TWI774367B

TWI774367B - 評估粉料壓塊成型之條件的方法

Info

Publication number: TWI774367B
Application number: TW110117375A
Authority: TW
Inventors: 盧科妙; 劉世賢
Original assignee: 中國鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2021-05-13
Filing date: 2021-05-13
Publication date: 2022-08-11
Also published as: TW202244258A

Abstract

本發明有關於一種評估粉料壓塊成型之條件的方法。藉由壓製粉料成塊狀試樣並根據其耐摔落強度，此方法可評估粉料之充填率及對於試驗模具所施加之荷重，以有效地獲得利用壓塊成型設備壓製粉體之操作條件。

Description

評估粉料壓塊成型之條件的方法

本發明係有關於一種評估方法，且特別是有關於一種可獲得粉料壓塊成型設備的操作條件之評估方法。

於食品、醫藥、化學品及金屬冶煉之生產製程中，使用壓塊成型設備壓製粉料成特定幾何尺寸與機械強度之塊狀物。舉例而言，使用壓輥(pressure roll)成型機將粉煤壓製成煤球或煤塊，以提升運送及使用的便利性與效率。

壓輥成型機係侷限粉料於特定模具(例如：球模)的空間內，再對粉料施加高壓，以使粉料密實成型，例如：壓製成球塊(briquette)。由於粉料特性的差異，需要調整壓輥成型機的操作條件。操作條件包含壓輥成型機的參數(例如：進料速度與線壓力)。再者，若粉料需要黏著劑輔助成型，尚需考量黏著劑的種類與使用量。在實務上，須耗費大量的粉料與頻繁的壓塊成型製程才可獲得粉料壓塊成型的適當操作條件，進而增加成本，並降低效率。

有鑑於此，亟需發展一種新的評估粉料壓塊成型之條件的方法，以改善上述缺點。

有鑑於上述之問題，本發明之一態樣是在提供一種評估粉料壓塊成型之條件的方法。藉由壓製粉料為塊狀試樣，並根據其耐摔落強度評估粉料之充填率及對於試驗模具所施加之荷重，以有效地獲得利用壓塊成型設備壓製粉體之操作條件。

根據本發明之一態樣，提出一種評估粉料壓塊成型之條件的方法。在此方法中，充填粉料至試驗模具，且施加荷重至試驗模具，以壓製粉料成塊狀試樣。然後，測量塊狀試樣之耐摔落強度，並以耐摔落強度評估粉料之充填率及荷重，以獲得利用壓塊成型設備壓製粉料之條件。

依據本發明之一實施例，試驗模具之材質係對應於壓塊成型設備之生產模具之材質。

依據本發明之另一實施例，試驗模具之尺寸係對應於壓塊成型設備之生產模具之尺寸。

依據本發明之又一實施例，充填率係基於粉料填滿於試驗模具之重量為基準而求得。

依據本發明之又一實施例，充填率與壓塊成型設備之進料速度成正比。

依據本發明之又一實施例，荷重與壓塊成型設備之線壓力成正比。

依據本發明之又一實施例，當試驗模具之尺寸等於壓塊成型設備之生產模具之尺寸時，線壓力滿足下述之關係式(A)：

(A) 其中P代表線壓力，其單位為單位長度上所施加之重量，L代表荷重，其單位為重量單位，且D代表生產模具的尺寸在壓塊成型設備之壓製方向上之長度。

依據本發明之又一實施例，耐摔落強度係以塊狀試樣之破碎物的重量所對應之評價分數求得。

依據本發明之又一實施例，條件包含使用量、進料速度或線壓力。

應用本發明之評估粉料壓塊成型之條件的方法，其中壓製粉料成塊狀試樣，並根據其耐摔落強度評估粉料之充填率及對於試驗模具所施加之荷重，以有效地獲得利用壓塊成型設備壓製粉體的操作條件。

以下仔細討論本發明實施例之製造和使用。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的發明概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論之特定實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。

本發明之評估粉料壓塊成型之條件的方法(以下亦簡稱為評估方法)係於試驗室中，以離線方式製作少量的塊狀試樣，並測量此些塊狀試樣的耐摔落強度，而可藉由耐摔落強度評估粉料的充填率及對於試驗模具所施加之荷重對應於壓塊成型設備之操作條件，從而有效地獲得壓塊成型設備之適當的操作條件。其中，充填率及荷重分別與壓塊成型設備之進料速度及線壓力成正比之關係，故此評估方法可減少塊狀試樣的數量，從而提升效率且節省成本。

請參閱圖1，其係繪示根據本發明之一實施例的評估粉料壓塊成型之條件的方法之流程圖。評估粉料壓塊成型之條件的方法100係充填粉料至試驗模具，且施加荷重至試驗模具，以壓製粉料成塊狀試樣，如步驟110所示。為了提升評估粉料壓塊成型之條件的方法100之準確率，所使用之粉料可為實際應用於壓塊成型設備之粉料，且與其具有相同之性質(例如：規格及粒徑)。

在一些實施例中，粉料可包含可食用的粉末，例如：藥粉、麵粉、糖粉、巧克力粉及玉米粉。在另一些實施例中，粉料可包含不可食用的粉末，例如：煤粉、積塵灰、金屬粉、樟腦粉及顏料。在一些具體例中，粉料具有特定的含水量，例如：1%至10%的含水量，以增加粉料的粉體間之內聚力，從而提升其壓塊成型性。

在一些實施例中，粉料的尺寸可為微米或奈米等級。當塊狀試樣的充填率愈高，粉料的尺寸必須愈小，以滿足高充填率。粉料尺寸的具體例可為但不限於1μm至100μm。充填率係以粉料填滿試驗模具之重量為基準而求得。詳述之，充填率係以試驗模具的體積乘以粉料的密度求得。

舉例而言，試驗模具的體積為15.78cm ³、粉料密度為1.262g/cm ³，故填滿試驗模具所需之粉料的重量為19.9g(15.78 cm ³×1.262g/cm ³×100%=19.9g)。當充填率為120%時，所需之粉料的重量則為23.9g(19.9g×120%=23.9g)。

在一些實施例中，充填率可為不小於100%且等於220%。當充填率為前述之範圍時，粉料量不足或過多所導致之無法壓塊成型可被避免，而可提升評估方法100評估壓塊成型設備之操作條件的效率。充填率之具體例可為120%、130%、140%、150%、160%、170%、180%、190%及200%。另外，可理解的，所述之充填率係指製造單一個塊狀試樣所需粉料的重量比例，故充填率的單位可為「%/塊」。

在一些實施例中，充填率(F，單位為%或%/塊)與壓塊成型設備之進料速度(V，即單位時間之進料重量)成正比。詳述之，評估方法100係藉由調整充填於試驗模具中之粉料的重量(即充填率)模擬壓塊成型設備之進料速度。

在一些具體例中，充填率與進料速度所呈現之正比關係如下式(I)所示：

(I)。

於上式(I)中，a為常數因子(單位為1/時間)，a的數值依充填率與進料速度所決定；b為100%的充填率所需之粉料的重量，其單位相同於進料速度中之重量單位。

當充填率與進料速度所呈現之正比關係如式(I)所示時，可提升評估方法100的準確率。在一些實施例中，充填率係以改變粉料的重量來做調整。

在一些實施例中，於步驟110前、期間或後，可選擇性充填黏著劑至試驗模具，此黏著劑係用以黏著粉料，以提升粉料的成型性。在一些具體例中，在充填黏著劑至試驗模具之期間或後，藉由攪拌均勻混合黏著劑與粉料。

在一些實施例中，黏著劑之使用量係基於粉料之重量為基準而求得。在一些具體例中，基於粉料之重量為100%，黏著劑之使用量可為但不限於5%、10%、15%、20%及25%。

在一些實施例中，試驗模具係採用與壓塊成型設備的生產模具相同之材質及尺寸，以提升評估方法100的準確率。換句話說，試驗模具之材質及尺寸係對應於壓塊成型設備之生產模具之材質及尺寸。在一些具體例中，試驗模具之材質可為不銹鋼、鋼材或鐵材。在一些具體例中，試驗模具之形狀可為柱狀、球型或不規則的形狀。例如：體積為15.78cm ³之球窩。

在一些實施例中，施加於試驗模具之荷重可與壓塊成型設備中施加於生產模具之荷重相同。當施加於試驗模具之荷重與施加於生產模具之荷重相同時，可提升評估方法100的準確率。在一些具體例中，荷重可為數十公斤重或幾噸，例如：4.2至46.2噸。在一些實施例中，荷重可為3噸至55噸，以提升評估方法100的準確率。較佳地，荷重可為4噸至53噸。此外，施加荷重於試驗模具之方式可為具有通常知識者所慣用之方式，例如：使用油壓機。

在一些實施例中，對試驗模具所施加之荷重與壓塊成型設備之線壓力(亦稱作線壓比)成正比。詳述之，評估方法100係調整對試驗模具所施加之荷重來模擬壓塊成型設備之線壓力，因此對試驗模具所施加之荷重與壓塊成型設備之線壓力成正比，而可提升評估方法100的準確率。

在一些實施例中，線壓力可為0.2噸/公分至15噸/公分，以提升粉料壓塊成型之評估方法100的準確率。較佳地，線壓力可為1噸/公分至12噸/公分。

在一些具體例中，荷重可為重量，其單位例如可為mg、g、kg，或者其他具有通常知識者所慣用之單位。線壓力可為每單位長度之重量，例如可為mg/cm、g/cm、kg/cm、噸/公分，或者其他具有通常知識者所慣用之單位。

在一些具體例中，對試驗模具所施加之荷重(L)與壓塊成型設備之線壓力(P)呈現正比關係，如下式(A)所示：

(A) 於上式(A)中，D代表生產模具的尺寸在壓塊成型設備之壓製方向上之長度，其單位相同於線壓力的單位中之長度單位。

在一些實施例中，當試驗模具之尺寸等於壓塊成型設備之生產模具之尺寸時，線壓力可藉由對試驗模具所施加之荷重除以生產模具在壓塊成型設備之壓製方向上之長度而求得。藉此，可準確地預期出壓塊成型設備之線壓力，從而提升評估方法100的準確率。在一些具體例中，線壓力係以對球塊試樣施壓之荷重除以壓塊成型機之有效球窩長度而求得。

塊狀試樣的尺寸及形狀係相對應於試驗模具。關於塊狀試樣的尺寸及形狀，請參閱試驗模具的尺寸及形狀之描述，於此不再贅述。

請再參閱圖1，在步驟110後，測量塊狀試樣之耐摔落強度，並以耐摔落強度評估粉料之充填率及荷重，以獲得利用壓塊成型設備壓製粉料之操作條件，如步驟120所示。

耐摔落強度係以經耐摔落強度試驗後塊狀試樣之破碎物的重量所對應之評價分數來評量。詳述之，塊狀試樣從特定高度自然摔落後，再以塊狀試樣摔落後之破碎物的重量所對應之評價分數來評量塊狀試樣之耐摔落強度。當耐摔落強度不以前述之評價分數評量時，則無法針對不同類型之粉料所壓製之成品的要求(例如：成型性或機械強度)，找到壓塊成型設備之適合的操作條件。

舉例而言，對於耐摔落強度要求不高的成品(例如：球狀巧克力)與要求高的成品(例如：藥錠)所規範之耐摔落強度的及格分數將明顯不同，即要求不高的成品之及格分數將小於要求高的成品之及格分數。

在一些具體例中，前述之特定高度可為1公尺，或者具有通常知識者所慣用之高度。如前所述，此特定高度亦隨著不同類型之粉料所壓製之成品的要求而有所不同。

在一些實施例中，前述之評價分數係以破碎物的重量佔完整塊狀試樣的原始總重量之百分比(wt.%)來評分，其評分級距詳列於下表1中。

表1

破碎程度級距	破碎物的重量佔完整塊狀試樣的原始總重量之百分比	給分
未破損	99.9〜100	20分/次
第1級距	99.9〜90	18分/次
第2級距	90〜80	16分/次
第3級距	80〜70	14分/球塊
第4級距	70〜60	12分/球塊
第5級距	60〜50	10分/球塊
第6級距	50〜40	8分/球塊
第7級距	40〜30	3分/球塊
第8級距	30〜20	2分/球塊
第9級距	20〜10	1分/球塊
第10級距	＜10*	-0.5分/重量百分比

註：*代表重量不大於10重量百分比之破碎物，以及粉末狀破碎物。註：端點值屬於上一個級距，例如：20百分比屬於第8級距。

就評價分數而言，分數愈高者耐摔落強度愈強，因此破碎物重量愈重者給予愈高的分數。其次，若粉料可壓塊成型，則給予基本分數20分。再者，將不大於10wt.%之破碎物視為已粉末化，故給予之分數為負值。

在一些實施例中，操作條件可包含壓塊成型設備之進料速度或線壓力及其操作範圍，或者黏著劑的使用量及其操作範圍。當操作條件包含前述之操作條件時，可提升評估方法100的應用性。

在另一些實施例中，操作條件可選擇性包含粉料配方及其添加量，而使評估方法100具有更佳的應用性。前述之粉料配方可包含粉料與添加劑的比例。在一些具體例中，添加劑可包含香料及色素。

以下利用實施例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。

實施例

球塊試樣之製備

球塊試樣之製備係依據下表3所示之填充率，將集塵粉(其密度為1.262g/cm ³)填充至試驗模具(即球窩模具)，其形狀及尺寸相同於用於生產集塵粉造瑰之壓塊成型機的生產模具(體積為15.78cm ³)。在組裝試驗模具後，根據下表3所示之荷重，利用單軸油壓機施加荷重至試驗模具，以壓製球塊試樣。然後，釋放前述之荷重及將球塊試樣從試驗模具中脫模。

耐摔落強度試驗

耐摔落強度試驗係將經過秤重之球塊試樣置於1公尺高度的位置，然後使其自然摔落至摔落平台上，再以摔落後之破碎物的重量判定球塊試樣的耐摔落強度，其中耐摔落強度係以前述表1之級距來評分。

詳述之，當此充填率的粉料可壓塊成型，先給予基本分數(20分)。然後，進行第1次摔落，秤量摔落後最大破碎物的重量，並依據最大破碎物的重量與表1之級距，給予第一次摔落的評價分數。舉例而言，最大破碎物的重量落在第2級距時，第一次摔落之分數為16分，其餘破碎物不計重亦不計分。然後，以最大破碎物進行第2次摔落，經過第2次摔落之最大破碎物沒有破碎，故最大破碎物的重量依然落在第2級距，而給予16分。

相同地，進行第3次摔落，經過第3次摔落之最大破碎物沒有破碎，而仍給予16分。然後，以經過第3次摔落之最大破碎物進行第4次摔落，此最大破碎物破碎成3個碎片及一些粉末，依照此3個碎片的重量所落在之級距給予分數，且由於已發生粉末化的現象而給予扣分。將所有分數加總後，此總和即為球塊試樣之摔落強度，其評價結果詳列於下表2中。

表2

摔落次數	第0次摔落	第1次摔落	第2次摔落	第3次摔落	第4次摔落
摔落結果	完整單顆球塊試樣	最大破碎物的重量落在第2級距	最大破碎物沒有破碎	最大破碎物沒有破碎	第1個碎片的重量為13.5g，第2個碎片的重量為6.6g，第3個碎片的重量為5.1g，粉末的重量為0.4g
重量	完整單顆球塊試樣的重量為31.3g	25.6g 25.6/31.3=81.8%	25.6g 25.6/31.3=81.8%	25.6g 25.6/31.3=81.8%	13.5/31.3=43.1% 6.6/31.3=21.1% 5.1/31.3=16.3% 0.4/31.3=1.3%
評分明細	給予基本分數20分	給予16分	給予16分	給予16分	給予8+2+1-(0.5×1.3)=10.35
小計	20分	16分	16分	16分	10.35分
總計	78.35分/塊

相同地，取9顆球塊式樣分別進行前述之耐摔落強度試驗。然後，將此10個球塊式樣之結果之極大及極小值刪除後，再使用平均值來代表此批球塊試樣之耐摔落強度。

表3

		充填率(%)
線壓力 (噸/公分)	荷重(噸)	120	130	140	150	160	170	180	190	200
1	4.2	●		●		●		●		●
2	8.4	×	×	×
3	12.6			×	●	●
4	16.8				×
5	21.0				×	●	●
6	25.2					●				●
7	29.4
8	33.6					●
9	37.8
10	42.0					●		●		●
11	46.2					×
12	50.4

請參閱表3，其呈現實施例之球塊試樣於相應的充填率及線壓比之評估結果，粗線框內之壓塊成型參數為建議之操作條件範圍，而粗線框外之壓塊成型參數則為不建議之操作條件範圍，其中「●」與「×」為實際進行試驗的參數。藉由實際進行試驗，可驗證實施例之評估方法的準確率為100%，即實際試驗的結果與評估方法的結果一致。

綜上所述，本發明之評估粉料壓塊成型之條件的方法係壓製粉料成塊狀試樣並根據其耐摔落強度評估粉料之充填率及對於試驗模具所施加之荷重，以有效地獲得利用壓塊成型設備壓製粉體之操作條件。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:方法 110,120:步驟

為了對本發明之實施例及其優點有更完整之理解，現請參照以下之說明並配合相應之圖式。必須強調的是，各種特徵並非依比例描繪且僅係為了圖解目的。相關圖式內容說明如下：圖1係繪示根據本發明之一實施例的評估粉料壓塊成型之條件的方法之流程圖。

100:方法

110,120:步驟

Claims

一種評估粉料壓塊成型之條件的方法，包含：充填一粉料至一試驗模具，且施加一荷重至該試驗模具，以壓製該粉料成一塊狀試樣；以及測量該塊狀試樣之一耐摔落強度，並以該耐摔落強度評估該粉料之一充填率及該荷重，以獲得利用一壓塊成型設備壓製該粉料之該條件；當該試驗模具之一尺寸等於該壓塊成型設備之一生產模具之一尺寸時，該線壓力滿足下述之關係式(A)：P=L/D(A)其中P代表該線壓力，其單位為單位長度上所施加之重量，L代表該荷重，其單位為重量單位，且D代表該生產模具的該尺寸在該壓塊成型設備之一壓製方向上之一長度。
如請求項1所述之評估粉料壓塊成型之條件的方法，其中該試驗模具之一材質係對應於該壓塊成型設備之一生產模具之一材質。
如請求項1所述之評估粉料壓塊成型之條件的方法，其中該充填率係基於該粉料填滿於該試驗模具之一重量為基準而求得。
如請求項1所述之評估粉料壓塊成型之條件的方法，其中該充填率與該壓塊成型設備之一進料速度成正比。
如請求項1所述之評估粉料壓塊成型之條件的方法，其中該耐摔落強度係以該塊狀試樣之一破碎物的一重量所對應之一評價分數求得。
如請求項4所述之評估粉料壓塊成型之條件的方法，其中在充填該粉料至該試驗模具之前、期間或之後，該方法更包含充填一黏著劑至該試驗模具，且該條件包含該黏著劑之一使用量、該進料速度或該線壓力。