CN119838684A - 细粒径石墨批次球化设备 - Google Patents

Abstract

本发明为一种细粒径石墨批次球化设备，包括具有球化腔体的壳体；在球化腔体内设有磨盘结构和分级笼式叶轮，分级笼式叶轮包括转轴、顶架和底盘以及分流栅栏；转轴与底盘固接且其下端伸出底盘并连接有辅助叶片组件和导流件，辅助叶片组件包括多个辅助叶片并能使气流形成涡流；在分级笼式叶轮的外周且靠近球化腔体的内壁的位置设有环形的分级导流组件，分级导流组件包括周向间隔布置的多个导流叶片，且每个导流叶片的板面相对于球化腔体中相应的径向倾斜且倾斜方向相同。本发明针对细粒径石墨的特性有效解决了现有对细粒径石墨球化过程中流程复杂、能耗高、生产效率较低、产品质量低的问题。

Description

细粒径石墨批次球化设备

技术领域

本发明涉及天然石墨精深加工技术领域，尤其涉及一种细粒径石墨批次球化设备。

背景技术

天然石墨球化的原料为鳞片石墨，由于其片层状的结构，将其球化需要多台球化设备联合处理，导致球化过程涉及的机台数量多，能耗高，成本高。因此本设备采取一台设备批次球化方式，减少机台数量。

目前的球形石墨产品粒度呈现多级化发展趋势，粗粒径与细粒径天然石墨的成球机制存在一定差异，这是由于细粒径天然石墨与粗粒径天然石墨有着不同的体积力，因此在球化腔壳体有着不同的运动轨迹和停留时间。在粉碎过程中，细粒径石墨与粗粒径石墨不同，发生塑性变形的效率低；在分级过程中，细粒径天然石墨与粗粒径天然石墨的差异也体现的尤为明显，由于细粒径天然石墨与粗粒径天然石墨所受不同的离心力，因此细粒径天然石墨在相同的旋转半径下所受的离心力小，有更大的概率在负压的作用下进入分级轮转子内部，通过尾粉出料口被收集为尾料。针对细粒径天然石墨与粗粒径天然石墨的差异，调整分级叶轮的转速和风机的风量参数可以会有所改善，若只单纯靠提高分级叶轮转速来减小粉碎颗粒的粒径，较高的分级转速必然会造成叶轮流道阻力的増加，分级叶轮发生阻塞，从而导致风机输出功率的增加，严重可能会损害设备。因此，不能单纯仅在原有的球化设备上调整参数，有必要设计一种专门针对细粒径天然石墨专用的高效批次球化设备，以解决上述技术问题。

“背景技术”段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”段落所记载的内容可能包含一些没有构成本领域技术人员所知道的公知常识。在“背景技术”段落所记载的内容，不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。

发明内容

本发明的目的在于开发一种细粒径石墨批次球化设备，能有效解决现有对细粒径石墨球化过程中流程复杂、能耗高、生产效率较低、产品质量低的问题。

本发明的目的是这样实现的，一种细粒径石墨批次球化设备，包括具有球化腔体的壳体；在球化腔体内的底部和顶部分别设有能旋转的磨盘结构和能旋转的分级笼式叶轮，分级笼式叶轮包括转轴、上下间隔的顶架和底盘以及连接在顶架和底盘之间的分流栅栏；转轴与底盘固接且其下端伸出底盘并连接有呈上下布置的辅助叶片组件和导流件，辅助叶片组件包括周向间隔设在转轴上的多个辅助叶片并能使气流形成涡流；在分级笼式叶轮的外周且靠近球化腔体的内壁的位置设有环形的分级导流组件，分级导流组件包括周向间隔布置的多个导流叶片，且每个导流叶片的板面相对于球化腔体中相应的径向倾斜。

在本发明的一较佳实施方式中，导流件采用流线型设计，为下端圆润、上端逐渐收窄的水滴型结构。

在本发明的一较佳实施方式中，导流叶片为板面竖直设置的矩形板体，导流叶片的板面相对于球化腔体中相应径向的倾斜角度范围为66-75°。

在本发明的一较佳实施方式中，分流栅栏包括周向均匀间隔设置的多根分流棒，分流棒的两端分别连接在顶架和底盘的外边缘位置；分级笼式叶轮为外径由下向上逐渐增大的倒锥形结构。

在本发明的一较佳实施方式中，分级笼式叶轮的转速小于等于3000 r/min。

在本发明的一较佳实施方式中，壳体的横截面为圆形，壳体的内壁包括从下至上顺序连接的第一圆柱面、直径由下向上递增的圆锥面和第二圆柱面，磨盘结构正对第一圆柱面布置，分级笼式叶轮正对第二圆柱面布置。

在本发明的一较佳实施方式中，在壳体的侧部对应分级笼式叶轮和磨盘结构之间区域的位置能通断地连接有进料管和成品出料管，在壳体的顶部正对分级笼式叶轮的位置设有出风口，并能通断地连接有尾粉出料管；在成品出料管上设有出料阀门，出料阀门能在物料球化预设时间后自动打开，以完成出料；在尾粉出料管上还连接有引风机，在壳体的底部还设有能与球化腔体连通的补风口。

在本发明的一较佳实施方式中，进料管远离壳体的一端还连接有料斗，料斗与螺旋输送机的第一端连接，螺旋输送机的第二端连接有料仓，料仓的下部为内径向下渐缩的锥形体，在锥形体的内壁上设有助流气碟。

在本发明的一较佳实施方式中，磨盘结构包括呈上下间隔布置的至少两层石墨球化盘，且石墨球化盘的顶面上周向间隔设有多个磨块；在球化腔体的内壁上正对磨盘结构的位置设有环形的齿圈。

在本发明的一较佳实施方式中，磨块的横截面为平行四边形，在磨块的外侧壁上从上至下间隔设有多道环形凹槽，磨块的部分伸出石墨球化盘的外周边缘并与齿圈之间留有间隙。

在本发明的一较佳实施方式中，在壳体的顶部还设有叶轮驱动装置，叶轮驱动装置能与转轴连接并用于驱动分级笼式叶轮旋转；在壳体的底部设有磨盘驱动装置，磨盘驱动装置能与磨盘结构连接并用于驱动磨盘结构旋转。

由上所述，本发明的细粒径石墨批次球化设备，只需一台设备便可对细粒径石墨进行批次球化处理，使其形状更趋向于球形，简化了流程，降低了成本。相较于现有设备对细粒径和粗粒径石墨的球化并没有专门针对性的设备区分而言，本设备针对细粒径石墨和粗粒径石墨的差异性，在分级过程中设置导流件可以对上升的气流起到导流作用，减小气流冲击；设置分级笼式叶轮，对其转速和分流栅栏的间隙进行调整可减小细粒径石墨被吸入作为尾粉；设置辅助叶片，随分级笼式叶轮高速旋转可以对上升的气流产生涡流，将正处于上升过程的物料的流动方向引向外周，更好的进入环形区，并能使团聚的尾粉或较细粒径石墨以及附在细粒径石墨上的尾粉或较细粒径石墨分散；设置导流叶片，可以改变环形区的速度场分布，能够将团聚的尾粉或较细粒径石墨以及附在细粒径石墨上的尾粉或较细粒径石墨分散。进而通过分级笼式叶轮、导流件、辅助叶片和导流叶片的配合，能使得球化腔体对物料进行球化处理过程中物料的分级更加精细；能有效避免细粒径石墨被误分级成为尾粉从而降低成球率的情况；还能有效避免尾粉或较细粒径石墨团聚被当作细粒径石墨而掺入细粒径石墨成品中，以及避免尾粉或较细粒径石墨附在细粒径石墨上一起再进入球化区进行卷曲压实而掺入细粒径成品中，从而造成细粒径球形石墨成品的振实密度不高、比表面积大、形貌不规整、成品合格率低以及无法达到产品规格要求等问题，有效提高了细粒径石墨产品合格的成球率，提高了生产效率和产品质量。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1为本发明提供的细粒径石墨批次球化设备的结构示意图。

图2为本发明提供的分级笼式叶轮的结构示意图。

图3为本发明提供的分级笼式叶轮和导流叶片的结构示意图一。

图4为本发明提供的分级笼式叶轮和导流叶片的结构示意图二。

图5a为本发明提供的石墨球化盘与其中一个磨块的俯视图。

图5b为本发明提供的磨块的立体图。

图5c为本发明提供的石墨球化盘、磨块和齿圈配合的示意图。

图6为本发明提供的球形石墨批次球化设备连接有引风机、尾粉除尘器、成品除尘器的结构示意图。

图7为本发明提供的料仓的结构示意图。

图8为本发明提供的试验所用原料的扫描电镜图像一，图8的标尺为50μm。

图9为本发明提供的试验所用原料的扫描电镜图像二，图9的标尺为4μm。

图10为本发明提供的原料按照试验参数a进行试验后得到的产品的扫描电镜图像一，图10的标尺为50μm。

图11为本发明提供的原料按照试验参数a进行试验后得到的产品的扫描电镜图像二，图11的标尺为5μm。

图12为本发明提供的原料按照试验参数b进行试验后得到的产品的扫描电镜图像一，图12的标尺为50μm。

图13为本发明提供的原料按照试验参数b进行试验后得到的产品的扫描电镜图像二，图13的标尺为5μm。

附图标号说明：

1、壳体；11、球化腔体；121、第一圆柱面；122、圆锥面；123、第二圆柱面；13、进料管；131、料斗；132、进料阀门；14、成品出料管；15、出风口；16、尾粉出料管；17、补风口；18、底架；19、齿圈；

2、磨盘结构；21、石墨球化盘；22、磨块；221、环形凹槽；222、棱角；23、从动皮带轮；24、传动轴；25、支撑筒；26、轴承；27、分流环；

3、分级笼式叶轮；31、顶架；32、底盘；33、分流栅栏；34、转轴；35、辅助叶片；36、导流件；37、导流叶片；38、叶轮驱动装置；381、叶轮驱动电机；

4、料仓；41、助流气碟；42、螺旋输送机；5、真空输送机；

6、引风机；7、尾粉除尘器；8、成品除尘器。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1至图13所示，本实施例提供一种细粒径石墨批次球化设备，包括具有球化腔体11的壳体1；在球化腔体11内的底部和顶部分别设有能旋转的磨盘结构2和能旋转的分级笼式叶轮3，分级笼式叶轮3包括转轴34、上下间隔的顶架31和底盘32以及连接在顶架31和底盘32之间的分流栅栏33；转轴34与底盘32固接且其下端伸出底盘32并连接有呈上下布置的辅助叶片组件和导流件36，辅助叶片组件包括周向间隔设在转轴34上的多个辅助叶片35并能使气流形成涡流，以将石墨物料向外周分散；在分级笼式叶轮3的外周且靠近球化腔体11的内壁的位置设有环形的分级导流组件，分级导流组件包括周向间隔布置的多个导流叶片37，且每个导流叶片37的板面相对于球化腔体11中相应的径向倾斜且倾斜方向相同。

天然球形石墨是以天然鳞片石墨（片层状结构）为原料，对原料进行不断粉碎和球化整形得到的形似土豆状的类球状的球形石墨产品。球形石墨产品根据粒径划分可分为细粒径石墨产品和粗粒径石墨产品。现有技术中需要较多台设备对鳞片石墨原料进行破碎和球化整形处理，前面的多台设备对原料主要进行破碎，经过分级得到形貌不规则的细粒径石墨，后面的多台设备串联对细粒径石墨进行联合球化处理，以使细粒径石墨达到一定的球形度和振实密度，得到细粒径球形石墨产品，需要设备较多。本实施例中利用一台细粒径石墨批次球化设备替代对细粒径石墨进行球化整形的多台设备，可有效简化球化流程。

整个批次球化设备主要对细粒径石墨进行球化，原料为形貌不规则的细粒径石墨，生产时将原料加入球化腔体11内进行内循环，按照预设时间出料，以得到细粒径球形石墨产品。在球化腔体11内，从下至上分为整形区、过渡区和分级区，整形区正对磨盘结构2布置，分级区正对分级笼式叶轮3布置；原料在整形区经磨盘结构2揉搓、压实、卷曲等整形后，在负压吸力作用下向上流动，吸至分级区中分级笼式叶轮3与球化腔体11内壁之间的环形区，在此上升过程中，导流件36可以对气流起到导流作用，利用辅助叶片35和导流叶片37的作用可使物料更加分散，粒径很细小的石墨物料（一般被称为尾粉）进入分级笼式叶轮3内并被吸走排出，粒径较大的石墨物料未被吸走下落至磨盘结构2上进行二次整形，在球化腔体11内不断循环。

由此，本实施例中的细粒径石墨批次球化设备，只需一台设备便可对形貌不规则的细粒径石墨进行批次球化处理，简化了流程，降低了成本。相较于现有设备对细粒径和粗粒径石墨的球化并没有专门针对性的设备区分而言，本设备专门针对细粒径石墨的球化，在分级过程中设置导流件36可以对上升的气流起到导流作用，减小气流冲击；设置分级笼式叶轮3，对其转速和分流栅栏33的间隙进行调整可减小细粒径石墨被吸入作为尾粉；设置辅助叶片35，随分级笼式叶轮3高速旋转可以对上升的气流产生涡流，将正处于上升过程的物料的流动方向引向外周，更好的进入环形区，并能使团聚的尾粉或较细粒径石墨以及附在细粒径石墨上的尾粉或较细粒径石墨分散；设置导流叶片37，可以改变环形区的速度场分布，能够将团聚的尾粉或较细粒径石墨以及附在细粒径石墨上的尾粉或较细粒径石墨分散。

进而通过分级笼式叶轮3、导流件36、辅助叶片35和导流叶片37的配合，能使得球化腔体11对物料进行球化处理过程中物料的分级更加精细；能有效避免细粒径石墨被误分级成为尾粉从而降低成球率的情况；还能有效避免尾粉或较细粒径石墨团聚被当作细粒径石墨而掺入细粒径石墨成品中，以及避免尾粉或较细粒径石墨附在细粒径石墨上一起再进入球化区进行卷曲压实而掺入细粒径成品中，从而造成细粒径球形石墨成品的振实密度不高、比表面积大、形貌不规整、成品合格率低以及无法达到产品规格要求等问题，有效提高了细粒径石墨产品合格的成球率，提高了生产效率和产品质量。

需要说明的是，本实施例中所提到的细粒径球形石墨产品（即细粒径石墨成品）的粒径体积分布满足中位粒径D₅₀为7-13 μm，粗粒径球形石墨产品的粒径体积分布满足中位粒径D₅₀＞23 μm。具体对细粒径球形石墨产品和粗粒径球形石墨产品的粒径划分以业内所公知的范围为准。可以理解，本文中所提到的球形石墨产品也并非完全标准的球形，也可以是指椭球形或类球形。本案中的石墨主要是指天然石墨。较细粒径石墨也可称为细粉，其粒径小于细粒径石墨的粒径并大于尾粉的粒径。

进一步的，上述的导流件36优选采用下端圆润、上端逐渐收窄的水滴型结构。

参照图2和图3，该导流件36设在转轴34的底端并与转轴34同轴布置。水滴型结构为直径由上向下先逐渐增大再逐渐减小，外表面平滑过渡很平缓，形状与水滴形状类似的结构。采用水滴型结构，由于其独特的流线型设计，能够有效引导从下端上升的上升气流的流动方向，减少涡流和阻力，提高流动效率，使得上升气流和正处于上升过程的物料更加平缓的向上流动；同时水滴型结构可以减少应力集中，同时通过如倒圆的几何形状可进一步降低应力集中，提高水滴型结构的耐久性。

上述分级导流组件设在上述的环形区内并贴近球化腔体11的内壁，多个导流叶片37沿分级导流组件的周向均匀间隔排布。具体导流叶片37的数量根据实际需要而定，例如本实施例中共设置75个导流叶片37。

各导流叶片37大小相同均为矩形板体，各导流叶片37的板面竖直设置，各导流叶片37的长度方向沿竖直方向布置，各导流叶片37的宽度方向相对于分级导流组件中相应的径向倾斜且倾斜方向相同，具体是相对于球化腔体11的相应径向按照由球化腔体11的内部向外朝分级笼式叶轮3的旋转方向倾斜布置；例如本实施例中分级笼式叶轮3按照顺时针旋转，各导流叶片37的宽度方向在球化腔体11的横截面上相对于相应的径向均由球化腔体11的内部向外朝顺时针方向倾斜设置并倾斜预设角度。

若倾斜预设角度过小，则会导致在分级区物料的运动速度减小，同时会阻挡物料的运动，进而会降低分级精度；若该倾斜预设角度过大，则会破坏分级区流场的稳定，无法起到导流效果，不利于物料的分级。因此，本实施例中导流叶片37的板面相对于球化腔体11中相应径向的倾斜角度范围优选为66-75°，在该参数下，可以更利于物料的分散，更利于物料的精细分级，更利于提高细粒径球形石墨产品合格的成球率，提高产品质量。

球化腔体11的内部流动状态属于强度中等的湍流，由于湍流具有耗散性的固有特点，在分级区的湍流流场中，最大尺度的涡流会将能量耗散至越来越小的涡流中，直到最小的尺度上，能量作为热量散失到流体中。安装导流叶片37相较于没有安装导流叶片37的湍流耗散小，而较小的湍流耗散率更有利于流场的稳定以及降低细粒径天然石墨生产过程中的能耗，以提高分级效率。

进一步的，参照图2，分流栅栏33包括周向均匀间隔设置的多根分流棒，分流棒的两端分别连接在顶架31和底盘32的外边缘位置；分级笼式叶轮3为外径由下向上逐渐增大的倒锥形结构。

底盘32为圆盘结构，顶架31可以采用镂空的圆形架体或者采用圆环结构，顶架31的外径大于底盘32的外径，整个分级笼式叶轮3构成上大下小的倒锥形结构，分流棒可以采用耐磨钢棒，具体数量可以根据需要而定，例如本实施例中共设有70个分流棒。分流棒可以采用圆柱棒，也可以按照图2中示出的为较细的矩形棒。

本实施例中针对细粒径石墨的球化，在设备中专门设置了导流件36、辅助叶片35和导流叶片37，可以使得物料更加分散，更利于提高物料的分级效果。因此，分级笼式叶轮3的转速也无需那么高，本实施例中分级笼式叶轮3的转速小于等于3000r/min，进一步优选为1500-2500r/min，在该相对低的转速下便可防止细粒径石墨被吸走成为尾粉，提升了成品率。

进一步的，参照图1，壳体1的横截面为圆形，壳体1的内壁包括从下至上顺序连接的第一圆柱面121、直径由下向上递增的圆锥面122和第二圆柱面123，磨盘结构2正对第一圆柱面121布置，分级笼式叶轮3正对第二圆柱面123布置。

整形区和分级区对应的壳体1部分均为圆柱型壳，过渡区对应的壳体1部分为倒锥型壳，过渡区可以对气流起到导向作用。球化腔体11中位于分级笼式叶轮3和磨盘结构2之间的区域（也即过渡区）为中空腔体，并未设置其他部件，并不会影响气流在球化腔体11内的循环效果，相较于过渡区设有其他部件而言，加料量更多，产能更高。

参照图1和图6，在壳体1的侧部对应分级笼式叶轮3和磨盘结构2之间区域的位置能通断地连接有进料管13和成品出料管14，在壳体1的顶部正对分级笼式叶轮3的位置设有出风口15，并能通断地连接有尾粉出料管16。

进料管13和成品出料管14位于壳体1的过渡区的两侧，进料管13用于添加形貌不规则的细粒径石墨，成品出料管14用于输出细粒径石墨成品，在成品出料管14上设有出料阀门并电连接有控制装置，可根据系统预设或实际所需的细粒径球形石墨产品球化时间控制出料阀门实现自动开闭。

出风口15开设在壳体1的顶部中心位置，正对分级笼式叶轮3的顶架31，尾粉出料管16的第一端设在壳体1的顶部上并与该出风口15连通，被吸入分级笼式叶轮3内的尾粉进入分流栅栏33围成的内腔后、由顶架31向上经该出风口15进入尾粉出料管16。

在尾粉出料管16上还连接有引风机6，在壳体1的底部还设有能与球化腔体11连通的补风口17。

引风机6连接在尾粉出料管16的第二端，在引风机6的作用下可以在出风口15处产生负压吸力，经磨盘结构2球化后的颗粒在该负压吸力的作用下向上流动。补风口17位于磨盘结构2下方，一般设在壳体1的底部侧壁，可以共设置两个补风口17，补风口17为方形截面，补风口17内设有插板，从而可以手动调节开合大小，补风口17可以增加细粒径天然石墨在环形区的停留时间，并会在一定程度会起到分散物料的效果，以此减少细粒径球形石墨产品被误分。

进一步的，进料管13远离壳体1的一端还连接有料斗131，料斗131与螺旋输送机42的第一端连接，螺旋输送机42的第二端连接有料仓4。

进料管13的轴线一般按照由料斗131向壳体1倾斜向下的布置，在进料管13上安装有进料阀门132，以控制此处的通断。螺旋输送机42设在料斗131的上方，料仓4可以采用计量料仓。批次球化设备处于球化状态时进料阀门132处于闭合状态，当批次球化设备球化完成成品出料后，进料阀门132处于开启状态，按照计量料仓设置的重量形貌不规则的细粒径石墨由进料管13进入球化腔体11内进行内循环。

参照图7，料仓4的下部为内径向下渐缩的锥形体，在锥形体的内壁上设有助流气碟41。助流气碟41可以起到助流和破拱的作用，避免细粒径石墨由于表面张力大，在料仓4内储存一定时间后，在物料表面张力和摩擦力的作用下，出现挂壁结拱现象，导致料仓4堵塞。

进一步的，参照图1，磨盘结构2包括呈上下间隔布置的至少两层石墨球化盘21，且石墨球化盘21的顶面上周向间隔设有多个磨块22；在球化腔体11的内壁上正对磨盘结构2的位置设有环形的齿圈19。各石墨球化盘21均与下述的传动轴24连接固定；采用多层石墨球化盘21，球化能力更强，球化效率更高。

作为优选的，参照图5a、图5b和图5c，磨块22的横截面为平行四边形，在磨块22的外侧壁上从上至下间隔设有多道环形凹槽221，磨块22的部分伸出石墨球化盘21的外周边缘并与齿圈19之间留有间隙。

具体的，石墨球化盘21为圆形盘体，石墨球化盘21的旋转方向与分级笼式叶轮3的旋转方向相反，磨块22靠近石墨球化盘21的外周边缘布置，且磨块22的一部分伸出石墨球化盘21的外周边缘并位于石墨球化盘21与齿圈19之间的空间内，磨块22上开设有螺纹孔，可以通过螺钉与石墨球化盘21固定。磨块22沿竖直方向的横截面为平行四边形，该平行四边形具有锐角和钝角，布置时优选平行四边形的其中一个锐角和相邻的其中一个钝角伸出石墨球化盘21的外周边缘，且平行四边形中伸出石墨球化盘21的锐角和钝角之间的边相对于石墨球化盘21的相应径向按照由石墨球化盘21的内部向外朝石墨球化盘21旋转方向的反向倾斜布置，平行四边形中另一组对边平行于石墨球化盘21的相应径向。例如，参照图5a，石墨球化盘21按照逆时针旋转，平行四边形具有两个锐角和两个钝角，其中一个锐角A和相邻的其中一个钝角B伸出石墨球化盘21的外周边缘，锐角A和钝角B之间的边L1相对于石墨球化盘21相应的径向按照由石墨球化盘21的内部向外朝顺时针方向倾斜，平行四边形中与边L1相邻的两个边L2平行于石墨球化盘21的相应径向。可以使得石墨与磨块22发生冲击过程的分速度指向齿圈19，提高球化效率。

在磨块22与齿圈19之间的环形间隙，是主要发生球化过程的区域，若磨块22端部与齿圈19之间间隙越大，可能会造成石墨颗粒在受到冲击后的飞行时间过长，无法受到充分的冲击碰撞。反之，若石墨颗粒与磨块22端部和齿圈19之间的碰撞次数增多，可能会导致石墨颗粒的破碎行为；在本设备中两者之间的间隙基于细粒径球形石墨的产品特性将尺寸限定为3mm（具体是磨块22与齿圈19之间的最小间隙，也即磨块22中远离石墨球化盘21中心的最远端与齿圈19之间的间隙），以适于对细粒径石墨的球化，该间隙区域为主要球化区域，石墨在该区域揉搓、去毛刺；球化腔体11底侧部有上述的补风口17，为了维持球化腔壳体1内的负压状态，通过设置补风口17保证有相应的进气机制来补充被抽走的气体，可保持球化腔体11内的压力平衡。

本实施例中，在球化过程中针对细粒径石墨和粗粒径石墨的差异性，设计了多层石墨球化盘21，加强了细粒径石墨的球化效率；基于细粒径石墨内部裂纹及缺陷较少，在发生塑性变形过程中细粒径石墨球化效率低的特点，设置了平行四边形的磨块22，平行四边形的菱角角度更小，更尖锐，且石墨与磨块22发生冲击过程的分速度指向齿圈19，石墨颗粒飞到齿圈19的运动距离更短，加强了细粒径石墨的球化效率。在磨块22上设置有环形凹槽221，可使得石墨颗粒与磨块22的接触面更大，在磨块22与齿圈19之间的间隙区域，气流方向自下而上，环形凹槽221与磨块22的外表面的交界处的棱角222可以对石墨颗粒产生打击效果，使得石墨颗粒随气流带动过程中更好的提高细粒径石墨发生塑性变形的效率，提高球化效果。同时针对细粒径的特点，缩短了磨块22中远离石墨球化盘21中心的最远端（也即平行四边形中位于石墨球化盘21外的锐角的尖端）与齿圈19之间的间隙，设计为3mm。进而更利于改善细粒径石墨不易发生塑性变形的特点，增加了细粒径石墨的球化效率。

进一步的，参照图1，在壳体1的顶部还设有叶轮驱动装置38，叶轮驱动装置38能与转轴34连接并用于驱动分级笼式叶轮3旋转；在壳体1的底部设有磨盘驱动装置，磨盘驱动装置能与磨盘结构2连接并用于驱动磨盘结构2旋转。

叶轮驱动装置38包括叶轮驱动电机381，设在壳体1的顶部并位于尾粉出料管16的上方，转轴34的上端依次穿过上述的出风口15和尾粉出料管16并与该驱动电机连接。

磨盘驱动装置包括传动组件和磨盘驱动电机，传动组件包括轴向竖直布置的主动皮带轮和从动皮带轮23、连接在主动皮带轮和从动皮带轮23之间的环形皮带以及轴向竖直的传动轴24，环形皮带沿水平方向张紧，传动轴24的下端与从动皮带轮23连接，传动轴24的上端穿过壳体1的底部并与底层的石墨球化盘21连接，具体是在传动轴24的上端侧壁设有键槽，石墨球化盘21与传动轴24通过键连接。磨盘驱动电机与主动皮带轮连接，以驱动主动皮带轮旋转，进而通过环形皮带将动力传递给从动皮带轮23，从动皮带轮23的旋转带动传动轴24旋转，通过键将扭矩从传动轴24传递到石墨球化盘21上，以带动石墨球化盘21旋转。

在壳体1的底部还连接有底架18，用于支撑在地面上，上述的磨盘驱动电机设在该底架18上。在壳体1底部中心还设有支撑筒25，支撑筒25的顶部伸入壳体1内，支撑筒25内设有轴承26，传动轴24的上端穿过该轴承26后伸入壳体1内，传动轴24提供支撑，并承受从动皮带轮23的重量和力，轴承26在显著减少传动轴24与其它部件之间的摩擦的同时承受来自各个方向的负载，固定传动轴24的位置。还可以在壳体1的底部内且位于磨盘结构2的下方设有分流环27，分流环27通过螺纹连接固定在传动轴24上。

当然，叶轮驱动装置38和磨盘驱动装置也可以采用其他的结构方式，只要便于驱动分级笼式叶轮3旋转和驱动磨盘结构2旋转即可，本实施例仅为举例说明。

球化腔体11内设有分级笼式叶轮3，分级笼式叶轮3位于石墨球化盘21的上方且靠近球化腔体11顶部，使得粒度极细已经无法再成球的尾粉排除；分级笼式叶轮3通过转轴34与叶轮驱动电机381连接，尾粉出料管16设在分级笼式叶轮3与叶轮驱动电机381之间。

一般在尾粉出料管16的中部还连接有尾粉除尘器7，在成品出料管14远离壳体1的一端还连接有成品除尘器8，成品除尘器8的出料口为细粒径球形石墨产品出口，成品除尘器8的排灰口通过相应的管路与尾粉除尘器7的进料口连接。在料仓4的顶部进料口还可以连接真空输送机5。

进一步的，对细粒径石墨的分级机理分析如下：

不仅不同鳞片细度对球化过程有影响，且当前球形石墨产品粒度呈现多极化发展趋势，其原因是不同粒度石墨受力的大小差异，导致在球化腔体11内有不同的运动轨迹。批次球化设备在运行时，连接在尾粉出料管16上的引风机6产生负压，在球化腔体11内部形成向上气流。物料由下方进料通过石墨球化盘21、磨块22、齿圈19所在的球化区球化后，由于不同粒度的物料体积力不同，粗粒径石墨在球化区的碰撞表现的非常明显，而细粒径石墨只在球化区做短时间的停留。物料在通过球化区后便在引风机6的负压以及石墨球化盘21高速转动产生的旋流作用下继续上升，进入分级笼式叶轮3所在的分级区与球化区之间的过渡区，过渡区与球化区和分级区没有明显的界限，过渡区的作用是使得颗粒在球化腔体11往复流动起来，不同粒径大小的石墨随气流进入过渡区后，运动轨迹发生改变，粒径较小的石墨随气流跟随性较好，在过渡区内颗粒运动轨迹流畅并在过渡区内停留时间短；粒径较大的石墨随气流跟随性较差，过渡区内粗粒径石墨运动轨迹紊乱，并且在过渡区内较细粒度石墨运动轨迹更长，在过渡区盘旋与停留的时间更长。

石墨成球差异性不仅体现在石墨在球化区与过渡区运动轨迹不同方面，特别是在分级过程也体现的尤为明显。石墨进入批次球化设备被分级过程是一个概率事件，当物料从过渡区上升至分级区时物料将会在水平方向受到分级笼式叶轮3高速旋转所产生的向外离心力，其表达式为:

式中，为石墨颗粒的密度， r为石墨颗粒在分级区圆周运动的旋转半径， w为石墨颗粒的角速度，为与石墨颗粒等体积的球状石墨颗粒直径。

同时，高速旋转的气流会产生的向分级笼式叶轮3内侧的水平方向的曳力（F_Y），其表达式为：

式中，为石墨颗粒周围气体的密度，V为石墨颗粒与周围气体的相对速度，A为石墨颗粒在运动方向（也即竖直方向）上的投影面积，为阻力系数。在雷诺数（Re）不同的层流区、过渡区、湍流区三个区域有着不同的阻力系数值，由于球化腔体11内部流动状态属于强度中等的湍流，因此湍流区=0.44。

在竖直方向上，石墨在分级区受到引风机6负压的引力（忽略风量损失）、在石墨颗粒悬浮在空气中的悬浮力和重力，石墨颗粒受到的合力为其表达式为

式中，Q为引风机6的吸力，为引风机6的效率，以上公式均是针对单个石墨颗粒的受力分析。

根据受力平衡，F_离心= F_Y，可得到如下分级粒径公式：

利用该分级粒径公式可以用于计算出分级出来的细粒径石墨产品的粒径（当量粒径）。

细粒径石墨由于自身的质量小于粗粒径石墨，由上述公式可知，在相同的旋转半径下在水平方向所受的离心力小，有更大的概率在水平方向曳力的作用下进入分级笼式叶轮3的内部，经出风口15和尾粉出料管16进入尾粉除尘器7收集，成为尾料；粒径较大的石墨物料由于在相同旋转半径下所受的离心力大，因此有更大的概率被甩出分级笼式叶轮3外围，掉入过渡区再经过球化区再次重新进行球化。

针对粗粒径与细粒径球形石墨的差异性，虽然调整分级笼式叶轮3的转速和引风机6的风量参数可以改善粗粒径与细粒径石墨在分级过程中的差异，但以细粒径石墨为例，若只单纯靠提高分级笼式叶轮3的转速来减小粉碎颗粒的粒径，较高的分级转速必然会造成叶轮流道阻力的増加，从而导致引风机6输出功率的增加。

特别是细粒径球形石墨其粒度一般都在10μm左右，颗粒的粒径越细，其比面积则约大，表面能也越大，高表面能导致尾粉或较细粒径石墨自身会团聚成细粒径球形石墨团，或者，尾粉或较细粒径石墨粘附在细粒径石墨上；由尾粉或较细粒径石墨团聚的细粒径球形石墨团，或者，粘附在细粒径石墨上的尾粉或较细粒径石墨会被分级一起到细粒径产品中，会在特劳姆(Tromp)曲线中形成“鱼钩效应”，从而导致细粒径石墨的分级效率下降，影响产品合格率。由于尾粉或较细粒度石墨自身团聚，或者，粘附在其他粒径的球形石墨上，从而使机体内球形石墨分体分散变差，使得分级精度降低。

而本实施例中通过分级笼式叶轮3、导流件36、辅助叶片35和导流叶片37的配合以及各结构参数的设置，可以使得球化腔体11对物料进行球化处理过程中颗粒的分级更加精细，有效提高了细粒径天然石墨合格的成球率。

为了更好的体现该设备的效果，以下提供一些试验数据：

为探究本实施例的批次球化设备对细粒径的类球形石墨球化时的物料性质和演化规律，以粒度分布为8-10μm的二口料为原料，按照不同试验参数进入批次球化设备开展试验，并在单一运行参数下进行连续运转，其粒度、振实密度和部分形貌演变结果如下表1和图8及图13所示。

通过图8至图13示出的SEM图像可以看出，经过批次球化设备粉碎球化后的细粒径球形石墨的表面十分光滑，并没有更小尾粉的颗粒附在其表面，说明在导流件36、辅助叶片35和导流叶片37的作用下可以将由于表面能高所粘附在细粒径球形石墨表面的物料在分级区打散，实现精细分级。

表1 细粒径二口料进入本实施例中的批次球化设备的试验参数与结果

其中，表1中的主机频率是指磨盘结构2旋转的频率，分级频率是指分级笼式叶轮3旋转的频率，风机频率是指引风机6的频率。产率也即收率，也即成球率，等于出料量/进料量。

通过分析表1的试验结果可以看出，产品粒度没有进一步降低，且两种试验参数下产品在批次球化10分钟后振实密度均提升约0.4 g/cm³，说明细粒径石墨在设备内已经不再发生破碎，主要发生球化，且设备的振实效果良好。物料在分级笼式叶轮3的作用下，不需大幅度提高分级频率，原料就可避免大量通过分级笼式叶轮3进入尾料，反复在球化腔体11中碰撞嵌和成球状，并达到70%以上的成球率，同时粒度分布上升、振实密度提高、且形貌更规整。结果显示，细粒径石墨专用的本实施例的该设备球形化球化效果良好，可在2.5分钟处理20kg物料，考虑到单次1分钟的物料进入和排出的时间，单机处理量可达到340kg/h，球形石墨产品的振实密度可由0.48 g/cm³提升至0.7 g/cm³以上，产率保持在75%以上。

综上，本实施例的设备是一种针对细粒径球形石墨专用的高效批次球化设备，与现有技术相比，具有以下优点：

（1）在目前现有的石墨球形化技术中尚未有针对细粒径球形石墨的专用球化设备，导致在针对细粒径石墨批次球化处理的过程中分级不够精细，导致细粒径球形石墨被分级成为尾粉，或者，尾粉或较细粒径球形石墨团聚被当作细粒径产品，或者，尾粉或较细粒径附在细粒径球形石墨一起再进入球化区，造成无法达到产品规格要求、造成细粒径球形石墨产品合格的成球率低，收率低。本实施例的设备利用分级笼式叶轮3对细粒径进行针对性分级，减少了细粒径球形石墨被吸入尾粉，通过导流件36、辅助叶片35、导流叶片37和补风将团聚的细粒径球形石墨分散，改善了细粒径球形石墨合格的成球率低问题。

（2）本设备在球化过程中针对细粒径石墨和粗粒径石墨的差异性，设计了多层石墨球化盘21，加强了细粒径石墨的球化效率，基于细粒径石墨内部裂纹及缺陷较少，在发生塑性变形过程细粒径石墨效率低的特点，设置了平行四边形的磨块22，在磨块22上设置有环形凹槽221，环形凹槽221处对应的棱角222可以更好的提高细粒径石墨发生塑性变形的效率，同时针对细粒径的特点缩短了磨块22中远离石墨球化盘21中心的最远端与齿圈19之间的间隙，将其设为3mm。通过传动组件带动石墨球化盘21高速旋转，使得物料通过进料管13后被安装于石墨球化盘21的磨块22与齿圈19击打，后由于高速的旋流作用，物料被抛起并自上而下在球化腔壳体1内进行循环，通过单台设备将经过分级后的细小且不规则的细粒径石墨中偏大的二口料球化为细粒径球形石墨，将细小片层状鳞片在揉搓成团形成椭圆形或类球形石墨，且收率在70%以上，实现了二口料的再利用（由于本设备的原料为细小且不规则的细粒径石墨，是经过前面的多台设备破碎球化分级处理得到的尾粉，所以也可以称为二口料），另外，由于设备为单一机台，降低了整个产线长度，降低了成本投入，同时提高了细粒径球形石墨的成球率。

（3）在目前现有的石墨球形化技术中，多应用多台球化设备串联联合处理的方式，本设备应用单一设备进行批次球化，大幅度减少了机台数，降低了球化过程中的成本。

以上仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (11)

1.一种细粒径石墨批次球化设备，其特征在于，包括具有球化腔体的壳体；

在所述球化腔体内的底部和顶部分别设有能旋转的磨盘结构和能旋转的分级笼式叶轮，所述分级笼式叶轮包括转轴、上下间隔的顶架和底盘以及连接在所述顶架和底盘之间的分流栅栏；所述转轴与所述底盘固接且其下端伸出所述底盘并连接有呈上下布置的辅助叶片组件和导流件，所述辅助叶片组件包括周向间隔设在所述转轴上的多个辅助叶片并能使气流形成涡流；

在所述分级笼式叶轮的外周且靠近所述球化腔体的内壁的位置设有环形的分级导流组件，所述分级导流组件包括周向间隔布置的多个导流叶片，且每个所述导流叶片的板面相对于所述球化腔体中相应的径向倾斜且倾斜方向相同。

2.如权利要求1所述的细粒径石墨批次球化设备，其特征在于，

所述导流叶片为板面竖直设置的矩形板体，所述导流叶片的板面相对于所述球化腔体中相应径向的倾斜角度范围为66-75°。

3.如权利要求1所述的细粒径石墨批次球化设备，其特征在于，

所述分流栅栏包括周向均匀间隔设置的多根分流棒，所述分流棒的两端分别连接在所述顶架和所述底盘的外边缘位置；所述分级笼式叶轮为外径由下向上逐渐增大的倒锥形结构。

4.如权利要求3所述的细粒径石墨批次球化设备，其特征在于，

所述分级笼式叶轮的转速小于等于3000 r/min。

5.如权利要求1所述的细粒径石墨批次球化设备，其特征在于，

所述导流件为下端圆润、上端逐渐收窄的水滴型结构。

6.如权利要求1所述的细粒径石墨批次球化设备，其特征在于，

所述壳体的横截面为圆形，所述壳体的内壁包括从下至上顺序连接的第一圆柱面、直径由下向上递增的圆锥面和第二圆柱面，所述磨盘结构正对所述第一圆柱面布置，所述分级笼式叶轮正对所述第二圆柱面布置。

7.如权利要求1所述的细粒径石墨批次球化设备，其特征在于，

在所述壳体的侧部对应所述分级笼式叶轮和所述磨盘结构之间区域的位置能通断地连接有进料管和成品出料管，在所述壳体的顶部正对所述分级笼式叶轮的位置设有出风口，并能通断地连接有尾粉出料管；在所述成品出料管上设有出料阀门，所述出料阀门能在物料球化预设时间后自动打开，以完成出料；

在所述尾粉出料管上还连接有引风机，在所述壳体的底部还设有能与所述球化腔体连通的补风口。

8.如权利要求7所述的细粒径石墨批次球化设备，其特征在于，

所述进料管远离所述壳体的一端还连接有料斗，所述料斗与螺旋输送机的第一端连接，所述螺旋输送机的第二端连接有料仓，所述料仓的下部为内径向下渐缩的锥形体，在所述锥形体的内壁上设有助流气碟。

9.如权利要求1所述的细粒径石墨批次球化设备，其特征在于，

所述磨盘结构包括呈上下间隔布置的至少两层石墨球化盘，且所述石墨球化盘的顶面上周向间隔设有多个磨块；在所述球化腔体的内壁上正对所述磨盘结构的位置设有环形的齿圈。

10.如权利要求9所述的细粒径石墨批次球化设备，其特征在于，

所述磨块的横截面为平行四边形，在所述磨块的外侧壁上从上至下间隔设有多道环形凹槽，所述磨块的部分伸出所述石墨球化盘的外周边缘并与所述齿圈之间留有间隙。

11.如权利要求1所述的细粒径石墨批次球化设备，其特征在于，

在所述壳体的顶部还设有叶轮驱动装置，所述叶轮驱动装置能与所述转轴连接并用于驱动所述分级笼式叶轮旋转；在所述壳体的底部设有磨盘驱动装置，所述磨盘驱动装置能与所述磨盘结构连接并用于驱动所述磨盘结构旋转。