CN110882657B - 一种盘旋式凹-凸椭柱组合结构氮化硅粉体干-湿制粒智能装置 - Google Patents

一种盘旋式凹-凸椭柱组合结构氮化硅粉体干-湿制粒智能装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种盘旋式凹‑凸椭柱组合结构氮化硅粉体干‑湿制粒智能装置，包括支承***、搅拌***、喷雾***、智能控制***；通过在盘旋式凹‑凸椭柱组合结构高速正向旋转、分离式椭形制粒室筒体反向旋转的同时，通过雾化喷嘴将雾化液均匀喷出，促使氮化硅粉体成团，直接形成氮化硅坯料颗粒。本发明将“球磨‑喷雾”原理与高速搅拌制粒原理相结合，有效提高了制粒效果、颗粒性能和颗粒的球形度，而且无需干燥过程，也避免了粉尘的产生，不仅节约了能耗、降低了污染，同时也扩大了适用性。

Description

一种盘旋式凹-凸椭柱组合结构氮化硅粉体干-湿制粒智能 装置
技术领域
本发明涉及粉体制粒技术，尤其涉及一种氮化硅粉体制粒装置。
背景技术
氮化硅粉体材料具有热稳定性高、抗氧化能力强及产品尺寸精确度高等优异性能；且能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。正是由于氮化硅粉体材料的优异特性，常用它来制造轴承、机械密封环、轮机叶片、永久性模具等机械构件。氮化硅粉体制粒装置是将超细氮化硅粉体通过制粒技术转变为氮化硅颗粒的主要设备，优良的制粒结构及其设备对改善氮化硅颗粒机械性能有重要影响。
氮化硅“球磨-喷雾”湿法制粒工艺已广泛应用于陶瓷行业原料制备车间，该工艺是典型的高能耗、高污染、高投入、低产出的“三高一低”真实写照，严重制约陶瓷行业发展。其优点在于粉体的造粒过程和干燥过程同时进行，可广泛应用于各种行业的粉体制粒，如制药、食品、化工、矿业以及陶瓷工业等。缺点是颗粒强度较低，粒度较小。
氮化硅干法制粒工艺可省去陶瓷原料料浆球磨、料浆喷雾造粒干燥工序，直接将陶瓷原料粉磨至超细粉体，经干法造粒制粉工艺实现粉体团聚成坯料颗粒，可实现最大限度降低能耗、节约成本。然而，氮化硅干法制粉工艺制备的陶瓷坯料颗粒存在颗粒级配不易控制、颗粒流动性偏差、颗粒压缩率偏小、坯体强度偏低、混色均匀性差及成品率低等问题，是一直制约着干法造粒制粉工艺在陶瓷行业原料制备车间推广的根本原因。
现有的干法制粒装置将不可避免地导致粉尘产生，因而不适用于有毒害性或其他危险粉料的制粒。另一方面，现有的湿法制粒装置则需要制粒后再进行干燥，这将会浪费一些溶剂，且某些药物不能与水直接接触，或在干燥过程中再结晶形成其他结构，这都不适合湿法制粒的进行。
现有的制粒结构主要依靠圆柱形或圆锥形立柱结构，效率较低，制作出来的氮化硅颗粒球形度较差、合格率一般。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种盘旋式凹-凸椭柱组合结构氮化硅粉体干-湿制粒智能装置，将“球磨-喷雾”原理与高速搅拌制粒原理相结合，在盘旋式凹-凸椭柱组合结构高速正向旋转、分离式椭形制粒室筒体反向旋转的同时，通过雾化喷嘴将雾化液均匀喷出，促使氮化硅粉体成团，直接形成氮化硅坯料颗粒。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的一种盘旋式凹-凸椭柱组合结构氮化硅粉体干-湿制粒智能装置，包括支承***、搅拌***、喷雾***、智能控制***；
所述支承***包括底部支撑架、以及固定设置在底部支撑架上的支撑臂；
所述搅拌***包括第一电机、搅拌主轴、制粒室筒体、制粒室顶盖、V型带、第二电机；所述制粒室筒体与制粒室顶盖组成分离式椭形制粒室；所述制粒室筒体的底部固定连接在安装底座上、并通过卡座底盘安装在底部支撑架上；所述第二电机通过V带轮、V型带连接驱动安装底座和制粒室筒体旋转；所述搅拌主轴设置在制粒室内，其下部为盘旋式凹-凸椭柱组合结构；所述第一电机连接在搅拌主轴的顶端并驱动搅拌主轴旋转；
所述喷雾***包括雾化喷嘴、输送导管、雾化液溶液室、雾化电机；所述雾化液溶液室的出口经输送导管连接到雾化喷嘴，所述雾化喷嘴通过与制粒室顶盖的连接设置在制粒室内的上方；所述雾化电机连接控制雾化液溶液室的出口阀门；
所述智能控制***包括悬梁臂、连接轴、滑轨卡壁、可视化控制面板、滑轨、升降滑轨、单片机；所述滑轨和升降滑轨通过滑轨卡壁呈竖直设置在支撑臂上；所述滑轨卡壁内设置有连接驱动升降滑轨的升降滑轨电机；所述悬梁臂呈水平设置，其一端通过连接轴连接在升降滑轨的顶端；所述连接轴内设置有连接驱动悬梁臂旋转的悬梁臂电机；所述第一电机、雾化液溶液室设置在悬梁臂上；所述可视化控制面板设置在支撑臂上；所述单片机连接驱动控制第一电机、第二电机、雾化电机、升降滑轨电机、悬梁臂电机；
上述方案中，本发明所述盘旋式凹-凸椭柱组合结构由盘旋叶片、凹椭柱、凸椭柱组成，所述凹椭柱以等距离呈间隔竖直设置在盘旋叶片上，所述凸椭柱对应设置在凹椭柱的上方，两者的轴向呈90°。
进一步地，本发明所述制粒室筒体的底部与制粒室顶盖均为半圆形。
进一步地，本发明所述雾化喷嘴、输送导管均为二个，即右超声波雾化喷嘴、左超声波雾化喷嘴以及对应的右输送导管、左输送导管，所述右超声波雾化喷嘴与水平线呈45°，所述左超声波雾化喷嘴与右超声波雾化喷嘴对称设置。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明将“球磨-喷雾”原理与高速搅拌制粒原理相结合，在盘旋式凹-凸椭柱组合结构高速正向旋转、分离式椭形制粒室筒体反向旋转的同时雾化喷嘴将雾化液均匀喷出，直接形成氮化硅坯料颗粒。本发明无需干燥过程，也避免了粉尘的产生，不仅节约了能耗、降低了污染，同时也扩大了适用性。
(2)现有技术制粒装置大多采用圆柱形的或圆锥形的叶片，主要利用叶片与粉体的碰撞实现粉体凝聚成颗粒。本发明中采用盘旋式凹-凸椭柱组合结构，可使得氮化硅粉体进行翻滚状的“滚雪球”运动而促使氮化硅粉体成团，而且增加了粉体与盘旋式凹-凸椭柱组合结构的接触时间，有效提高了制粒效果、颗粒性能和颗粒的球形度。
(3)现有技术的制粒室基本采用圆柱筒状设计，其底部角落容易堆积粉体。本发明制粒室采用可分离椭式设计，避免了造粒室底部角落粉体堆积的现象，提高制粒效率。
附图说明
下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述。
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是图1所示实施例中盘旋式凹-凸椭柱组合结构的示意图(a：主视图；b：轴侧图)；
图3是图1所示实施例中智能控制***的原理框图；
图4是图1所示实施例中悬梁臂的旋转示意图。
图中：右轮毂1，底部支撑架2，V带轮3，安装底座4，卡座底盘5，制粒室筒体6，盘旋式凹-凸椭柱组合结构7，制粒室8，制粒室顶盖9，右超声波雾化喷嘴10，右超声波雾化喷嘴输送导管11，搅拌主轴12，第一电机13，雾化液溶液室14，悬梁臂15，连接轴16，滑轨卡壁17，左超声波雾化喷嘴输送导管18，左超声波雾化喷嘴19，可视化控制面板20，滑轨21，升降滑轨22，支撑臂23，V型带24，第二电机25，左轮毂26
具体实施方式
图1～图4所示为本发明一种盘旋式凹-凸椭柱组合结构氮化硅粉体干-湿制粒智能装置的实施例，包括支承***、搅拌***、喷雾***、智能控制***。
如图1所示，支承***包括底部支撑架2、以及固定设置在底部支撑架2上的支撑臂23。底部支撑架2的下面设置有两个右轮毂1和两个左轮毂26，以方便装置的移动。
如图1所示，搅拌***包括第一电机13、搅拌主轴12、制粒室筒体6、制粒室顶盖9、V型带24、第二电机25。制粒室筒体6与制粒室顶盖9组成分离式椭形制粒室8，其中，制粒室筒体6的底部与制粒室顶盖9均为半圆形。制粒室筒体6的底部固定连接在安装底座4上、并通过卡座底盘5安装在底部支撑架2上。第二电机25通过V带轮3、V型带24连接驱动安装底座4和制粒室筒体6旋转。搅拌主轴12设置在制粒室8内，其下部为盘旋式凹-凸椭柱组合结构7。第一电机13连接在搅拌主轴12的顶端并驱动搅拌主轴12旋转。
如图2所示，盘旋式凹-凸椭柱组合结构7由盘旋叶片7a、凹椭柱7b、凸椭柱7c组成，凹椭柱7b以等距离呈间隔竖直设置在盘旋叶片7a上，凸椭柱7c对应设置在凹椭柱7b的上方，两者的轴向呈90°。
如图1所示，喷雾***包括右超声波雾化喷嘴10、左超声波雾化喷嘴19、右输送导管11、左输送导管18、雾化液溶液室14。右超声波雾化喷嘴10、左超声波雾化喷嘴19分别通过右输送导管11、左输送导管18连接到雾化液溶液室14，并通过与制粒室顶盖的连接9对称设置在制粒室8内的上方，右超声波雾化喷嘴10、左超声波雾化喷嘴19与水平线分别呈45°、135°。雾化液溶液由添加剂和水组成，添加剂可以包括邻苯二甲酸二丁酯、海藻酸钠、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇，且添加剂的含量不超过雾化液总质量的3％。
如图1所示，智能控制***包括悬梁臂15、连接轴16、滑轨卡壁17、可视化控制面板20、滑轨21、升降滑轨22、单片机。滑轨21和升降滑轨22通过滑轨卡壁17呈竖直设置在支撑臂23上。滑轨卡壁17内设置有连接驱动升降滑轨22的升降滑轨电机。悬梁臂15呈水平设置，其一端通过连接轴16连接在升降滑轨22的顶端。连接轴16内设置有连接驱动悬梁臂15旋转的悬梁臂电机。第一电机13、雾化液溶液室14设置在悬梁臂15上。可视化控制面板20设置在支撑臂23上。单片机连接驱动控制第一电机13、第二电机25、雾化喷嘴、升降滑轨电机、悬梁臂电机。
本实施例单片机采用西门子PLC1200单片机，如图3所示，智能控制***还包括转速传感器、压力传感器、驱动器Ⅰ、驱动器Ⅱ、驱动器Ⅲ、驱动器Ⅳ、驱动器V。转速传感器用于采集各电机转速数据，并将数据传送至单片机，单片机根据传感器提供的数据，对各电机进行控制。驱动器Ⅰ用于接收单片机控制指令，控制第一电机13转动；驱动器Ⅱ接收单片机指令，控制驱动第二电机25转动；驱动器Ⅲ接收单片机传递的指令，用于控制悬梁臂电机控制悬梁臂15的转动角度；驱动器Ⅳ接收单片机指令，用于调控升降滑轨电机控制升降滑轨22的升降高度。当检测到第一电机13启动信号，之后将信号发送给驱动器V，由驱动器V驱动雾化电机打开雾化液溶液室14的出口阀门使雾化液从喷嘴喷出形成雾化液滴。压力传感器用于检测雾化液流入雾化喷嘴的压力，从而可对雾化液流量进行控制。
本实施例工作流程如下：
通过可视化控制面板20进行操作，按下按键启动装置，首先升起升降滑轨22，带动悬梁臂15将喷雾***、第一电机13、搅拌主轴12、制粒室顶盖9升离制粒室筒体6。然后启动悬梁臂电机，使悬梁臂15逆时针旋转(见图4)而离开制粒室筒体6，以方便添加氮化硅粉体原料至制粒室筒体6内。加入氮化硅粉体后，再次启动悬梁臂电机，使悬梁臂15顺时针旋转(见图4)回水平位置，再使升降滑轨22下降，将制粒室顶盖9与制粒室筒体6重合，回到初始位置。然后，启动第一电机13带动搅拌主轴12顺时针匀速转动，第二电机25带动制粒室筒体6逆时针匀速转动；之后启动雾化电机打开雾化液溶液室14的出口阀门，使雾化液从左雾化喷嘴19、右雾化喷嘴雾10喷出形成雾化液滴喷洒至制粒室8内，并控制喷洒时间。
在上述制粒过程中，氮化硅粉体在盘旋式凹-凸椭柱组合结构7的作用下，促使氮化硅粉体成团。其中，凹椭柱7b的凹弧可增加粉体与凹椭柱7c的接触时间，是促使氮化硅粉体转变为氮化硅颗粒的主要制粒结构；凸椭柱7c既可以起到搅拌作用，又可使粉体与凸椭柱7c有一段长弧接触，能够有效提高颗粒的球形度。这样，氮化硅粉体在盘旋叶片7a上做“滚雪球”运动的长时间接触，并在凹椭柱7b、凸椭柱结7c的共同作用下，由氮化硅粉体变为含水率在5～7％的氮化硅坯料颗粒。

Claims (2)

1.一种盘旋式凹-凸椭柱组合结构氮化硅粉体干-湿制粒智能装置，其特征在于：包括支承***、搅拌***、喷雾***、智能控制***；
所述支承***包括底部支撑架(2)、以及固定设置在底部支撑架(2)上的支撑臂(23)；
所述搅拌***包括第一电机(13)、搅拌主轴(12)、制粒室筒体(6)、制粒室顶盖(9)、V型带(24)、第二电机(25)；所述制粒室筒体(6)的底部与制粒室顶盖(9)均为半圆形，而组成分离式椭形制粒室(8)；所述制粒室筒体(6)的底部固定连接在安装底座(4)上、并通过卡座底盘(5)安装在底部支撑架(2)上；所述第二电机(25)通过V带轮(3)、V型带(24)连接驱动安装底座(4)和制粒室筒体(6)旋转；所述搅拌主轴(12)设置在制粒室(8)内，其下部为盘旋式凹-凸椭柱组合结构(7)，所述盘旋式凹-凸椭柱组合结构(7)由盘旋叶片(7a)、凹椭柱(7b)、凸椭柱(7c)组成，所述凹椭柱(7b)以等距离呈间隔竖直设置在盘旋叶片(7a)上，所述凸椭柱(7c)对应设置在凹椭柱(7b)的上方，两者的轴向呈90°；所述第一电机(13)连接在搅拌主轴(12)的顶端并驱动搅拌主轴(12)旋转；
所述喷雾***包括雾化喷嘴、输送导管、雾化液溶液室(14)、雾化电机；所述雾化液溶液室(14)的出口经输送导管连接到雾化喷嘴，所述雾化喷嘴通过与制粒室顶盖(9) 的连接设置在制粒室(8)内的上方；所述雾化电机连接控制雾化液溶液室(14)的出口阀门；
所述智能控制***包括悬梁臂(15)、连接轴(16)、滑轨卡壁(17)、可视化控制面板(20)、滑轨(21)、升降滑轨(22)、单片机；所述滑轨(21)和升降滑轨(22)通过滑轨卡壁(17)呈竖直设置在支撑臂(23)上；所述滑轨卡壁(17)内设置有连接驱动升降滑轨(22)的升降滑轨电机；所述悬梁臂(15)呈水平设置，其一端通过连接轴(16)连接在升降滑轨(22)的顶端；所述连接轴(16)内设置有连接驱动悬梁臂(15)旋转的悬梁臂电机；所述第一电机(13)、雾化液溶液室(14)设置在悬梁臂(15)上；所述可视化控制面板(20)设置在支撑臂(23)上；所述单片机连接驱动控制第一电机(13)、第二电机(25)、雾化电机、升降滑轨电机、悬梁臂电机。
2.根据权利要求1所述的盘旋式凹-凸椭柱组合结构氮化硅粉体干-湿制粒智能装置，其特征在于：所述雾化喷嘴、输送导管均为二个，即右超声波雾化喷嘴(10)、左超声波雾化喷嘴(19)以及对应的右输送导管(11)、左输送导管(18)，所述右超声波雾化喷嘴(10)与水平线呈45°，所述左超声波雾化喷嘴(19)与右超声波雾化喷嘴(10)对称设置。
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