CN114247542B - 一种超细矿渣微粉设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超细矿渣微粉设备，包括粉碎室和分级装置，所述粉碎室内通过设置扩展收敛流道板将内腔分隔为多个腔室，最下部腔室连接有供料装置和利用外部工业余热高压蒸汽流产生超音速气流墙的层流破碎机构，所述分级装置从最上部腔室接收粉料进行分级处理，分级后的合格矿渣粉料输送至卸料口，不合格矿渣粉料通过管道输送至供料装置。本发明在粉碎室内利用扩展收敛流道板进行腔室分级，配置层流破碎机构形成多个超音速气流墙，既可以阻挡物料扩散，又能够实现物料微粉在小区域内沿气流方向进行超高速剪切粉碎并且与扩展收敛流道板的碰撞破碎，覆盖面积广，物料粉碎效率高，更加节能，运行成本低，实现了固废和工业余热的再循环利用。

Description

一种超细矿渣微粉设备

技术领域

本发明涉及矿渣粉碎设备技术领域，具体地讲，是涉及一种超细矿渣微粉设备。

背景技术

当前，国内钢渣排放量约占粗钢产量的10-15％，2018年我国钢渣排放量约1亿吨，钢渣库存更是堆积一地。在钢渣排放量和库存如此之大的情况下，我国的钢渣利用率仅30％。这些露天储存的冶炼废渣堆存侵占土地，污染毒化土壤、水体和大气，严重影响生态环境，造成明显或潜在的经济损失和资源浪费。钢厂在产生废渣时也会产生大量的工业余热，其主要以低品位的过热蒸汽为主，常规的利用方式使利用率不足总能耗的10％，而大多数热蒸汽无组织排放至大气中。据统计，造成地球温室效应的气体成分中水蒸气也占据了重要地位，大量的过热蒸汽无组织排放不仅损失了经济效益，更是污染了环境，造成了温室效应。

中国专利CN209452017U公开了矿渣粉碎机，包括粉碎机，所述粉碎机的顶部连通有进料箱，所述进料箱的表面开设有限位槽，所述进料箱的顶部设置有盖板，所述盖板底部的两侧均固定连接有外壳，所述外壳内壁的顶部和底部均固定连接有轴承，所述轴承的内环固定连接有螺纹柱。该实用新型虽然解决了矿渣粉尘从设备内部飘出的问题，但是不具有过筛的功能，粉碎后的矿渣粉需要利用矿渣粉筛选机进行筛选，无法实现粉碎筛选一步到位，使用不便。

目前使用的钢渣研磨设备主要有球磨机、立式磨机、辊压机加球磨机、卧式辊磨。球磨机的电耗在几种设备中最高，每年对铸铁研磨体的消耗量非常大，研磨体的磨损致使钢渣微粉含铁量高，质量受影响。传统管磨机系统对含铁物质的筛选无法达到0.1％以下，对建材产品质量有影响，满足不了建材产品的应用要求。国产立式磨机设备运转率低，技术尚不成熟，需要进口，设备投资较高，在长期连续运转的情况下，辊压磨盘上会出现金属杂质的“富集现象”，在生产过程中，被磨物料中金属杂质的含量越来越高，微粉部件加速磨损，电耗迅速提高，产能急剧下降。只有停机清空磨内物料，才能重新启动设备恢复生产。国内生产的辊压机由于压力小、设备精度低，耐磨层材质强度不够等原因，导致通过国内生产的辊压机生产的钢渣微粉细度不够比表面积为280-320m²/kg，需通过增加一道球磨机，将细度不足的钢渣微粉继续研磨，使其达到合格的细度。但其球磨内研磨必定会增加微粉中铁的含量，无法控制其微粉中铁的含量，可能会导致微粉成分不符合要求。法国FCB公司的HRM型卧式辊磨，产品细度接近合格时，产量仅有保证设计产量的40％左右。为了保证产品的质量和产量，只有加大液压压力，但会造成液压系统的漏油。

中国专利CN2147900Y公开了超音速气流超微细粉碎分级机，通过在圆柱形的粉碎室下部外部利用环形压缩空气管道设置多个相向的超音速喷管，使压缩空气在粉碎室内形成多股超音速射流，这些射流携带物料在交汇处相互撞击实现物料的破碎，再进行粉体分级，获得细度高而均匀的超微细粉体。由于射流只在交汇处对物料进行破碎，破碎处理点位固定集中，而且射流在交汇处相互撞击后会导致粉碎室内气流紊乱，不利于气流继续携带破碎的粉体上升进入分级装置，故而其整体破碎效率并不高。

因此，传统的钢渣研磨设备并不适用于矿渣微粉的超细化制备，现有相关粉碎设备在面对矿渣微粉超细化制备时依然存在缺陷和不足，亟需改进。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本发明提供一种超细矿渣微粉设备，以减少固废堆积，再回收利用工业余热资源，实现矿渣微粉的超细化制备，实现其高值利用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种超细矿渣微粉设备，包括粉碎室和对接粉碎室出料端的分级装置，所述粉碎室内通过设置扩展收敛流道板将内腔分隔为至少两个由下至上依次连通且其内部气流流速依次降低的腔室，该粉碎室最下部的腔室连接有层流破碎机构和供料装置，该层流破碎机构利用外部工业余热高压蒸汽流在该腔室内产生多个横向分布且由下至上喷射的超音速气流墙，对该腔室内由供料装置输入的矿渣物料进行片层切割并与扩展收敛流道板碰撞粉碎，该供料装置利用超音速气流墙边缘形成的负压状态将外部矿渣供料吸入粉碎室内，所述分级装置从粉碎室最上部的腔室接收粉碎后的矿渣粉料进行分级处理，分级后的合格矿渣粉料输送至卸料口，不合格矿渣粉料通过管道输送至供料装置。

具体地，所述供料装置包括靠近粉碎室最下部的腔室设置的储料腔，一端与储料腔连接且另一端与外部矿渣供料的入料口连接的供料管道，通过引风管与储料腔连接的用于将矿渣物料输入储料腔的引风机，以及与粉碎室内形成的超音速气流墙匹配的用于将储料腔内的矿渣物料输入粉碎室最下部的腔室内的物料吸入口。

具体地，所述层流破碎机构包括用于输入外部工业余热高压蒸汽流的进气管，与进气管连通的供气分配管，以及多个布置于在粉碎室最下部的腔室底部并与供气分配管连通的气流喷嘴，其中，多个所述气流喷嘴在腔室内的安装位置横向分布为多条，每一条安装位置上的气流喷嘴喷射气流的流速相同，相邻条的安装位置上的气流喷嘴喷射气流的流速不同。

具体地，所述气流喷嘴包括依次连接为一体的过渡段、拉瓦尔管喉颈、扩张段，其中由外部输入的工业余热高压蒸汽流通过过渡段并经过拉瓦尔管喉颈加速到亚音速，然后在扩张段膨胀加速形成超音速气流后喷射入粉碎室。

具体地，所述扩展收敛流道板上设置有多条与气流喷嘴安装位置相匹配的气体流道。

具体地，所述气体流道在气流流动的方向上呈中间窄、两端宽的双端喇叭型结构。

具体地，所述分级装置采用多级串联的分级叶轮结构，第一级分级叶轮的进料端通过管道与粉碎室最上部的腔室出料端连通，分级筛选后不合格矿渣粉料通过回料管道返回供料装置的供料管道。

进一步地，所述卸料口上设置有定量出料器，该定量出料器对接用于收集合格矿渣粉料的自动打包装置，由自动打包装置收集打包的物料通过续接配置的传送带向外输出。

进一步地，所述粉碎室内的每个腔室内均配置有温度计、压力表和风量流速表。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明在粉碎室内利用扩展收敛流道板进行腔室分级，配置层流破碎机构利用工业余热高压蒸汽流形成多个超音速气流墙，既可以阻挡物料扩散，又能够实现物料微粉在小区域内沿气流方向进行超高速剪切粉碎，超音速气流墙携带物料微粉还会与扩展收敛流道板碰撞使物料微粉进一步破碎，而且对物料覆盖面积广，有效地提升了物料粉碎效率。并且本发明结构设计巧妙，采用工艺过程的简单，使用方便，成本低廉，适于在超细化矿渣微粉制备中应用。

(2)本发明利用扩展收敛流道板对粉碎室内部进行腔室分级，具有三层作用，其一为可以配合层流破碎机构在靠下部的腔室内对矿渣物料微粉进行剪切粉碎和碰撞粉碎的双重作用，提高粉碎效果，以便获得超微细粉料，其二为形成超高速气流携带矿渣微粉高速运动的多级结构，增加矿渣微粉的粉碎室内的碰撞次数，从而提高碰撞粉碎效果，其三是利用了分级方式逐渐降低喷射气流的速度，使粉碎室靠下部分的腔室内具有高的气流流速，促进剪切和碰撞粉碎，又使粉碎室靠上部分的腔室内具有相对较低的气流流速，方便粉碎后的矿渣物料较为顺利地进入到粉碎室出料端管道和分级装置中，大大减少了高速气流夹带物料颗粒对管道的冲击，从而整体上提高粉碎效率，保护设备内部，提高设备使用寿命。

(3)本发明对扩展收敛流道板采用框架结构式设计，使分级的各个腔室依次连通，保证了气流携带物料的正常移动，并将其上的气体流道设计为双端喇叭型，使下部腔室的气流更容易进入，不会对下部腔室内气流产生过大的紊乱干扰，而且气体流道中部缩小的结构设计，又使得下部腔室气流降速进入气体流道后可以进一步加速进入上部的下一个腔室，不会过大地降低气流流速，从而形成靠下部腔室的多级碰撞粉碎，这种逐渐降速的气流减速方式也就使得粉碎室最上部的腔室内气流流速合理稳定，保证后续分级和排料的正常运转。

(4)本发明的层流破碎机构采用工业余热高压蒸汽流，实现了废气再利用和节约能源的效果，供气通过环形或支管方式的分配管均布于最下部腔室的底部，可保证产生层流的各部分供气源均匀稳定，并且其内的气流喷嘴按照条状方式间隔布置，通过设置不同条道上气流喷嘴的喷射速度来形成超音速气流墙的气磨切割破碎方式，喷射速度可以通过喷嘴口径控制，易于实现且功效优良。

(5)本发明中的分级装置采用依次串联的多级分级叶轮结构形式，可以有效控制筛选获得所需粒径大小的矿渣微粉，并可以结合粉碎室内腔室数量和大小定向制备所需粒径大小的微粉。

(6)本发明在粉碎室内采用温度计、压力表和风量流速表等监测仪器实时监控粉碎室内条件状态，保证整个粉碎过程的安全。

(7)本发明通过在卸料口配置定量出料器、自动打包装置和传送带等装置，减少了微粉在运输过程中对环境的污染，同时也实现了整套设备的自动化生产。

附图说明

图1为本发明-实施例的结构示意图。

图2为本发明-实施例中粉碎室部分的内部结构示意图。

图3为本发明-实施例中气流喷嘴的安装位置示意图。

图4为本发明-实施例中气流喷嘴的结构示意图。

图5为本发明-实施例中扩展收敛流道板的正面结构示意图。

图6为本发明-实施例中扩展收敛流道板上气体流道的截面示意图。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：

1-第三腔室，2-第二腔室，3-第一腔室，4-粉碎室，5-储料腔，6-进气管，7-供气分配管，8-供料管道，9-扩展收敛流道板，10-回料管道，11-气流喷嘴，12-物料吸入口，13-入料口，14-分级叶轮，15-定量出料器，16-排料管道，17-卸料口，18-出料管道，19-自动打包装置，20-传送带，21-引风机，22-温度计，23-压力表，24-风量流速表，25-气体流道，26-过渡段，27-拉瓦尔管喉颈，28-扩张段，29-引风管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1至图6所示，该超细矿渣微粉设备，包括粉碎室4和对接粉碎室出料端的分级装置，所述粉碎室内通过设置扩展收敛流道9板将内腔分隔为三个由下至上依次连通且其内部气流流速依次降低的腔室，这些腔室由下至上依次设置为第一腔室3、第二腔室2、第三腔室1，该粉碎室最下部的第一腔室连接有层流破碎机构和供料装置，该供料装置利用超音速气流墙边缘形成的负压状态将外部矿渣供料吸入粉碎室内，该层流破碎机构利用外部工业余热高压蒸汽流在该腔室内产生多个横向分布且由下至上喷射的超音速气流墙，对该腔室内由供料装置输入的矿渣物料进行片层切割并与扩展收敛流道板碰撞粉碎，所述分级装置从粉碎室最上部的第三腔室接收粉碎后的矿渣粉料进行分级处理，分级后的合格矿渣粉料输送至卸料口17，不合格矿渣粉料通过管道输送至供料装置。其中，合格矿渣粉料是指符合当前制备所需粒径大小的矿渣微粉，不合格矿渣粉料是指不符合当前制备所需粒径大小的矿渣微粉，面对不同的制备需求，该合格与否的标准可以根据实际生产环境所确定；从整体上讲该设备可以制出0.5-20um粒度大小的超细颗粒。

具体地，所述粉碎室内的每个腔室内均配置有温度计22、压力表23和风量流速表24等仪器仪表来监控粉碎室内状态，保证粉碎过程安全进行。

具体地，所述供料装置包括靠近粉碎室最下部的腔室设置的储料腔5，一端与储料腔连接且另一端与外部矿渣供料的入料口13连接的供料管道8，通过引风管29与储料腔连接的用于将矿渣物料输入储料腔的引风机21，以及与粉碎室内形成的超音速气流墙匹配的用于将储料腔内的矿渣物料输入粉碎室最下部的腔室内的物料吸入口12。工作时先通过引风机将从入料口放入的矿渣物料输入储料腔内临时存储，此后在层流破碎机构运行过程中气流喷嘴喷射出超音速气流后，在超音速气流喷嘴临近位置(气流墙底端)会产生负压，该物料吸入口的出料端正好设置于此处，由此形成的负压即可将储料腔内的矿渣物料吸入到粉碎室内，并随超音速气流向上运动而被破碎。

具体地，所述层流破碎机构包括用于输入外部工业余热高压蒸汽流的进气管6，与进气管连通的供气分配管7，以及多个布置于在粉碎室最下部的腔室底部并与供气分配管连通的气流喷嘴11，其中，多个所述气流喷嘴在腔室内的安装位置横向分布为多条，每一条安装位置上的气流喷嘴喷射气流的流速相同，相邻条的安装位置上的气流喷嘴喷射气流的流速不同。通过控制气流喷嘴口径大小的方式可以实现对喷射气流流速的设定，还可以将间隔条的安装位置上的喷射气流流速配置为相同，以减少使用的气流喷嘴类型的差异性。通过该种设计方式，在第一腔室底部的这些气流喷嘴可以产生多道超音速气流墙，由于相邻道气流墙的不同气流流速，使其气流边界层在粉碎室内形成层流，带动矿渣微粉在层流中进行加速碰撞，不需要与室内壁进行接触，这也避免了对粉碎室内壁的磨损，从而提高使用寿命。矿渣颗粒进入气流边界层间后，由于层流的存在，气流会使矿渣颗粒进行加速运动，不断与扩展收敛流道板进行碰撞粉碎并进入下一级腔室；此外，由于两侧气流边界层流速不同，形成的层流流速也不同，会使矿渣颗粒的运动速度产生差异，导致矿渣颗间不停的剪切和搅动，并在矿渣微粉之间冲击、碰撞、摩擦，沿气流方向进行切割，实现微粉在小区域内沿气流方向超高速剪切超细粉碎，达到片层状粉碎的效果，这种片层切割也可以使制备出的矿渣粉料中具备一定的片层结构。

具体地，所述气流喷嘴11包括依次连接为一体的过渡段26、拉瓦尔管喉颈27、扩张段28，其中由外部输入的工业余热高压蒸汽流通过过渡段并经过拉瓦尔管喉颈加速到亚音速，然后在扩张段膨胀加速形成超音速气流后喷射入粉碎室。在亚音速时，速度的变化对截面面积起主要作用，通过收缩流管以增大流速，而拉瓦尔管的工作原理就是通过调整流管截面面积，先收缩后扩张的几何结构使管内气流从亚音速加速到超音速，如图4所示。可通过下式计算气流通过拉瓦尔管后的速度：

式中，A表示流管截面面积，v表示气流流速，M表示马赫数。当M<1时(对应亚音速气流)，流管截面面积与流速之间成反比，即流管收缩，流速增加。

具体地，所述扩展收敛流道板9上设置有多条与气流喷嘴安装位置相匹配的气体流道25。所述气体流道在气流流动的方向上呈中间窄、两端宽的双端喇叭型结构，扩张型入口可使下部气流更容易进入，并对下部气流不产生大影响，降低因气流流速变化带来的下部气流紊乱现象；而当气流进入流道后，收敛流道因中间部位的缩小，使气体进一步加速，使粒料保持以较高速进入下个腔室，始终保持高速状态，但气流流速整体是逐渐降低的，也就实现了在最上端的腔室内气流流速满足相应的排料输送要求，减少高速气流携带颗粒对排料管道的冲击，保护了设备内部及相关管道。

具体地，所述分级装置采用多级串联的分级叶轮14结构，第一级分级叶轮的进料端通过排料管道16与粉碎室最上部的腔室出料端连通，分级筛选后不合格矿渣粉料通过回料管道返回供料装置的供料管道。经过第一级分级叶轮筛选合格的矿渣粉料可再通过后续的分级叶轮可设定不同的分级筛选程度，由不同级的分级叶轮将目标粒径大小的矿渣粉料通过出料管道18输送至卸料口。后续分级叶轮的筛选排料端可设定与出料管道连接，也可根据设定返回回料管道。所述卸料口上设置有定量出料器15，该定量出料器对接用于收集合格矿渣粉料的自动打包装置19，由自动打包装置收集打包的物料通过续接配置的传送带20向外输出，减少了减少了微粉在运输过程中对环境的污染，同时也实现了整套设备的自动化生产。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超细矿渣微粉设备，包括粉碎室（4）和对接粉碎室出料端的分级装置，其特征在于，所述粉碎室（4）内通过设置扩展收敛流道板（9）将内腔分隔为至少两个由下至上依次连通且其内部气流流速依次降低的腔室，该粉碎室（4）最下部的腔室连接有层流破碎机构和供料装置，该层流破碎机构利用外部工业余热高压蒸汽流在该腔室内产生多个横向分布且由下至上喷射的超音速气流墙，对该腔室内由供料装置输入的矿渣物料进行片层切割并与扩展收敛流道板碰撞粉碎，该供料装置利用超音速气流墙边缘形成的负压状态将外部矿渣供料吸入粉碎室内，所述分级装置从粉碎室（4）最上部的腔室接收粉碎后的矿渣粉料进行分级处理，分级后的合格矿渣粉料输送至卸料口（17），不合格矿渣粉料通过管道输送至供料装置；

其中所述层流破碎机构包括用于输入外部工业余热高压蒸汽流的进气管（6），与进气管（6）连通的供气分配管（7），以及多个布置于在粉碎室（4）最下部的腔室底部并与供气分配管（7）连通的气流喷嘴（11），其中，多个所述气流喷嘴（11）在腔室内的安装位置横向分布为多条，每一条安装位置上的气流喷嘴喷射气流的流速相同，相邻条的安装位置上的气流喷嘴喷射气流的流速不同。

2.根据权利要求1所述的超细矿渣微粉设备，其特征在于，所述供料装置包括靠近粉碎室最下部的腔室设置的储料腔（5），一端与储料腔（5）连接且另一端与外部矿渣供料的入料口（13）连接的供料管道（8），通过引风管与储料腔（5）连接的用于将矿渣物料输入储料腔的引风机（21），以及与粉碎室内形成的超音速气流墙匹配的用于将储料腔内的矿渣物料输入粉碎室最下部的腔室内的物料吸入口（12）。

3.根据权利要求2所述的超细矿渣微粉设备，其特征在于，所述气流喷嘴（11）包括依次连接为一体的过渡段（26）、拉瓦尔管喉颈（27）、扩张段（28），其中由外部输入的工业余热高压蒸汽流通过过渡段并经过拉瓦尔管喉颈加速到亚音速，然后在扩张段膨胀加速形成超音速气流后喷射入粉碎室。

4.根据权利要求2所述的超细矿渣微粉设备，其特征在于，所述扩展收敛流道板（9）上设置有多条与气流喷嘴（11）安装位置相匹配的气体流道（25）。

5.根据权利要求4所述的超细矿渣微粉设备，其特征在于，所述气体流道（25）在气流流动的方向上呈中间窄、两端宽的双端喇叭型结构。

6.根据权利要求5所述的超细矿渣微粉设备，其特征在于，所述分级装置采用多级串联的分级叶轮（14）结构，第一级分级叶轮的进料端通过排料管道（16）与粉碎室（4）最上部的腔室出料端连通，分级筛选后不合格矿渣粉料通过回料管道（10）返回供料装置的供料管道（8）。

7.根据权利要求6所述的超细矿渣微粉设备，其特征在于，所述卸料口（17）上设置有定量出料器（15），该定量出料器（15）对接用于收集合格矿渣粉料的自动打包装置（19），由自动打包装置（19）收集打包的物料通过续接配置的传送带（20）向外输出。

8.根据权利要求7所述的超细矿渣微粉设备，其特征在于，所述粉碎室（4）内的每个腔室内均配置有温度计（22）、压力表（23）和风量流速表（24）。

Images