CN116510549B - 一种适用于大容量、高粘度浆料的搅拌方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于大容量、高粘度浆料的搅拌方法及装置，该搅拌方法使用搅拌装置实现，所述搅拌装置包括驱动电机和受驱动电机驱动而旋转的搅拌桨，包括以下步骤：将粉体和液体放入搅拌装置内；通过驱动电机驱动搅拌桨按照设定转速和第一设定时间对粉体和液体进行搅拌；在达到第一设定时间后控制驱动电机瞬时停转并在第二设定时间内维持停转状态，第二设定时间为100ms至300ms之间的选定值；在达到第二设定时间后重复步骤S200和S300。应用本发明能够提高搅拌效率和搅拌效果。

Description

一种适用于大容量、高粘度浆料的搅拌方法及装置

技术领域

本发明涉及搅拌工艺技术领域，具体涉及一种适用于大容量、高粘度浆料的搅拌方法及装置。

背景技术

在新能源电池、食品、医药、化工等领域，存在大量需要将粉体和液体混合制成浆料的情况，现有技术中一般采用搅拌装置对其进行搅拌制得最终浆料产品。随着产能要求的不断提升，搅拌装置向着大容量的方向发展，这样意味着单次投料可以更多，从而提升搅拌效率。然而由此带来一个新的技术问题：大容量的粉体和液体在搅拌时往往耗时较长且搅拌不够均匀（最终产品的粘度、细度难以达标，或者为了产品指标达标需要耗费很久的时间），尤其对于粘度较高的浆料而言，上述问题更加明显。现有技术中提出了较多种的方案来解决上述技术问题，例如在中国公开专利CN116111034A 和CN115945086A中均公开了下述构思：通过分次投料增加投料次数、采用交替正反转的方式来提升搅拌效率和搅拌效果。在中国公开专利CN115318143A中还专门针对粘度较高的浆料提出了一种搅拌方法，其通过在搅拌过程中监测粘度变化，在粘度值升高到一定程度时就改变搅拌方向。然而上述方案在应用过程中在满足搅拌效果标准要求的前提下，其搅拌时长还是较长、搅拌效率还是较低，这一技术问题急需解决。

发明内容

本发明旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供了一种适用于大容量、高粘度浆料的搅拌方法及装置。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种适用于大容量、高粘度浆料的搅拌方法，使用搅拌装置实现，所述搅拌装置包括驱动电机和受驱动电机驱动而旋转的搅拌桨，包括以下步骤：

S100：将粉体和液体放入搅拌装置内；

S200：通过驱动电机驱动搅拌桨按照设定转速和第一设定时间对粉体和液体进行搅拌；

S300：在达到第一设定时间后控制驱动电机瞬时停转并在第二设定时间内维持停转状态，所述第二设定时间为100ms至300ms之间的选定值；

S400：在达到第二设定时间后重复步骤S200和S300。

应用本发明具有以下有益效果：发明人经过研究发现大容量的浆料进行搅拌时存在以下现象才导致其搅拌效率低、搅拌效果差：随着搅拌的进行，浆料会出现“分层”的现象：位于下部的浆料获得充分的搅拌，位于上部的浆料搅拌速度慢且难以向下流动。上述现象在浆料粘度较大时更为明显。上述情况一直到下部浆料被充分搅拌变为细腻流体时才能得到缓解，在这之后上部浆料才会逐渐向下流动然后被搅拌直至得到符合标准的成品。该过程耗时长，且虽然能够制成符合标准的浆料，但存在部分浆料粘度较高、细度较差的问题。发明人经过研究认为，产生上述“分层”现象的原因在于用于搅拌大容量的浆料的搅拌装置的设计容积较大，搅拌桨一般设置在靠下位置，就会使得位于上部的浆料（在搅拌前或搅拌过程中即为粉体和液体的混合体）受到的搅拌作用较小，这会使得在搅拌的整体过程中，上部浆料相对下部浆料的搅拌进程是滞后的，从而导致“分层”现象。另外，发明人经过研究和实验发现形成上述现象的另一个主要原因：搅拌桨在快速旋转的过程中会在下部和上部之间形成气压差，在该气压差的作用下使得上部浆料无法下落，也会造成上部浆料迟迟无法得到有效搅拌。在对技术问题的成因取得上述认识后，发明人提出本申请的方案，通过在两次搅拌之间设置暂停，利用该暂停消除上述气压差，从而使得上部的浆料可以在重力的作用下向下流动并与下部的浆料共同被搅拌。搅拌-暂停-搅拌-暂停这样循环进行搅拌作业，避免上述“分层”现象的发生，进而提升搅拌效率和搅拌效果。

可选的，所述设定转速为200rpm至1000rpm之间的选定值。

可选的，所述第一设定时间为3000ms至6000ms之间的选定值。

可选的，步骤S400的进行次数为n次，n≥600。

可选的，任意两次步骤S400中的设定转速相同或不同，任意两次步骤S400中的第一设定时间相同或不同，任意两次步骤S400中的第二设定时间相同或不同。

可选的，在n达到600后，在步骤S400后还包括步骤S500：对浆料的粘度和细度进行检测，若符合标准则停止搅拌作业，若不符合标准则继续进行步骤S400。

可选的，针对粘度标准值在3800 mPa.s至5700 mPa.s范围内的浆料，所述设定转速为400rpm至1000rpm之间的选定值、所述第一设定时间为3000ms至5000ms之间的选定值、所述第二设定时间为100ms至200ms之间的选定值；针对粘度标准值在5700 mPa.s至6300mPa.s范围内的浆料，所述设定转速为600rpm至1000rpm之间的选定值、所述第一设定时间为3000ms至4000ms之间的选定值、所述第二设定时间为100ms至300ms之间的选定值。

可选的，在步骤S300中通过对驱动电机施加反向电流控制驱动电机瞬时停转。

此外，本发明还提供了一种适用于大容量、高粘度浆料的搅拌装置，该搅拌装置包括：罐体，其形成有供粉体和液体放入的搅拌容腔；搅拌桨，其伸入所述搅拌容腔内用以对粉体和液体进行搅拌，所述搅拌桨位于搅拌容腔内靠下位置；驱动电机，其用于驱动所述搅拌桨旋转；以及，控制单元，其用于控制所述驱动电机启停；所述控制单元被配置为能够执行上述技术方案中任一项所述的适用于大容量、高粘度浆料的搅拌方法。本发明所提供的搅拌装置与前述搅拌方法的有益效果推理过程相似，在此不再赘述。

可选的，所述搅拌容腔的设计容积不小于50L。

本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式以及附图中进行详细的揭露。本发明最佳的实施方式或手段将结合附图来详尽表现，但并非是对本发明技术方案的限制。另外，在每个下文和附图中出现的这些特征、要素和组件是具有多个，并且为了表示方便而标记了不同的符号或数字，但均表示相同或相似构造或功能的部件。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例提供的一种适用于大容量、高粘度浆料的搅拌方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。基于实施方式中的实施例，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本说明书中引用的“一个实施例”或“实例”或“例子”意指结合实施例本身描述的特定特征、结构或特性可被包括在本申请公开的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在说明书中的各位置的出现不必都是指同一个实施例。

实施例：本实施例提供了一种适用于大容量、高粘度浆料的搅拌方法，如图1中所示，该搅拌方法使用搅拌装置实现，搅拌装置包括驱动电机和受驱动电机驱动而旋转的搅拌桨，包括以下步骤：

S100：将粉体和液体放入搅拌装置内；

S200：通过驱动电机驱动搅拌桨按照设定转速和第一设定时间对粉体和液体进行搅拌；

S300：在达到第一设定时间后控制驱动电机瞬时停转并在第二设定时间内维持停转状态，所述第二设定时间为100ms至300ms之间的选定值；

S400：在达到第二设定时间后重复步骤S200和S300。

发明人将该方案简称为“启停控制模式”，通过控制单元控制驱动电机的输出轴按照“转动、瞬时停止、等待”这个过程重复，进而提高搅拌效率和搅拌效果。其原理说明如下：发明人经过研究发现大容量的浆料进行搅拌时存在以下现象才导致其搅拌效率低、搅拌效果差：随着搅拌的进行，浆料会出现“分层”的现象：位于下部的浆料获得充分的搅拌，位于上部的浆料搅拌速度慢且难以向下流动。上述现象在浆料粘度较大时更为明显。上述情况一直到下部浆料被充分搅拌变为细腻流体时才能得到缓解，在这之后上部浆料才会逐渐向下流动然后被搅拌直至得到符合标准的成品。该过程耗时长，且虽然能够制成符合标准的浆料，但存在部分浆料粘度较高、细度较差的问题。

发明人经过研究认为，产生上述“分层”现象的原因在于用于搅拌大容量的浆料的搅拌装置的设计容积较大，搅拌桨一般设置在靠下位置，就会使得位于上部的浆料（在搅拌前或搅拌过程中即为粉体和液体的混合体）受到的搅拌作用较小，这会使得在搅拌的整体过程中，上部浆料相对下部浆料的搅拌进程是滞后的，从而导致“分层”现象。另外，发明人经过研究和实验发现形成上述现象的另一个主要原因：搅拌桨在快速旋转的过程中会在下部和上部之间形成气压差，在该气压差的作用下使得上部浆料无法下落，也会造成上部浆料迟迟无法得到有效搅拌。在对技术问题的成因取得上述认识后，发明人提出本申请的方案，通过在两次搅拌之间设置暂停，利用该暂停消除上述气压差，从而使得上部的浆料可以在重力的作用下向下流动并与下部的浆料共同被搅拌。搅拌-暂停-搅拌-暂停这样循环进行搅拌作业，避免上述“分层”现象的发生，进而提升搅拌效率和搅拌效果。

本实施例中在步骤S300中是通过对驱动电机施加反向电流控制驱动电机瞬时停转，该种方案也被称之为“反接制动”，是在电机上施加一个反向电流形成反向电动势，使得磁场旋转方向和转子方向相反，进而在反向力矩的作用下将电机瞬时停转。在其它的实施方式中，也可以通过“能耗制动”（也即在电机中通入直流电，以此消耗掉动能的方式）或“机械制动”（也即使用刹车片或抱闸的方式）或上述三种方案组合的方式实现瞬时制动。上述使得电机瞬时停转的方案属于现有技术，此处不再赘述。采用对驱动电机施加反向电流的方式控制驱动电机瞬时停转，一般情况下，在电机转速小于800rpm时，可做到100ms将电机停止；在电机转速处于800rpm至1200rpm之间时，可做到200ms至300ms将电机停止。因此本实施例中所述的“瞬时停转”中的“瞬时”是指100ms至300ms这个时间段内。这里需要强调的是，瞬时停转对于实现上部浆料向下流动非常重要，如果电机停转所需的时间较长，前述“气压差”不能快速的消除而是缓慢的达到平衡，则上部浆料难以向下流动，还是会维持“分层”现象。

需要说明的是，采用这样的方案对于电机性能的要求较高，因此电机成本较高，现有技术中在没有意识到技术问题的成因以及原理的情况下，没有动机采用这样高成本的电机来控制搅拌桨瞬时停转。

另外需要说明的是，驱动电机在由停止转动的状态启动并达到设定转速也需要一定的过程，该过程一般需要300ms至500ms，该过程属于电机的正常启动过程，本实施例提供的该搅拌方法并不特意强调该过程。因此本实施例中所述的第一设定时间是指驱动电机完成上述启动过程达到相应的设定转速后在设定转速的状态下维持的时间。

在生产不同的产品时，由于浆料最终的标准粘度不同，相应的在搅拌过程中浆料的粘度变化也不同，对应的最佳的设定转速、第一设定时间和第二设定时间均有所差别。因此发明人通过大量的实验研究确定针对不同粘度的浆料所适宜的参数值。本实施例中示出了三种产品制备实验，并且每种产品均进行了多组实验，实验条件及结果说明如下：

以制备CMC胶体产品进行实验为例，制备CMC胶体产品需要投放的粉体为CMC、液体为水，投放质量分别为CMC粉体（0.99kg）、水（59kg），制备出的CMC胶体浆料的粘度标准值为6000±300 mPa.s，设计两组实验。

第一组实验中，实验组的第一设定时间设定为3000ms，第二设定时间设定为100ms，改变设定转速，实验组设计五组不同的设定转速进行实验；对照组对应设置五组，采用一直搅拌不暂停的方式进行搅拌。实验结果见下表：

第二组实验中，全部采用本实施例提供的搅拌方法进行搅拌，设置三组不同的第一设定时间，对应的每组第一设定时间下设置不同的第二设定时间，在相同的设定转速（1000rpm）下研究第一设定时间和第二设定时间对搅拌时间的影响。实验结果见下表：

以制备负极石墨浆料产品进行实验为例，制备负极石墨浆料产品需要投放的粉体为MAG-TL3负极主料、液体为CMC胶液，投放质量分别为MAG-TL3负极主料（15kg）、CMC胶液（10.3kg/纯1.5kg），制备出的负极石墨浆料的粘度标准值为5500±200 mPa.s，设计两组实验。

第一组实验中，实验组的第一设定时间设定为3000ms，第二设定时间设定为100ms，改变设定转速，实验组设计五组不同的设定转速进行实验；对照组对应设置五组，采用一直搅拌不暂停的方式进行搅拌。实验结果见下表：

第二组实验中，全部采用本实施例提供的搅拌方法进行搅拌，设置三组不同的第一设定时间，对应的每组第一设定时间下设置不同的第二设定时间，在相同的设定转速（1000rpm）下研究第一设定时间和第二设定时间对搅拌时间的影响。实验结果见下表：

以制备另一种负极石墨浆料产品进行实验为例，制备该负极石墨浆料产品需要投放的粉体为可乐丽、液体为Super p导电剂、CMC增稠剂、纯净水、NMP溶剂和SBR粘结剂，投放质量分别为可乐丽主料（12kg）、Super p导电剂（0.1782kg）、CMC增稠剂（0.204kg）、纯净水（10kg）、NMP溶剂（0.19kg）以及SBR粘结剂（0.858kg），制备出的该负极石墨浆料的粘度标准值为4000±200 mPa.s，设计两组实验。

第一组实验中，实验组的第一设定时间设定为3000ms，第二设定时间设定为100ms，改变设定转速，实验组设计五组不同的设定转速进行实验；对照组对应设置五组，采用一直搅拌不暂停的方式进行搅拌。实验结果见下表：

第二组实验中，全部采用本实施例提供的搅拌方法进行搅拌，设置三组不同的第一设定时间，对应的每组第一设定时间下设置不同的第二设定时间，在相同的设定转速（1000rpm）下研究第一设定时间和第二设定时间对搅拌时间的影响。实验结果见下表：

通过上述实验可知，针对粘度标准值在3800 mPa.s至5700 mPa.s范围内的浆料，设定转速为400rpm至1000rpm之间的选定值、第一设定时间为3000ms至5000ms之间的选定值、第二设定时间为100ms至200ms之间的选定值可获得较优的搅拌效率和搅拌效果；针对粘度标准值在5700 mPa.s至6300 mPa.s范围内的浆料，设定转速为600rpm至1000rpm之间的选定值、第一设定时间为3000ms至4000ms之间的选定值、第二设定时间为100ms至300ms之间的选定值可获得较优的搅拌效率和搅拌效果。

可以理解的是，上述的根据粘度标准值设置不同的设定转速区间、第一设定时间区间以及第二设定时间区间是优选方案，在其它的实施方式中，设定转速在200rpm至1000rpm之间，第一设定时间在3000ms至6000ms之间，第二设定时间在100ms至300ms之间即可取得比现有技术中的方案更好的搅拌效果和搅拌效率。

需要说明的是，本实施例提供的该搅拌方法在对大容量、高粘度的浆料进行搅拌时相对现有技术的方案所取得的有益效果更为显著，并不意味着本实施例提供的搅拌方法仅适用于大容量、高粘度的浆料。

另外，步骤S400的进行次数为n次，n≥600，也即经过发明人实验研究发现，本实施例中“搅拌-暂停”至少要循环进行600次。其中，任意两次步骤S400中的设定转速可以相同，也可以不同；任意两次步骤S400中的第一设定时间可以相同，也可以不同；任意两次步骤S400中的第二设定时间可以相同，也可以不同。因此，应用本实施例提供的该搅拌方法，在步骤S200和S300中的设定转速、第一设定时间和第二设定时间并非必须是一个具体值，在不同的循环进行中，其可以根据需要而进行设定，可以是一个定值，也可以是不同的值。

另外，本实施例中在步骤S400后还包括步骤S500：对浆料的粘度和细度进行检测，若符合标准则停止搅拌作业，若不符合标准则继续进行步骤S400。为节省时间和检测成本，步骤S500在步骤S400进行了600次之后再进行。实际工作中，有熟练经验的操作人员也可以通过观察窗口对搅拌中的浆料进行观察，光泽细腻的浆料一般被认为能够满足要求，此时就可以打开管道阀门取样（取样时可继续搅拌也可以停机等待检测结果），样品送检后通过检测即可得知其粘度和细度是否满足要求。

需要说明的是，现有技术中的各种方案中因为未正确认识到上述技术问题产生的原因，导致其方案的关注点一直聚焦于两点：通过分批投料减少搅拌量，进而提高某个时间段内的搅拌效率和搅拌效果，但由于分批投料，必定会延长整体的搅拌时间。另外通过切换正转和反转，模拟工程技术中混凝土搅拌的方式或者是生活中常见的豆浆机搅拌的方式来提升搅拌效率和搅拌效果。客观上讲，在正转和反转之间可能也会设置一个停顿，该停顿在客观上可能能够带来本实施例中前述的“使得上部浆料在重力作用下流动至下部”的作用（也可能不设置停顿，或者停顿时间过短起不到上述作用，或者停顿时间过长延长了搅拌时间）。然而在未正确认识到该技术问题和作用原理的情况下，本领域技术人员没有动机由此出发去研究设定转速、第一设定时间和第二设定时间这些参数与搅拌时间及效果之间的关系。因此就无法想到第一设定转速的时间需要设置的如此短（一般不超过6000ms，也即6秒钟），在搅拌桨旋转如此短的时间就暂停，这是与常识相违背的（现有技术中正反转之间的切换一般是转动5至20分钟左右）。按照本申请的实验研究，在超过6秒钟之后的转动，其搅拌效果和搅拌效率就开始下降。

应用本实施例提供的搅拌方法时，搅拌装置可使用现有技术中的搅拌装置，现有的搅拌装置一般就包括有罐体、搅拌桨、驱动电机和控制单元。其中，罐体形成有供粉体和液体放入的搅拌容腔，搅拌桨伸入搅拌容腔内用以对粉体和液体进行搅拌，搅拌桨位于搅拌容腔内靠下位置，驱动电机用于驱动搅拌桨旋转，控制单元用于控制驱动电机启停。本实施例中的改进在于，该控制单元被配置为能够执行上述的搅拌方法。如前所述，本实施例提供的该搅拌方法在对大容量、高粘度的浆料进行搅拌时相对现有技术的方案所取得的有益效果更为显著，因此上述搅拌装置的罐体的搅拌容腔的设计容积不小于50L，使其能够单次对大体积的投料进行搅拌，以充分发挥该搅拌方法的优势。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (9)

1.一种适用于大容量、高粘度浆料的搅拌方法，使用搅拌装置实现，所述搅拌装置包括驱动电机和受驱动电机驱动而旋转的搅拌桨，其特征在于，包括以下步骤：

S100：将粉体和液体放入搅拌装置内；

S200：通过驱动电机驱动搅拌桨按照设定转速和第一设定时间对粉体和液体进行搅拌，其中，所述第一设定时间为3000ms至6000ms之间的选定值；

S300：在达到第一设定时间后控制驱动电机在100ms至300ms的时间内停转并在第二设定时间内维持停转状态，所述第二设定时间为100ms至300ms之间的选定值；

S400：在达到第二设定时间后重复步骤S200和S300。

2.如权利要求1所述的适用于大容量、高粘度浆料的搅拌方法，其特征在于，所述设定转速为200rpm至1000rpm之间的选定值。

3.如权利要求1所述的适用于大容量、高粘度浆料的搅拌方法，其特征在于，步骤S400的进行次数为n次，n≥600。

4.如权利要求3所述的适用于大容量、高粘度浆料的搅拌方法，其特征在于，任意两次步骤S400中的设定转速相同或不同，任意两次步骤S400中的第一设定时间相同或不同，任意两次步骤S400中的第二设定时间相同或不同。

5.如权利要求3所述的适用于大容量、高粘度浆料的搅拌方法，其特征在于，在n达到600后，在步骤S400后还包括步骤S500：对浆料的粘度和细度进行检测，若符合标准则停止搅拌作业，若不符合标准则继续进行步骤S400。

6. 如权利要求1至5中任一项所述的适用于大容量、高粘度浆料的搅拌方法，其特征在于，针对粘度标准值在3800 mPa.s至5700 mPa.s范围内的浆料，所述设定转速为400rpm至1000rpm之间的选定值、所述第一设定时间为3000ms至5000ms之间的选定值、所述第二设定时间为100ms至200ms之间的选定值；

针对粘度标准值在5700 mPa.s至6300 mPa.s范围内的浆料，所述设定转速为600rpm至1000rpm之间的选定值、所述第一设定时间为3000ms至4000ms之间的选定值、所述第二设定时间为100ms至300ms之间的选定值。

7.如权利要求1所述的适用于大容量、高粘度浆料的搅拌方法，其特征在于，在步骤S300中通过对驱动电机施加反向电流控制驱动电机瞬时停转。

8.一种适用于大容量、高粘度浆料的搅拌装置，包括：

罐体，其形成有供粉体和液体放入的搅拌容腔；

搅拌桨，其伸入所述搅拌容腔内用以对粉体和液体进行搅拌，所述搅拌桨位于搅拌容腔内靠下位置；

驱动电机，其用于驱动所述搅拌桨旋转；以及，

控制单元，其用于控制所述驱动电机启停；

其特征在于，所述控制单元被配置为能够执行如权利要求1至7中任一项所述的适用于大容量、高粘度浆料的搅拌方法。

9.如权利要求8所述的一种适用于大容量、高粘度浆料的搅拌装置，其特征在于，所述搅拌容腔的设计容积不小于50L。