CN116033969A - 喷射磨 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种喷射磨，其包括具有纵向轴线(2)的研磨室(1)、位于轴线一端的入口(3)和位于轴线相对端的出口(4)，研磨室(1)包括布置在研磨室(3)的自由流动横截面中的多个销(5)，其中销(5)布置在垂直于所述纵向轴线(2)的至少两个平面中，所述平面在纵向上彼此远离，并且一个平面的销(5)相对于后续平面的销(5)横向偏移，其中研磨室(1)分成交替的销段和加速段，每个销段具有至少两个销平面(5)，并且加速段没有销。本发明进一步涉及一种研磨固体颗粒的方法，其包括以下步骤：(a)将颗粒注入射流中，以及(b)将包括注入颗粒的射流供入本发明的喷射磨中。

Description

喷射磨

本发明涉及一种喷射磨，其包括具有纵向轴线的研磨室、位于轴线一端的入口和位于轴线相对端的出口。本发明进一步涉及一种研磨固体颗粒的方法，其包括将颗粒注入射流中，并将包括注入颗粒的射流供入本发明的喷射磨中的步骤。

喷射磨通过使用压缩空气、气体或蒸汽的高速射流在颗粒之间产生冲击来研磨材料。不需要机械工具如高速转子。颗粒被研磨气体引入的能量粉碎。压缩空气通常用作研磨气体，更罕见的是惰性条件下可使用惰性气体如氩气或氮气进行研磨。也可以使用过热蒸汽，并用于特殊应用。喷射研磨的原理通常用于需要精细粉碎的地方。喷射磨将干燥材料研磨至D90值为0.1-200微米的细度。通常工作范围低于20微米的D90值。最常用的喷射磨类型是对置喷射磨和螺旋喷射磨。

对置喷射磨，也称为流化床对置喷射磨，包括研磨床、输送区和空气分级区。将待研磨的颗粒供入研磨室，并在喷射磨底部形成流化的研磨床。气体射流通过设置在磨机外壳上的喷嘴引入研磨床。气体射流通过将位于磨机底部的颗粒加速至高速而使研磨床流化。沿着气体射流以及在研磨床的中心，加速的颗粒彼此碰撞，从而被研磨成更小的颗粒。负载有颗粒的气体通过输送区向上上升到研磨室中心，并将颗粒向上输送到安装在磨机顶部的空气分级机。通常，分级机包括由变速电机驱动的分级机轮。空气分级机将细颗粒与粗颗粒分离。太粗的颗粒被分级机截止，并落回到流化床中。细颗粒与研磨气体一起离开磨机，并在合适的分离器或粉尘过滤器中与研磨气体分离。

近年来，已经开发了许多不同的装置和操作方法，以提高对置喷射磨的性能。作为实例，文献US 2009/0236451A1、US 2009/0261187A1和US 2014/0021275A1公开了用于通过具有集成动态空气分级机的喷射磨产生细颗粒的方法和喷射磨装置。

尽管存在对置喷射磨是一种成熟的研磨颗粒技术的事实，但该技术也存在一些缺点。喷射磨在细度方面的性能强烈依赖于气体射流的速度。作为研磨气体的空气的最大喷射速度约为330m/s，这是气体的音速。使用Laval喷嘴，甚至可以在喷嘴出口处实现超音速。然而，最近的研究表明，磨机内的实际射流速度要低得多。通过颗粒图像测速测量，可以揭示最大颗粒速度仅为约40m/s(Koeninger等，Powder Technology 316(2017)49-58)。此外，测量了对置喷射磨中颗粒之间的动能传递，并揭示每个应力事件提供的能量传递相当低(Koeninger等，Powder Technology 327(2018)346-357)。由于颗粒的动能与速度呈平方增大，与40m/s的颗粒相比，300m/s的颗粒所具有的能量约为其56倍。

另一个缺点是射流仅部分地负载了颗粒。射流内的固体负载量非常低，因为大多数颗粒在射流的外圆周处被加速，并且没法进入射流内部。因此，很大一部分高动能被浪费了。对置喷射磨的另一个缺点是，当射流在射流中部碰撞时，射流会向侧面扩散。更容易加速的细颗粒也可以更容易地跟随扩散的射流，从而避免彼此之间的正面冲击。具有较高惯性矩的较大颗粒可以相互碰撞，但仅以低速碰撞。

螺旋喷射磨在工业中广泛使用，其中磨机尺寸范围从用于仅数克产品样品的小型实验室单元到每小时生产数吨的生产机器。螺旋喷射磨也可分为研磨、输送和分级区。与对置喷射磨相比，空气分级是由静态涡流而非转轮分级机实现的。另一个不同之处是，射流并非彼此相对，而是切向进入磨机。数个喷嘴沿切向布置在典型的圆且平的研磨室的圆周上。通过喷嘴进入的研磨气流形成螺旋。待研磨的颗粒经由注入器供入研磨室中。这种研磨机的工作原理是，待研磨的颗粒在研磨室中进行圆周运动，因此必须碰撞进入的气体射流。颗粒通过相互的颗粒碰撞而研磨。

由于颗粒的旋转运动，离心力作用在研磨室中的颗粒上。由射流引入的气体可以通过磨机中部的圆形开口离开磨机外壳。小颗粒可以跟随气流，因此可以被带出磨机。对于较大的颗粒，离心力和径向拖曳力分量之间的关系有利于离心力，因此较大的颗粒停留在研磨室中，直至它们足够小而离开磨机。所得研磨颗粒的细度可以受到射流压力和气体比负载量的影响。较高的气体负载量导致颗粒接触的统计概率较高。另一方面，过高的气体负载量抑制了分级的正确功能。

对于对置喷射磨，近年来已经开发了许多不同的装置和操作方法，以提高螺旋喷射磨的性能。文献US 2004/0169098A1和US 2011/0049278A1中公开了实例。

尽管螺旋喷射磨在工业中广泛应用于各种应用，但该技术也有一些缺点。对于对置喷射磨，螺旋喷射磨在细度方面的性能强烈依赖于气体射流的速度。在以空气或氮气作为操作气体的正常工作条件下，最大射流速度由气体的音速限定，例如，对于空气或氮气，约330m/s。可使用Laval喷嘴来产生超音速气体速度，但仅限于有限距离。然而，对于对置喷射磨，由于消散到周围气体中以及射流离开喷嘴后膨胀，显著量的射流能量损失掉了。

两种磨机的另一个缺点是，两个颗粒相互碰撞的可能性随着颗粒的尺寸而减小。即使对于非常高负载的气体射流，两个颗粒彼此正面碰撞的可能性也很低。更可能的是，它们会切向碰撞，从而仅利用了部分动能来进行研磨。

另一个问题是，由于在研磨区中的长停留时间和颗粒的随机运动，本领域已知的喷射磨的碰撞强度谱非常宽。这导致不必要的大量颗粒碰撞，这些颗粒碰撞吸收能量而不会导致颗粒破碎。

另一个问题是，对置喷射磨和螺旋喷射磨的比气体负载量受到分级系统的限制。对于研磨目的，高的比气体负载量将有利于产生更多的碰撞。对于空气分级系统，过高的气体负载量导致不精确的分离，从而降低产品质量。因此，不可能在磨机的最佳操作窗口中操作这些磨机。

文献US 4059231公开了一种喷射磨的替代结构。该喷射磨包括用于携带不同质量的夹带颗粒的空气输送系统、用于加速气流和夹带颗粒的文丘里管、用于接收加速气流和颗粒的管道、以及安装在管道中用于选择性粉碎夹带颗粒的冲击杆。冲击杆位于加速气流中，以建立对夹带颗粒进行分级的反压力场，并为大于预定质量的碎片颗粒提供冲击表面，其余颗粒在反压力场的作用下围绕杆偏转。

另一个问题是，现有的喷射磨只能生产一种研磨产品。所用的分级系统不能分级成具有精确定义的粒度的各种级分。

本发明的目的是提供一种喷射磨，其特征在于射流所需能量输入的效率更高，产量更高，粒度分布更窄，能够产生更细的颗粒。

根据本发明，该任务通过根据权利要求1的喷射磨来解决。此外，该任务通过根据权利要求13的研磨固体颗粒的方法来解决。权利要求2-12和14中提出了该喷射磨和方法的有利变型。

本发明的第一主题是一种喷射磨，其包括具有纵向轴线的研磨室、位于轴线一端的入口和位于轴线相对端的出口，其中研磨室包括布置在研磨室的自由流动横截面中的多个销。销布置在至少两个垂直于纵向轴线的平面中，所述平面在纵向上彼此远离，并且一个平面的销相对于后续平面的销横向偏移。研磨室分成交替的销段和加速段，每个销段具有至少两个销平面，而加速段没有销。

术语“横向偏移”是指一个平面中的销轴线中心和后续平面中的销轴线中心位于与混合室的纵向轴线平行的不同线上。

本发明的第二主题是一种研磨固体颗粒的方法，包括以下步骤：(a)将颗粒注入射流中，以及(b)将包括注入颗粒的射流供入本发明的喷射磨中。

本发明的喷射磨显示出与现有技术已知的喷射磨相比的数个优点：

研磨室设计为具有纵向轴线的通道，避免了死区(这导致射流引入的能量耗散)。此外，该设计避免了供入磨机的射流的自由膨胀，这在已知设计中是常见的。因此，本发明的喷射磨有助于利用供入磨机的射流的显著更大部分的动能。

安装在研磨室内的销具有数个有利的功能。它们的第一个功能是作为射流的障碍物。射流中的颗粒被迫以最大速度与销碰撞。这大大提高了颗粒在第一次碰撞时被粉碎的概率。与现有磨机相比，动能提高了约60倍。取决于用于射流的物质，甚至可以获得更高的值，例如，如果使用干蒸汽进行操作。它们的第二个功能是充当喷嘴。研磨室的横截面由于销而减小。这导致射流加速，从而使待研磨的颗粒加速。销的第三个功能是它们的位置迫使射流围绕销形成弯曲的流动。颗粒必须随着射流改变其流动方向。过粗的颗粒由于其惯性动量而无法跟随方向的该变化，因此将碰撞下一个销。然而，较小的颗粒将跟随射流，从而降低相应颗粒与后续销的碰撞可能性。因此，研磨室的设计能够在粒度分布方面实现选择性的研磨方法。其还允许以能够进行非常精细研磨的方式调整和优化销的位置，例如通过减小销之间的距离，从而提高射流的曲率。销的数量以及气体和颗粒的可调节速度允许精确地调节磨机中的冲击力和冲击次数。这允许生产具有非常精确的粒度分布的产品。该磨机的另一个优点是不存在与负载有固体的气体直接接触的运动部件。因此，避免了经常容易磨损的运动部件的困难密封。磨机的简单设计使得易于自动清洁磨机。对于在完全密封的空间中进行自主操作，这是有益的，例如，在研磨危险材料的情况下，出于防尘的原因。

在没有任何销的加速段中，与销段相比，射流中所含的颗粒被加速。这导致颗粒碰撞后续销段中的销表面的冲击能量增加。与不包括中间加速段的磨机相比，磨机的总体效率得以提高。

研磨室可具有适于负载有固体颗粒的射流流过的任何形式。可以选择研磨室的长度、宽度和高度以满足待解决的研磨任务的要求，例如在产量、研磨气体体积流量的可用量、最大允许压降或所需的研磨颗粒细度方面。

研磨室的长度优选为50-1000mm，更优选为100-400mm。适当选择研磨室长度的相关参数是可用销的数量和研磨室中的最大压降。如果研磨室过短，则缺少空间来以足够的销之间的距离提供足够的销。因此，射流的效率降低。如果研磨室过长，压降将过高，从而导致方法的整体效率降低。

在优选实施方案中，垂直于纵向轴线的研磨室的横截面具有矩形形状。横截面积可以是恒定的，或者可以在研磨室的长度上变化。在一个实施方案中，横截面积在研磨室的长度上是恒定的。在另一个实施方案中，研磨室入口处的横截面积小于其出口处的横截面积。在这种情况下，研磨室的入口实现了喷嘴的功能。在另一个实施方案中，研磨室出口处的横截面积小于其入口处的横截面积。在这种情况下，射流朝着研磨室的出口加速。根据用于分离颗粒的分级机的类型，进入分级机中的较高速度的射流可以提高分级工艺效率。

优选地，在最大横截面积处射流的研磨气体流量的具体量为25-450m³/m²/s。给定特定的射流量，可以相应地选择研磨室的高度和宽度，从而选择其横截面积。

在优选实施方案中，研磨室的高度为3-10mm，特别为5-6mm。

研磨室的宽度优选地根据加压气体或蒸汽的量来选择，以允许每小时和每厘米室宽度10-250立方米气体(m³/h/cm)的射流。

优选地，至少研磨室的内壁涂覆有耐磨材料或由耐磨材料制成，例如陶瓷材料如碳化硅或耐磨钢如Hardox(瑞典斯德哥尔摩SSAB AB公司的商标)。进一步优选的是，该材料是导电的，以避免形成过量的静电电荷。

销可具有适于在碰撞销的射流中引起颗粒碰撞的任何形式。

优选地，销从研磨室的一个内壁延伸到相对的壁而没有任何间隙。进一步优选的是，销垂直于射流的流动方向布置，例如通过以销的轴线垂直于研磨室轴线的方式布置销。最优选地，销垂直布置，使得它们从研磨室的底部延伸到其顶部。

可以选择销的数量、销的直径和销彼此之间的距离，以满足研磨任务的要求。通常，较小的销迫使射流和其中的颗粒围绕销进入较小的半径。因此，较小的销将导致更细的颗粒。销直径也影响销的寿命。一般而言，销直径越大，寿命越长。在优选实施方案中，每个销的直径为2-8mm，更优选为3-5mm。通过这种选择，可以实现安全的工艺条件、精细的产品和长的销寿命。

平面中两个相邻销之间的距离优选地选择为与销的直径大致相同的范围内。这确保了在销段中，颗粒从销的第一平面引导到销的第二平面，并且避免了流动通道的堵塞。更优选地，两个相邻销之间的距离与相应销的直径之比为0.8-1.5。在该上下文中，“直径”是指横向直径，即销在平面方向的横向延伸。

两个平面之间的距离优选地通过相应平面中的销的包络线来限定。平面的包络线是与该平面中销的最外表面相切的直线或曲线。然后将两个平面之间的距离定义为连接相邻平面的包络线的最短线。优选地，两个相邻平面之间的距离与相应平面中的销的直径之比为0.8-1.5。在该上下文中，“直径”是指轴向直径，即销在研磨室纵向轴线方向上的延伸。

在一个优选实施方案中，两个相邻平面的销的布置方式使得在横向(即垂直于纵向轴线)上，后续平面的销布置在先前平面的两个销之间的自由通道中，特别是在自由通道的中间。更优选地，一个平面中两个相邻销之间的距离与相应销的横向直径之比为0.8-1.5，并且两个相邻平面之间就其包络线而言的距离与相应平面中销的轴向直径之比为0.8-1.5。销的这种配置迫使射流和其中所含的颗粒围绕销弯曲成波浪状运动，这增加了颗粒碰撞后续平面的销的概率。

在另一个优选实施方案中，三个相邻平面的销布置成使得第三平面的销相对于第二平面的销和第一平面的销横向偏移。在横向上，第二平面的销布置在第一平面的两个销之间的自由通道中，特别是在自由通道的中间。更优选地，第一或第二平面中的两个相邻销之间的距离与相应销的横向直径之比为0.8-1.5，并且第一和第二平面之间的就其包络线而言的距离与相应平面中的销的轴向直径之比为0.8-1.5。第三平面中的销布置成使得第二平面中的销和第三平面中销之间的销-销距离具有轴向分量和横向分量。更优选地，第三平面中的销-销距离的横向分量与相应销的横向直径之比为0.8-1.5，并且销-销距离的轴向分量与销-销距离的横向分量之比为0-2。销的这种配置迫使射流和其中所含的颗粒围绕销弯曲成波浪状运动，增加了颗粒碰撞后续平面中的销的概率。此外，该配置提供了在宽范围内调节研磨室中的压降的灵活性。

在优选实施方案中，面向入口的销的表面是凸的。在该上下文中，“表面”应理解为被通过入口进入的射流碰撞的销的面积。术语“凸的”应以其数学定义理解：如果表面任意点之间的直线完全在销内延伸，则销的表面是凸的。具有凸表面的销的实例是具有圆形、椭圆形或翼形横截面的销。可根据工艺和生产需要选择销的形式。例如，具有圆形或椭圆形横截面的销通常容易制造，而翼形横截面的制造可能更复杂。就工艺性能而言，如果磨机上的压降存在问题，则翼形横截面可能是更好的选择。

在优选实施方案中，销可拆卸地附接在研磨室内部。在一个实施方案中，销的长度大于销在研磨室内的部分，并且销通过相对于环境密封的开口引入到研磨室中。根据研磨室内销的磨损情况，可将销进一步推入研磨室内，以使销的新部分替换磨损部分。根据销的材料和待研磨的物质，考虑到销可能经受的高磨损，该实施方案是有利的，因为这允许长时间操作而不需要关闭磨机的操作。

在许多应用中，销会受到磨损，因此需要不时更换一些或所有销。在优选实施方案中，至少一些销包括能够检测相应销的磨损测量值的传感器。在该实施方案的第一变型中，传感器是能够检测由于颗粒碰撞销的速度而导致的磨损的加速度传感器。该传感器的实例是压电传感器。在该实施方案的第二变型中，传感器包括用振动扫描信号激励销的装置和捕捉销的频率响应以计算摩擦或磨损的装置。在该实施方案的第三变型中，传感器能够测量销的电导率。在一个实例中，相应销由非导电材料(例如陶瓷材料)制成，并且在销内部包含导线，例如金属线。一旦销磨损到导线，导线就会断裂，传感器就会检测到导电率的突然变化。该实施方案的喷射磨可包含单一类型的传感器或传感器类型的混合。在磨机中的至少一些销中提供传感器能够实现磨机的状态监测和预测性维护，从而节约操作成本。

在优选实施方案中，销段各自具有2-5个销平面。

进一步优选地，加速段的长度大于销段中的平面之间的纵向距离。该实施方案的优点是颗粒可以达到更高的速度，从而在加速段中具有更高的冲击能量。

两个相邻销段之间的距离以及因此这些销段之间的加速段长度优选选择为20-200mm。已证明该范围提供了大的操作窗口，以在具有合理长度的磨机中实现高颗粒速度。

销段的数量优选选择为1-10，更优选为2-5。已证明该范围是颗粒速度、每颗粒冲击和沿研磨室的压降之间的良好折衷。所需的冲击力越大，应选择的销段数量就越少。

在优选实施方案中，具有入口和出口的加速室连接到研磨室，加速室的出口是研磨室的入口。在磨机入口处提供加速室能够增加颗粒碰撞第一销段中的销表面的冲击能量。进一步优选地，加速室具有锥形状。

对于在入口处具有加速室的该实施方案，进一步优选的是，加速室的入口具有比其出口小的横截面积。在一种变型中，研磨室的入口宽度与加速室的入口宽度之比优选为1-7。加速室的长度与研磨室的入口宽度之比优选为2-10。

在另一种变型中，加速室的入口和出口的横截面在尺寸和/或形状方面不同。特别优选地，加速室入口具有圆形形状，而加速室出口具有矩形形状。该变型特别适于将管道连接到加速室入口，例如通过其将加压空气供给到磨机的管道。待研磨颗粒的注入器可以连接到该管道或直接连接到加速室。

在优选实施方案中，销由选自耐磨钢或耐磨陶瓷的材料制成，特别是选自耐磨钢、刚玉、碳化硅、碳化钨的材料。

在优选实施方案中，研磨室的高度为3-10mm，特别为5-6mm。已证明该范围是研磨能力和后续分级机中的分离效率之间的良好折衷。

本发明的喷射磨可以用作独立装置或与其他装置或部件组合使用，例如与分级机组合使用。在优选实施方案中，研磨室的出口耦合到能够将细颗粒与粗颗粒分离的分级机的入口。进一步优选地，所述分级机能够同时分离具有至少一种细颗粒级分和至少一种粗粒级的多个产品级分。研磨室的出口与分级机的入口的耦合可以是直接或间接的，例如通过管或软管。

特别优选地，分级机基于Coanda效应。这有助于同时产生非常细的颗粒和多个产品级分。这种磨机和分级机组合的另一个优点是不存在与负载有固体的气体直接接触的运动零件。

当分级机，特别是Coanda分级机耦合到磨机的出口时，本发明的喷射磨的一些实施方案是特别有利的。

在优选实施方案中，磨机的最后一段用于最终将颗粒加速至与研磨气体类似的速度。其优点在于，与研磨气体速度相似的颗粒可在Coanda分级机中获得更好的分级结果。

在优选实施方案中，磨机的最后一段的横截面减小，以便在气体进入Coanda分级机之前提高气体速度。优点是气体和颗粒速度越高，Coanda分级机中的切割尺寸越细。

在另一个优选实施方案中，磨机的最后一段的横截面被加宽为德-拉伐尔喷嘴型形状。这也增加了进入分级机之前朝向磨机末端的气体速度。

对于粒度在微米至亚微米范围内的非常细的分离而言，加速气体进入分级机的速度的措施尤其有利。

在耦合系统的优选实施方案中，粗级分的出口被再循环到研磨室的入口或加速室的入口。

在耦合系统的另一个优选实施方案中，将待研磨的新鲜颗粒从粗级分的出口供入到研磨室的入口或加速室的入口。

在优选实施方案中，磨机的进料和Coanda分级器的再循环粗级分通过相同的注入器系统进料。为此，磨机的新鲜进料材料可以用如下设备进料，该设备将环境空气压力与注入器系统中的潜在真空解耦，例如通过使用气密旋转单元阀或螺旋输送机。优选将来自Coanda分级器的粗级分与分级气流分离，例如通过旋风分离器和旋转单元阀。返回注入器系统的输送可以例如通过气动注入器的吸入空气的气动输送或通过固体输送系统如输送带或螺旋输送机实现。

在其中研磨室的出口再循环到能够将细颗粒与粗颗粒分离的分级机的入口的用于研磨和分级固体颗粒的方法的优选实施方案中，该方法包括以下步骤：(a)将颗粒注入射流中，(b)将包括注入颗粒的射流供入本发明的喷射磨中，和(c)从分级机进料材料中分离至少一种细颗粒级分。

喷射磨和耦合系统的所有优选实施方案也是本发明的在喷射磨或耦合系统中研磨和分级固体颗粒的方法的优选实施方案。

对于所有实施方案，射流优选为气体或干蒸汽的高速流。对于约1微米或小于1微米的研磨颗粒的粒度，特别优选干蒸汽。

本发明的喷射磨可有利地用于研磨多种类型的颗粒，例如磁性材料，电池材料，活性成分如布洛芬、柠檬酸或碳酸镁，颜料(例如用于涂料)，金属有机框架，羰基铁粉。

下文将参照附图更详细地解释本发明。附图应解释为原理展示。它们不构成本发明的任何限制，例如关于具体尺寸或设计变型。在附图中：

图1显示了本发明喷射磨的第一实施方案的纵向俯视图。

图2显示了本发明喷射磨的第二实施方案的纵向俯视图。

图3显示了具有4个销平面的研磨室的段的俯视图。

图4显示了具有3个销平面的研磨室的段的俯视图。

图5显示了耦合到Coanda分级机的喷射磨的第一实施方案的示意图。

图6显示了耦合到Coanda分级机的喷射磨的第二实施方案的示意图。

图7显示了对比实施例的喷射磨的纵向俯视图。

图8显示了本发明喷射磨的第二实施方案的纵向俯视图。

图9显示了通过在图7和图8的喷射磨中研磨颗粒而获得的粒度分布的比较。

所用的附图标记列表：

1                   研磨室

2                   纵向轴线

3                   研磨室入口

4                   研磨室出口

5                   销

6                   加速室

7                   加速室入口

11                  气体源

12                  额外的气体

13                  额外的气体

14                  细颗粒出口

15                  中颗粒出口

16                  粗颗粒出口

17                  颗粒进料

18                  分离单元

19                  废气

A1，A2               轴向距离

L1，L2               横向距离

P1、P2、P3、P4         销平面

图1显示了作为本发明第一实施方案的喷射磨的纵向剖视图。喷射磨包括具有纵向轴线2的研磨室1、位于轴线一端的入口3和位于轴线相对端的出口4。在研磨室1内有15个销5，它们布置成3个销段，每个销段有5个销5。在销段之间有一个加速段，每个加速段中没有销。从入口3到出口4计数，第一销段包括3个销平面。在第一平面中，2个销5相对于纵向轴线2对称地布置。第二平面包括1个销5，该销布置在纵向轴线2上的研磨室中心。第三平面包括分别附接到研磨室1的左壁和右壁的2个销5。第二销段包括2个销5的平面。第二销段的第一平面中的销的布置与第一销段中的第一平面的布置相同。第二销段的第二平面包括3个销5。一个销布置在纵向轴线2上的研磨室中心。另外2个销分别附接到研磨室的左壁和右壁。第三销段中的销的布置与第二销段的布置相同。所有平面在纵向上彼此远离。一个平面的销相对于相邻平面的销横向偏移，因为一个平面中的销轴线的中心和后续平面中的销轴线的中心位于与混合室的纵向轴线平行的不同线上。

具有入口7和出口的加速室6连接到研磨室1，加速室的出口是研磨室的入口3。研磨室1和加速室6的横截面是矩形的，加速室的入口7的横截面积小于其出口。

本实例中的所有销5具有相同的圆柱形状。它们的横截面是圆形的，因此面向入口3的销的表面是凸的。

图2显示了作为本发明第二实施方案的喷射磨的纵向剖视图。喷射磨包括具有纵向轴线2的研磨室1、位于轴线一端的入口3和位于轴线相对端的出口4。在研磨室1内，有24个销5布置在两个销段中，其中在每个销段中12个销5布置在4个平面中。在销段之间有一个没有销的加速段。从入口3到出口4计数，第一销段的第一平面包括3个销。一个销附接到研磨室的右壁，而另外2个销以销之间相等的横向距离布置。最左侧销到左壁的横向距离与该平面中销之间的横向距离相同。第一销段的第二平面中的销以与第一平面中的销类似的方式布置，但与第一平面的销横向偏移。最左侧的销附接到研磨室的左壁，而其他2个销以销之间相等的横向距离布置。最右侧销到右壁的横向距离与该平面中销之间的横向距离相同。第三平面的销与第一平面中的销类似地布置，第四平面的销与第二平面的销类似地布置。第一销段中的所有销都具有相同的圆柱形状。它们的横截面是圆形的，因此面向入口3的销的表面是凸的。

第二销段的销的直径大于第一销段的销的直径。从入口3到出口4计数，第二销段的第一平面包括3个销。一个销附接到研磨室的左壁，而另外2个销以销之间相等的横向距离布置。最左侧销的横截面为半圆形，而其他2个销的横截面为圆形。最右侧销到右壁的横向距离与附接到壁的最左侧销的横向延伸相同。第二销段的第二平面中的销以与第一平面中的销类似的方式布置，但与第一平面的销横向偏移。最右侧销附接到研磨室的右壁，而其他2个销以销之间相等的横向距离布置。最右侧销的横截面为半圆形，而其他2个销的横截面为圆形。最左侧销到左壁的横向距离与附接到壁的最右侧销的横向延伸相同。第三平面的销与第一平面中的销类似地布置，第四平面的销与第二平面的销类似地布置。第二销段中的所有销的横截面是圆形或半圆形的，因此面向入口3的销的表面是凸的。

所有平面在纵向上彼此远离。一个平面的销与相邻平面的销横向偏移。

具有入口7和出口的加速室6连接到研磨室1，加速室的出口是研磨室的入口3。研磨室1和加速室6的横截面是矩形的，加速室的入口7的横截面积小于其出口。

图3显示了作为本发明另一示例性实施方案的研磨室的销段的纵向剖视图。销段包括4个销平面。在射流方向上从左到右计数，第一平面P1和第三平面P3各自包括3个销。一个销附接到研磨室的右壁，一个销附接到研磨室左壁，并且一个销布置在纵向轴线上研磨室的横向中心(图3中未显示该轴线)。第二平面P2和第四平面P4包括2个销，每个销相对于纵向轴线对称地布置在该轴线和通道壁之间。该段中的所有销都具有相同的圆柱形状，具有圆形横截面。

在横向，即与纵轴垂直的方向上，后续平面的销布置在先前平面的两个销之间的自由通道的中间。平面中两个相邻销之间的横向距离L1与相应销的直径之比优选为0.8-1.5。在图3所示的实例中，该比例为1.25。

两个相邻平面之间的轴向距离A1通过相应平面中的销的包络限定。在图3所示的实例中，平面的包络线是与该平面中的销的最外表面相切的线，如平面P3中的虚线所示。优选地，两个相邻平面之间的轴向距离A1与相应平面中的销的直径之比为0.8-1.5。在图3所示的实例中，该比例为1.15。

图4显示了作为本发明的另一示例性实施方案的研磨室的销段的纵向剖视图。销段包括3个销平面。在射流方向上从左到右计数，第一平面P1包括2个销，这2个销布置在研磨室纵向轴线的左侧和右侧(图4中未显示该轴线)。第二平面P2包括1个销，该销布置在纵向轴线上的研磨室中心。第三平面P3包括附接到研磨室的左壁和右壁的2个销。该段中的所有销都具有相同的圆柱形状，具有圆形横截面。

第三平面P3的销与第二平面P2的销和第一平面P1的销横向偏移。在横向上，平面P2的销布置在平面P1的两个销之间的自由通道的中间。

平面P1中两个销之间的横向距离L1与相应销的直径之比优选为0.8-1.5。在图4所示的实例中，该比例为0.95。平面P1和平面P2之间的轴向距离A1通过相应平面中的销的包络线来限定。在图4所示的实例中，平面的包络线是与该平面中的销的最外表面相切的线，如平面P1中的虚线所示。优选地，第一平面P1和第二平面P2的包络线之间的轴向距离A1与相应平面中的销的轴向直径之比为0.8-1.5。在图4所示的实例中，该比例为1.2。

第三平面P3中的销布置成使得第二平面P2中的销与第三平面P2中相邻销之间的最短距离具有轴向分量A2和横向分量L2。优选地，第三平面P3中的销-销距离的横向分量L2与相应销的横向直径之比为0.8-1.5。在图4所示的实例中，该比例为1.25。进一步优选地，销-销距离的轴向分量A2与销-销距离的横向分量L2之比为0-2。在图4所示的实例中，该比例为1。

图5显示了耦合到Coanda分级机的喷射磨的第一实施方案的示意图。将待研磨的颗粒供入气态介质中，并注入气体源11中的喷射磨的入口。喷射磨的出口直接耦合到Coanda分级机的入口。Coanda分级机是本领域已知的(例如：Heinrich Schubert(编辑)：Handbuch der Mechanischen Verfahrenstechnik，第7章，第608页，Wiley-VCH VerlagGmbH&Co.KGaA，2012)。

在所示的实例中，Coanda分级机能够将研磨的颗粒分离成三个级分，即细颗粒级分、中颗粒级分和粗颗粒级分。没有颗粒负载的额外气流12和13可用于影响分离成三种级分。细颗粒级分通过细颗粒出口14从分级机中取出。中颗粒级分通过中颗粒出口15从分级机中取出。粗颗粒级分通过粗颗粒出口16从分级机中取出并再循环至气体源11，因此再循环至喷射磨的研磨室的入口。待研磨的新鲜颗粒可直接供入到气体源11中和/或供入到从粗颗粒出口16返回到气体源11的再循环流中。该选项示于图5的料流17中。

图6显示了耦合到Coanda分级机的喷射磨的第二实施方案的示意图。图5所示的第一实施方案和图6所示的第二实施方案之间的区别在于，从分级机中取出的粗颗粒在再循环到喷射磨入口之前，被供入另一分离单元18中。分离单元18可包含任何合适的分离装置，特别是过滤器、旋风分离器或过滤器和旋风分离器的组合。优选将分离单元中分离的粗固体级分与气流气密地隔离，例如通过旋转单元阀或类似设备如螺旋输送机。通过这些手段，可以实现气体源11的注入器的负压与Coanda分级机中的负压之间的解耦。这有利于单独调节磨机的进料速度和Coanda分级机中的分离条件。净化后的废气19从分离单元18中抽出。

实施例

将本发明的喷射磨与现有技术的对置喷射磨和螺旋喷射磨进行比较。在三个磨机中的每一个中研磨石灰石粉末(德国科隆Omya Gmbh公司的“Jurapele 150-300”)。粉末的粒度参数如下：

D10[μm]	4.6
		D50[μm]	119.0
D90[μm]	225.0

在每种情况下，将相应磨机的研磨压力设置得尽可能高，因为这导致最高的产品细度。然后加载所有磨机，直至研磨产品的粒度分布变得明显更粗或磨机达到临界操作状态。

对比实施例1

作为对比实施例1，使用对置喷射磨(Hosokawa Alpine AG公司，Augsburg，德国生产的AFG 100型)。各自用3个直径为1.9mm的喷嘴操作磨机，以提供压力为7巴的研磨气体。用螺旋进料器以4kg/h的进料速度将材料供入研磨室中。磨机中转向轮分级机的直径为50mm。空气分级机以12,500rpm运行，导致圆周速度为33m/s。

对比实施例2

作为对比实施例2，使用具有170mm研磨室直径和15mm研磨室高度的螺旋喷射磨。螺旋喷射磨配备有10个直径各自为1.5mm的圆柱形研磨气体喷嘴，所述喷嘴均匀分布在研磨室的圆周上。研磨气体压力为3.6巴。注入喷嘴的直径为2.5mm，增压喷嘴的直径为8mm。注入喷嘴压力为3.8巴。磨机的涡流探测器具有直径为40mm的圆形形状。

本发明的实施例1

使用与图1所示实施方案类似的喷射磨作为本发明的实施例。喷射磨包括具有纵向轴线的研磨室、位于轴线一端的入口和位于轴线相对端的出口。在研磨室内部的自由流动横截面中，有15个销布置在3个销段中，每个销段有5个销。每个销段包括2个销平面，所述平面垂直于纵向轴线。从入口到出口计数，在第一平面中，2个销相对于纵向轴线对称布置。第二平面包括3个销。一个销布置在纵向轴线上的研磨室中心。另外两个销分别附接到研磨室的左壁和右壁。所有平面彼此远离。每个销段中的第一平面和相应的第二平面之间的纵向距离为10mm。一个平面的销相对于相邻平面的销横向偏移，因为一个平面中的销轴线中心和随后平面中的销轴线中心位于与混合室的纵向轴线平行的不同线上。所述销由碳化硅制成。所有销都具有相同的圆柱形状。它们的横截面是直径为4mm的圆形，因此面向入口的销表面是凸的。因此，每个销段中的第一平面和相应的第二平面之间的纵向距离就其包络线而言为6mm。在销段之间有一个加速度段，每个加速度段没有销。两个加速段的长度各自为36mm。

具有入口和出口的加速室连接到研磨室，加速室的出口是研磨室的入口。加速室的长度为50mm。研磨室的长度为165mm。研磨室和加速室的横截面为矩形。研磨室的宽度为20mm，其高度为5mm。加速室入口的宽度为9mm。

基于Coanda效应，研磨室的出口与分级机的入口相连。总体设置如图6所示。

使用螺旋输送机将进料材料供入注入器的吸入管。在注入器中，固体进料材料分散在研磨气体射流中。分散的材料在加速室中加速，使得颗粒达到与研磨气体速度相似的速度。随后，颗粒碰撞第一销段的销，并被机械冲击粉碎。此外，被销反射的颗粒和分散在研磨气体中的颗粒之间的颗粒-颗粒接触导致高能冲击，从而导致颗粒破碎。在第一销段之后，颗粒被重新加速，直至它们碰撞第二销段的第一个销。在第三销段之后，颗粒被剩余的研磨气体压力再次加速，使得它们能够以与研磨气体类似的速度进入Coanda分级机。进入Coanda分级机的研磨气体的主要部分被迫沿着Coanda入口的弯曲形状进行弯曲运动。高比表面的细颗粒跟随气流的弯曲运动。较低比表面的颗粒，例如中等尺寸或粗颗粒，只能部分地跟随弯曲气体的运动，并且较少偏离其初始直线运动。因此，可以在Coanda分级机的外壳内实现细颗粒到粗颗粒的抛物线分布。通过调节不同尺寸颗粒路径中的分流器，可以将其分成细颗粒级分和粗颗粒级分。为了优化Coanda分级机中颗粒的飞行路径，从而优化分离性能，额外的气体被吸入Coanda分级机。分离出的细颗粒被吸入过滤器以从气相中除去固相。粗颗粒被吸入旋风分离器以从气相中除去固相。在旋风分离器底部收集的粗粒级分由螺旋输送机从旋风分离器中带出，随后返回到注入器的吸入管中。因此，将粗颗粒与新鲜材料混合，并重新供入磨机中。

研磨实验的参数和结果如下表所示：

	对比实施例1	对比实施例2	本发明实施例
				进料速度[kg/h]	4	2	10
研磨压力[巴]	7	3.6	7.8
				<![CDATA[体积流量[Nm<sup>3</sup>/h]]]>	62	86.6	36
<![CDATA[比负载量[g/m<sup>3</sup>]]]>	65	23	278
				比能量[kWh/kg]	1.12	1.86	0.28
D10[μm]	0.4	0.6	0.3
				D50[μm]	3.0	3.7	3.0
D90[μm]	5.7	9.7	6.5

从上表可以看出，作为在本发明喷射磨中研磨粉末的结果的产品细度与使用对置喷射磨获得的产品细度非常类似。螺旋喷射磨中的研磨方法的产品更粗。

由于其设计，本发明的喷射磨可以在显著更高的研磨气体(射流)中比颗粒负载量下操作。由于研磨气体的高固体负载量和相对低的体积流量，本发明研磨方法的比能耗比现有技术方法低得多。在上述实施例中，比能耗比对置喷射磨低4倍，比螺旋喷射磨低6.6倍。

对比实施例3

在另一组实验中，研究了中间加速段的影响。待研磨的材料是与前述实施例中相同的石灰石粉末(德国科隆Omya Gmbh公司的“Jurapele150-300”)。在每种情况下，将相应磨机的研磨压力设置为8巴(绝对)，将石灰石颗粒的进料速度设置为18kg/h。

作为对比实施例3，使用图7所示实例的喷射磨。图7显示了喷射磨原理的纵向俯视图。喷射磨包括具有纵向轴线2的研磨室1、位于轴线2一端的入口3和位于轴线相对端的出口4。在研磨室1内的自由流动横截面中，有24个销5布置在16个销平面中，所述平面垂直于纵向轴线2。从入口3到出口4计数，在第一平面中，2个销相对于纵向轴线2对称地布置。第二平面包括1个销，该销布置在纵向轴线2上的研磨室中心。第一和第二平面的图案重复7次。因此，第三、第五、第七、第九、第十一、第十三和第十五平面中的销布置与第一平面中的销布置相同，而第二、第四、第六、第八、第十、第十二、第十四和第十六平面中的销布置与第四平面中的销布置相同。

所有平面彼此远离。两个平面之间的纵向距离为10mm。一个平面的销与相邻平面的销横向偏移，因为一个平面中的销轴线中心和后续平面中的轴线中心位于与混合室的纵向轴线平行的不同线上。所述销由碳化硅制成。所有销都具有相同的圆柱形状。它们的横截面是直径为4mm的圆形。

具有入口7和出口的加速室6连接到研磨室1，加速室6的出口是研磨室1的入口3。加速室的长度为50mm。研磨室的长度为165mm。研磨室和加速室的横截面为矩形。研磨室的宽度为20mm，其高度为5mm。加速室入口的宽度为9mm。

使用螺旋输送机将进料材料供入注入器的吸入管。在注入器中，固体进料材料分散在研磨气体射流中。分散的材料在加速室6中加速，使得颗粒达到与研磨气体速度类似的速度。随后，颗粒碰撞第一销段的销5并被机械冲击粉碎。此外，被销反射的颗粒和分散在研磨气体中的颗粒之间的颗粒-颗粒接触导致高能冲击，从而导致颗粒破碎。在喷射磨的出口4处收集石灰石颗粒，并测定其粒度。

本发明的实施例2

将图8所示实施例的喷射磨用作本发明的另一实施例。图8显示了喷射磨原理的纵向俯视图。

喷射磨包括具有纵向轴线2的研磨室1、位于轴线2一端的入口3和位于轴线相对端2的出口4。在研磨室1内的自由流动横截面中，布置有20个销5，其具有4个销段，每个销段具有5个销。每个销段包括2个销平面，所述平面与纵向轴线2垂直。从入口3到出口4计数，在第一平面中，2个销5相对于纵向轴线对称地布置。第二平面包括3个销5。一个销布置在纵向轴线上的研磨室中心。另外两个销分别附接到研磨室的左壁和右壁。第二、第三和第四销段中的销的布置与第一销段中销的布置相同。

所有平面彼此远离。每个销段中的第一平面和相应的第二平面之间的纵向距离为10mm。一个平面的销相对于相邻平面的销横向偏移，因为一个平面中的销轴线中心和随后平面中的销轴线中心位于与混合室的纵向轴线平行的不同线上。所述销由碳化硅制成。所有的销具有相同的圆柱形状。其横截面是直径为4mm的圆形，因此面向入口的销表面是凸的。因此，每个销段中的第一平面和相应的第二平面之间的就其包络线而言的纵向距离为6mm。在销段之间有一个加速度段，每个加速度段没有销。三个加速段的长度分别为36mm。

具有入口7和出口的加速室6连接到研磨室1，加速室6的出口是研磨室1的入口3。加速室的长度为50mm。研磨室的长度为165mm。研磨室和加速室的横截面为矩形。研磨室的宽度为20mm，其高度为5mm。加速室入口的宽度为9mm。

使用螺旋输送机将进料材料供入注入器的吸入管。在注入器中，固体进料材料分散在研磨气体射流中。分散的材料在加速室6中加速，使得颗粒达到与研磨气体速度类似的速度。随后，颗粒碰撞第一销段的销5并被机械冲击粉碎。此外，被销反射的颗粒和分散在研磨气体中的颗粒之间的颗粒-颗粒接触导致高能冲击，从而导致颗粒破碎。在第一销段之后，颗粒被再次加速，直至它们碰撞第二销段的第一销5。在第二销段之后，颗粒被再次加速，直至它们碰撞第三销段的第一销5。在第三销段之后，颗粒被再次加速，直至它们碰撞第四销段的第一销5。在喷射磨的出口4处收集石灰石颗粒，并测定其粒度。

图9显示了通过在对比实施例3(图7)和本发明实施例2(图8)的喷射磨中研磨颗粒获得的粒度分布的比较。在横坐标上，给出了以微米(μm)计的粒度。纵坐标以百分比显示了质量分数。点划线表示进料材料，其特征在于约80％的颗粒大于50μm，约60％的颗粒大于100μm。

虚线显示了在对比实施例3的喷射磨的出口处获得的颗粒样品的粒度分布。该样品中约54％的颗粒小于50μm，约30％的颗粒仍大于100μm。

实线显示了在本发明实施例2的喷射磨的出口处获得的颗粒样品的粒度分布。该样品中约62％的颗粒小于50μm，约14％的颗粒大于100μm。

在本发明的具有中间加速段的喷射磨中进行的研磨方法产生了更小的颗粒，粒度分布更均匀，这也可以从图9中的曲线中得出，其中20-100μm范围内的实线斜率比相同范围内的点划线斜率陡得多。

使用摩擦发光材料的进一步实验表明，在图7的磨机中，颗粒的破碎主要发生在磨机的前两个平面。在图8所示的本发明磨机中，可以在磨机的所有销上观察到持续强烈的发光，这清楚地表明由于加速段，研磨工艺更加强烈。

Claims (14)

1.一种喷射磨，包括具有纵向轴线(2)的研磨室(1)、位于轴线一端的入口(3)和位于轴线相对端的出口(4)，研磨室(1)包括布置在研磨室(1)的自由流动横截面中的多个销(5)，其中销(5)布置在垂直于纵向轴线(2)的至少两个平面中，所述平面在纵向上彼此远离，并且一个平面的销(5)相对于后续平面的销(6)横向偏移，其特征在于，研磨室(1)分成交替的销段和加速段，所述销段各自具有至少两个销(5)平面，并且加速段没有销。

2.根据权利要求1所述的喷射磨，其特征在于，销(5)面向入口(3)的表面是凸的。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的喷射磨，其特征在于，销(5)可拆卸地附接在研磨室(1)内。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的喷射磨，其特征在于，销(5)中的至少一些包括能够检测相应销的磨损测量值的传感器。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的喷射磨，其特征在于，销段各自具有2-5个销(5)平面。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的喷射磨，其特征在于，加速段的长度大于销段中平面之间的纵向距离。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的喷射磨，其特征在于，具有入口(7)和出口的加速室(6)连接到研磨室(1)，加速室(7)的出口是研磨室的入口(3)。

8.根据权利要求7所述的喷射磨，其特征在于，加速室(6)的入口(7)具有比其出口小的横截面积。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的喷射磨，其特征在于，研磨室(1)的高度为3-10mm，特别为5-6mm。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的喷射磨，其特征在于，销(5)由选自耐磨钢或耐磨陶瓷的材料制成，特别是由选自耐磨钢、刚玉、碳化硅、碳化钨的材料制成。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的喷射磨，其特征在于，研磨室的出口(4)耦合到能够将细颗粒与粗颗粒分离的分级机，特别是基于Coanda效应的分级机的入口。

12.根据权利要求11所述的喷射磨，其特征在于，粗级分的出口再循环至研磨室的入口(3)或加速室的入口(6)。

13.一种研磨固体颗粒的方法，包括以下步骤：(a)将颗粒注入到射流中，以及(b)将包括注入颗粒的射流供入到根据权利要求1-12中任一项所述的喷射磨中。

14.根据权利要求13所述的方法，其中研磨室的出口耦合到能够将细颗粒与粗颗粒分离的分级机，特别是基于Coanda效应的分级机的入口，并且从分级机进料材料中分离至少一种细颗粒级分。

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