带动转盘11、转盘保温板18、球磨罐7进行公转的同时带动球磨罐7进行自转，物料在微波高温焙烧时进行球磨。

4、在物料进行微波高温焙烧球磨时，高温泄压机构在截留物料的同时及时顺畅排出球磨筒本体内腔气体。

5、在物料进行微波高温焙烧球磨时，红外测温仪3穿过透明球磨罐本体78壁，测量物料和研磨球的温度，并将此温度信息反馈至控制系统，控制系统将其与所设置的加热工艺温度进行对比，操作系统根据对比结果控制微波馈能装置5的微波功率，进而快速精准地控制加热工艺；电热偶19测量整体保温结构内腔的温度，并将所测的温度反馈至控制系统，控制系统实时对比红外测温仪3所测的温度和电热偶19所测的温度，如果红外测温仪3测温不准，控制系统控制微波馈能装置5停止加热并发出红外测温仪3故障的警报。

6、待物料微波高温焙烧球磨完成时，控制系统控制控制红外测温仪3和电热偶19停止测温，控制系统控制微波馈能装置5停止馈入微波，控制系统控制驱动电机1停止转动，物料在球磨机内冷却。

7、待物料冷却至可取出温度时，控制系统发出声光报警，提示可取出物料，操作人员打开炉门9和保温门17，将球磨罐7取出，打开球磨罐本体78的球磨罐盖72，将球磨罐本体78内腔的物料取出。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种微波高温焙烧行星球磨机，包括微波馈能装置（5）、微波腔体（4）、整体保温结构、测温装置、控制系统和球磨系统，所述微波馈能装置（5）安装在微波腔体（4）的外壁，微波馈能装置（5）与控制系统连接，微波腔体（4）的侧壁设置有门锁系统，所述球磨系统包括驱动电机（1）、传动装置（12）、转盘（11）、球磨罐（7）和研磨球，转盘（11）设置在微波腔体（4）的内部，球磨罐（7）的底部通过球磨罐固定机构（10）固定在转盘（11）上部，球磨罐（7）包括通过隔板隔开的位于球磨罐（7）远离转盘（11）一端的球磨罐本体（78）和位于球磨罐（7）靠近转盘（11）一端的设置有保温材料的球磨罐保温层（77），球磨罐本体（78）设置有高温泄压机构，球磨罐（7）的材质为透波透光材质，研磨球置于所述球磨罐本体（78）内部，传动装置（12）的转轴与微波腔体（4）的接口处设置有微波抑制器（15），驱动电机（1）安装在微波腔体（4）的外部，转盘（11）的底部通过传动装置（12）与驱动电机（1）连接，整体保温结构设置在微波腔体（4）的内部，球磨罐（7）设置在整体保温结构的内腔，测温装置设置在所述微波腔体（4）的侧壁；

所述整体保温结构包括保温结构主体（16）和转盘保温板（18），保温结构主体（16）靠近门锁系统的侧壁设置保温门（17），保温结构主体（16）和转盘保温板（18）的材质均为透波保温隔热材质，转盘保温板（18）覆盖在转盘（11）上部，转盘保温板（18）上与球磨罐（7）安装的位置对应的位置开孔，保温结构主体（16）安装在所述微波腔体（4）的内部，保温结构主体（16）和转盘保温板（18）配合形成整体保温隔热空间，球磨罐（7）安置在此整体保温隔热空间内。

2.如权利要求1所述的微波高温焙烧行星球磨机，其特征在于，所述高温泄压机构包括球磨罐盖（72）和焊接在球磨罐盖中部的高温透气砂芯或微孔陶瓷板，球磨罐盖（72）和球磨罐壁（71）螺纹连接或卡位连接。

3.如权利要求1所述的微波高温焙烧行星球磨机，其特征在于，所述高温泄压机构包括球磨罐盖（72）、隔膜塞（74）和高温透气隔膜（73），球磨罐盖（72）与球磨罐壁（71）螺纹连接或卡位连接，隔膜塞（74）和球磨罐盖（72）螺纹连接或卡位连接，高温透气隔膜（73）设置在隔膜塞（74）的底部，隔膜塞（74）设置有隔膜塞排气泄压孔（76），球磨罐盖（72）设置有球磨罐盖排气泄压孔（75），隔膜塞排气泄压孔（76）、球磨罐盖排气泄压孔（75）和高温透气隔膜（73）相互配合形成排气泄压通道。

4.如权利要求2或3所述的微波高温焙烧行星球磨机，其特征在于，所述球磨罐本体（78）对应的微波腔体（4）的侧壁设置有红外探测孔，保温结构主体（16）与红外探测孔位置对应的位置开孔，所述测温装置包括红外测温仪（2）和安装在红外探测孔位置的抑波管（3），红外测温仪（2）与控制系统连接，红外测温仪（2）通过红外探测孔、穿过球磨罐壁（71），直接检测球磨罐本体（78）内腔物料或研磨球的温度。

5.如权利要求2或3所述的微波高温焙烧行星球磨机，其特征在于，所述球磨罐本体（78）对应的微波腔体（4）的侧壁设置有红外探测孔，保温结构主体（16）与红外探测孔位置对应的位置开孔，所述测温装置包括热电偶（19）、红外测温仪（2）和安装在红外探测孔位置的抑波管（3），热电偶（19）固定安装在微波腔体（4）的侧壁并穿过微波腔体（4）的侧壁及保温结构主体（16），热电偶（19）的测温端延伸至整体保温结构的内腔，红外测温仪（2）和热电偶（19）均与控制系统连接，红外测温仪（2）通过红外探测孔、穿过球磨罐壁（71），直接检测球磨罐本体（78）内腔物料或研磨球的温度，热电偶（19）测量整体保温结构内腔的温度。

6.如权利要求3所述的微波高温焙烧行星球磨机，其特征在于，所述门锁系统包括设置在微波腔体（4）侧壁的炉门（9）、安装在炉门（9）上的门锁（8）和设置在微波腔体（4）侧壁与炉门（9）安装位置对应的炉门微波抑制器（6）。

7.如权利要求6所述的微波高温焙烧行星球磨机，其特征在于，所述球磨罐（7）的数量为2的整数倍，多个球磨罐（7）对称安装在转盘（11）上，球磨罐（7）的材质为玻璃或石英玻璃或透明陶瓷，所述高温透气隔膜（73）的材质为玻璃纤维布或石英纤维布或玻璃纤维棉或氧化铝棉或石英棉和莫来石纤维棉。

8.如权利要求7所述的微波高温焙烧行星球磨机，其特征在于，所述研磨球的材质为非金属。

9.如权利要求7所述的微波高温焙烧行星球磨机，其特征在于，所述研磨球的材质为碳化硅或氮化硅或氧化锆。

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