CN112354631A - 一种基于等离子场的球磨装置及方法 - Google Patents

一种基于等离子场的球磨装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明适用于球磨技术领域。本发明公开一种基于等离子场的球磨装置及方法，其中基于等离子场的球磨装置包括密封状态的研磨筒，该研磨筒设有分离器和与驱动轴连接的分散器，所述研磨筒设有能使研磨腔产生等离子场的等离子体发生器，该等离子体发生器包括DBD等离子体电源，所述等离子场位于DBD等离子体电源的阳极和阴极之间。研磨时分散装置，使物料与研磨球及物料与物料接触碰撞，使物料碎裂或表面形成不规则结构，当表面不规则的物料等处于由气体产生等离子体形成等离子场时，高速运动的物料在等离子场内，物料既与研磨介质间有机械作用力，又能充分与等离子体间产生作用，形成复合作用，从而大幅度提高研磨的效率。

Description

一种基于等离子场的球磨装置及方法
技术领域
本发明涉及一种球磨技术领域，特别涉及一种基于等离子场的球磨装置及方法。
背景技术
现有研磨装置通常两种研磨环境，一是湿法研磨，二是干法研磨，无论哪种研磨都是通过研磨介质与物料接触碰撞达到需要的大小，其中研磨介质通常采用研磨球，如锆球等，该研磨介质通常是根据研磨物料选择适当的材质的研磨球来研磨。
由于采用湿法研磨存在一个重要缺陷，研磨的物料输出后不能直接使用，需要后续工艺对液体如水份去除，如脱水工艺等，且脱水后超细物料容易形成团聚，形成较大的团状结构，需要再次对团状结构进行分散，增加工艺难度，降低生产效率。而采用干法研磨，输出的物料可以直接使用，也不会产生团聚现象。
目前干法研磨通过使物料和研磨介质产生运动，并在运动中产生接触碰撞，从而实现粉碎研磨。然而，介质和物料的运动速度受外部动力限制，不可能无限增大，同时研磨过程都是通过介质与物料间的机械力作用，研磨机制单一，从而导致其研磨的效率低。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种基于等离子场的球磨装置及方法，该基于等离子场的球磨装置可以提高研磨效率。
为了解决上述问题，本发明提供一种基于等离子场的球磨装置，该基于等离子场的球磨装置包括密封状态的研磨筒，该研磨筒设有分离器和与驱动轴连接的分散器，所述研磨筒设有能使研磨腔产生等离子场的等离子体发生器和在等离子体发生器作用下产生等离子体的介质，该等离子体发生器包括DBD等离子体电源，所述等离子场位于DBD等离子体电源的阳极和阴极之间。
进一步地说，所述DBD等离子体电源的阳极分布于研磨筒内壁呈筒状结构，阴极设置于分离器表面或分离器内部。
进一步地说，所述DBD等离子体电源的阴极设置于分离器内部，阳极设于研磨筒内侧或分离器表面。
进一步地说，所述介质为单一气体。
进一步地说，所述单一气体包括氩气、氮气、CO2。
进一步地说,所述球磨装置还包括对研磨过程中产生热量进行散热的散热装置。
进一步地说,所述球磨***还包括对研磨筒进行散热的散热装置，该散热装置包括在研磨筒侧面设有与水冷器连接的水冷回路。
进一步地说,所述研磨筒还设有检测研磨筒内压力的压力传感器和控制研磨筒内压力平衡的压力补偿机构，以及与压力传感器和压力补偿机构信号连接的控制器，当压力传感器检测到研磨筒内压力增加时，压力补偿机构在控制器控制下处于泄压至预设值，当压力低于预设值压力补偿机构向研磨筒内补充与研磨筒内一致的气体。
进一步地说,所述压力补偿机构包括控制与研磨筒连接的压力补偿管路的电磁阀和配合电磁阀工作的气泵，以及与气泵连接的气体储存容器。
进一步地说,所述研磨筒内压力小于一个标准大气压，为0.8－0.9 个标准气压。
进一步地说,所述球磨装置还包括对研磨完成的物料进行卸料的卸料装置，该卸料装置包括通过进料口与研磨筒连通的风机和通过出料口与研磨筒连通的收料筒。
进一步地说,所述球磨装置还包括对研磨筒内研磨介质进行观察的可视化观察机构。
进一步地说,所述可视化观察机构包括与研磨筒连接的观察筒，在该观察筒内设有透明介质。
进一步地说,所述透明介质包括PVC、玻璃。
进一步地说,所述研磨筒与进料口之间设有进料器，该进料器表面设有螺旋进料槽。
本发明还提供一种基于等离子场球磨方法，该基于等离子场球磨方法包括，
建立研磨分散场步骤，使物料和研磨介质在研磨腔内处于高速分散的机械运动状态；
研磨分散场内建立研磨复合场步骤，使密封的研磨腔内介质形成等离子体，并在研磨分散场内叠加建立由等离子体形成的等离子场，形成研磨复合场。
进一步地说,所述基于等离子场球磨方法还包括排料步骤，将研磨完成的物料排出。
进一步地说,所述建立研磨复合场步骤还包括，先将密闭的研磨筒抽真空后再注入能够介质阻挡放电的气体后形成研磨分散场，再在研磨分散场内将使气体变换为等离子体，形成等离子场与研磨分散场叠加状态的研磨复合场，处于研磨复合场的物料能产生复合作用。
进一步地说,所述球磨方法包括还包括研磨时保持研磨筒内压力较小波动的压力补偿步骤，所述压力补偿步骤包括当压力大于波动预设上限值时，对研磨筒进行减压至预设范围内，当压力小于波动预设下限值时，对研磨筒进行增压至预设范围内。
本发明基于等离子场球磨装置及方法，其中基于等离子场球磨装置包括密封状态的研磨筒，该研磨筒设有分离器和与驱动轴连接的分散器，所述研磨筒设有能使研磨腔产生等离子场的等离子体发生器和在等离子体发生器作用下产生等离子体的介质，该等离子体发生器包括DBD等离子体电源，所述等离子场位于DBD等离子体电源的阳极和阴极之间。研磨时分散装置，使物料与研磨球及物料与物料接触碰撞，使物料碎裂或表面形成不规则结构，当表面不规则的物料等处于由DBD等离子体电源的阳极和阴极之间由气体产生等离子体形成等离子场时，高速运动的物料处于分散状态下，在等离子场内与等离子体间充分作用，如正负电荷中和能量释放等，使物料表面不规则部分分离，形成更小的物料，从而提高研磨的效率。也就是说在等离子场内，物料既与研磨介质间产生机械作用力，又能充分与等离子体之间产生作用，形成复合作用，通过实验验证，该复合作用不是简单的一加一等二，而是远大于二的效果。所述压力补偿机构可以保持研磨腔内由等离子体形成的等离子场的稳定，从而保证在复合研磨时，产生更好效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，描述中的附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是基于等离子场球磨装置第一实施例沿轴方向剖视结构示意图。
图2是基于等离子场球磨装置第二实施例沿轴方向剖视结构示意图。
图3是基于等离子场球磨装置第三实施例沿轴方向剖视结构示意图。
图4是球磨方法实施例流程意图。
图5是研磨分散场内建立研磨复合场实施例流程意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明的权利要求做进一步的详细说明，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提出所获得的所有其他实施例，也都属于本发明保护的范围。
需要理解的是，在本发明的描述中，所有方向性指示的术语，如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系基于附图所示的方位或位置关系或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，不能理解为对本发明的限制。仅用于解释在附图所示下各部件之产的相对位置关系，运动情况等，当该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也可能随之改变。
此外，本发明中序数词，如“第一”、“第二”等描述仅用于区分目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或隐含指示所指示的技术特征的数量。由此限定“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含和至少一个该技术特征。在本发明描述中，“多个”的含义是至少两个，即两个或两个以上，除非另有明确体的限定外；“至少一个”的含义是一个或一个以及上。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1和图2所示，本发明提供一种基于等离子场球磨装置实施例。
该基于等离子场球磨装置包括密封状态的研磨筒1，该研磨筒1设有分离器4和与驱动轴2连接的分散器3，所述研磨筒1设有能使研磨腔产生等离子场的等离子体发生器和在等离子体发生器作用下产生等离子体的介质，该等离子体发生器包括DBD等离子体电源，所述等离子场位于DBD等离子体电源的阳极和阴极之间。
具体地说，所述等离子体发生器采用现有等离子发生器，本实施例等离子体发生器采用DBD(Dielectric Barrier Discharge，介质阻挡放电) 等离子体电源产生等离子体，该DBD等离子体电源的阳极5分布于研磨筒1 内壁呈筒状结构，该DBD等离子体电源的阴极6设置于分离器4内部。所述介质为单一气体，介质包括但不限于氩气、氮气、CO2等气体。
所述球磨装置包括与研磨筒1连通的进料口9和出料口7，所述驱动轴2一端与驱动电机连接(附图未标示)，另一端位于研磨筒1内与分散器 3连接，通过驱动电机带动驱动轴2转动，进而带动分散器3高速转动实现研磨筒1内的研磨介质如研磨球和研磨物料分散研磨。在驱动电机与研磨筒1 之间设有轴承机构11，该驱动轴2与研磨筒1之间设有机械密封机构12，其中所述机械密封机构12和轴承机构11不是本发明要点，其可以采用现有技术来实现，其具体的结构不再赘述。
所述进料口9与研磨筒1之间设有进料器10，该进料器10表面设有螺旋进料槽，由于设置有螺旋进料槽可以在进料时均匀，在分散研磨时研磨球与物料分散更均匀，从而实现更好研磨效果。同时采用螺旋进料槽渐进进料，不容易堵塞进料通道。而且，由于进料通道采用螺旋进料槽结构，其进料通道长，更容易在进料方向上形成气密性。
研磨时，先通过进料口9向研磨筒1送进物料，最好再将研磨筒1密封后抽真空状态后注入可以通过DBD等离子体电源形成等离子体的单一气体，该介质包括但不限于氩气、氮气、CO2等气体。使研磨筒1稍小于标准气压，如研磨筒1内气压为0.8－0.9个标准气压。
在驱动电机带动下，使分散器3高速转动，从而带动所述研磨介质 (研磨球)和物料高速运动，物料与研磨球及物料与物料接触碰撞，使物料碎裂或表面形成不规则结构。同时控制DBD等离子体电源工作，当表面不规则的物料等处于在研磨筒内由气体产生等离子体形成等离子场时，即由DBD 等离子体电源的阳极和阴极之间由气体产生等离子体形成等离子场时，高速运动的物料处于分散状态下，在等离子场内与等离子体间充分作用，如正负电荷中和能量释放等，使物料表面不规则部分分离，形成更小的物料，从而提高研磨的效率。也就是说在等离子场内，物料既与研磨介质间产生机械作用力，又能充分与等离子体之间产生作用，形成复合作用，从而大幅度提高研磨的效率。
所述DBD等离子体电源的阴极6和阳极5可以根据需要进行设置。
如图3所示，所述DBD等离子体电源的阴极6设置于分离器4表面， DBD等离子体电源的阳极5设于研磨筒1内侧，其他结构不变，基工作原理相同，不再赘述。
根据需要，所述DBD等离子体电源的阴极6设置于分离器4内部， DBD等离子体电源的阳极5设于分离器4表面，其他结构不变，基工作原理相同，不再赘述。
由于该球磨适用干法研磨，在研磨时会产生较多的热量，需要将该热量进行散开，因而所述球磨装置还包括对研磨过程中产生热量进行散热的散热装置。该散热装置包括在研磨筒1侧面设有与水冷器连接的水冷回路，即所述研磨筒1圆周方向设有外筒体13，该外筒体13与研磨筒1之间设有冷却通道14，该冷却通道14两端分别与水冷器连通，该水冷器采用现有技术，如包括一个热交换器，该热交换器进水口与冷却通道14出液口连通，热交换器出水口与冷却通道14进液口连通，该热交换器浸没在热交换液中。所述水冷器采用现有常规技术，如设置在液体体内的热交换器等。
为了保证产生稳定的等离子场，所述研磨筒1还设有检测研磨筒内 1压力的压力传感器(附图未标示)和控制研磨筒内压力平衡的压力补偿机构 (附图未标示)，以及与压力传感器和压力补偿机构信号连接的控制器(附图未标示)，当压力传感器检测到研磨筒内压力增加时，压力补偿机构在控制器控制下处于泄压至预设值，当压力低于预设值压力补偿机构向研磨筒内补充与研磨筒气体一致的气体。所述压力补偿机构包括控制研磨筒压力的电磁阀 (附图未标示)和配合电磁阀工作的气泵(附图未标示)，以及与气泵连接的气体储存容器，所述气体储存容器存在的气体与研磨筒1产生等离子体的气体相同。所述电磁阀、气泵和气体储存容器分别采用现有技术来实现。由于所述压力补偿机构可以保持研磨腔内由等离子体形成的等离子场的稳定，从而保证在研磨时，产生更好效果。
根据需要，所述球磨装置还包括对研磨完成的物料进行卸料的卸料装置(附图未标示)，该卸料装置包括通过进料口9与研磨筒1连通的风机(附图未标示)和通过出料口7与研磨筒1连通的收料筒(附图未标示)。通过进料口9向研磨筒1内侧注入流动的空气，将研磨筒1内的粉状物料从出料口7 吹出，从而实现排料，未研磨完成的物料则被分离器进行过滤留在研磨筒内，进行下一次研磨。
根据需要，所述球磨装置还包括对研磨筒1内研磨状态进行观察的可视化观察机构，该可视化观察机构包括与研磨筒1连接的观察筒8，在该观察筒8内设有透明介质(附图未标示)，该透明介质包括玻璃、PVC等透光材料。
如图4和图5所示，本发明还提供一种基于等离子场球磨方法，该基于等离子场球磨方法包括，
S1步骤,建立研磨分散场，向研磨腔内注入物料和研磨介质，使物料和研磨介质在研磨腔内处于高速分散的机械运动状态，其中所述研磨分散场是指通过分散轮等机械构件将研磨介质如研磨球和物料进行分散状态，并使物料、研磨介质间产生机械作用而粉碎过程的空间；具体地说，通过驱动电机带动下，使分散器3高速转动，从而带动所述研磨介质(研磨球)和物料高速运动，物料与研磨球及物料与物料接触碰撞形成研磨分散场，在该研磨分散场内在机械作用力下，物料碎裂或表面形成不规则结构。
S2步骤,研磨分散场内建立研磨复合场，使密封的研磨腔内介质形成等离子体，并在研磨分散场内叠加建立由等离子体形成的等离子场，形成研磨复合场，其中所述等离子场是指可以在等离子发生器作用下，能产生等离子体分布的空间。
S3步骤,排料步骤，将研磨完成的物料排出，具体地说，通过向研磨筒内注入气流，将粉末状物料从出料口排出，未研磨完成的物料进入下一研磨循环。
所述S1步骤建立研磨分散场,通过驱动电机带动与驱动轴连接的分散轮或分散器高带转动，从而将研磨筒或研磨腔内的研磨介质和物料高速分散运动，形成研磨分散场，在该研磨分散场内，物料、介质之间相互机械作用，使物料表面形成不规则结构或形成碎块。
所述S2步骤,建立研磨复合场具体包括，
S21步骤，将密闭的研磨筒抽真空后再注入能介质阻挡放电的气体，具体地说，在密封的研磨筒1内注入产生低温等离子体的气体如氩气、氮气、CO2等气体。并对分布有分散物料的空间建立由注入气体形成的等离子体的等离子场，使研磨运动状态下的物料分布于等离子场内，在该等离子场区域内形成物料间、物料与等离子体间复合作用。
S22步骤，在研磨分散场内将研磨腔内使气体变换为等离子体，形成等离子场与研磨分散场叠加状态，处于等离子场内物料表面既与等离子相互作用，又产生机械作用。
具体地说，在密封的研磨分散场内，即分布有机械运动的物料和介质的空间，通过DBD等离子体电源在研磨筒内使特定气体如氩气、氮气、CO2等气体电离产生等离子体形成等离子场时，由于两个场处于叠加态，处于等离子场内高速运动的物料间既有机械作用力，又与等离子场内的等离子体间充分作用，如正负电荷中和能量释放等，使机械作用时物料表面形成不规则部分分离，形成更小的物料，从而提高研磨的效率。也就是说在等离子场和研磨分散场内，物料既与研磨介质间产生机械作用力，又能充分与等离子体之间产生作用，形成复合作用，从而大幅度提高研磨的效率。
根据需要，所述球磨方法还包括研磨时保持研磨筒内压力较小波动的压力补偿步骤，具体地说，所述压力补偿步骤包括当压力大于波动预设上限值时，对研磨筒进行减压至预设范围内，当压力小于波动预设下限值时，对研磨筒进行增压至预设范围内。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或替换，并还使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (17)

1.基于等离子场的球磨装置，其特征在于，包括密封状态的研磨筒内设有分离器和与驱动轴连接的分散器，所述研磨筒设有能使研磨腔产生等离子场的等离子体发生器和在等离子体发生器作用下产生等离子体的介质，该等离子体发生器包括DBD等离子体电源，所述等离子场位于DBD等离子体电源的阳极和阴极之间。
2.根据权利要求1所述的基于等离子场球磨装置，其特征在于：所述DBD等离子体电源的阳极分布于研磨筒内壁呈筒状结构，阴极设置于分离器表面或分离器内部。
3.根据权利要求1所述的基于等离子场的球磨装置，其特征在于：所述DBD等离子体电源的阴极设置于分离器内部，阳极设于研磨筒内侧或分离器表面。
4.根据权利要求1所述的基于等离子场的球磨装置，其特征在于：所述介质为单一气体。
5.根据权利要求4所述的基于等离子场的球磨装置，其特征在于：所述单一气体包括氩气、氮气、CO2。
6.根据权利要求1所述的基于等离子场的球磨装置，其特征在于：所述球磨装置还包括研磨过程中产生热量进行散热的散热装置。
7.根据权利要求6所述的基于等离子场的球磨装置，其特征在于：所述散热装置包括在研磨筒侧面设有与水冷器连接的水冷回路。
8.根据权利要求1所述的基于等离子场的球磨装置，其特征在于：所述研磨筒还设有检测研磨筒内压力的压力传感器和控制研磨筒内压力平衡的压力补偿机构，以及与压力传感器和压力补偿机构信号连接的控制器，当压力传感器检测到研磨筒内压力增加时，压力补偿机构在控制器控制下处于泄压至预设值，当压力低于预设值压力补偿机构向研磨筒内补充与研磨筒内一致的气体。
9.根据权利要求8所述的基于等离子场的球磨装置，其特征在于：所述压力补偿机构包括控制研磨筒压力的电磁阀和配合电磁阀工作的气泵，以及与气泵连接的气体储存容器。
10.根据权利要求9所述的基于等离子场的球磨装置，其特征在于：所述研磨筒内压力小于一个标准大气压。
11.根据权利要求1所述的基于等离子场的球磨装置，其特征在于：所述球磨装置还包括对研磨完成的物料进行卸料的卸料装置，该卸料装置包括通过进料口与研磨筒连通的风机和通过出料口与研磨筒连通的收料筒。
12.根据权利要求1所述的基于等离子场的球磨装置，其特征在于：所述球磨装置还包括对研磨筒内研磨介质进行观察的可视化观察机构。
13.根据权利要求1所述的基于等离子场的球磨装置，其特征在于：所述研磨筒与进料口之间设有进料器，该进料器表面设有螺旋进料槽。
14.基于等离子场的球磨方法，包括，
建立研磨分散场步骤，使物料和研磨介质在研磨腔内处于高速分散的机械运动状态；
研磨分散场内建立研磨复合场步骤，使密封的研磨腔内介质形成等离子体，并在研磨分散场内叠加建立由等离子体形成的等离子场，形成研磨复合场。
15.根据权利要求14所述的基于等离子场的球磨方法，其特征在于：所述基于等离子场球磨方法还包括排料步骤，将研磨完成的物料排出。
16.根据权利要求14所述的基于等离子场的球磨方法，其特征在于：所述建立研磨复合场步骤还包括，先将密闭的研磨筒抽真空后再注入能够介质阻挡放电的气体后形成研磨分散场，再在研磨分散场内将使气体变换为等离子体，形成等离子场与研磨分散场叠加状态的研磨复合场，处于研磨复合场的物料能产生复合作用。
17.根据权利要求14所述的基于等离子场的球磨方法，其特征在于：所述压力补偿步骤包括当压力大于波动预设上限值时，对研磨筒进行减压至预设范围内，当压力小于波动预设下限值时，对研磨筒进行增压至预设范围内。
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