CN115090382A - 一种可分散沥青分子团的沥青生产设备及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可分散沥青分子团的沥青生产设备及使用方法，生产设备包括混合筒，混合筒的顶部设有进料桶，混合筒内填充了多个导电金属材质的研磨球，混合筒的内顶部设有超声波换能器，超声波换能器的超声波输出端设有振动杆，振动杆伸入研磨球之间的空隙中，混合筒的外壁设有电磁线圈，电磁线圈通入交变电流。本发明使沥青内部的高分子团分散性更好，沥青内部各类分子均匀分布，在保证沥青内部分子间作用力平衡的条件下，使得沥青在使用过程中大幅度提高了沥青施工效果以及产品质量。同时，本发明也可用于改性沥青的预生产，对改性剂和基质沥青剪切之前进行预混合，使改性剂在基质沥青中分散效果更好，提高改性剂对基质沥青的改性效果。
Description
技术领域
本发明属于沥青生产技术领域，涉及一种可分散沥青分子团的沥青生产设备及使用方法，降低了机械噪声，提高了能源利用率，节能环保。
背景技术
沥青是一种粘稠的、黑色的并且具有高度粘度的液体或半固体形态的石油，表面呈黑色。沥青的主要用途是用在道路建设里，被用作与建筑骨料颗粒混合的胶水或粘合剂，以产生沥青混凝土。沥青的其他主要用途是用于沥青防水，包括油毡生产和平屋顶密封。但是在实际使用过程中由于沥青内部复杂的高分子组分通常没有完全均匀地分散开，不同的高分子聚集在一起导致沥青内部粘聚力不同，所以在使用过程中会出现以下情况：
（1）采用沥青做平屋顶密封时，成型的产品不够光滑，密封不好导致防水效果差或者功效时间短；
（2）沥青和其他沥青改良剂、沥青混合剂不能充分混合均匀，不能够充分发挥沥青改性剂的效果；
（3）沥青路面施工时，经常出现洒布车管道堵塞的现象，除了温度控制的原因，更重要的是由于沥青内部高分子分布不均匀，导致分子量相对较大的高分子团在管道内积累，无法及时排出管道。
现有沥青研磨主要采用的机械设备是胶体磨，通过研磨桨、研磨刀盘或者齿轮等对沥青进行研磨，但是此类办法的不足之处在于：
（1）机械搅拌动力研磨导致研磨系统的能量利用率很低。
（2）存在很多研磨死角，而且沥青与研磨介质之间接触面积很小，不能对沥青进行均匀、充分研磨，导致研磨效果不理想。
（3）现有设备对研磨机械的损伤很大，尤其是采用研磨刀盘时，刀盘组合表面磨损严重，机械噪声大。
（4）现有设备研磨后清洗困难，大多数需要拆机专门清理，浪费人力物力。
（5）现有设备均是分多次进料、多次出料，没有实现连续的研磨出料。
（6）现有研磨沥青时均采用沥青处于粘弹性固体状态下的研磨，而沥青在固体状态下内部粘聚力很大，传统机械设备很难将沥青完全破碎成小粒径固体颗粒，其作用仍然是简单的破碎搅拌，并未真正达到粉体研磨的效果。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种可分散沥青分子团的沥青生产设备，使沥青内部的高分子团分散性更好，沥青内部各类分子均匀分布，在保证沥青内部分子间作用力平衡的条件下，使得沥青在使用过程中大幅度提高了沥青施工效果以及改性沥青生产中的产品质量，降低了机械噪声，提高了能源利用率，解决了现有技术中存在的问题。
本发明的另一目的是，提供一种可分散沥青分子团的沥青生产设备的使用方法。
本发明所采用的技术方案是，一种可分散沥青分子团的沥青生产设备，包括混合筒，混合筒的顶部设有进料桶，混合筒内填充了多个导电金属材质的研磨球，混合筒的内顶部设有超声波换能器，超声波换能器的超声波输出端设有振动杆，振动杆伸入研磨球之间的空隙中，混合筒的外壁设有电磁线圈，电磁线圈通入交变电流。
进一步的，所述电磁线圈包括从上至下依次设置的多个线圈，最上方的线圈通入交变电流后产生的磁场方向向下，最下方的线圈通入交变电流后产生的磁场方向向上，相邻的两个线圈通入方向相反的交变电流，使得相邻两个线圈对应位置的研磨球向相对的方向运动。
进一步的，所述研磨球从内至外依次设有导电金属层、研磨层和隔离层，导电金属层、研磨层和隔离层的厚度比例为5:3:1。
进一步的，所述振动杆的数量为多个，均倾斜设置，振动杆与竖直方向夹角范围为30°-45°。
进一步的，所述混合筒通过管道与双向抽气机的一个进口连接，双向抽气机的另一个进口与装有惰性气体的储气罐端口连接，双向抽气机的出口设有出气阀门，储气罐端口设有进气阀门；储气罐端口通过循环阀门与惰性气体的储气罐连接，混合筒内部设有气压调节装置，使得混合筒内部气压恒定。
进一步的，所述进料桶底部设有进料阀门，进料阀门的下方设有倾斜的进料筛网。
进一步的，所述混合筒的底部的出料孔处设有筛网，筛网的下方设有出料管，出料管上安装有流速监测仪，出料管的下方设有储料罐。
进一步的，所述混合筒内部设有温度调节装置，使得混合筒内部温度恒定。
进一步的，所述混合筒内壁设置缓冲层，避免研磨球损坏筒体；混合筒内壁涂有沥青防粘剂。
一种可分散沥青分子团的沥青生产设备的使用方法，具体为：
S1，排出混合筒内的空气，使混合筒内保持真空状态；
S2，向混合筒内通入惰性气体，气压达到要求；
S3，待混合筒内气压、温度达到要求且稳定后，打开超声波换能器，给电磁线圈通入交变电流；
S4，打开进料阀门，沥青进入混合筒内，电磁线圈产生交变磁场，交变磁场在研磨球内产生感应电流，在当地磁场以及交变磁场的共同作用下进行运动，在振动、电磁力、重力的共同作用下，研磨球进行无序运动，产生足够的冲击力与剪切力，使得沥青分子团分散更充分、更均匀；
S5，分散研磨完成后，通过惰性气体增大混合筒内气压，保证分散研磨过程中沥青从上至下流动顺利，同时惰性气体在从上到下循环过程中会带动液体沥青更顺利地从上至下进行流动；
S6，出料结束后，回收惰性气体，重复利用；
S7，从进料口加入沥青清洗剂，打开超声波换能器，给电磁线圈通入交变电流，完成清洗。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过电磁线圈产生交变磁场，交变磁场在研磨球内产生感应电流，在当地磁场以及交变磁场的共同作用下进行运动，在振动、电磁力、重力的复合力场作用下，增大了研磨球研磨过程中运动的无序性，产生足够的冲击力与剪切力，沥青内部分子相对未分散研磨的沥青分子团的尺寸更小，且相对未分散研磨的沥青分子团的分布更加均匀，分子团尺寸更小、分布更加均匀，使得沥青产品的使用性能有大幅提。本发明通过多级反向磁场增大了研磨球之间的剪切力与冲击力，使得分散研磨更充分；利用多层球形研磨介质，增大了研磨介质和沥青的有效接触面积，避免产生传统研磨机械中的研磨死角问题。
2、本发明采用超声波装置，提高了机械使用寿命，减小了机械本身的损伤，同时提高了能量利用率，大大减小了分散研磨过程中由于机械运动产生的噪声，更加节能环保。利用沥青本身的粘性，通过调节温度、气压系统可针对不同类型、不同特点的沥青进行研磨温度、时间的控制，使得沥青生产设备的应用更加广泛。
3、设备使用完后可以直接加入沥青清洁剂，利用超声波及复合力场进行自清洁，极大减小了设备清洁的难度，节省了人力物力，清洗液可以回收利用，更加环保。
4、本发明也可用于改性沥青的预生产，在利用剪切仪对改性剂和基质沥青剪切之前进行预混合，使改性剂在基质沥青中分散效果更好，降低剪切仪的剪切时间，提高改性剂对基质沥青的改性效果，减少改性沥青生产过程中的能耗，提高改性沥青产品质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明实施例中研磨球的结构示意图。
图3是70号原样沥青SEM图。
图4是通过本发明实施例分散研磨后的70号沥青SEM图。
图中，1.进料桶，2.进料阀门，3.超声波换能器，4.进料筛网，5.混合筒，6.传感器，7.振动杆，8.双向抽气机，9.出气阀门，10.缓冲层，11.研磨球，11-1.导电金属层，11-2.研磨层，11-3.隔离层，12.电磁线圈，13.循环阀门，14.进气阀门，15.储气罐，16.通气管，17.出料孔，18.筛网，19.出料管，20.储料罐，21.流速监测仪。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例1，
一种可分散沥青分子团的沥青生产设备，如图1所示，包括混合筒5，混合筒5的顶部设有进料桶1，进料桶1底部设有进料阀门2，进料阀门2的下方设有倾斜的进料筛网4；多个研磨球11充满了混合筒5内下部3/4的空间，混合筒5的内顶部设有超声波换能器3，用于将输入的电功率转换成机械功率（即超声波）再传递出去，超声波换能器3的超声波输出端设有振动杆7，振动杆7伸入研磨球11之间的空隙中，混合筒5的外壁设有电磁线圈12；混合筒5的底部的出料孔17处设有筛网18，筛网18的下方设有出料管19，出料管19上安装有流速监测仪21，出料管19的下方设有储料罐20。
混合筒5温度可调，保证沥青在研磨过程中不出现凝固现象，同时控制温度上限，减少沥青老化的可能。混合筒5内设置缓冲层10，主要作用是避免研磨球11损坏筒体。同时，混合筒5内壁的缓冲层10表面涂有沥青防粘剂，避免沥青在筒壁上粘连。
振动杆7的数量为多个，振动杆7设置成倾斜形，振动杆7底部距离桶底高度为研磨球在筒内高度的四分之一，若离筒体底部太高则研磨不够充分，若离筒体底部太低下部沥青混合不均匀。振动杆7与竖直方向夹角范围为30°-45°，主要是为了增大超声波振动作用的影响面积，配合电磁力和重力作用更好地实现对沥青的均匀研磨；若夹角过大，则会使得底部超声波振动渗透效果不好，竖直方向震动过大，影响水平方向上的研磨球之间的挤压研磨。若夹角过小，则使得研磨球水平方向上的运动加剧，而竖直方向上的运动取向变小，使研磨球运动的无序性降低，降低研磨效果。
进料筛网4设置成一定的倾斜角度，布有一定的孔洞，在初次过滤杂质的同时能够保证沥青均匀地进入混合筒5内，和研磨球11充分混合。
混合筒5通过管道与双向抽气机8的一个进口连接，双向抽气机8的另一个进口与装有惰性气体的储气罐15端口连接，双向抽气机8的出口设有出气阀门9，储气罐15端口设有进气阀门14；储气罐15端口通过循环阀门13与惰性气体的储气罐15连接，混合筒5内部设有气压调节装置，使得混合筒5内部气压恒定。
气压调整通过传感器6显示的气压，结合气体压缩机（型号：奥突斯1600W-30L）、真空泵（型号：钢铁侠750W）机组与储气罐，从而达到向筒内抽气以增大桶内气压，或向储气罐内压缩惰性气体以减小桶内气压的目的。气压调整是通过人工开关阀门及抽气机组进行调整的，根据不同的出料速度选择不同的循环气压进行调整。粘度较高的沥青研磨的时间相对更长，所以降低气压及气体循环速率使得研磨时间更长，从而使沥青成品效果更好。以针入度（沥青相对粘度指标）81-100、筒内有效研磨体积为30L、出料速率5L/min为标准来选择不同针入度的沥青出料速率（针入度大则选择相对较大的出料速率，针入度小则选择相对较小的出料速率，出料速率的范围为1L/min-15L/min），从而控制研磨效果。
混合筒5内安装有传感器6，用于检测混合筒5内的温度和气压；研磨时根据不同沥青的特点调整混合筒5内的气压、温度大小，使其顺利汇入出料孔17。
传感器6采用WSS-411温度表和Y-100BF压力表，共同完成温度和气压的测定；混合筒5的筒体一共分三层，内层导热，外层隔热，中层设置缠绕电阻丝。电阻丝连接YH6智能数显温控仪，电阻丝通电后在温控仪设置研磨温度，通过电阻丝给筒体内部加热，达到预定温度后温控仪可以保持内部温度恒定。
电磁线圈12包括从上至下依次设置的多个线圈，最上方的线圈通入交变电流后产生的磁场方向向下，最下方的线圈通入交变电流后产生的磁场方向向上，相邻的两个线圈通入方向相反的交变电流，使得相邻两个线圈对应位置的研磨球11向相对的方向运动；实施例中电磁线圈12从上至下依次为1、2、3、4级电磁线圈。
如图2所示，研磨球11采用三层结构，最外层为隔离层11-3，材料采用与沥青不粘连的物质，主要作用是避免沥青在研磨腔内阻塞。中间层为研磨层11-2，可以采用硅酸皓等材料制成。最内层为导电金属层11-1，主要是在磁场作用下带动研磨球11运动。混合筒5的半径与研磨球11直径的比例为8：1-10:1，比例太大研磨球11数量变多，容易团在一起，比例太小，接触面积不够，影响研磨效果。
导电金属层11-1、研磨层11-2、隔离层11-3的厚度比例为5:3:1（±0.1），隔离层11-3的强度相对于导电金属层11-1、研磨层11-2较低，故隔离层11-3厚度比例过高、研磨层11-2厚度比例过低，或者导电金属层11-1厚度比例过高会使得研磨球11摩擦力不足，降低研磨效果；如果隔离层11-3比例过低可能使得沥青与研磨球11粘连，造成后续清洗困难，造成堵塞。研磨层11-2比例过高或者导电金属层11-1比例过低，导致导电金属层11-1产生的电磁力不足，水平挤压力不够，影响研磨效果。
实施例2，
一种可分散沥青分子团的沥青生产设备的使用方法，具体为：
S1，在进料前打开出气阀门9，启动双向抽气机8，排出混合筒5内的空气，使混合筒5内保持真空状态。避免在研磨过程中氧气对沥青老化的影响，然后关掉出气阀门9，真空度为0.9MPa-1MPa，若小于0.9MPa，说明混合筒内仍有一部分空气（主要是氧气作用），会使得沥青在一定温度下与氧气作用发生老化现象。
S2，打开进气阀门14，通过双向抽气机8向混合筒5内吹入惰性气体，待温、压传感器显示的压力达到标准大气压后，关闭进气阀门14，打开循环阀门13，开始系统内的气体循环；如果需要增大气压，打开进气阀门14，继续从储气罐15中向混合筒内抽入惰性气体，使得混合筒5内气压增大。
S3，待混合筒5内气压、温度达到要求且稳定后，打开超声波换能器3，给电磁线圈12通入交变电流；其中，1、3级电磁线圈与2、4级电磁线圈通入的交变电流方向相反；
S4，打开进料阀门2，熔融的70号沥青通过进料桶1落在进料筛网4上，通过进料筛网4的孔洞均匀进入混合筒5内，电磁线圈12产生交变磁场，交变磁场会在导电金属（研磨球11）内产生感应电流（涡流），带感应电流的研磨球11会在当地磁场以及交变磁场的共同作用下进行运动；从而使得2、4级电磁线圈对应高度的研磨球11与1、3级电磁线圈对应高度的研磨球11向相对的方向运动；如此，各相邻层高度的研磨球11在复杂磁场作用下形成了对冲研磨，在超声波产生的振动力、电磁力、重力的共同作用下形成了复合力场，极大地提高了研磨球11运动的无序性，提高了研磨球11的冲击与剪切力；同时球形的研磨介质，增大了研磨球11与沥青的有效接触面积，使得沥青分子团分散更加充分、更加均匀。
S5，分散、研磨完成后，通过惰性气体增大混合筒5内气压，保证研磨过程中沥青从上至下流动顺利，同时惰性气体在从上到下循环过程中会带动液体沥青从上至下进行流动；可以根据出料口旁的流速监测仪21给气压调整装置提供参考，出料过慢则影响出料效率，需要增大气压。出料速度过快说明研磨可能不够充分，则适当减小气压；通过混合筒5底板上的出料孔17落入筛网18上，经过杂质过滤后汇入出料管19，然后经过流速监测仪21测定流速后进入储料罐。应用过程中储料罐20可根据实际情况加设出料阀门后，设置成连续出料装置。
S6，出料结束后，关闭循环阀门13，打开进气阀门14，利用双向抽气机8将惰性气体重新压回储气罐15，下次研磨再使用，实现惰性气体的重复利用。
S7，从进料口加入沥青清洗剂，再次通过复合力场作用实现研磨系统的内部的清洁，且通过超声波作用的清理方式要相比传统的清理方式效果更好。
图3中研磨前的沥青样品内部分子团较大，且大多数呈团块状存在，内部分布不均匀，而这也是导致沥青在路面使用过程中对管道产生堵塞的重要原因；实施例2研磨完成的70号沥青SEM图，如图4所示，沥青内部分子相对未研磨的沥青分子团的尺寸更小，且相对未研磨的沥青分子团的分布更加均匀，分子团尺寸更小、分布更加均匀，使得沥青产品的使用性能有大幅提高。
本发明实施例单一磁场带动研磨球产生的同向运动，会使得研磨球之间产生的是相对运动，球与球之间的摩擦力、挤压力较小。经过多级电磁场带动四级空间内的研磨球产生各层级之间相反方向的对冲运动，相比单一磁场带动研磨球产生的同向运动，使得研磨球之间的摩擦力、挤压力更大，研磨效果更好。
沥青在常温下是有很大粘性的固体，已有的沥青生产设备只是将沥青固体进行分割破碎，难以达到微观分散研磨的效果。本发明在构思上从液体沥青出发，在液体沥青本身粘性较小的条件下，对其进行分散研磨，沥青多层研磨球既保证研磨速率，同时保证了分散效率。熔融后沥青在高温以及有空气（氧气）条件下很容易老化，本发明实施例增加了排气设备，保证生产设备是惰性气体，避免沥青产生氧气老化，同时可以根据气压调节分散研磨的速率。本发明利用超声波的“空化作用”（超声波作用于液体中时，液体中每个气泡的破裂会产生能最极大的冲击波，相当于瞬间产生的高温和高达上千个大气压）使得液体中气泡破裂产生的冲击波达到淸洗和冲刷工件设备内的沥青残留物的目的。因此，本发明设备可以在结束后加入有机清洗剂，配合超声波以及电磁技术，对设备内部进行有效清理，且清洗废液可多次进行重复利用，节能环保，减少人力、物力的损耗。
本发明实施例能够适用于基质沥青的分散研磨，二是改性剂和基质沥青生产改性沥青过程中使用可以使两者充分混合，使得改性剂颗粒变得更细，从而在分子水平上充分让基质沥青对改性剂进行包裹，提高了改性剂对基质沥青的改性效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种可分散沥青分子团的沥青生产设备，其特征在于，包括混合筒（5），混合筒（5）的顶部设有进料桶（1），混合筒（5）内填充了多个导电金属材质的研磨球（11），混合筒（5）的内顶部设有超声波换能器（3），超声波换能器（3）的超声波输出端设有振动杆（7），振动杆（7）伸入研磨球（11）之间的空隙中，混合筒（5）的外壁设有电磁线圈（12），电磁线圈（12）通入交变电流。
2.根据权利要求1所述一种可分散沥青分子团的沥青生产设备，其特征在于，所述电磁线圈（12）包括从上至下依次设置的多个线圈，最上方的线圈通入交变电流后产生的磁场方向向下，最下方的线圈通入交变电流后产生的磁场方向向上，相邻的两个线圈通入方向相反的交变电流，使得相邻两个线圈对应位置的研磨球（11）向相对的方向运动。
3.根据权利要求1所述一种可分散沥青分子团的沥青生产设备，其特征在于，所述研磨球（11）从内至外依次设有导电金属层（11-1）、研磨层（11-2）和隔离层（11-3），导电金属层（11-1）、研磨层（11-2）和隔离层（11-3）的厚度比例为5:3:1。
4.根据权利要求1所述一种可分散沥青分子团的沥青生产设备，其特征在于，所述振动杆（7）的数量为多个，均倾斜设置，振动杆（7）与竖直方向夹角范围为30°-45°。
5.根据权利要求1所述一种可分散沥青分子团的沥青生产设备，其特征在于，所述混合筒（5）通过管道与双向抽气机（8）的一个进口连接，双向抽气机（8）的另一个进口与装有惰性气体的储气罐（15）端口连接，双向抽气机（8）的出口设有出气阀门（9），储气罐（15）端口设有进气阀门（14）；储气罐（15）端口通过循环阀门（13）与惰性气体的储气罐（15）连接，混合筒（5）内部设有气压调节装置，使得混合筒（5）内部气压恒定。
6.根据权利要求1所述一种可分散沥青分子团的沥青生产设备，其特征在于，所述进料桶（1）底部设有进料阀门（2），进料阀门（2）的下方设有倾斜的进料筛网（4）。
7.根据权利要求1所述一种可分散沥青分子团的沥青生产设备，其特征在于，所述混合筒（5）的底部的出料孔（17）处设有筛网（18），筛网（18）的下方设有出料管（19），出料管（19）上安装有流速监测仪（21），出料管（19）的下方设有储料罐（20）。
8.根据权利要求1所述一种可分散沥青分子团的沥青生产设备，其特征在于，所述混合筒（5）内部设有温度调节装置，使得混合筒（5）内部温度恒定。
9.根据权利要求1所述一种可分散沥青分子团的沥青生产设备，其特征在于，所述混合筒（5）内壁设置缓冲层（10），避免研磨球（11）损坏筒体；混合筒（5）内壁涂有沥青防粘剂。
10.如权利要求1所述一种可分散沥青分子团的沥青生产设备的使用方法，其特征在于，具体为：
S1，排出混合筒（5）内的空气，使混合筒（5）内保持真空状态；
S2，向混合筒（5）内通入惰性气体，气压达到要求；
S3，待混合筒（5）内气压、温度达到要求且稳定后，打开超声波换能器（3），给电磁线圈（12）通入交变电流；
S4，打开进料阀门（2），沥青进入混合筒（5）内，电磁线圈（12）产生交变磁场，交变磁场在研磨球（11）内产生感应电流，在当地磁场以及交变磁场的共同作用下进行运动，在振动、电磁力、重力的共同作用下，研磨球（11）进行无序运动，产生足够的冲击力与剪切力，使得沥青分子团分散更充分、更均匀；
S5，分散研磨完成后，通过惰性气体增大混合筒（5）内气压，保证研磨分散研磨过程中沥青从上至下流动顺利，同时惰性气体在从上到下循环过程中会带动液体沥青更顺利地从上至下进行流动；
S6，出料结束后，回收惰性气体，重复利用；
S7，从进料口加入沥青清洗剂，打开超声波换能器（3），给电磁线圈（12）通入交变电流，完成清洗。
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