CN208373215U - 一种球磨设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型适用于材料制备技术领域，提供了一种球磨设备，包括球磨系统和用于对球磨系统进行冷却的一级冷却系统；球磨系统包括电机、由电机带动旋转的搅拌轴、连接于搅拌轴远离电机的一端的搅拌桨、具有第一腔体的球磨罐以及具有第二腔体的外壳体，球磨罐位于第二腔体内；一级冷却系统连接至外壳体并对第二腔体进行冷却。本实用新型通过一级冷却系统对第二腔体进行冷却，使得球磨罐的第一腔体内保持低温，一些金属材料或高分子材料等在低温下会发生由韧性向脆性的转变，球磨时能够有效地被加工至纳米级甚至更高级，特别适用于具有良好塑性的材料的纳米粉体的制备，同时也适用于大规模批量化生产。
Description
技术领域
本实用新型属于材料制备技术领域，特别涉及一种球磨设备。
背景技术
纳米粉体材料和量子点材料是现代材料制备的重要对象，但是由于粉体材料具有极大的比表面，很容易发生团聚，降低了使用范围和应用性能。制备粉体的手段很多，比如球磨法、喷雾法、共沉淀法、水热法等等，但是能够大批量制备高质量的纳米粉体的方法不多。其中球磨法可以批量化制备纳米级的粉末，但仅仅局限于硬脆材料纳米粉体的制备，对高分子材料、金属材料以及其他一些塑性较好的材料则很难球磨至纳米，甚至更低级别。
因此，有必要提供一种能够有效实现纳米及纳米以下级材料或者复合粉体的制备的球磨设备。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种球磨设备，旨在解决现有技术中球磨法难以制备高分子材料、金属材料以及一些塑性较好的材料的纳米级粉体的技术问题。
本实用新型是这样实现的，一种球磨设备，包括球磨系统和用于对球磨系统进行冷却的一级冷却系统；所述球磨系统包括电机、由所述电机带动旋转的搅拌轴、连接于所述搅拌轴远离电机的一端的搅拌桨、具有第一腔体的球磨罐以及具有第二腔体的外壳体，所述搅拌轴远离电机的一端以及所述搅拌桨均位于所述球磨罐的第一腔体内，所述球磨罐及连接于球磨罐的一部分搅拌轴位于所述第二腔体内；所述一级冷却系统连接至所述外壳体并对所述第二腔体进行冷却。
进一步地，所述一级冷却系统包括制冷机和热交换装置，所述热交换装置设于所述第二腔体内，所述制冷机设于所述外壳体的外部。
进一步地，所述球磨设备还包括与所述球磨罐连接的二级冷却系统，所述二级冷却系统包括向所述第一腔体提供冷却流体的冷却流体发生装置。
进一步地，所述冷却流体发生装置为液氮发生装置，所述冷却流体为液氮。
进一步地，所述球磨设备还包括与所述外壳体连接的加压系统，所述加压系统包括惰性气体发生装置和真空装置，所述真空装置设于所述外壳体外部，用于对所述第二腔体抽真空，所述惰性气体发生装置用于向所述第二腔体内提供惰性气体。
进一步地，所述加压系统还连接至所述球磨罐，所述真空装置还用于对所述第一腔体抽真空，所述惰性气体发生装置还用于向所述第一腔体内提供惰性气体。
进一步地，所述第二腔体内设有支撑架，所述支撑架上设有卡槽，所述球磨罐卡合于所述卡槽上并固定于所述支撑架上。
进一步地，所述外壳体内壁涂覆至少一层保温材料或所述外壳体包括真空层。
进一步地，所述球磨设备还包括设于所述外壳体外部用于对所述第一腔体和/或第二腔体内的压力进行监控的压力监控装置。
进一步地，所述球磨设备还包括设于所述外壳体外部用于对所述第一腔体和/或第二腔体内的温度进行监控的温度监控装置。
本实用新型提供的球磨设备的有益效果在于：通过一级冷却系统对球磨罐外部的第二腔体进行冷却，使得第二腔体以及第一腔体内保持低温，一些金属材料或高分子材料及其他一些塑性较好的材料等在低温下会发生由韧性向脆性的转变，球磨时能够有效地被加工至纳米级甚至更高级，特别适用于传统方法难以处理的具有良好塑性的材料的纳米粉体的制备，同时也适用于大规模批量化生产。此外，该球磨设备的结构简单、制造容易、球磨效率高且环境友好，通过一级冷却系统的控制来改变第一腔体内的温度，使得冷冻温度区间宽从而适用范围广。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的球磨设备的结构模块示意图。
图中标记的含义为：
100-球磨设备，1-球磨系统，11-电机，12-搅拌轴，13-搅拌桨，14-球磨罐，141-第一腔体，142-球磨介质，143-防爆阀，15-外壳体，151-第二腔体，152-支撑架，153-卡槽，2-一级冷却系统，21-制冷机，22-热交换装置，4-二级冷却系统，41-液氮发生装置，42-第三管路，43-第三流量控制阀，5-加压系统，51-惰性气体发生装置，52-真空装置，511-第一管路，512-第一流量控制阀，513-第二管路，514-第二流量控制阀，6-温度监控装置，61-第一温度传感器，62-第二温度传感器，63-温度处理模块，7-压力监控装置，71-第一压力传感器，72-第二压力传感器，73-压力处理模块。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了说明本实用新型所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。
请参阅图1，本实用新型实施例提供一种球磨设备100，包括球磨系统1和用于对球磨系统1进行冷却的一级冷却系统2；球磨系统1包括电机11、由电机11带动旋转的搅拌轴12、连接于搅拌轴12远离电机11一端的搅拌桨13、具有一第一腔体141的球磨罐14以及具有第二腔体151的外壳体15。搅拌轴12远离电机11的一端以及搅拌桨13位于球磨罐14的第一腔体141中，球磨罐14及连接于球磨罐14的一部分搅拌轴12位于外壳体15的第二腔体151中；一级冷却系统2连接至外壳体15并对第二腔体151进行冷却。
本实用新型提供的球磨设备相对于现有技术的进步在于：
球磨罐14设置在第二腔体151内，第一腔体141内因球磨而产生的热量通过球磨罐14传递至第二腔体151，通过一级冷却系统2对第二腔体151进行冷却，能够使得第一腔体141内保持低温，一些金属材料或高分子材料以及其他其他一些塑性较好的材料等在低温下会发生由韧性向脆性的转变，球磨时能够有效地被加工至纳米级甚至更高级，特别适用于传统方法难以处理的具有良好塑性的材料的纳米粉体的制备，同时也适用于大规模批量化生产。此外，该球磨设备的结构简单、制造容易、球磨效率高和环境友好，通过一级冷却系统的控制来改变第一腔体内的温度，使得冷冻温度区间宽从而适用范围广。
图1中，球磨罐14上设有第一开口部(未图示)，搅拌轴12穿过该第一开口部从而使其连接于电机11的一端位于球磨罐14外部，其连接于搅拌桨13的一端以及搅拌桨13均位于球磨罐14的第一腔体141内。在该第一开口部处采用动密封以保证搅拌轴12旋转过程中球磨罐14的第一腔体141内的气密性。
球磨罐14上设有第一进料口(未图示)，通过打开该第一进料口可以向球磨罐14内放入待处理材料和球磨介质142。外壳体15上设有第二进料口(未图示)，通过打开该第二进料口可以通过第一进料口向球磨罐14内加入待处理材料或球磨介质142。外壳体15上还设有第二开口部(未图示)，搅拌轴12穿过该第二口部从而使其连接于电机11的一端位于外壳体15外部，而其连接于球磨罐14的一端及球磨罐14均位于第二腔体151内。同样地，在该第二开口部处采用动密封以保证搅拌轴12旋转过程中第二腔体151内的气密性。
第二腔体151内设有支撑架152，支撑架152上设有卡槽153，球磨罐14通过卡槽153可以牢固地固定在支撑架152上，从而在球磨过程中都能保持整个球磨系统1的稳固。
一级冷却系统2包括制冷机21及热交换装置22，制冷机21设于外壳体15的外部，热交换装置22设于球磨罐14外部的第二腔体151内。外壳体15上设有第三开口部(未图示)，热交换装置42与制冷机41之间通过第三开口部而连接。
球磨罐14外部的第二腔体151内的热量由热交换装置22的导出，毫无疑问地，第二腔体151内应具有导热介质(未图示)，该导热介质可以是液相也可以是气相，优选为气相。热交换装置将第二腔体151内的导热介质的热量导出。热交换装置22可以为例如气液热交换器，气液热交换器内循环流动冷却液，第二腔体151内的气相导热介质的热量传递至热交换装置42内的冷却液，冷却液经外壳体15外部的制冷机21的处理而温度降低，如此循环以实现第二腔体151内低温的保持，以保证第一腔体141内的低温球磨环境。通过制冷机21和热交换装置22，能够实现第一腔体141内低温达到-50℃至0℃之间。该低温环境能够使一些常用金属材料例如18CrNiMo7、42CrMo等及环氧树脂等发生比较明显的低温脆性的转变，满足大部分材料的球磨要求。
在本实施例中，外壳体15为不锈钢材料，外壳体15内壁涂覆一层或多层保温材料层，或者外壳体15包括真空层。
为进一步促进第一腔体141和第二腔体151内热量的导出，同时也为了对第一腔体内的待处理材料进行保护，本实用新型还设置了加压系统5。加压系统5包括惰性气体发生装置51及真空装置52，用于调节第二腔体151和第一腔体141内的压力。外壳体15上设有第四开口部(未图示)，惰性气体发生装置51通过第一管路511连接至外壳体15的第四开口部并在该第四开口部处与外壳体15的第二腔体151密封连接，第一管路511上设有第一流量控制阀512，通过该第一流量控制阀512可以以不同流量向球磨罐14外部的第二腔体151内充入惰性气体。外壳体15上还有第五开口部(未图示)，真空装置52通过第五开口部与第二腔体151密封连接，从而真空装置52可以对第二腔体151进行抽真空。外壳体15上还设有第六开口部(未图示)和第七开口部(未图示)，球磨罐14上还设有第八开口部(未图示)和第九开口部(未图示)，惰性气体发生装置51通过第二管路513穿过外壳体15的第六开口部与球磨罐14的第八开口部密封连接，真空装置52穿过外壳体15的第七开口部与球磨罐14的第九开口部密封连接，从而真空装置52也能对球磨罐14的第一腔体141内抽真空，惰性气体发生装置也能对球磨罐14的第一腔体141内提供惰性气体，第二管路513上设有第二流量控制阀514，通过该第二流量控制阀514可以以不同流量向球磨罐14的第一腔体141内充入惰性气体。第一腔体141内可以抽真空后进行球磨，也可以抽真空并充入惰性气体后进行球磨。惰性气体能够对第一腔体141起到气体密封的作用，外壳体15外部的空气不会进入第一腔体141内，该气体密封作用由外壳体15所能承受的压力决定，通过调整第二腔体151内的惰性气体的量可以调整第二腔体151内的压力。优选的是，第二腔体151内保持常压或过压。惰性气体发生装置51向球磨罐14外部的第二腔体151内充入的为惰性气体，即使出现因球磨罐14的第一腔体141内压力小于第二腔体151内压力而造成第二腔体151内气体反向进入球磨罐14中，惰性气体也可以防止待处理材料被氧化甚至燃烧等。在其他实施例中，用于对第一腔体141和第二腔体151抽真空的真空装置可以分别设置，用于对第一腔体141和第二腔体151提供惰性气体的惰性气体发生装置也可以分别设置。
但仍有一些材料需要在更低温度下才能有比较明显的韧脆转变现象，如10Ni8CrMoV钢(-150℃)，甚至还有钽、铌等金属材料需要-200℃以下的低温。为进一步保证球磨罐14内的温度能够始终处于低温下，本实用新型还设置了二级冷却系统4。二级冷却系统4包括向第一腔体141内提供冷却流体的冷却流体发生装置。
具体地，冷却流体可选择在低温下为冷却液体、随着温度升高能够挥发或汽化并且不与待处理材料和球磨介质发生反应的流体。在本实施例中，冷却流体选择液氮，冷却流体发生装置为液氮发生装置41。通过该液氮发生装置41能够使得第一腔体141内达到-200℃的低温，进一步提高了适用范围和拓宽了冷却温度区间。
为便于二级冷却系统4的操作，液氮发生装置41设置在外壳体15外部。球磨罐14上设有第十开口部(未图示)，外壳体15上设有第十一开口部(未图示)，液氮发生装置41通过第三管路42、穿过外壳体15上的第十一开口部连接至球磨罐14上的第十开口部并与球磨罐14的第一腔体141密封连接，第三管路42上设有第三流量控制阀43，通过该第三流量控制阀43可以以不同流量向球磨罐14的第一腔体141内充入液氮。
球磨罐14上还设有防爆阀143，当球磨罐14的第一腔体141内压力超过一预定阈值时，防爆阀143能够自动打开，在球磨罐14的第一腔体141内的压力逐渐回落至正常范围后，防爆阀143自动关闭以继续维持球磨罐14的第一腔体141的气密性。
通过电机11带动搅拌轴12旋转进而带动搅拌桨13旋转，搅拌桨13的旋转使得球磨罐14的第一腔体141内的球磨介质142及待处理材料相互之间剧烈碰撞进而将待处理材料粉碎为小颗粒。在液氮所提供的更低温度环境下，待处理材料能够被粉碎至纳米级别甚至更高级。
球磨罐14可以为真空不锈钢罐体、氧化锆罐体或氧化铝罐体，优选为真空不锈钢罐体。球磨介质142可以包括球磨球，根据待处理材料进行选择，如氧化铝球、氧化锆球等，还可以包括其他研磨助剂。
球磨过程中会产生大量的热量，会造成球磨罐14内液氮的升温及汽化，氮气进入第二腔体151内。第一腔体141内一部分热量会因为球磨罐14内压力升高时防爆阀143的打开而随氮气进入第二腔体151内，还有一部分热量会直接传递至球磨罐14本身进而传递至第二腔体151内的气体。热交换装置22设于球磨罐14外部的第二腔体151内，可以对进入第二腔体151内的气体进行冷却，从而保证球磨罐14的第一腔体141内始终保持低温。
为进一步实现实时监控球磨罐14的第一腔体141内和外壳体15的第二腔体151内的温度和压力，本实用新型还加设了温度监控装置6和压力监控装置7。如图1中所示，温度监控装置6包括用于对第一腔体141内的温度进行监控的第一温度传感器61、用于对第二腔体151内的温度进行监控的第二温度传感器62以及温度处理模块63，第一温度传感器61和第二温度传感器62可以分别通过球磨罐14上的其他开口部(未图示)和外壳体15上的其他开口部(未图示)在外壳体15的外部连接至同一温度处理模块63，以通过一温度处理模块63的处理和显示同时监控第一腔体141和第二腔体151内的温度。压力监控装置7包括用于对第一腔体141内的压力进行监控的第一压力传感器71、用于对第二腔体151内的压力进行监控的第二压力传感器72以及压力处理模块73，第一压力传感器71和第二压力传感器72可以分别通过球磨罐14上的其他开口部(不再图示)和外壳体15上的其他开口部(不再图示)在外壳体15的外部连接至同一压力处理模块73，以通过一压力处理模块73的处理和显示同时监控第一腔体141和第二腔体151内的压力。
可以理解的是，以上描述中使用了多个开口部，仅是为了指明不同的管路或结构与外壳体或球磨罐的连接，并不限定不同的管路或结构必须分别通过各自对应的开口部，可以根据实际情况将使多个管路或结构通过一个开口部，如外壳体上的第四开口部、第五开口部、第六开口部、第七开口部、第十一开口部实际上可以合成为一个开口部，第二温度传感器和第二压力传感器穿过的其他开口部可以合成为一个开口部，在该开口部处采用静密封，以同时实现惰性气体发生装置、液氮发生装置、真空装置以及第二温度传感器和第二压力传感器与外壳体或其第二腔体的连接。同样地，球磨罐上的第八开口部、第九开口部、第十开口部可以合为一个开口部，用于第一温度传感器和第一压力传感器通过的其他开口部可以为合为一个开口部，在该开口部处采用静密封，以同时实现第一温度传感器和第一压力传感器与球磨罐内第一腔体的连接。
本实用新型提供的球磨设备的工作过程为：
打开第一进料口和第二进料口，向球磨罐内加入球磨介质和待处理材料，然后关闭第一进料口。当球磨所需的温度处于-50℃之内时，仅需要使用一级冷却系统，打开真空装置对第一腔体和第二腔体分别抽真空，再打开惰性气体发生装置对第一腔体和第二腔体提供惰性气体，并保持第二腔体为常压或过压(也可以仅对第一腔体抽真空，在球磨罐内以真空状态进行球磨)。启动一级冷却系统，一级冷却系统的制冷机和热交换装置将第二腔体内的热量导出，能够保证第一腔体内处于低温，启动电机进行球磨。当球磨所需的温度比-50℃更低时，还需要启动二级冷却系统。打开防爆阀，并打开液氮发生装置，向球磨罐内通入液氮对第一腔体进行洗气，洗气完成后关闭防爆阀(或者通过真空装置对第一腔体抽真空后再通入液氮)。关闭第二进料口，通过真空装置对第二腔体抽真空，通过惰性气体发生装置向第二腔体内通入惰性气体并保持常压或过压。启动电机进行球磨，球磨过程中液氮受热汽化，当第一腔体内压力超过一预定阈值时防爆阀自动打开，第一腔体内的压力逐渐回落至正常范围后防爆阀自动关闭。球磨过程中还可以打开液氮发生装置继续向第一腔体内补充液氮。此时一级冷却系统可以继续工作，制冷机和热交换装置将第二腔体内的惰性气体和氮气的混合气体的热量导出。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种球磨设备，其特征在于，包括球磨系统和用于对球磨系统进行冷却的一级冷却系统；所述球磨系统包括电机、由所述电机带动旋转的搅拌轴、连接于所述搅拌轴远离电机的一端的搅拌桨、具有第一腔体的球磨罐以及具有第二腔体的外壳体，所述搅拌轴远离电机的一端以及所述搅拌桨均位于所述球磨罐的第一腔体内，所述球磨罐及连接于球磨罐的一部分搅拌轴位于所述第二腔体内；所述一级冷却系统连接至所述外壳体并对所述第二腔体进行冷却。
2.如权利要求1所述的球磨设备，其特征在于，所述一级冷却系统包括制冷机和热交换装置，所述热交换装置设于所述第二腔体内，所述制冷机设于所述外壳体的外部。
3.如权利要求1所述的球磨设备，其特征在于，所述球磨设备还包括与所述球磨罐连接的二级冷却系统，所述二级冷却系统包括向所述第一腔体提供冷却流体的冷却流体发生装置。
4.如权利要求3所述的球磨设备，其特征在于，所述冷却流体发生装置为液氮发生装置，所述冷却流体为液氮。
5.如权利要求1所述的球磨设备，其特征在于，所述球磨设备还包括与所述外壳体连接的加压系统，所述加压系统包括惰性气体发生装置和真空装置，所述真空装置设于所述外壳体外部，用于对所述第二腔体抽真空，所述惰性气体发生装置用于向所述第二腔体内提供惰性气体。
6.如权利要求5所述的球磨设备，其特征在于，所述加压系统还连接至所述球磨罐，所述真空装置还用于对所述第一腔体抽真空，所述惰性气体发生装置还用于向所述第一腔体内提供惰性气体。
7.如权利要求1至6中任一项所述的球磨设备，其特征在于，所述第二腔体内设有支撑架，所述支撑架上设有卡槽，所述球磨罐卡合于所述卡槽上并固定于所述支撑架上。
8.如权利要求1至6中任一项所述的球磨设备，其特征在于，所述外壳体内壁涂覆至少一层保温材料或所述外壳体包括真空层。
9.如权利要求1至6中任一项所述的球磨设备，其特征在于，所述球磨设备还包括设于所述外壳体外部用于对所述第一腔体和/或第二腔体内的压力进行监控的压力监控装置。
10.如权利要求1至6中任一项所述的球磨设备，其特征在于，所述球磨设备还包括设于所述外壳体外部用于对所述第一腔体和/或第二腔体内的温度进行监控的温度监控装置。
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|---|---|---|---|---|
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| CN110369053A (zh) * | 2019-08-16 | 2019-10-25 | 东华大学 | 一种实验室多功能搅拌式球磨机 |
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| CN116983853A (zh) * | 2023-09-20 | 2023-11-03 | 山西路桥第三工程有限公司 | 一种蓄能发光涂料的加工装置 |
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2018
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