TW201509532A

TW201509532A - 研磨設備

Info

Publication number: TW201509532A
Application number: TW103117562A
Authority: TW
Inventors: Linden David Roper
Original assignee: Jtg And Partners Pty Ltd
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2014-05-20
Publication date: 2015-03-16
Also published as: CA2911747A1; EP2999540A4; AR096357A1; US20160114330A1; EP2999540A1; CL2015003386A1; EA031163B1; TWI636829B; MX368215B; DK2999540T3; JP2016520002A; AP2015008852A0; MX2015015874A; PL2999540T3; WO2014186821A1; ZA201507719B; UA116474C2; US10421075B2; CA2911747C; EA201592202A1

Abstract

一種研磨設備(100)包含容器(110)、研磨元件(120)以及驅動配件。容器(110)具有定義出容器腔體(112)的容器內壁(111)。容器內壁(111)係為延伸繞著中心垂直延伸的容器軸(A)的環形的表面之通常形式。容器(110)係繞著容器軸(A)而為可旋轉的。研磨元件(120)具有延伸繞著中心垂直延伸的研磨元件軸(B)的環形的表面之通常形式的研磨元件外壁(121)。研磨元件軸(B)係大致平行於容器軸(A)且由容器軸(A)偏移出偏移距離(D)。容器內壁(111)及研磨元件外壁(121)共同定義出研磨腔(116)於容器腔體(112)中。研磨腔(116)具有大致環狀截面。驅動配件係適用以繞著研磨元件軸(B)而旋轉地驅動研磨元件(120)及/或繞著容器軸(A)而旋轉地驅動容器(110)。偏移距離(D)可為選擇性可調整的。

Description

研磨設備

本發明有關於物質處理之領域，且特別有關於一種用以碎化固體物質的研磨設備。

於礦物處理工業中，碎化係為藉由降低固體物質之尺寸之一種程序，通常係藉由壓碎及隨後之研磨程序，特別是從其嵌入之所開採出之物質中釋放出有價值的礦物之一種程序。碎化程序亦應用於其他多種工業中，包括水泥、肥料、固態燃料、紡織及醫藥等工業中。

研磨作業通常執行於滾磨機中，其中藉由撞擊及摩擦以達到降低所進料之物質粒子之尺寸。習知滾磨機的形式包含：球磨機，其中係於轉動之圓柱形腔中，藉由滾球形式之研磨介質之摩擦及撞擊而研磨所進料之物質；自磨機，其中所進料之物質中之較大粒子其自身取代球磨機中之滾球以作為研磨介質；以及半自磨機，係使用所進料之物質中之較大粒子佐以滾球以作為研磨介質。

自磨機及半自磨機通常降低所進料之物質粒子從最多理論上200毫米(mm)下降至約75微米(µm)之成品尺寸，而球磨機通常降低所進料之物質粒子從最多理論上15毫米降低至約20微米之成品尺寸。這些習知之滾磨機通常被公認為低能源效率之程序。其已估計的是，基於新的表面積之產生，對於此些之程序之能源效率約介於0.1%至2%之間。滾磨機之運作需要極大量之能源以轉動大型圓柱形腔，其填充有研磨介質、所進料之物質粒子及研磨液(由額外之處理液創造至腔室中)。大多數的輸入能源以熱能及噪音之形式被消耗掉。

其他更近期採用之研磨形式為藉由高壓研磨輥的方法，其壓碎所進料之物質粒子之物質床於相對旋轉輥之間。高壓研磨輥已被證明在物質粒子尺寸之降低是更節能的，從最多理論上70毫米至約4毫米中之成品尺寸。高壓研磨輥反映出比滾磨機高10%至50%之能源效率，伴隨著不易受到所進料之物質之硬度改變之影響。然而，高壓研磨輥係侷限於伴隨著約10%之最大水氣成分的乾式研磨。導致這個限制為藉由滑動摩擦於軋輥上，而其吸引所進料之物質至形成於物質床中之壓碎區域中。使用於此些軋輥中之特定壓碎壓力通常是介於3至5百萬帕(MPa)之間。此些所進料之粒子之微裂痕增益更下游之碎化，其係為高壓研磨輥之進一步效益。

本發明之一目的係提供一種改良研磨設備以輔助、或取代或至少提供一種有用之替換至習知形式之研磨設備。

本發明提供一種研磨設備，包含：容器，具有定義出容器腔體的容器內壁，所述之容器內壁係為延伸繞著中心垂直延伸之容器軸的環形的表面之通常形式，所述之容器係繞著所述之容器軸而為可旋轉的；研磨元件，具有延伸繞著中心垂直延伸之研磨元件軸的環形的表面之通常形式的研磨元件外壁，所述之研磨元件軸係大致平行於所述之容器軸，並由所述之容器軸偏移出偏移距離，所述之容器內壁及所述之研磨元件外壁共同定義出研磨腔於所述之容器腔體中，所述之研磨腔具有大致環狀截面；以及驅動配件，適用以繞著所述之研磨元件軸而旋轉地驅動所述之研磨元件及/或繞著所述之容器軸而旋轉地驅動所述之容器。

於一形式中，所述之驅動配件係適用以僅旋轉地驅動所述之研磨元件。

於一替換形式中，所述之驅動配件係適用以旋轉地驅動所述之研磨元件及所述之容器。

於一較佳之形式中，所述之研磨腔具有位於所述之容器之頂端的進料入口。

於一較佳之形式中，所述之容器內壁係朝向所述之進料入口而逐漸變細，且所述之研磨元件外壁係朝向所述之進料入口而逐漸變細。

於一特定形式中，沿著任意之徑向平面，所述之研磨腔之寬度係定義為所述之研磨元件外壁於逕向平面中之一特定點與所述之容器內壁之間之最小距離，研磨腔之寬度係朝向所述之研磨腔之底端而逐漸變細。

於一較佳之形式中，所述之偏移距離係選擇性可調整的。

於一較佳之形式中，所述之研磨元件包含定義出所述之研磨元件外壁的研磨元件頭，以及旋轉地安裝於偏心配置中的研磨元件桿，偏心配置係安裝以選擇性替換所述之研磨元件軸以調整所述之偏移距離。

較佳地，環狀間隙係定義於所述之容器及所述之研磨元件之間，於所述之研磨腔之一徑向外末端處，所述之環狀間隙定義出一沿圓周延伸之排放出口。

於一較佳之形式中，所述之環狀間隙係選擇性可調整的。

於一較佳之形式中，所述之環狀間隙係可調整的成密閉狀態。

於一實施例中，所述之容器係藉由可操作的於調整所述之環狀間隙的螺旋螺紋配置而安裝於外殼中。

於一較佳之形式中，所述之研磨元件更包含定義出所述之研磨元件之沿圓周延伸之周緣的環狀壩，所述之環狀間隙係被定義於所述之環狀壩之頂端及所述之容器之底面之間。

於一較佳實施例中，溢流通道係延伸穿過介於所述之研磨腔之頂部及所述之研磨腔之外部之間的研磨元件。

於一實施例中，流體進料通道係延伸穿過所述之研磨元件且與所述之研磨腔相通。

於一較佳之形式中，所述之研磨設備更包含一篩網，篩網係位於所述之研磨腔之下方用以接收從所述之研磨腔排放出之物質，且安裝以允許小於預定尺寸之物質通過所述之篩網。

於一較佳之形式中，所述之篩網係沿圓周繞著所述之研磨元件而延伸。

於一較佳之形式中，所述之篩網係旋轉地固定在相對於所述之容器。

於一較佳之形式中，所述之研磨設備更包含過大產品流槽，過大產品流槽係設置於所述之篩網上以從所述之產品篩網之頂面導引超過預定尺寸之物質。

於一較佳之形式中，所述之研磨設備更包含在所述之研磨腔中的研磨介質。

於一實施例中，所述之研磨設備更包含懸吊系統，懸吊系統係用於提供於所述之研磨元件及所述之容器之間的相對垂直位移，在所述之研磨腔中之不可壓碎之物質變成卡住於所述之容器內壁及所述之研磨元件外壁之情況下。

於一形式中，所述之懸吊系統包含複數個液壓頂升撞錘。

於一形式中，所述之複數個液壓頂升撞錘係安裝以選擇性調整定義出所述之排放出口的環狀間隙。

於一較佳之形式中，所述之容器包含容器主體及安裝於所述之容器主體上且定義出所述之容器內壁的可替換容器襯層。

於一較佳之形式中，所述之研磨元件包含研磨元件主體及安裝於所述之研磨元件主體上且定義出所述之研磨元件外壁的研磨元件襯層。

根據第一實施例之研磨設備100係繪示於所附圖式中之第1圖至第6圖中。繪示之研磨設備100係為相對較小之「試驗性質的(pilot)」形式，安裝以接收尺寸最大為40毫米之所進料之處理粒子，且其名義上之壓碎強度介於3至8百萬帕(MPa)之間。研磨設備100具有約略為350毫米之總直徑。研磨設備100具有容器110、研磨元件120、外殼140、基座150以及偏心配置160。

特別參照至第5圖，容器110具有定義出容器腔體112的容器內壁111。容器腔體112具有頂部容器開口，形成定義於容器之頂面中的進料入口113以及定義於容器110之底面中的容器底部開口114。進料流槽136係安裝於容器110之頂部上，從進料入口113處向上延伸。於繪示之構造中，進料流槽136係為截頭圓錐形之形狀，以阻止所進料之粒子(及使用之處理液)於作業時因為離心力而向上及向外噴出。容器內壁111係為環狀平面之形式延伸繞著中心垂直延伸之容器軸A。於第一實施例中，容器內壁111朝向進料入口113向上逐漸變細，且於此具有典型之截頭圓錐型式。容器110係設置以可旋轉的繞著容器軸A。容器軸A係為固定的。容器110係安裝於外殼140中，於此藉由一對螺旋螺紋形成於容器外壁115及外殼內壁141上。外加之縷鎖環142接合外殼內壁141之螺旋螺紋，於容器110之上方，以鎖定容器110於外殼140之地方範圍內。垂直延伸之鍵槽亦係形成於容器外壁115及外殼內壁141上，伴隨著鍵169位於對齊之鍵槽中以進一步鎖定容器110避免相對旋轉於外殼140。其他型式之固鎖裝置可隨意地替換使用。

容器110可從外殼120移除以替換或更新，特別是接續於容器內壁111之磨損後。備用之容器110可被使用以替代已磨損之容器110，當其需要更新時。容器110可包含容器主體，以及安裝於所述之容器主體上且定義出所述之容器內壁111的可替換容器襯層。於單一形式之容器110之裝置中，其可例如由支承面為350勃氏硬度(Brinnel hardness)之碳鋼所形成。於容器包含各別之容器主體及容器襯層之裝置中，容器主體可例如由精緻高檔鑄鋼所形成。容器襯層可由任意適合之高耐磨性內襯材料所形成。適合之材料包括高碳鑄件(13-14%)錳鋼、鉻鉬合金、decolloy(一種鉻鎳合金)或其他合金。

研磨元件120具有研磨件外壁121，其亦可為通常形式之環形表面。研磨元件外壁121延伸繞著中心垂直延伸之研磨元件軸B。於第一實施例中，外研磨元件壁朝向研磨件120之頂端向上逐漸變細(且藉此朝向進料入口113)，且於此具有通常之截頭圓錐型式。研磨元件軸B大致平行於容器軸A，且由容器軸A偏移出偏移距離D。研磨元件外壁121之表面紋理，不論被定義由各別之研磨件襯層或整合形式之研磨元件，可具有紋理如被定義由操作者或如被規定由操作需求與經驗。其可聯想到的是，研磨元件外壁121之頂部可被提供由不規則之表面以便於施放能量至大尺寸之所供給之粒子中，其可相反的滑動及阻止進入壓碎區域如後所述。

研磨元件120係從外殼120處而為可移除的，接續於容器110之移除後，以替換或更新，特別是接續於研磨元件外壁121之磨損後。研磨元件120可包含研磨件主體，以及安裝於研磨元件主體上且定義出研磨元件外壁121的可替換之研磨元件襯層。研磨元件120，包括任意各別之研磨元件襯層，可由相同或相似於前述之容器110(及各別之容器襯層)之材料所形成。

容器內壁111及研磨元件外壁121共同定義出研磨腔116於容器腔體112中。研磨腔116具有大致環狀之截面，儘管如所理解的，特別是從第5圖處，研磨件120相對於容器110之偏移會導致不均勻之環狀截面於任何給定之水平面上。研磨元件外壁121之通常之截頭圓錐型式具有較大的楔形角度，其大於容器內壁111之通常之截頭圓錐型式之楔形角度。據此，沿著任意之徑向平面，研磨腔116之寬度，被定義為最小距離於研磨元件外壁121在一特定點沿著逕向平面處以及容器內壁111之間，楔形朝向研磨腔116之底端。然而，其可聯想到的是，研磨腔116之寬度將不會在一些結構中逐漸變細。

研磨件120具有向上投射之環狀壩122，定義出研磨件120之沿周圍延伸周緣。環狀壩122與研磨元件外壁121之間係定義為環狀通道123，定義出研磨腔116之基座。環狀壩122之頂端及容器110之底面之間係定義為環狀間隙，其形成研磨腔116之排放出口117，作為排放粒子的通道，其已於研磨腔116中進行研磨且其尺寸小於排放輸出口117所定義之間隙。環狀間隙，定義出排放輸出口117之寬度，可藉由旋轉容器110向上或向下相對於外殼140而調整，憑藉著螺旋螺紋裝置安裝容器110於外殼140中。為了調整環狀間隙，鎖環142及鍵169旋轉性固鎖容器110相對於外殼140上，必須先被移除。鍵169及鎖環142會接續地重新再次插置，當設定之環狀間隙被達到後。

於第一實施例中，環狀間隙可調整於0毫米(緊密於排放出口151)及10毫米之間，選擇性地。研磨腔116之最小寬度將通常地不會低於三倍的最大環狀間隙，其定義出排放輸出口117使用於一般操作中。由於其欲緊密排放出口117，流體靜力的水封可被使用以保護水平密封面。使用於這些封口之封閉用水可傳遞藉由研磨件中之通道，從緊貼於研磨件120之頂部之旋轉水力接頭。密封面可相反地由抵抗磨損及提供最小化摩擦性之材料所形成，允許環狀間隙被完全封閉及密封，於沒有各別封膠之供應下。其更可聯想到的是，可撓性密封膠可被貼合至環狀壩122之頂端或容器110之底面，藉以密封環狀間隙於相對面沒有直接接觸之情況下。

於第一實施例中，研磨元件120包含研磨件頭124，其包括研磨元件外壁121及環狀壩122，以及研磨元件桿125，其從研磨件頭124向下延伸沿著研磨元件軸B。

溢流通道126延伸穿過研磨元件頭124，從鄰接的研磨元件外壁121之頂端至環狀壩122之外表面，藉此提供額外之排放出口從研磨腔116處，除了排放出口117外。溢流通道126將特別提供一個替代之排放路徑給超量之處理液，其可加至研磨腔116中如後所述，或泥漿含有排放粒子。其亦可聯想到的是，溢流通道126可形成主要排放出口，從研磨腔116處，於一些構造中，其係為定義出排放出口117之環狀間隙被密合藉由調整容器110之位置，當於某些應用中需要時。溢流通道126之入口126a徑向開啟，且被保護以避免所進料之粒子進入，其供應穿過供應入口113，途經研磨件116中之懸頂帽129，其位於研磨元件外壁121上方。溢流通道出口126b徑向延伸穿過研磨元件頭124之外底表面。

流體進料通道167徑向延伸穿過研磨元件桿125，透過於研磨元件桿125之基座處所提供之旋轉接頭。流體進料通道167徑向延伸穿過研磨元件頭124，然後垂直於流體進料通道出口段167a，其相通於定義出研磨腔116之基座之環狀通道123，藉由保護環166形式之單向閥。保護環166鬆散地配於一凹處，其係形成於研磨元件外壁121中，以及覆蓋流體進料通道167及環狀溝渠168，其相通於流體供應通道出口段167a。保護環166允許處理液注入通過流體進料通道167以進入研磨腔116中，而防止固體粒子進入流體進料通道出口段167a中。處理液至流體進料通道167之注入係特別地有用，當定義出排放出口117之環狀間隙關閉時，其允許處理液將精細粒子向上掃出研磨腔116，抵抗離心力及重力藉由溢流通道126。

典型環狀形式之基座150包含環狀凸緣151、外突起部152及內突起部153。環狀凸緣151可用以固定研磨設備於下方之支撐結構上。孔洞154延伸穿過外突起部152及內突起部153。孔洞154偏移於內突起部153之中心。研磨元件120安裝於基座150上伴隨著研磨元件桿125延伸穿過孔洞154。研磨元件125係特別安裝穿過孔洞144於圓柱形之第一套筒155中，其係一次地安裝於偏移套筒161中，其係形成部分之偏心配置160。第一套筒155可適宜地形成，例如，由含有8-14%錫且勃氏硬度為60-80之青銅。第一套筒155可被靜置流體或動態流體潤滑以輔助於提供研磨件120之不受限制的轉動。於繪示的構造中，此潤滑作用係被提供，藉由潤滑通道135延伸穿過第一套筒155及偏移套筒161。研磨件頭124之下表面127係被支撐於外殼140之殼底144之上表面上，特別是，伴隨著支承面之靜置流體潤滑作用而不會抑制相對轉動於研磨件120及外殼140之間(對於未耦合研磨件120及外殼140以共同驅動旋轉之構造來說)。於繪示的構造中，潤滑作用係被提供，藉由另一潤滑通道134延伸穿過基座150之外突起部152。研磨件頭124之下表面127具有間隙，於與內突起部153之上表面、偏移套筒161及第一套筒155之間。

外殼140具有定義出外殼內壁141的外殼主體143，以及圓盤型之殼底144，其係位於外殼主體143下方且藉由沿圓周間隔隔開之支柱145而與外殼主體143分隔開。此些支柱145係分開地藉由開口146給排放粒子之通道，其係通過排放出口117。殼底144係被支撐於基座150之外突起部152之上表面上，特別是伴隨著支承面之靜置流體潤滑作用而不會抑制相對轉動於外殼140及基座150之間。外殼140(從而容器110)相對於基座150之間之側向位移係被防止的，藉由殼底144之內表面及基座150之內突起部153之外表面之嚙合。此嚙合可為藉由圓柱型套筒輔助提供外殼140(從而容器110)相對於基座150之自由轉動。如同第一套筒155，這樣的第二套筒156可特別地由含有8-14%錫且勃氏硬度為60-80之青銅所形成，特別是伴隨著支承面之靜置流體潤滑作用而不會抑制相對轉動。

研磨元件120係驅動旋轉繞著研磨元件軸B，藉由驅動配件(未繪示)轉動研磨元件桿125。驅動配件可為電動機齒輪系統、電動機驅動帶系統、液壓馬達之形式或其他適合驅動之形式。對於研磨設備100之特定構造及尺寸來說，驅動馬達具有輸出功率為45千瓦(kW)等級是設想的到的，驅動研磨元件120於每分鐘轉數300等級之速度，其可為可變動的。

容器110亦可驅動旋轉繞著容器軸A，不論是藉由各別之驅動或藉由耦合容器110至研磨元件120。如最佳繪示於第5圖及第6圖中，此耦合可被達成，藉由一系列之驅動銷栓163，其係投射從殼底144之上表面，被接收至對應之驅動凹部128，其係形成於研磨元件頭124之下表面127中。驅動凹部128之尺寸會較大，藉以允許外殼140(伴隨著容器110之旋轉)及研磨元件120各自之旋轉軸(容器軸A及研磨件軸B)之偏移。對於不會主動驅動旋轉容器110之作業來說，驅動銷栓163可被忽略。其亦可聯想到的是，容器110可被主動地旋轉驅動繞著容器軸A，於沒有驅動旋轉研磨件120之情況下。容器110的這樣旋轉驅動可便利地被達成，藉由驅動旋轉外殼140伴隨著帶傳動或環形齒輪與小齒輪驅動系統或相似之驅動配件。容器110可例如被驅動，藉由作為用於滾磨機上之無齒輪驅動(環狀馬達)。這樣的驅動可包含馬達轉子元件，固定於外殼140上，伴隨著環繞轉子元件之固定的定子配件。外殼140可藉此成為大尺度慢速同步馬達之轉動元件。

於第一實施例之構造中，偏心配置160使得偏移距離D，於容器軸A及研磨元件軸B之間，可被選擇性調整。偏心配置160包含偏移套筒161以及投射桿臂162固定於偏移套筒161之底端上。憑藉著偏移套筒161之偏移量，偏移套筒161之旋轉位移隨著桿臂162之位移，導致位移研磨件桿125延伸穿過偏移套筒161，從而研磨件軸B，相對於基座150從而，相對於容器軸A。第5圖繪示偏移套筒161於第一配向中，其提供最大值之偏移距離D，而第6圖繪示偏移套筒161於相對的第二配向中，其提供最小值之偏移距離D。於第一實施例中，偏移距離D可被選擇性地調整於0至10毫米之間。並非偏心配置160顯示研磨件軸B，取而代之的偏心配置係可聯想到的，其操作位移容器軸A。

研磨腔116可部分填充有研磨介質170以補充碎化程序之效益，儘管研磨介質170之使用係為可選擇性的。研磨介質170可由一材料所形成，其具有較大之密度及硬度超過所供給之物質，其被降低於尺寸上透過研磨作業。研磨介質170可例如由高碳鋼所形成，且可具有尺寸大於環狀間隙，其係被定義藉由研磨腔之排放輸出口117，而小於研磨腔116之最小寬度。這樣的尺寸大小將確保高比例之研磨介質170可維持於研磨腔116中，且沒有研磨介質170各別之粒子將接合容器內壁111及研磨件外壁121二者於作業期間，其會反過來阻塞研磨設備100。研磨介質170將最終會磨損，導致過小的研磨介質自然地傳遞出研磨腔116，藉由排放輸出口117。研磨介質170之尺寸也可被管理，藉由週期性地開啟環狀間隙，其定義出排放輸出口以故意迫使研磨介質170中較小之已磨損粒子離開研磨腔116，其反過來僅使得所供給之粒子佔據研磨腔116之容積。研磨介質170可部分包含較大且「堅強的(competent)」所進料之粒子。

研磨設備100之作業現將被描述，伴隨著特別地參照第5圖。研磨設備100首先被設置以調整環狀間隙，其定義排放出口117以符合研磨粒子所欲排放之最大尺寸。如上所述，定義出排放出口117之環狀間隙可被調整，藉由調整容器110相對於外殼130之垂直位置，透過螺旋螺紋安裝裝置。所欲之偏移距離D，其將典型地被判定，於所供給之粒子之特定形狀及尺寸之試驗性研磨以及考慮到驅動配件之扭力後，其亦將被調整，透過偏心配置160。

所進料之粒子於重力作用下將被供應入研磨腔116，透過進料入口113。所進料之粒子可被引導入研磨腔116中於堅強的或不堅強的形式。處理液，例如水，也可被加至研磨腔116中，透過容器上開口113及/或流體供進料通道167，藉以降低研磨腔116中之摩擦力，且藉以傳輸研磨腔170中之物質於泥漿之形式。

驅動配件旋轉驅動研磨元件120，藉由研磨元件桿125，繞著研磨元件軸B。於作業期間中，研磨元件軸B維持固定。也就是說，研磨元件軸B並不會旋轉於作業期間中。所進料之粒子將向上及向下前進，沿著研磨腔116朝向及穿過環狀通道123以及朝向環狀壩122，於研磨腔116之徑向外部範圍處。作用於所供給之粒子上之離心力起因於摩擦力於旋轉之研磨元件外壁121及所進料之粒子之間，其產生所進料之粒子之旋轉流，通過環狀之研磨腔116。於裝置中，其係為驅動銷栓163被使用之以旋轉驅動容器110，容器內壁111之旋轉將採取進一步驅動所進料之粒子，以及研磨介質170，沿著研磨腔116。

於容器110被留下以自由旋轉繞著容器軸A之構造中，伴隨著驅動銷栓163之忽略或移除，容器內壁111與容器腔116之內容物間之干擾接觸將造成容器110去旋轉繞著容器軸A，類似於行星齒輪系統。容器110將名義上旋轉於一速度中，其被降低藉由容器內壁111之直徑及研磨元件外壁121之直徑之間之比例，小於一些允許給直徑比例之差距，其改變橫過研磨腔116之內容物以及程序滑動摩擦效應。研磨介質170及於研磨腔116中之所供給之粒子將被迫相互剪切對抗，因為其將被迫表現類似於行星齒輪，其係彼此之間相互對抗。由於容器110之極大質量慣性，相對於研磨介質170之質量慣性，容器(以及耦合之外殼140)將儲存有極大之位能(相似於傳統之飛輪)，其將槓桿作用於任意之零星的且不良的同步碎化氣氛，且將因而排放動能回至研磨介質170中，根據需要以克服任意之碎化氣氛。據此，能量將衰退及流入流出容器110。研磨元件外壁121及容器內壁111扮演內及外滾動面，其不像高壓研磨輥，多次擠壓所供給之粒子伴隨著滾動面，當所供給之粒子被迫穿過研磨腔116時。

於容器軸A及研磨件軸B之間的偏心位移，其被耦合於容器110及研磨元件120之旋轉，導致研磨腔116之內容物之正弦激發。由容器內壁111及研磨外壁121所定義之研磨腔116之構造，係即為研磨介質160，所供給之粒子及處理液係被限制於向外徑向及軸方向中(且於較小之程度上，沿圓周及於向內逕向方向中)。正弦激發之本質將為碾壓之「壓(pressure)」及「放(release)」循環。最大值的壓緊於擠壓循環將發生於擠壓區116a中，其係為研磨腔116具有最小平均寬度，而最大值的「放(release)」發生於研磨腔116之釋放區116b四周，其研磨腔116之平均寬度為最大值。於正弦的「放(release)」部分的期間中，離心力將導致研磨介質及所供給之粒子重新排列其位置及方向至聚集起來的範圍，以填充增加的空隙於研磨腔116中，其起因於「放(release)」。於正弦的「壓(pressure)」部分的期間中，離心力限制研磨介質及所供給的粒子，而其重新排列其位置及方向以適配於研磨腔116之較狹窄之擠壓區116a中，其係由正弦循環的「壓(pressure)」部分所導致。增加的偏移距離D於容器軸A及研磨元件B之中，將創造研磨元件120之滾動滲透之較大深度於研磨介質170之底層中以及所供給的粒子於擠壓區116a中，其增加應用於底層之壓力。其將亦導致一個需求，對於較大之扭力，通過應用驅動配件以驅動研磨元件120。名義上3至5百萬帕(MPa)之特定之擠壓壓力於擠壓區中將典型地被產生。

於藉由正弦之壓放循環之碎化之多次循環後，所進料的粒子將被研磨至極小之尺寸以構成排放粒子，其能被排放從研磨腔116，通過排放輸出口117或溢流通道126。排放粒子可然後被處理，如進一步所欲的，包括通過篩網，其可被安裝於基座150或外殼140上，如下之將描述之進一步對應於第二實施例。

研磨介質160與所供給的粒子之間的交互作用於循環的「壓(pressure)」部分之期間中，將具有一定程度的槓桿作用，因此乘上粒子間之局部接觸壓力於正弦之壓力波之尖峰上。壓力波將亦傳播至處理液中，其潛在地導致高壓流於研磨介質170及所供給的粒子之間。壓力波將典型地連續前進，且重複地沿圓周繞著研磨腔116通過轉動速度，其近似於研磨件120之轉動速度。

研磨元件120之轉動速度應被選定為足以促進所進料的粒子與處理液之混合物之重液分離、分凝及/或分布於研磨腔116中，藉由離心力於徑向方向中。史托克斯定律(Stokes Law)建議，所進料的粒子之沉降速度將正比於粒子之直徑的二次方。較大之粒子將因而具有較大之沉降速度，且將因而首先抵達研磨腔116之外圍。較大直徑之所進料的粒子應因而抵達於研磨腔116徑向外，以及降低之寬度，之區域，且受到碎化從研磨介質170中，於較小直徑之所供給的粒子之前。然而，所進料的粒子將持續於受到碎化而向外地徑向前進，沿著研磨腔116。研磨介質170，其將更密集且典型地於尺寸上較所進料的粒子大，將也優先地佔據研磨腔116之外部沿圓周區，為了離心力之效應，根據上述之史托克斯定律。

大粒子於震動之粒子系統中係已知於上升至頂部，其提供粒子之粒度分離。類似地，粒子於研磨腔116中之正弦激發將亦不變地導致容納其中之粒子之粒度分離。被施力之粒子流經研磨腔116，協同於粒度分離，可導致排放粒子具有較狹窄之，且較受控制的，粒度分配之上下限制，相較於其經歷過之習知之碎化程序。

於研磨腔116中之正弦激發可亦創造液化。處理液，伴隨著較小尺寸部分之排放粒子，於流態化之形式中，係能被解放於研磨腔116之內容物，藉由液化。這將創造位能對於泥漿流抗拒重力及抗拒離心力於研磨腔116中。泥漿可流動於研磨腔116中之研磨介質170及所進料的粒子的底層頂部上，且排放從排放出口117，藉由研磨腔出口，或者通過溢流通道126。

此研磨設備100可被視為結合及協同高壓研磨輥之擠壓效益伴隨著先前技藝之滾磨機之摩擦效益。研磨設備100被預期為達到其能量效率近似於高壓研磨輥之能量效率，且大幅超出由滾磨機處理之粒子尺寸範圍。兩轉動平面間的接近角，定義於容器內壁111及研磨件外壁121進入擠壓區於擠壓腔116中(更偏心，有關於一轉動平面於其另一轉動平面中)，係微不足道的於比較於此二轉動平面之接近角進入習知之相反轉動高壓研磨輥之擠壓區中。其否定對於乾摩擦之需求以迫使所供給的粒子進入擠壓區116a中，以及增進對於碎化之所供給的粒子之容積流量。研磨設備100之通常裝置，根據研磨設備100之特定尺論及功率，可達到相對有效之所供給的粒子之碎化從名義上最多200毫米至約20微米之排放粒子尺寸。

根據第二實施例之研磨設備200係繪示於所附圖式之第7圖至第12圖。研磨設備200係相同的基本形式的，如第一實施例的研磨設備100。藉此，研磨設備200相同或相等於研磨設備100之技術特徵係相同的於所附的表示中，伴隨著相同之參考符號。研磨設備200係相同的基本形式的如研磨設備100，與列入之外加的輔助系統，去除驅動銷栓163，其提供於第一實施例中對於容器100之旋轉驅動伴隨著研磨元件120，以及替換的裝置對於安裝容器110於外殼140中。上述研磨設備100之描述因而等同的應用至研磨設備200，如被修改的藉由記載於接續的描述中。

而第一實施例之研磨設備100旨在成為所述研磨設備之相對低階及較小之「試驗性質的(pilot)」形式，第二實施例之研磨設備200旨在表示較大之商業版本之研磨設備。特別是，研磨設備係近似於2000毫米於直徑中，且旨在被驅動於每分鐘轉數80等級之轉動速度，其使用公稱1.1百萬瓦之驅動馬達164。研磨設備200係用以接收尺寸上至200毫米之所供給的粒子，伴隨著定義排放輸出口117之環狀間隙被可調整的介於0至165毫米之間(伴隨著這樣大範圍主要地正在為清除研磨介質170之目的從研磨腔116)。偏移距離D於容器軸A及研磨件軸B之間，係亦可調整的介於0至50毫米之間。

於研磨設備200中，容器110係在形式為容器主體118伴隨著可替換容器襯層119於固定容器118及定義容器內壁111。容器襯層119可被形成於各別之片段以簡單的替換。容器內壁111係再次的為環狀平面之形式延伸繞著容器軸A以及朝向供應輸入口113向上逐漸變細。然而，並非如第一實施例之截頭圓錐型式，(其容器內壁111係線性於任意之截面)於第二實施中之容器內壁11係凸狀於任意徑向截面，如最佳顯示於第11圖中。此特定形式輔助重定向所供給的粒子之最初垂直路徑，如其進入供應入口113，至更多之徑向方向，如所供給的粒子通過研磨腔116朝向排放出口117。於研磨設備200中，進料流槽136從進料入口113延伸向上給所供給的粒子(及處理液，當使用時)之通道至研磨腔116中。

研磨元件120係在形式為研磨元件主體130及固定於研磨件本體130的研磨元件襯層131，及定義研磨元件外壁121。如同容器襯層119，研磨元件襯層131可被形成於片段以輔助替換。研磨元件外壁121係再次的為環狀平面之形式延伸繞著研磨元件軸B，朝向研磨件120之頂端向上逐漸變細。研磨元件外壁121，並非截頭圓錐於形式中，係凹狀於任意徑向截面，如再次最佳顯示於第11圖中。

於研磨設備200中，溢流通道126係被排列以使得溢流通道入口126a延伸垂直地穿過研磨元件襯層131形成中心地於研磨元件120之頂端。並非被整合形成的伴隨著研磨元件主體130或研磨件襯層131，研磨件120之環狀壩122係被各別地形成，且延伸繞著研磨元件襯層131之周圍以定義環狀通道123。環狀壩122可被形成，由相同之材料如研磨件主體130或研磨元件襯層131，亦或者可被形成由替換材料適應於創造密封伴隨著容器110之底面，其被定義由容器襯層119，當定義出排放出口117之環狀間隙關閉時。為了防止所供給的粒子，其進入研磨腔116通過進料入口113從進入溢流通道入口126a，研磨元件120之帽129係被懸掛於溢流通道入口126a之上方。

研磨設備200被提供伴隨著潤滑系統以潤滑各個支承面及套筒。第一潤滑供應通道132向上延伸研磨元件桿125及分支徑向朝外通過研磨元件頭124，以潤滑研磨元件頭124之下表面127之支承面以及殼底144之上表面。一系列之第二潤滑通道133延伸穿過基座150之外突起部152，以潤滑殼底144之下表面之支承面以及基座150之外突起部152之上表面。一系列之第三潤滑通道134穿過基座150之內突起部153，以潤滑圓柱形之第二套筒156於內突起部153及殼底144之間。一系列之第四潤滑通道135延伸穿過偏移套筒161以潤滑第一套筒155。

研磨元件120係被驅動繞著研磨元件軸B藉由驅動配件於驅動馬達164之形式，其驅動研磨元件桿125。偏心配置160之桿臂162係於此被驅動藉由液壓撞錘165。

研磨設備200係進一步提供伴隨著成品收集系統175，其接收被研磨之排放成品於被噴出從研磨腔116處通過排放輸出口117或溢流通道126後。收集系統175包括篩網176位於研磨腔116之下方，且特別地延伸沿圓周繞著研磨元件直接地於外殼140之下方。篩網176係被固定於殼底144，以使得其轉動伴隨著外殼140且用以接收排放粒子，當其通過從排放出口117或溢流通道出口126b於殼底144上方通過開口146。篩網176係為網狀形式伴隨著網格開口，其具有特定尺寸以僅允許小於網格開口之尺寸之排放粒子去穿過其中，其中其將典型地被收集於設置於篩網176下方之平盤(未繪示)中。

過大成品流槽177係被定義由壁178延伸繞著篩網176之最主要之圓周外圍，伴隨著過大成品流槽177之流槽開口179被定義於篩網176之開端。壁178，定義出過大成品流槽177，係被固定相比於基座150，藉此其不會轉動伴隨著篩網176確保壁178導引過大成品離開篩網176通過開口179。過大成品流槽177採取行動收集從研磨腔116排放之過大成品，其將不會通過篩網176之網格開口，其導引過大成品沿著過大成品流槽177且離開開口179憑藉著篩網176轉動伴隨著外殼140。

於第二實施例中之研磨設備200中，並非被固定於外殼120伴隨著螺旋螺紋裝置，容器110係安裝於外殼主體143中藉由第三套筒157，其分隔開容器110及外殼主體143伴隨著意圖去容許容器110之斜軸向移動相比於外殼140。第三套筒157係被潤滑藉由高壓油脂，且被保護從雜質進入藉由罩蓋。

研磨設備200係提供伴隨著懸吊系統180，其提供相對垂直位移於研磨元件120與容器110之間，於一事件為不可壓碎之物質於研磨腔116中成為楔形於容器內壁111與研磨件外壁121之間，其可能另外堵塞，且基本上損壞研磨設備200。

懸吊系統180包含一系列之沿圓周放置之雙動頂升撞錘181，其係各別操作於垂直軸向方向中且具有撞錘引動器182，其係固定於容器110之頂端。撞錘引動器182之軸向位移提供容器110相對於外殼140之垂直位移且，藉此，相對於研磨元件120之垂直位移。藉此，撞錘引動器182之回退起因於容器110向上之位移，其增加定義出排放出口117之環狀間隙以及增加研磨腔116之寬度。雙動頂升撞錘181可被積極地驅動以選擇性調整環狀間隙定義出排放出口117。液壓撞錘181係亦反應於高擠壓壓力，其係被傳送至撞錘引動器182於作業期間，於事件中，其係為不可壓碎之物質，或是事件中，其於研磨腔116或排放出口117被卡住於容器內壁111及研磨元件外壁121之間。

液壓油缸181係各操作關聯於壓縮及抽真空積蓄器183、184，其通訊於雙動頂升撞錘181之反向操作端，藉由油壓及氣壓電路。懸吊系統180之油壓電路用以提供容器110之位移，當過壓事件發生於研磨腔116中時，而氣壓電路係積極地被操作以調整容器110之位置，特別是調整由排放輸出口117所定義之環狀間隙。油壓電路提供懸吊系統180去反應過度的壓力作用於容器內壁111上以壓縮液壓撞錘181，其允許容器111去垂直地移動以允許任意卡住於容器內壁111及研磨元件外壁121之間之粒子被釋放。油壓電路包含油壓壓縮環幹線187及油壓抽真空環幹線188，其將各別典型地被填充氮。液壓電路包含液壓壓縮環幹線185及液壓抽真空環幹線186。

本發明所屬技術領域中具有通常知識者將理解的是，所述之研磨設備100、200之各種其他之修改可被執行。

100、200‧‧‧研磨設備
110‧‧‧容器
111‧‧‧容器內壁
112‧‧‧容器腔體
113‧‧‧進料入口
114‧‧‧容器底部開口
115‧‧‧容器外壁
116‧‧‧研磨腔
116a‧‧‧擠壓區
116b‧‧‧釋放區
117‧‧‧排放出口
118‧‧‧容器主體
119‧‧‧容器襯層
120‧‧‧研磨元件
121‧‧‧研磨元件外壁
122‧‧‧環狀壩
123‧‧‧環狀通道
124‧‧‧研磨元件頭
125‧‧‧研磨元件桿
126‧‧‧溢流通道
126a‧‧‧入口
126b‧‧‧溢流通道出口
127‧‧‧下表面
128‧‧‧驅動凹部
129‧‧‧帽
130‧‧‧研磨元件主體
131‧‧‧研磨元件襯層
132‧‧‧第一潤滑供應通道
133‧‧‧第二潤滑通道
134、135‧‧‧潤滑通道
136‧‧‧進料流槽
140‧‧‧外殼
141‧‧‧外殼內壁
142‧‧‧鎖環
143‧‧‧外殼主體
144‧‧‧殼底
145‧‧‧支柱
146‧‧‧開口
150‧‧‧基座
151‧‧‧環狀凸緣
152‧‧‧外突起部
153‧‧‧內突起部
154‧‧‧孔洞
155‧‧‧第一套筒
156‧‧‧第二套筒
157‧‧‧第三套筒
160‧‧‧偏心配置
161‧‧‧偏移套筒
162‧‧‧桿臂
163‧‧‧驅動銷栓
164‧‧‧驅動馬達
165‧‧‧液壓撞錘
166‧‧‧保護環
167‧‧‧流體進料通道
167a‧‧‧流體進料通道出口段
168‧‧‧環狀溝渠
169‧‧‧鍵
170‧‧‧研磨介質
175‧‧‧成品收集系統
176‧‧‧篩網
177‧‧‧過大成品流槽
178‧‧‧壁
179‧‧‧開口
180‧‧‧懸吊系統
181‧‧‧頂升撞錘
182‧‧‧撞錘引動器
183、184‧‧‧壓縮及抽真空積蓄器
185‧‧‧液壓壓縮環幹線
186‧‧‧液壓抽真空環幹線
187‧‧‧油壓壓縮環幹線
188‧‧‧油壓抽真空環幹線
A‧‧‧容器軸
B‧‧‧研磨元件軸
D‧‧‧偏移距離

本發明之較佳實施例現將僅參照所附圖式的範例方式而敘述，其中：

第1圖係為根據第一實施例之研磨設備之示意性立體圖；

第2圖係為第1圖之研磨設備之爆炸圖；

第3圖係為第1圖之研磨設備中之底座及偏心配置之平面圖；

第4圖係為第3圖之底座及偏心配置之立體圖；

第5圖係為第1圖之研磨設備於研磨元件由容器偏心地偏移時之示意性剖面圖。

第6圖係為第1圖之研磨設備於研磨元件同心地對齊於容器時之示意性剖面圖。

第7圖係為根據第二實施例之研磨設備之第一立體圖；

第8圖係為第7圖之研磨設備之第二立體圖；

第9圖係為第7圖之研磨設備之前視圖；

第10圖係為第7圖之研磨設備之俯視圖；

第11圖係為第7圖之研磨設備之示意性剖面圖；以及

第12圖係為第7圖之研磨設備之局部立體圖。

100‧‧‧研磨設備

110‧‧‧容器

113‧‧‧進料入口

120‧‧‧研磨元件

126b‧‧‧溢流通道出口

136‧‧‧進料流槽

140‧‧‧外殼

142‧‧‧鎖環

143‧‧‧外殼主體

145‧‧‧支柱

146‧‧‧開口

150‧‧‧基座

151‧‧‧環狀凸緣

162‧‧‧桿臂

Claims

一種研磨設備，其包含：一容器，具有定義出一容器腔體的一容器內壁，該容器內壁係為延伸繞著中心垂直延伸的一容器軸的環形的一表面之通常形式，該容器係繞著該容器軸而為可旋轉的；一研磨元件，具有延伸繞著中心垂直延伸的一研磨元件軸的環形的一表面之通常形式的一研磨元件外壁，該研磨元件軸係大致平行於該容器軸，並由該容器軸偏移出一偏移距離，該容器內壁及該研磨元件外壁共同定義出一研磨腔於該容器腔體中，該研磨腔具有一大致環狀截面；以及一驅動配件，適用以繞著該研磨元件軸而旋轉地驅動該研磨元件及/或繞著該容器軸而旋轉地驅動該容器。
如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該驅動配件係適用以僅旋轉地驅動該研磨元件。
如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該驅動配件係適用以旋轉地驅動該研磨元件及該容器。
如申請專利範圍第1項至第3項中之任一項所述之設備，其中該研磨腔具有位於該容器之一頂端的一進料入口。
如申請專利範圍第4項所述之設備，其中該容器內壁係朝向該進料入口而逐漸變細，且該研磨元件外壁係朝向該進料入口而逐漸變細。
如申請專利範圍第1項至第5項中之任一項所述之設備，其中沿著任意之徑向平面，該研磨腔之一寬度係定義為該研磨元件外壁於逕向平面中之一特定點與該容器內壁之間之最小距離，該研磨腔之寬度係朝向該研磨腔之一底端而逐漸變細。
如申請專利範圍第1項至第6項中之任一項所述之設備，其中該偏移距離係選擇性可調整的。
如申請專利範圍第7項所述之設備，其中該研磨元件包含定義出該研磨元件外壁的一研磨元件頭，以及旋轉地安裝於一偏心配置中的一研磨元件桿，該偏心配置係安裝以選擇性替換該研磨元件軸以調整該偏移距離。
如申請專利範圍第1項至第8項中之任一項所述之設備，其中一環狀間隙係定義於該容器及該研磨元件之間，於該研磨腔之一徑向外末端處，該環狀間隙定義出一沿圓周延伸之排放出口。
如申請專利範圍第9項所述之設備，其中該環狀間隙係選擇性可調整的。
如申請專利範圍第9項所述之設備，其中該環狀間隙係可調整的成一密閉狀態。
如申請專利範圍第9項及第10項中之任一項所述之設備，其中該容器係藉由可操作的於調整該環狀間隙的一螺旋螺紋配置而安裝於一外殼中。
如申請專利範圍第9項至第12項中之任一項所述之設備，其中該研磨元件更包含定義出該研磨元件之一沿圓周延伸之周緣的一環狀壩，該環狀間隙係被定義於該環狀壩之一頂端及該容器之一底面之間。
如申請專利範圍第1項至第13項中之任一項所述之設備，其中一溢流通道係延伸穿過介於該研磨腔之一頂部及該研磨腔之一外部之間的該研磨元件。
如申請專利範圍第1項至第14項中之任一項所述之設備，其中一流體進料通道係延伸穿過該研磨元件且與該研磨腔相通。
如申請專利範圍第1項至第15項中之任一項所述之設備，其中該研磨設備更包含一篩網，該篩網係位於該研磨腔之下方用以接收從該研磨腔排放出之物質，且安裝以允許小於一預定尺寸之物質通過該篩網。
如申請專利範圍第16項所述之設備，其中該篩網係沿圓周繞著該研磨元件而延伸。
如申請專利範圍第17項所述之設備，其中該篩網係旋轉地固定在相對於該容器。
如申請專利範圍第17項及第18項中之任一項所述之設備，其中該研磨設備更包含一過大產品流槽，該過大產品流槽係設置於該篩網上以從該篩網之一頂面導引超過該預定尺寸之物質。
如申請專利範圍第1項至第19項中之任一項所述之設備，其中該研磨設備更包含在該研磨腔中的研磨介質。
如申請專利範圍第1項至第20項中之任一項所述之設備，其中該研磨設備更包含一懸吊系統，該懸吊系統係用於提供於該研磨元件及該容器之間的相對垂直位移，在該研磨腔中之不可壓碎之物質變成卡住於該容器內壁及該研磨元件外壁之情況下。
如申請專利範圍第21項所述之設備，其中該懸吊系統包含複數個液壓頂升撞錘。
如申請專利範圍第22項所述之設備，其中該複數個液壓頂升撞錘係安裝以選擇性調整定義出該排放出口的該環狀間隙。
如申請專利範圍第1項至第23項中之任一項所述之設備，其中該容器包含一容器主體及安裝於該容器主體上且定義出該容器內壁的一可替換容器襯層。
如申請專利範圍第1項至第24項中之任一項所述之設備，其中該研磨元件包含一研磨元件主體及安裝於該研磨元件主體上且定義出該研磨元件外壁的一研磨元件襯層。