CN117157189A - 将钾碱压实成压块 - Google Patents
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Abstract
一种辊压机包括辊面，所述辊面限定多个单独的凹坑，所述多个单独的凹坑的形状和尺寸适于将进料压缩成多个离散的压块，每个单独的凹坑都限定四边形凹陷，所述四边形凹陷具有圆角以减小所得压块中的应力集中，其中，一对前缘圆角由第一半径限定并且一对后缘圆角由第二半径限定，所述第一半径小于所述第二半径。
Description
相关申请
本申请要求于2021年2月15日提交的美国临时申请No.63/149,451的权益，该美国临时申请特此通过引用全部纳入本文。
技术领域
本公开总体上涉及钾碱产品和生产钾碱产品的方法。更具体地说，本公开涉及被配置成经由辊压机直接制造离散的钾碱压块的装置和方法。
背景技术
钾碱是含有水溶性形式的钾的各种无机化合物的总称。存在许多常见的钾化合物，这些钾化合物包括碳酸钾和氯化钾。含钾材料的沉积物被开采和加工以将钾碱复合成可用的、通常为颗粒状的形式。据估计，目前全世界的钾碱产量超过30,000,000吨。虽然大多数钾碱用于各种类型的肥料中，但还有许多其他非农业用途，包括动物饲料、食品、肥皂、水软化剂、除冰剂和玻璃制造等。
商品和特种钾碱产品通常直接(例如通过浮选或结晶)或通过在辊压机中压实来生产。参照图1A至图1B，传统的辊压机通常使用一个或更多个“波纹”鼓50(如图1A所示)，其中，钾碱被供给通过一对鼓，至少一个鼓具有带交替的脊52和槽54(如图1B所示)的纹理表面。波纹轮廓的目的是增加原材料上的摩擦以帮助压缩。
各种波纹轮廓可用于适应各种类型的钾碱原料和所需的最终产品。所得到的压缩导致各个钾碱颗粒的塑性变形，这些钾碱颗粒然后互锁以形成用于进一步处理的粘性产品。然后通常将来自这些压机的产物粉碎并在介质上过筛以获得所需的粒度分布。筛分的分布尺寸可以从紧密控制的颗粒市场到松散控制的工业市场。
尽管多年来已经证明商品和特殊钾碱生产的常规方法是有效的，但钾碱生产的进一步改进和进展总是合乎需要的。特别地，期望进一步加工的减少以及生产速率和最终产品的耐久性的增加。本公开解决了这些问题。
发明内容
本公开的实施例提供了一种辊压机组件，该辊压机组件被配置成在不进行进一步处理的情况下直接将钾碱压实成离散的压块，由此消除了在运输之前对最终产品进行进一步处理的需要。因此，本公开的实施例能够使压制成块的材料产品以生产的形式出售，而不需要进一步的压碎或筛分操作。此外，与常规辊压机材料相比，压制成块的材料具有较少的粗糙和断裂边缘，这实现材料边缘中的较低互锁从而导致改进的产品流动，并且这实现较低的自由边缘与中心产品质量比，这导致较不易碎的产品和在处理过程中较少的后续粉尘产生。此外，压制成块的材料的硬的光滑外表面可用于压印公司标志或产品商标以改进顾客识别。另外，本公开的实施例能够通过可调节的轴向对准技术生产具有特定表面积质量比的压制成块的材料。
本公开的实施例已经证明，生产率比现有技术的常规辊压机操作持续增加约50％至约100％。因此，本公开的实施例提供了增加的生产率，对于给定的输出需求降低了操作和维护成本，并且就总生产率而言降低了资本需求。
本公开的一个实施例提供一种辊压机，所述辊压机包括辊面，所述辊面限定多个单独的凹坑，所述多个单独的凹坑的形状和尺寸适于将进料压缩成多个离散的压块，每个单独的凹坑都限定四边形凹陷，所述四边形凹陷具有圆角以减小所得压块中的应力集中，其中，一对前缘圆角由第一半径限定并且一对后缘圆角由第二半径限定，所述第一半径小于所述第二半径。
在一个实施例中，每个单独的凹坑的四边形凹陷具有沿旋转方向的第一长度和沿轴向方向的第二长度。在一个实施例中，沿旋转方向的第一长度具有在大约0.5英寸和大约2英寸之间的范围内的尺寸。在一个实施例中，第一长度具有大约1.5英寸的尺寸。在一个实施例中，沿轴向方向的第二长度具有在大约0.5英寸和大约2英寸之间的范围内的尺寸。在一个实施例中，第二长度具有大约1.7英寸的尺寸。在一个实施例中，第二长度具有比第一长度更大的尺寸。在一个实施例中，所述辊面还限定位于所述多个单独的凹坑之间的一个或更多个凸台。在一个实施例中，所述一个或更多个凸台具有宽度，所述宽度具有在大约0.05英寸和大约0.1英寸之间的范围内的尺寸。在一个实施例中，所述一个或更多个凸台具有大约0.075英寸的尺寸。在一个实施例中，所述多个单独的凹坑围绕所述辊面大致形成螺旋图案。在一个实施例中，沿着所述辊面的轴向方向的每隔两个单独的凹坑是对齐的。
本公开的另一个实施例提供了一种辊压机系统，所述辊压机系统包括：第一辊压机，所述第一辊压机限定多个单独的凹坑，所述多个单独的凹坑的形状和大小适于将进料压缩成多个离散的压块；第二辊压机，所述第二辊压机限定多个单独的凹坑，所述多个单独的凹坑的形状和大小适于将进料压缩成多个离散的压块；以及致动器机构，所述致动器机构被配置成使得所述第一辊压机能够相对于所述第二辊压机精确对准，由此能够调节所得压块的表面积与体积的比率。
在一个实施例中，每个单独的凹坑都限定四边形凹陷，所述四边形凹陷具有圆角以减小所得到的压块中的应力集中，其中，一对前缘圆角由第一半径限定并且一对后缘圆角由第二半径限定，所述第一半径小于所述第二半径。在一个实施例中，所述多个单独的凹坑围绕所述辊面大致形成螺旋图案。在一个实施例中，沿所述辊面的轴向方向的每隔两个单独的凹坑是对齐的。
本公开的另一实施例提供一种辊压机，所述辊压机包括：辊面，所述辊面由高合金高强度材料构成，所述辊面限定多个单独的凹坑，所述多个单独的凹坑的形状和尺寸适于将进料压缩成多个离散的压块；以及基底，所述基底由低合金高强度材料构成，其中，所述辊面经由堆焊层直接用于所述基底，以提高耐腐蚀性并增加机械强度。
以上概述并不旨在描述本公开的每个示出的实施例或每个实现方式。下面的附图和详细描述更具体地举例说明了这些实施例。
附图说明
结合附图考虑本公开的各种实施例的以下详细描述，可以更完全地理解本公开，在附图中：
图1A是示出根据现有技术的具有波纹表面的传统辊压机的立体图。
图1B是根据现有技术的辊压机的传统波纹表面的剖视图。
图2是示出根据本公开的实施例的被配置成将馈送材料压缩成一系列离散压块的辊压机的立体图。
图3A是示出根据本公开的实施例的辊压机内的单独凹坑的局部详细平面图。
图3B是示出根据本公开的实施例的图3A的单独凹坑沿着轴向平面的局部截面图。
图3C是示出根据本公开的实施例的图3A的单独凹坑沿着旋转平面的局部截面图。
图4A是示出根据本公开的实施例的轴向对准推力表面组件的端视图。
图4B是示出图4A的轴向对准推力表面组件的轮廓图。
图4C是示出图4B的轴向对准推力表面组件的截面图。
虽然本公开的实施例可以进行各种修改和替换形式，但是将详细描述附图中通过示例示出的其细节。然而，应当理解，本发明并不将本公开限制于所描述的特定实施例。相反，本发明覆盖落入由权利要求限定的主题的精神和范围内的所有修改、等同物和替换。
具体实施方式
参看图2，示出根据本公开的实施例的辊压机100，该辊压机被配置成将进料(例如，钾碱等)压缩成多个离散的压块，由此消除对最终产品的进一步处理(例如，压碎、筛分等)的需要。在一些实施例中，辊压机100可以具有限定在辊压机100的面104中的多个单独的凹坑102(在本文中也可称为“凹穴”)。所述多个单独的凹坑102的形状和尺寸可以适于当进料被供给通过一对辊压机100时对进料获得基本均匀的压缩力，从而实现进料的基本均匀的塑性变形，以使单独的进料颗粒牢固互锁，所述单独的进料颗粒具有足以直接生产最终产品的光滑表面光洁度。
另外参照图3A至图3C，当一份进料被封装在相对的辊压机100的两个对齐的凹坑102之间从而将所述一份进料压缩成离散的压块时，形成单独的压块。各个凹坑102限定沿旋转方向(L1)(例如，沿辊压机100的直径)和沿轴向方向(L2)(例如，平行于辊压机100的纵向轴线)延伸的大致四边形(例如，具有四条边)的凹陷。在一些实施例中，单独的凹坑102沿辊压机100的直径的长度可以在大约0.5英寸和大约2英寸之间。例如，在一个实施例中，单独的凹坑102在旋转方向(L1)上的长度可以是大约1.5英寸。单独的凹坑102的平行于辊压机100的纵向轴线的长度可以在大约0.5英寸和大约2英寸之间。例如，在一个实施例中，单独的凹坑102在轴向方向(L2)上的长度可以为约1.7英寸。在一些实施例中，单独的凹坑102的旋转长度(L1)可以总体上大于单独的凹坑102的轴向长度(L2)。在一些实施例中，单独的凹坑102的深度(D1)在约0.125英寸和约0.375英寸之间。例如，在一个实施例中，单独的凹坑102可以具有大约0.25英寸的深度(D1)。也想到了单独的凹坑102的其他尺寸。
面104上的在单独的凹坑102之间的表面区域(本文中称为凸台区域或凸台106)可以被最小化，因为这个表面区域106在压块的形成中通常被认为是非生产性的。特别地，捕获在一对辊压机100的各个凸台106之间的进料不经受产生足以互锁单独的进料颗粒的塑性变形程度所需的压缩力，因此作为进料再循环。尽管凸台区域106理想地保持尽可能小，但是凸台106的形状和尺寸通常被确定为满足结构要求，特别是在进料的峰值压缩期间承受应力负荷。例如，在一些实施例中，凸台106的宽度(W1)可以在约0.05英寸和约0.1英寸之间，其中，与单独的凹坑102的圆角相邻的凸台区域106具有相对更大的宽度。例如，在一个实施例中，凸台106在单独的凹坑102之间的宽度(W1)可以为约0.075英寸；尽管也想到了凸台106的其他尺寸。
在一些实施例中，单独的凹坑102可具有圆角108，从而产生具有圆角的压块。在一些实施例中，可以确定角108的半径的尺寸以降低所得压块中的应力集中。例如，在一些实施例中，定位在辊压机100的前缘(例如，在旋转期间进行第一接触)上的角108A1-108A2可以具有第一半径，而定位在后缘上的角108B1-108B2可以具有第二半径。在一些实施例中，前缘角108A1-108A2可以具有比后缘角108B1-108B2更小的半径。
特别地，形成具有比后缘角108B1-108B2具有相对更小半径的前缘角108A1-108A2的单独的凹坑102通常导致在压实之前进料更完全地填充在单独的凹坑102中。此外，单独的凹坑102的非对称设计产生了移动通过进料的压实应力的更均匀的分布，并且产生了更完全的颗粒变形，这在一些实施例中可以减少穿过压块的中心的弱化平面的存在，在所述压块的中心处，压块的两个半部熔合在一起(例如，在两个辊压机100之间的中间)。此外，后缘角108B1-108B2的相对较大的半径通常有助于压实后压块从凹坑102中排出。
继续参照图1，在一些实施例中，单独的凹坑102可以围绕辊压机100的圆周面104均匀地间隔开。此外，在一些实施例中，单独的凹坑102可在轴向方向上彼此轴向偏移，以便大致形成单独的凹坑102围绕圆周面104的螺旋图案。例如，单独的凹坑102的图案可被配置成使得沿给定轴线的凹坑102的每隔两列彼此对齐(如图2所示)；尽管也想到了单独的凹坑102的其他图案(例如，每隔一列、每隔三列对齐等)。
与单独的凹坑的均匀排(例如，沿着辊压机100的纵向轴线彼此轴向对齐的一系列单独的凹坑102)相反，单独的凹坑102的螺旋图案的形成能够使峰值压缩负载施加到单个凹坑102的子集(例如，沿着辊压机的纵向轴线每隔两个单独的凹坑)。因此，在一些实施例中，在任何给定时间，第一组凹坑102内的进料可处于预固结阶段(例如，在中心平面之前)，第二组凹坑102内的压缩进料可处于峰值压缩力阶段(例如，在中心平面上)，且第三组凹坑102内的成品压块可处于应力释放/弹出阶段(例如，在中心平面之后)。
也就是说，尽管单独的凹坑的均匀排将导致峰值应力均匀地施加到辊压机100的整个宽度上，但是螺旋图案的形成能够在操作过程中在特定的单独的凹坑102内的颗粒上增加峰值压缩力。在一些实施例中，峰值压缩力可按如下的系数增加：1除以在面104上对齐的凹坑102的数量，再除以在面104上的凹坑102的总数。
另外参照图4A至图4C，在一些实施例中，可以调节一对辊压机100相对于彼此的轴向和/或旋转对准，以便改变所得产品的质量特性。辊压机相对于彼此的轴向或旋转对准的调节直接影响所得压块的表面积与体积的比率，其中，表面积与体积的比率随着对准移动远离匹配的凹坑轮廓而增加。以这种方式，可以控制质量特性(例如，脆碎度和溶解速率)以实现特定的目标。
因此，在一些实施例中，辊压机100中的至少一个可以包括致动器机构，该致动器机构被配置成提供辊压机100在轴向方向上的精确对准，同时保持正常的推力间隙并提供正常的旋转自由度。在一些实施例中，辊压机100的精确对准可以通过如下方式来实现：将内止推表面从朝着马达/齿轮箱组件安装的辊压机侧移除；并且将止推表面重新定位在外表面上。在一些实施例中，辊压机100的精确对准可以通过使用滑块和从动件组件以将所有推力表面从组装的滚子/轴承座组件内移动到外座轴承座的外表面来实现。
为了将辊压机100定位在推力轴承间隙内同时自由移动，并且在最终定位和紧固期间保持，致动器机构可以通过液压或手动方法提供线性轴向力和随后的位移。在一些实施例中，致动器机构可以是模块化设计，其基于期望的操作控制选择性地可安装和/或可移除。因此，在一些实施例中，致动器机构包括：设定或复位辊压机的期望轴向对准而基本上不从机架拆卸或移除辊压机/轴承座的能力；通过模拟或数字技术主动监测推力间隙空间内辊压机的位置；以及为了包括维护的任何目的而维护、更换或以其他方式接近止推轴承的磨损表面的能力。
继续参考图3A至图3C，在一些实施例中，辊压机100的面材112可以直接接合到下面的基材110。在现有技术的传统辊组件(如图1A至图1B所示)中，高合金高强度(HAHS)钢(例如，镍-铬合金625等)用于辊压面材料56，以提供足够的耐腐蚀性以及在辊压实期间经受的压缩力的机械强度。该HAHS面材料56通过焊缝熔合结合到低合金高强度(LAHS)钢(例如AISI 4340合金钢等)基底60，其中，在附接HAHS面56之前，首先需要在LAHS基底60上覆盖中等合金中等强度(MAMS)钢层58(例如309L缓冲焊接等)。特别地，MAMS层58对于吸收过量的氢是必要的，以避免HAHS 56的脆化，并且有助于HAHS材料56和LAHS材料60的不同冶金学的接合。
相反，本公开的实施例能够消除作为中间层的MAMS层。特别地，本公开的实施例包括将HAHS堆焊层从大约0.25英寸加厚到大约0.50英寸，这又需要将下面的基材110调低到更小的外径以实现辊压机100的相同最终尺寸。消除MAMS层使得能够将更厚的更耐腐蚀的包覆层添加到辊压机100，这使得能够增加凹坑102切口的深度，特别是与现有技术的常规辊组件上的正常波纹深度相比。另外，焊接技术能够在两种不同的HAHS和LAHS材料之间实现高质量的熔合，而不会使HAHS材料的表面脆化，以用于随后的机加工操作。
MAMS层的消除提供了改善的耐腐蚀性和增加的机械强度，该机械强度足以承受在压制成块过程中经受的弯曲力，特别是围绕圆周面104的单独的凹坑102的螺旋图案使得相邻的凹坑102能够处于不同的操作阶段(例如，预固结阶段、峰值压缩力阶段和应力释放/弹出阶段)。
例如，在一些实施例中，可以使用埋弧焊接工艺(SAW)将填充金属(例如，ERNiCrMo-3)在平坦的1G位置(例如，允许高达15度的倾斜度)覆盖到LAHS铸造退火的基底金属上。在一些实施例中，该方法可以是半自动的，使用用于大气控制的碱性焊剂以在LAHS基底上产生多道焊层中的堆焊层/包层。标称焊接电流和电压可以分别在大约350A和大约450A之间和大约29V到大约30V之间。在构建期间，辊压机100可经受一系列热处理，所述热处理包括约550°F至约575°F的初始处理、约400°F的至少一个中间处理和约900°F至约1000°F的最终处理。在最终热处理循环之后，在一些实施例中，可允许辊压机100在炉内冷却。
表1(下文)表示低合金高强度(LAHS)钢基体60的化学组成(按重量百分比)的一个实施例，在一些实施例中，钢基体60可由BHN硬度为202的AISI 4340钢合金构成。
表1
| C | Mn | P | S | Si | Cu | Ni | Cr | Mo | Al |
| 0.42 | 0.76 | 0.009 | 0.024 | 0.28 | 0.16 | 1.67 | 0.88 | 0.28 | 0.031 |
表2(下文)表示填充材料的化学组成(按重量百分比计)的一个实施例，该填充材料在一些实施例中可为ERNiCrMo-3镍填充金属。
表2
| C.40 | Mn | Fe | p | S | Si | Mo | Cu | Ni | Al | Ti | CR | Nb |
| 0.1 | 0.5 | 0.5 | 0.02 | 0.015 | 0.5 | .8-.1 | 0.5 | 0.58 | 0.4 | 0.4 | .20-.23 | .3-.4 |
在本文中描述了系统、装置和方法的各个实施例。这些实施例仅以示例的方式给出，并不旨在限制所要求保护的发明的范围。此外，应理解，已描述的实施例的各个特征可以各种方式组合以产生众多额外实施例。此外，虽然已经描述了用于所公开的实施例的各种材料、尺寸、形状、构造和位置等，但是在不超出所要求保护的发明的范围的情况下，可以使用除了所公开的那些之外的其他材料、尺寸、形状、构造和位置等。
相关领域的普通技术人员将认识到，本文的主题可以包括比上述任何单独的实施例中所示的更少的特征。本文所描述的实施例并不意味着是对可组合本文的主题的各个特征的方式的详尽呈现。因此，实施例不是特征的互斥组合；相反，如本领域的普通技术人员所理解的，这些不同的实施例可以包括从不同的单独实施例中选择的不同的单独特征的组合。此外，相对于一个实施例描述的元件可以在其他实施例中实现，即使在没有在这样的实施例中描述时，除非另有说明。
虽然从属权利要求可以在权利要求中引用与一个或更多个其他权利要求的特定组合，但是其他实施例还可以包括从属权利要求与每个其他从属权利要求的主题的组合，或者一个或更多个特征与其他从属权利要求或独立权利要求的组合。除非指出特定的组合是不想要的，否则在本文中提出这样的组合。
通过引用对上述文献的任何引入被限制，使得与本文明确公开内容相反的主题未被引入本文。通过引用对上述文献的任何引入被进一步限制，使得包括在文献中的权利要求没有通过引用被引入本文。通过引用对上述文献的任何引入仍被进一步限制，使得文献中提供的任何定义没有通过引用被引入本文，除非明确地包括在本文中。
出于解释权利要求书的目的，明确地表示不援引35U.S.C.§112(f)的规定，除非在权利要求书中陈述了特定术语“用于……的装置”或“用于……的步骤”。
Claims (20)
1.一种辊压机，所述辊压机包括：
辊面，所述辊面限定多个单独的凹坑，所述多个单独的凹坑的形状和尺寸适于将进料压缩成多个离散的压块，每个单独的凹坑都限定四边形凹陷，所述四边形凹陷具有圆角以减小所得压块中的应力集中，其中，一对前缘圆角由第一半径限定并且一对后缘圆角由第二半径限定，所述第一半径小于所述第二半径。
2.根据权利要求1所述的辊压机，其中，每个单独的凹坑的四边形凹陷都具有沿旋转方向的第一长度和沿轴向方向的第二长度。
3.根据权利要求2所述的辊压机，其中，沿所述旋转方向的所述第一长度具有在大约0.5英寸和大约2英寸之间的范围内的尺寸。
4.根据权利要求3所述的辊压机，其中，所述第一长度具有大约1.5英寸的尺寸。
5.根据权利要求2所述的辊压机，其中，沿着所述轴向方向的所述第二长度具有在大约0.5英寸和大约2英寸之间的范围内的尺寸。
6.根据权利要求3所述的辊压机，其中，所述第二长度具有大约1.7英寸的尺寸。
7.根据权利要求2所述的辊压机，其中，所述第二长度具有比所述第一长度大的尺寸。
8.根据权利要求1所述的辊压机，其中，所述辊面还限定位于所述多个单独的凹坑之间的一个或更多个凸台。
9.根据权利要求8所述的辊压机，其中，所述一个或更多个凸台具有宽度，所述宽度具有在大约0.05英寸和大约0.1英寸之间的范围内的尺寸。
10.根据权利要求9所述的辊压机，其中，所述一个或更多个凸台具有大约0.075英寸的尺寸。
11.根据权利要求1所述的辊压机，其中，所述多个单独的凹坑围绕所述辊面大致形成螺旋图案。
12.根据权利要求1所述的辊压机，其中，沿着所述辊面的轴向方向的每隔两个单独的凹坑是对齐的。
13.一种辊压机系统，所述辊压机系统包括：
第一辊压机，所述第一辊压机限定多个单独的凹坑，所述多个单独的凹坑的形状和大小适于将进料压缩成多个离散的压块；
第二辊压机，所述第二辊压机限定多个单独的凹坑，所述多个单独的凹坑的形状和大小适于将进料压缩成多个离散的压块；以及
致动器机构，所述致动器机构被配置成使得所述第一辊压机能够相对于所述第二辊压机精确对准，由此能够调节所得压块的表面积与体积的比率。
14.根据权利要求13所述的辊压机，其中，每个单独的凹坑都限定四边形凹陷，所述四边形凹陷具有圆角以减小所得压块中的应力集中，其中，一对前缘圆角由第一半径限定并且一对后缘圆角由第二半径限定，所述第一半径小于所述第二半径。
15.根据权利要求13所述的辊压机，其中，所述多个单独的凹坑围绕所述辊面大致形成螺旋图案。
16.根据权利要求13所述的辊压机，其中，沿所述辊面的轴向方向的每隔两个单独的凹坑是对齐的。
17.一种辊压机，所述辊压机包括：
辊面，所述辊面由高合金高强度材料构成，所述辊面限定多个单独的凹坑，所述单独的凹坑的形状和尺寸适于将进料压缩成多个离散的压块；以及
基底，所述基底由低合金高强度材料构成，其中，所述辊面经由堆焊层直接用于所述基底，以提高耐腐蚀性并增加机械强度。
18.根据权利要求17所述的辊压机，其中，每个单独的凹坑都限定四边形凹陷，所述四边形凹陷具有圆角以减小所得压块中的应力集中，其中，一对前缘圆角由第一半径限定并且一对后缘圆角由第二半径限定，所述第一半径小于所述第二半径。
19.根据权利要求17所述的辊压机，其中，所述多个单独的凹坑围绕所述辊面大致形成螺旋图案。
20.根据权利要求17所述的辊压机，其中，沿着所述辊面的轴向方向的每隔两个单独的凹坑是对齐的。
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