用于处理材料或材料混合物的方法和设备的制作方法

专利名称：用于处理材料或材料混合物的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据本专利申请中后面提供的独立权利要求的前述部分的用于处理包含矿物质、纤维团块、再循环纤维、其它废品、废料或生物质(biomass)的不同材料或材料混合物的方法和设备。
背景技术：
以前，普遍使用以起到十分有效的研磨机或混合器功能的双动冲击式碾磨机原理操作的设备来处理各种材料和材料混合物。芬兰专利公开FI 94030 B、FI 105112 B和FI 105699 B以及PCT公开WO96/18454中早已提出了这种设备。
以双动冲击式碾磨机原理操作的设备可以用于处理各种固体物质或包含固体物质的混合物。例如，该设备可以用于研磨和浆化矿物质以及富纤维材料，用于在生物分解之前整理(defragment)含有各种生物材料的物质，或者用于混合泥状物、膏状物以及陶土。
在以双动冲击式碾磨机原理操作的设备中待处理的材料的停留时间是十分短的，通常少于0.1秒，这在许多工艺中是有利的。但是，在某些情况下，停留时间可能对于所希望的处理来说太短了。在这种情况下，必须进一步在单独的附加处理阶段中对处理材料进行处置。
单独的附加处理可能是必需的，例如，为了改善添加到待处理材料中的化学药品的所希望作用。例如，当添加到材料的化学药品没有足够的时间吸收到双动冲击式碾磨机内的物质时就是这种情况。
在以双动冲击式碾磨机原理操作的设备中，容易处理具有非常高干物质容量和/或高粘性的材料。但是，很难从设备卸出具有非常高干物质容量和/或高粘性的已处理材料并将其传送到下一工艺阶段。通过在两个或若干个以双动冲击式碾磨机原理操作的连续设备中处理材料已经实现了改善的结果，在这种情况下，已经可以将粘性降低到非常好水平。然而，当考虑到整个工艺时，如果根本不需要附加的进一步处理，或如果它们可以充分缩短将是有利的。
在芬兰专利FI94030中已经建议了一种解决以双动冲击式碾磨机原理操作的研磨机的材料卸料问题的方案。该解决方案实质上是待处理的材料在任何阶段都没有完全填充设备，即，材料保持间断，并且始终由空气包围。设备的材料容量一直保持很小。这个方法可以通过允许转子以高速旋转，通过从设备壁刮下所有材料，并且立即经相对大的卸料开口从设备卸出所有刮下的材料来实现。切向卸料管安装在卸料开口，卸料开口还可能安装开放螺旋桨(helix-screw)。设备的卸料开口的尺寸增加，甚至超过设备最外环的90％。因此，其目的是保证只要一遇到卸料开口所有的材料便容易并完全从设备卸出。

发明内容
本发明的目的是提出一种用于处理包含矿物质、纤维团块、再循环纤维、其它废品、废料或生物质的材料或材料混合物的改进方法和设备。该材料通常在以双动冲击式碾磨机原理或类似原理操作的设备中进行处理。
因此，该目的是提出一种使增加待处理材料在以双动冲击式碾磨机原理或其类似原理操作的设备中的停留时间成为可能的方法和设备。
该目的还提出一种使材料的有效附加处理成为可能的方法和设备。
而且，该目的是提出一种使基本减少对以双动冲击式碾磨机原理或其类似原理操作的设备之后的进一步处理的需求成为可能的方法和设备。
此外，该目的还提出一种能够对具有比早先以双动冲击式碾磨机原理或其类似原理操作的设备更高的干物质容量的材料进行处理的方法和设备。
为了实现上述目的，根据本发明的方法和设备的特征在于本专利申请后续提供的独立权利要求的特征部分。
根据本发明的典型设备包括以双动冲击式碾磨机原理或其类似原理操作的公知装置。
本设备通常包括外壳或类似结构，其包含进料开口以及至少一个与外壳的最外环关联的卸料开口，安装在外壳内部的装配有具有冲击面的叶片、销或类似结构的第一转子，并且该叶片或类似结构形成与所述转子共轴的一个或若干(通常至少两个)环，以及安装在外壳内部的与第一转子共轴的定子或者与第一转子共轴的以不同方向或不同速度旋转的转子，该定子或第二转子装配有具有冲击面的叶片、销或类似结构，并且该叶片或类似结构形成与所述定子或第二转子共轴的一个或若干(通常至少两个)环，该环与第一转子的环交错排列。
待处理材料经进料开口进料到处理设备，到由叶片环形成的轮毂内，一些待处理材料由此处在转子的作用下传送到由外叶片形成的环的最外环处，并且经位于外壳内的卸料开口从处理设备卸出。从外壳卸出的材料进一步使用卸料传送器(通常是卸料螺旋)传送到下一工艺阶段。
在根据本发明的设备中，在处理设备的卸料开口和卸料传送器之间存在空间，通常是小的有限空间，在该空间中，由正在从处理设备卸出的材料形成材料层并加以维持，这防止了待处理材料从处理设备自由输出。该材料层到达卸料开口，并且因此防止待处理的物质经卸料开口自由卸出。材料层以由移动材料形成的延迟元件的形式进行操作，并且限制所有到达卸料开口并正从处理设备卸出的材料。
然而，材料从材料层持续卸出到卸料传送器。相应地，仅相同数量的材料允许经卸料开口从处理设备的最外环传送到材料层，剩余的到达卸料开口的材料必须在没有从设备卸出的情况下绕过卸料开口。因此，材料层减慢(brake)、延迟或以其它方式调节，但没有完全防止材料从处理设备卸出。可以通过控制材料从材料层传送到卸料传送器来调节流经材料层的材料数量，即，从处理设备流到卸料传送器的材料。可以通过控制卸料传送器的操作来调节要从处理设备卸出的材料数量。使用控制元件可以调节卸料传送器的操作。当使用卸料螺旋桨时，可以使用例如增加或减少螺旋桨的旋转速度使得在处理设备内达到所希望的填充层位的控制元件。
此时，已经令人惊奇地发现，通过在卸料开口和卸料传送器之间保持由要从处理设备排出的材料形成的材料层，可以通过调节处理设备内的材料停留时间或填充层位来控制流经该层的材料数量。同时，可以调节处理设备内的材料处理或工艺时间。
通过增加经材料层的通流(through-flow)，处理设备内的材料停留时间以及填充层位降低。相应地，通过减少经材料层的通流，处理设备内的材料停留时间以及填充层位提高。通过增加停留时间和填充层位，可以比先前更好地扩展设备的效率。
因此，在根据本发明的设备中，仅部分由环叶片传送到卸料开口的材料能够经卸料开口输出。由叶片传送到卸料开口的剩余部分配置为在没有离开最外环的情况下绕过卸料开口。
通常10-90％，更具体是30-70％的到达最外环的卸料开口的材料允许经开口卸出到材料层，并进一步卸出到卸料传送器。因此，通常90-10％，更具体是70-30％的材料在没有离开处理设备的情况下绕过卸料开口。
通常允许到达在最外环上的卸料开口的材料在没有离开处理设备的情况下绕过卸料开口，直到流经处理设备的材料的停留时间比允许材料经卸料开口自由卸出的相应传统处理设备的停留时间长1.1-10倍，更具体是2-6倍。因此，例如在停留时间通常明显少于1秒，甚至少于0.1秒的工艺中，平均停留时间可以大于1秒。
根据本发明的设备可以用来代替以双动冲击式碾磨机原理操作的传统设备，特别是当希望较长的处置时间，即更有效的处理时。
根据本发明的设备使处理各种材料或材料混合物成为可能，例如固体物质、固体物质混合物、固体物质和液体的混合物、液体或固体物质和气体的混合物。
根据本发明的设备还非常适用于处理具有特别高的干物质容量或高粘性的材料，但它还可以用于处理液体材料。
根据本发明的设备可以用于处理包含固体物质(例如矿物质)的各种材料，例如以便研磨、混合和/或浆化颜料、再循环纤维或其它纤维团块、各种废品和废料以及各种生物质，例如木屑、秸秆、干草、泥炭、蔬菜、食品以及屠宰废物。因此，根据本发明的设备非常适用于在造纸工业中浆化涂布泥浆或脱墨(deinking)再循环纤维。
本发明可以应用于作为研磨机、混合器、扩散器或破碎机的以双动冲击式碾磨机原理操作的设备。另一方面，该设备还可以用于将各种添加剂(例如化学药品)混合到固体物质或固体物质的混合物中。设备还可以用于使各种物质相互接触。


现在将参照附图更详细地描述本发明，附图只是以范例的形式展示，其中图1示意性显示沿图2所展示的设备的截面AA的应用于本发明一实施例的竖直截面图，其装配有五个环并且以多环双动冲击式碾磨机原理操作；以及图2示意性显示沿图1所展示的设备的截面BB的设备水平截面图。
具体实施例方式
图1和图2展示了本发明适用的典型设备，其包括以双动冲击式碾磨机原理操作的处理设备以及连接到该设备的卸料螺旋桨。螺旋桨仅在图2中进行了展示。例如，该设备可以在造纸厂中生产涂布泥浆时用于浆化矿物质，例如不同颜料。
处理设备包括其内部安装两个共轴转子12、14的外壳10，在以实例形式展示的情况下，转子12、14在相对方向上旋转。根据本发明的解决方案，转子可以配置为在相同方向上旋转，但它们的速度差异必须相对较大。另一方面，根据本发明的解决方案，另一转子甚至可以由定子代替。
叶片18、18’和18”已经安装在第一转子12的三个环16、16’和16”上，第一转子12的环与转子共轴，但距中心轴成不同距离定位；并且第一转子12的叶片从它们的第一端连接到该转子的主体20上。相应地，叶片24、24’安装在第二转子14的两个环22、22’上，第二转子14的环与转子共轴，但距中心轴成不同距离定位；并且第二转子14的叶片从它们的第一端连接到该转子的主体26。第二转子的叶片配置为在由第一转子的叶片形成的环之间移动。因此，由不同转子叶片形成的环交错排列。而且，叶片可以从它们的另一端连接到位于相应环上的支撑环或其它相应的支撑元件，但是，在图中没有展现这些支撑元件。
外壳装配有位于转子的轮毂内的进料开口28，待处理的材料以及其他要添加的可能物质通过进料开口28送入设备。外壳还装配有位于外壳最外环的至少一个卸料开口30。
在不同方向上旋转的转子12、14在离心力的作用下将待处理的材料，例如矿物质、浆化所需的水以及可能需要的化学药品经Z字形路径传送到转子的最外环。在图2中以小箭头n和n’示意性地显示了Z字形路径。已处理的材料、泥浆经卸料开口30从最外环切向卸出。
叶片18、18’、18”在它们的前侧具有冲击面a、a’、a”。相应地，叶片24、24’在它们运动方向的前侧上具有冲击面b、b’。已经送入设备中的待处理的材料首先与叶片18的冲击面碰撞，叶片18对角向外抛射(fling)材料使得材料与在相反方向上移动的叶片24的冲击面b相遇，并进一步在如箭头n-n’所指示的另一方向上对角传送。因此，材料在冲击面的作用下一个环接着一个环地(ring by ring)朝转子的最外环16’投掷，在此处材料与外壳的壁38碰撞，由此使用叶片18”作为刮刀将已处理的材料朝向外壳的卸料开口30带动，并最后经其离开。
当经处理设备行进时，材料以高动能与正被讨论的各环的冲击面碰撞。除了有效处理、研磨、碎片整理或相应的处理之外，以300-3000l/min，通常为1600l/min的高速度在相反方向上旋转的转子12、14还产生强大离心力，该离心力保持从入口28朝外壳壁38高效流。
安装在第一主体部分20的最外环16”上的叶片18”起刮刀的作用，该刮刀朝卸料开口30传送聚集在外环区域的材料。
已处理的材料沿其导引出设备的卸料管32与卸料开口相关联地安装在卸料开口30的切向外部。在卸料螺旋桨34的情况下，卸料传送器安装在排出管内，其引导材料远离卸料开口的前端。卸料螺旋桨34调节为在卸料开口卸出材料使得在卸料开口和卸料螺旋桨之间存在连续材料层40，其防止材料经卸料开口的自由卸出，即材料层40防止材料从处理设备的最外环自由卸出。对卸料螺旋桨进行选择以便使它适当地从设备卸出材料。卸料螺旋桨的直径甚至可以是500毫米，长度是0.5-2米。当必需时，卸料螺旋桨可以具有较大或较小的不同尺寸。
材料层40形成在最外环叶片的到达区(reach area)和卸料螺旋桨的到达区之间，换句话说，在叶片和螺旋桨的操作区之间。该空间可以非常短，通常只有5-10毫米，但它还可以更小或相当大。
当使用根据本发明的解决方案时，迫使聚集在最外环16”的部分材料36在没有离开环的情况下绕过卸料开口是可能的，并且因此使得该材料在设备中连续循环另一或几个来回，在这种情况下，待处理材料具有较长的停留时间，即处理过程较长。
通过调节卸料螺旋桨34，可以影响处理设备的填充层位以及材料的停留时间，即，处理时间。通过螺旋桨调节材料的卸出以使当到达卸料开口时最外环上的适当数量的材料卸出，而剩余部分保持在处理设备内。
当使用卸料螺旋桨从卸料开口前面的材料层40卸出较少材料时，流出设备的材料流也自动减少，在这种情况下，填充层位以及处理设备的材料停留时间增加。相应地，当使用卸料螺旋桨从卸料开口前面的材料层40卸出较多材料时，材料的输出流也从处理设备自动增加，在这种情况下，处理设备的填充层位以及处理设备内的材料的停留时间和处理时间减少。因此，通过调节卸料螺旋桨的转动，容易地将处理材料调节为非常适于该目的。
在根据本发明的处理设备中，卸料开口可以小于相应的常规处理设备，在常规处理设备中，开口甚至可以大于外壳环的90°。使用较小的卸料开口，更容易在卸料开口的前面维持所希望的材料层40。图2所展示的卸料开口覆盖面小于外壳10的环的90°(甚至小于30°)。
图2显示了仅有非常少量的材料在没有离开设备的情况下绕过卸料开口的情况。在这种情况下，仅有非常少量的材料在最外环16”上行进两次。相当大量的材料可以导引为绕过卸料开口以进行另一来回，甚至是可使整个最外环填充有材料的数量。如果甚至有更多的材料经设备循环，第二最外环22’也将填充有材料，这充分增加了驱动正在讨论中的环的马达的能量损耗。
较长的停留时间迫使最外环16”上的材料旋转并相对外壳壁38和叶片18”进行研磨，这将混合并研磨材料，并且因此增加作为较长停留时间的目的的有效输出。较长的停留时间还增加在处理过程中影响材料的剪切力。
较长的停留时间是有用的，例如在添加剂混合到待处理的材料中的材料处理中。添加剂可以是固体物质、液体或气体。较长的停留时间能够使添加剂更好的混合、吸收或溶解。较长的停留时间使待处理材料和添加剂有较长的时间反应。因此，例如研磨结果可以更好，可以实现更好的，或取决于该处理的其他改进。
根据本发明的解决方案改进了许多工艺。例如，通过应用本发明，可以比先前更加有效率地处理具有较高的干物质容量的物质。通过应用本发明，在实际处理后必须进行材料的进一步处理的许多工艺中，还可以缩短进一步处理所需的时间。例如，当生产用于纸张涂层的颜料泥时，通过应用本发明，可以将实际浆化工艺之后的最终混合、搅动缩短到一半，在这种情况下整个制造工艺缩短。
根据本发明的设备非常适于浆化各种颜料以便生产用于造纸工业的涂布泥浆(coating slip)。在这种情况下，适量的颜料、水以及必需的化学药品(例如粘合剂)持续供给到以双动冲击式碾磨机的原理操作的设备，其中已经增加了停留时间。当应用本发明时，可以以远高于先前的干物质容量浆化颜料，甚至以75-80％的DMC。当处理废料或脱墨或者使用另一相应的造纸工业工艺时，其中泥状物(sludge)包含大约1-2％的纤维，本发明可以应用于其干物质容量高达15-20％的泥状物。通过增加设备中待处理的颜料的停留时间，可以减少形成的颜料泥的粘性，甚至可以比没有增加停留时间时低300-600m Pas(Brookfield)。传统设备中生产的颜料泥的粘性可以高达1000m Pas。通过应用本发明，可以将相同颜料泥的粘性降低至500m Pas。因此当以传统方式处理时是坚硬膏状的颜料泥变得更容易处置和传送。较长的停留时间还减少对进一步处理、搅动的需要。进一步处理可以在常规混合器或另一以双动冲击式碾磨机原理操作的设备中完成。在进一步处理中，粘性进一步降低到所希望的水平。
本发明可以应用于各种材料以及材料混合物的处理中，包括不同矿物质、纤维团块、包含再循环纤维或其它废品的团块、或包或新鲜和干燥团块的废物以及生物质。
本发明的优点包括，例如更短的处理时间，对进一步处理的较少需要，更高效的处理，因为停留时间以及处理时间更长，更好的最后结果，例如更好的混合，更完全的处理以及更低的粘性，改进的处理设备效率以及可调性。
此外，特别的优点包括，设备可以构建为紧密得使已处理的材料可以使用卸料螺旋桨供给到加压空间。
当希望时，可以将水卸料口配置到排出管内，这能够将水从含有材料的液体中移除，并且因此卸出时已处理材料的干物质容量更高。例如，将能够移除液体的小卸料开口配置在排出管，通常在底部，或者允许水通过的栅网可以安装在管的适当区域。另一方面，可以在螺旋桨附近安装网状物或类似物，有利地是至少在螺旋桨的一端，以便可以在不同方向上从由螺旋桨传送的材料移除水。
当在根据本发明的设备中对包含材料的泥状物、水进行处理时，倾斜处理设备也许是有利的，即，将它配置为倾斜成使得已处理的材料向下朝卸料螺旋桨流动。
本发明并不倾向于局限于上文以实例形式展示的实施例；相反地，本发明倾向于广泛地适于下文展现的权利要求的范围内。
权利要求
1.一种用于在设备中处理材料或材料混合物的方法，例如包含矿物质、纤维团块、再循环纤维、其它废品、废料以及生物质的材料，所述设备包括以双动冲击式碾磨机原理操作的处理设备，所述处理设备包括外壳，所述外壳具有进料开口以及与所述外壳的最外环关联的至少一个卸料开口，安装在所述外壳内部的装配有具有冲击面的叶片的第一转子，所述第一转子的叶片形成与所述转子共轴的一个或多个，通常至少两个环，以及安装在所述外壳内部与所述第一转子共轴的定子或与所述第一转子共轴的第二转子，其中所述定子或所述第二转子装配有具有冲击面的叶片，所述叶片形成与所述定子或所述第二转子共轴的一个或多个，通常至少两个环，并且所述环与所述第一转子的环交错排列，以及卸料传送器，例如卸料螺旋桨，并且在所述方法中待处理材料经所述进料开口供给到由环叶片形成的所述处理设备的轮毂内，所述待处理材料在所述转子的作用下由此处经由所述外叶片形成的环传送到所述最外环，并经位于所述外壳内的卸料开口从所述处理设备卸出，并且使用卸料传送器进一步传送从所述外壳卸出的材料，其特征在于从经所述卸料开口自所述最外环输出的材料中，在所述卸料开口和所述卸料传送器之间保持材料层，所述材料层防止所述待处理材料经所述卸料开口从所述处理设备自由卸出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于使用所述卸料传送器通过调节从所述材料层到所述卸料传送器的材料流来控制所述材料从所述处理设备经所述卸料开口的卸出。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于允许所述最外环上进入所述卸料开口的部分材料，通常是10-90％，更具体是30-70％，经所述卸料开口卸出到所述材料层，并且继续卸出到所述卸料传送器，并且允许剩余部分，通常是90-10％，更具体是70-30％，在没有离开所述处理设备的情况下绕过所述卸料开口。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于允许在所述最外环上进入所述卸料开口的材料在没有离开所述处理设备的情况下绕过所述卸料开口，直到流经所述处理设备的材料的停留时间是允许所述材料经所述卸料开口自由卸出的处理设备内的停留时间的1.1-10倍，通常是2-6倍。
5.一种用于处理包含矿物质、纤维团块、再循环纤维、其它废品、废料以及生物质的材料或材料混合物的设备，所述装置包括以双动冲击式碾磨机原理操作的处理设备，所述处理设备包括外壳(10)，所述外壳(10)安装有进料开口(28)以及与所述外壳的最外环关联的至少一个卸料开口(30)，安装在所述外壳内部的装配有具有冲击面(a，a’，a”)的叶片(18，18’，18”)的第一转子(12)，并且所述叶片形成与所述转子共轴的一个或若干，通常至少两个环(16，16’，16”)，以及安装在所述外壳内部的与所述第一转子共轴的定子或与所述第一转子共轴的第二转子(14)，其中所述定子或所述第二转子装配有具有冲击面(b，b’)的叶片(24，24’)，并且所述叶片(24，24’)形成与所述定子或所述第二转子共轴的一个或若干，通常至少两个环(22，22’)，并且所述环与所述第一转子的环交错排列，并且所述设备还包括卸料传送器(34)，例如卸料螺旋桨，其特征在于在所述处理设备的所述卸料开口(30)和所述卸料传送器(34)之间存在空间(40)，以用于保持在所述卸料开口和所述卸料传送器之间的材料层，因此防止所述待处理材料从所述处理设备经所述卸料开口自由卸出。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于控制元件连接到所述卸料传送器，控制所述材料从所述材料层到所述卸料传送器的移动。
7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于所述卸料传送器是卸料螺旋桨。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于所述卸料螺旋桨和所述最外环的叶片之间的距离通常是5-10mm。
9.根据权利要求5所述的设备，其特征在于所述卸料开口覆盖所述外壳(10)的最外环的＜90°(通常＜30°)。
10.根据权利要求5所述的设备，其特征在于所述转子(12，14)、所述材料层(40)以及所述卸料螺旋桨(24)是安装在闭合空间内，所述已处理的材料可以由此处供给到加压空间。
全文摘要
一种用于在以双动冲击式研磨机原理操作的处理设备内处理材料或材料混合物的方法和设备，该处理设备包括卸料传送器(34)，例如卸料螺旋桨。使用经卸料开口(30)输出处理设备的最外环(16”)的材料在卸料开口和卸料传送器之间保持材料层(40)，该层防止待处理材料从处理设备自由卸出。
文档编号B02C13/22GK101039753SQ200580034350
公开日2007年9月19日 申请日期2005年9月21日 优先权日2004年10月13日
发明者C·－O·帕尔姆 申请人:弗拉克提瓦特公司