CN1161184C - 超细旋流磨机及其非金属矿湿法超细工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明是超细旋流磨机及其非金属矿湿法超细工艺，该磨机由电机传动部分、电机及电机座、研磨盘片、磨筒及移动轮、轴承座、主轴、主柱、底座、隔膜泵、冷凝器等共同连接构成，连接关系为电机传动部分通过轴承座与主轴连接并固接电机座，磨盘片嵌于主轴上，进料管与隔膜泵相连，冷却水入、出管与冷凝器连接，电机座固接于立柱上，立柱固接于底座，磨筒固接于立柱上。本发明研磨效率高、工艺过程短、产品粒度分布窄并均匀、产品质量高、成本低、磨机寿命长。
Description
【技术领域】
本发明是超细旋流磨机及其非金属矿湿法超细工艺，属无机材料研磨技术及设备。
【背景技术】
现有非金属矿湿法超细设备以砂磨机为主，砂磨机其原理类似于搅拌磨，其研磨效率低，产品粒度不均匀，325目筛余量较高，并且其磨筒内衬材质多为不锈钢，在研磨产品过程中会污染产品。例如，用传统砂磨机研磨中国广东茂名高岭土，会使高岭土变为灰色，大大降低了产品性能。而在进浆时采用离心泵或螺杆泵，不但浆料流量不稳定，影响研磨效果，而且泵易被磨损损坏，不但使用寿命短，而且会污染产品。由于在研磨时必须加入分散剂，而分散剂对温度要求很敏感，当温度超过60℃时，则分散剂效果大大降低，浆料粘度大大增加，使得超细过程难以进行，而传统砂磨机采用磨筒外部水冷却方式，由于换热面积小，冷却效果差，浆料温度往往超过65℃，这一现象在夏天尤其明显，使超细产品质量指标难以达到要求。并且在这种工作温度下，聚氨酯内衬往往不能使用，这也是传统砂磨机采用不锈钢作内衬的原因。目前国内外的砂磨、搅拌磨、振动磨等湿法超细设备均无任何分级效果，因此若要严格控制某一粒级的颗粒，则必须配套水力旋流分级机，而水力旋流分级机最高进浆浓度为30％，但磨机生产的浆料浓度最低为65％，产品浓度也最少为70％，于是在工艺上必须采用“稀释→分级→浓缩”的工艺，大大增加了生产工艺过程，增加产品成本，降低产品的质量。传统砂磨机等湿法超细设备使用的电机转速为固定的，产品粒度的粗细只能依靠研磨介质配比及研磨次数来调整，而不同物料要求不同的研磨线速度，使用一固定转速研磨，显然不可能达到最佳效果，况且，经过一台磨机研磨后，物料粒度发生了变化，若还保持同一转速，将使物料产生过磨现象，这也正是目前传统砂磨机存在的一大问题。
【发明内容】
本发明的目的就是为了克服和解决现有超细磨机研磨效率低、产品粒度不均匀，且因浆料温度过高、其磨筒内衬材质无法用聚氨酯而用不锈钢、研磨过程中会污染产品、降低产品性能、泵易磨损、工艺复杂、成本高等的缺点和问题，研究发明一种研磨效率高、一台设备上实现超细与分级相结合、产品粒度分布窄而均匀，采用列管式冷凝器有效冷却研磨浆料，使磨筒内衬材质可用耐磨聚氨酯、减少对物料的污染、提高产品的性能、泵不易磨损、寿命延长、工艺过程缩短、产品质量提高、成本降低的超细旋流磨机及其非金属矿湿法超细工艺。
本发明是通过下述技术方案来实现的：超细旋流磨机由电机传动部分(1)、具有变频控制器的电机及电机座2、研磨盘片4、有正多边形研磨内筒的研磨筒5、磨筒移动轮6、轴承座7、主轴8、研磨筒固定夹10、立柱11、底座12、冷凝器物料出料管13、隔膜泵14、磨筒进料管15、冷却水入管16、列管式冷凝器17、冷却水出管18、冷凝器物料进料管19、法兰20、冷却水入管接管法兰21、冷凝器列管22共同连接构成，其相互位置及连接关系为：电机装于电机座，电机通过皮带轮与电机传动部分1相连接，电机传动部分1通过轴承座7与主轴8相连接并用螺栓固定于电机座2上，研磨盘片4通过卡槽镶嵌于主轴8上，磨筒进料管15通过螺栓固定于研磨筒5底部，列管式冷凝器17通过冷凝器物料出料管13及不锈钢管与隔膜泵14相连接，隔膜泵14另一端与磨筒进料管15相连接，冷却水入管16及冷却水出管18固接于冷凝器17之上，冷凝器17与冷凝器物料进料管19固接连通，电机座2固接在立柱11上，立柱11通过螺栓固定在底座12之上，磨筒5通过磨筒固定夹10用螺栓固定于立柱11上，出料管口3通过焊接固定于磨筒5上，磨筒移动轮6通过支架焊接固定在磨筒5上；其中：列管式冷凝器17由冷凝器物料出料管13、冷却水入管16、冷却水出管18、冷凝器物料进料管19、法兰20、冷却水入管接管法兰21、冷凝管列管22共同连接构成，其相互位置及连接关系为：冷却水入管16通过焊接固接于冷凝器17的下部，冷却水出管18通过焊接固接于冷凝器17的上部，冷凝器物料进料管19位于冷凝器顶端，法兰20与冷凝器物料出料管13相旋接，冷却水入管接管法兰21与冷却水入管16相旋接，冷凝器列管22竖向排列固接于冷凝器17外壳内。
上述超细旋流磨机的非金属矿湿法超细工艺步骤如下：(1)首先，将需要超细的原料粗粉(300～350目)倒入制浆缸，加入水配置成固含量近于产品标准(如65～75％)的浆料，并加入分散剂，其重量百分配比为：水35～25％，待磨物料65～75％，分散剂采用DA分散剂、DC分散剂或DC分散剂与六偏磷酸钠混合物，添加量按干物料的0.5～1.4％添加；经隔膜泵送入存料缸，再经冷凝器由隔膜泵送入超细旋流磨中，研磨介质为氧化锆球，其粒径可随粒度要求不同而调整，主轴带动磨盘高速旋转，带动研磨介质高速运动，产生强大离心力与剪切力，原料由底部上升到顶部的过程中被磨细，从顶部出料口溢出进入接料缸中，再进入冷凝器中，经冷却后再经隔膜泵进入第二台磨机中，采用这种串联工作方式，一般物料经3～4台超细旋流磨后，粒度可达到-2u＞90％的要求，为严格控制固含量及粘度，在每一台磨机后段接料缸中还需滴加分散剂，分散剂滴加量及种类需根据物料性质及成品固含量的要求而作出适当调整，滴加量一般为150g～700g/小时；2)当浆料从最后一台磨机中出来后，首先经过振动筛，除去可能混入的任何组颗粒，然后由振动筛出料口自流到缓冲池中；3)为了保证最终产品的粘度及固含量，必须在缓冲池后增加一个均化池，用粘度计及水份测定仪检测粘度及固含量；再参考比较产品标准，根据所检测到的固含量高低及粘度大小与产品要求标准的差别，当固含量低于标准时加入粒度合格的成品干粉或固含量高于标准时加入水，再加入分散剂——DA或DC分散剂，加入量为待磨物料量的0.015～0.07％，进行一次均化；4)根据不同物料，选择加入或不加入防腐剂，以保证浆料存放一定时期而不会变质，加入的防腐剂量为物料量的0.01～0.03％；5)由于同一天产品所使用的原料(非金属矿)必定在成份上会有少许差异，而为了使得产品批质量稳定，除了对原料严格控制外，还须在均化池后增加一个二次均化池，且其容量要大于均化池5倍以上，进一步均化产品，从而对产品批质量的稳定提供一次及二次均化的双重保证。
本超细旋流磨机的工作运行原理如下：待磨浆料经冷凝器由隔膜泵从磨筒底部送入磨筒内，磨筒内搅拌轴带动磨盘高速旋转，同时带动研磨介质高速旋转，产生强大的离心剪切力，浆料在一定压力下由内筒底部上升至顶部出口，在这一过程中被研磨至细颗粒。由于内筒为正八边形，其筒壁各点处线速度不一样，而根据离心原理，大颗粒物料将处于距中心最远处，而此处线速度最大，研磨效率最高，显然，内筒为其它正多边形也可实现上述功效；反之细颗粒物料处于距中心最近处，此处线速度最小，研磨效率最低，这样对于粗细混合的物料颗粒能起到均化研磨作用，使成品粒度分布很窄，大幅度提高产品质量，在效果上起到了水力旋流器分级的作用，将超细与分级有机地结合在一起，成品由顶部流出，进入第二台磨机，同时，由于筒中心至筒壁半径不等，因而颗粒在筒壁上运动过程是一变速过程，这样能使得物料颗粒内部产生强大应力使微裂纹增加，从而提高了研磨效率。由于电机加上了变频控制器，因而实现了无级调速工作方式，这样就可通过调节电机转速来调节研磨的线速度，结合研磨介质的配比调配，因而从两方面进一步调控产品粒度分布，并有效减少过磨现象。
本发明与现有技术相比有如下的优点和有益效果：(1)本发明是对传统圆形磨筒砂磨机变革的一次突破，从根本上提高了磨矿效率，并且对粗细颗粒研磨效率不同，从而使得产品粒度分布窄而均匀，产品质量大大提高；(2)由于本发明装置的特殊结构起到了水力旋流器的作用，因而在一台设备上实现了超细与分级相结合的功效，可有效控制产品粒度；(3)本发明装置在电机控制部分使用了变频调速，使得在研磨不同物料时能够通过调节电机转速来控制线速度，以达到最佳研磨效果，进一步控制产品粒度，控制过磨现象(即要求-0.2u＜20％)，并且对于不同物料均有相应的最佳研磨线速度相匹配，改变了传统电机转速不能调节，用同一研磨线速度研磨不同物料的不科学工作方式；(4)目前国际上公认的湿法研磨设备，其磨筒内衬对产品污染最小、最耐磨的就是聚氨酯，但是其优越性的发挥必须要求工作温度在60℃以下，而湿法研磨是高速研磨方式，若不能有效冷却，工作温度将在70℃左右，传统砂磨机正是由于冷却方式处理不当，因而目前国内外的研磨机均转而采用不锈钢或不锈钢经表面热处理作为磨筒内衬，这样做的最大缺点就是对产品的污染较大，例如英国ECC公司的研磨机研磨的CaCO3浆料前后成份对比如下：
而本发明由于使用了列管式冷凝器，因而有效冷却了研磨浆料，经测定，研磨后浆料最高温度不超过42℃，这样磨筒材质就可换用聚氨酯，大大减少了对产品的污染，这在制备超细功能材料(如压电材料)中尤其有价值；(5)本发明装置将传统的砂磨机送料装置由离心泵或螺杆泵换成隔膜泵，使得使用寿命大大延长，同时减少了对物料的污染，最重要的是可保持流量的稳定，这也是保证产品粒度分布较窄的一个重要条件；(6)本发明研磨效率高、工艺过程缩短、产品质量提高、生产成本降低。
| Cr(mg/l) | Ni(mg/l) | Fe2O3(mg/l) | FeO(mg/l) | |
| 研磨前 | 2.48 | 7.18 | 388.90 | 12.47 |
| 研磨后 | 3.72 | 16.81 | 570.00 | 16.70 |
【附图说明】
图1是本发明超细旋流磨机的正视结构示意图。
图2是本发明超细旋流磨机的侧视结构示意图。
图3是本发明超细旋流磨机的冷凝器的结构示意图。
图4是本发明超细旋流磨机的磨筒外筒的形状示意图。
图5是本发明超细旋流磨机的磨筒内、外筒的俯视图。
图6是本发明的工艺流程图。
【具体实施方式】
本发明的实施方法可为如下：(1)超细旋流磨机的实施：①按图3所示，设计、加工制造冷凝器的各部件，冷凝器物料进料、出料管19、13以及冷却水入管、出管16、18均可选用通用不锈钢或工程塑料管，用通用机加工方法加工制造而成；法兰20、21可选用合格规格标准件；冷凝器列管22及外壳可用1Cr18Ni9Ti不锈钢材使用机加工方法加工制造而成；然后可按图3所示及上面说明书所述的相互位置及连接关系进行焊接安装连接，便能较好地实施本列管式冷凝器；②按图4、图5所示，设计、加工制造研磨筒5，外磨筒可制成圆筒形，内筒可制成正8边形，材料可选用Q235炭钢用机加工方法加工而成；磨筒内衬及研磨盘片4可用聚氨酯材质用浇铸压模成型法制造而成；③按图1、图2所示，设计、加工制造各主要部件，例如轴承座7、主轴8、磨筒固定夹10、立柱11、底座12等均可选用金属材料用机加工方法加工制造而成；隔膜泵14可选用美国WILDEN公司生产的M1型气动隔膜泵；电机可选用Y208S-4型，电机变频控制器可采用中国四川省希望集团森兰电器公司生产的BT40S-75KWT型变频控制器；电机座可选用金属材料用机加工方法加工制造而成；研磨移动轮6可选购合适标准移动轮；然后可按图1、图2所示，并按上面说明书所述的相互位置及连接关系用焊接或通过螺栓固定方法进行安装连接，便能较好地实施本超细旋流磨机；发明人已通过厂家实施制造出来一台超细旋流磨机，其从底座至电机座的高度为3680mm，从底座至电动机传动部分最顶端为3910mm，底座正方形边长为1700mm；(2)其工艺的实施，完全可按图6所示及上面说明书所述的工艺步骤进行实施，便能完成本发明的实施。下面仅举两个实施例来说明；
实施例1：其主要工艺步骤与上面说明书所述的完全一致。在步骤(1)中加入制浆缸300目中国广东深圳龙岗重质碳酸钙原材料粗粉为690千克，水为310升，加入的DA分散剂为3.5千克；在每一台磨机的接料缸中滴加DA分散剂150克/小时；在工艺步骤(3)中，测出固含量为69％(低于产品要求标准70％)，故加入粒度合格的成品干粉33千克，再加入DA分散剂115克；在工艺步骤(4)中加入防腐剂72克，经两次均化后，制出来的产品的固含量为70％，粘度为250CPS。
实施例2：其实施工艺步骤与上面说明书所述的完全一致，在步骤(1)中加入制浆缸的350目中国广东连州重质碳酸钙原材料粗粉为700千克，水为254升，加入的DC分散剂为9.8千克；在每一台磨机的接料缸中滴加DC分散剂700克/小时；在工艺步骤(3)中，测出固含量为73％(高于产品要求标准70％)，故加入水46升，再加入DC分散剂490克；在工艺步骤(4)中加入防腐剂210克，经两次均化后，制出来的产品的固含量为70％，粘度为220CPS。
Claims (3)
1.一种超细旋流磨机，其特征在于：它由电机传动部分(1)、具有变频控制器的电机及电机座(2)、研磨盘片(4)、有正八边形研磨内筒的研磨筒(5)、磨筒移动轮(6)、轴承座(7)、主轴(8)、研磨筒固定夹(10)、立柱(11)、底座(12)、冷凝器物料出料管(13)、隔膜泵(14)、磨筒进料管(15)、冷却水入管(16)、列管式冷凝器(17)、冷却出水管(18)、冷凝器物料进料管(19)、法兰(20)、冷却水入管接管法兰(21)、冷凝器列管(22)共同连接构成，其相互位置及连接关系为：电机装于电机座，电机通过皮带轮与电机传动部分(1)相连接，电机传动部分(1)通过轴承座(7)与主轴(8)相连接并用螺栓固定于电机座(2)上，研磨盘片(4)通过卡槽镶嵌于主轴(8)上，磨筒进料管(15)通过螺栓固定于研磨筒(5)底部，列管式冷凝器(17)通过冷凝器物料出料管(13)及不锈钢管与隔膜泵(14)相连接，隔膜泵(14)另一端与磨筒进料管(15)相连接，冷却水入管(16)及冷却水出管(18)固接于冷凝器(17)之上，冷凝器(17)与冷凝器物料进料管(19)固接连通，电机座(2)固接在立柱(11)上，立柱(11)通过螺栓固定在底座(12)之上，磨筒(5)通过磨筒固定夹(10)用螺栓固定于立柱(11)上，出料管口(3)通过焊接固定于磨筒(5)上，磨筒移动轮(6)通过支架焊接固定在磨筒(5)上。
2.按权利要求1所述的一种超细旋流磨机，其特征在于所述的列管式冷凝器(17)由：冷凝器物料出料管(13)、冷却水入管(16)、冷却水出管(18)、冷凝器物料进料管(19)、法兰(20)、冷却水入管接管法兰(21)、冷凝管列管(22)共同连接构成，其相互位置及连接关系为：冷却水入管(16)通过焊接固接于冷凝器(17)的下部，冷却水出管(18)通过焊接固接于冷凝器(17)的上部，冷凝器物料进料管(19)位于冷凝器顶端，法兰(20)与冷凝器物料出料管(13)相旋接，冷却水入管接管法兰(21)与冷却水入管(16)相旋接，冷凝器列管(22)竖向排列固接于冷凝器(17)外壳内。
3.一种使用权利要求1或2所述超细旋流磨机的非金属矿湿法超细工艺，其特征在于其工艺步骤为：(1)首先，将需要超细的原料粗粉(300～350目)倒入制浆缸，加入水配制成固含量近于产品标准(如65～75％)的浆料，并加入分散剂，其重量百分配比为：水35～25％，待磨物料65～75％，分散剂采用DA分散剂、DC分散剂或DC分散剂与六偏磷酸钠混合物，添加量按干物料的0.5～1.4％添加；经隔膜泵送入存料缸，再经冷凝器由隔膜泵送入超细旋流磨中，研磨介质为氧化锆球，其粒径可随粒度要求不同而调整，主轴带动磨盘高速旋转，带动研磨介质高速运动，产生强大离心力与剪切力，原料由底部上升到顶部的过程中被磨细，从顶部出料口溢出进入接料缸中，再进入冷凝器中，经冷却后再经隔膜泵进入第二台磨机中，采用这种串联工作方式，一般物料经3～4台超细旋流磨后，粒度可达到-2u＞90％的要求，为严格控制固含量及粘度，在每一台磨机后段接料缸中还需滴加分散剂，分散剂滴加量及种类需根据物料性质及成品固含量的要求而作出适当调整，滴加量一般为150g～700g/小时；2)当浆料从最后一台磨机中出来后，首先经过振动筛，除去可能混入的任何组颗粒，然后由振动筛出料口自流到缓冲池中；3)为了保证最终产品的粘度及固含量，必须在缓冲池后增加一个均化池，用粘度计及水份测定仪检测粘度及固含量；再参考比较产品标准，根据所检测到的固含量高低及粘度大小与产品要求标准的差别，当固含量低于标准时加入粒度合格的成品干粉或固含量高于标准时加入水，再加入分散剂—DA或DC分散剂，加入量为待磨物料量的0.015～0.07％，进行一次均化；4)根据不同物料，选择加入或不加入防腐剂，以保证浆料存放一定时期而不会变质，加入的防腐剂量为物料量的0.01～0.03％；5)由于同一天产品所使用的原料(非金属矿)必定在成份上会有少许差异，而为了使得产品批质量稳定，除了对原料严格控制外，还须在均化池后增加一个二次均化池，且其容量要大于均化池5倍以上，进一步均化产品，从而对产品批质量的稳定提供一次及二次均化的双重保证。
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