专利名称：粉体微细化方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明关于一种粉体微细化方法和设备，尤其是指一种可将粒径D50＜20μm脆硬粉体快速微细化至粒径D50＜2.0μm以下，且具有干式、低温、省电、低耗材、高效能的特点的粉体微细化方法和设备。
背景技术：
将粉体微细化最常见的技术是令粉体处于静态，并将两物施加压力于粉体，以通过压力将粉体微细化，一般称为研磨。
此研磨手段仅能将粉体微细化至一定细度；研磨时，当磨具表面的凹凸状态大于粉体粒径，该磨具将无法再进行粉体的研磨动作，且粉体间相互磨擦以抵消磨具动能同时产生高温，因此，在目前所知的物理微细化粉体这一工艺技术限制了粉体细化的极限。例如球磨机将一般水泥粉体磨至比表面积3500左右，粒径D50＜20μm，若再继续研磨将会出现不符经济效益的耗能现象；或会出现团聚结块现象无法继续研磨。此外，若欲研磨至比表面积11000粒径，D50＜2.0μm，则粒径相差十分之一，体积比却相差千分之一，即粉体需微细化1000倍，现有任何研磨机都难以在短时间内进一步将粉体微细化至上述细微程度。
目前使用于粉体的微细化方法包括湿式和干式两大类，其中水泥粉体受制于粉体具有的水合特性，故其微细化方式应以干式方法为主，即利用转动的球磨或滚轴来产生动能，使粉体达到粉碎的效果；粉碎的粉体再经气流输送至筛分机，控制粉碎的粉体粒径。然而，传统的粉体粉碎方式不易获得粒径D50＜20微米(μm)以下的水泥粉体，因此有使用多次高压碾碎的设备结构被开发，如专利JP8243427、JP1284342、JP8164345、CN1593771等，均是利用多数个旋转的滚轴以及调整滚轴间距来达到对粉体进一步微细化的效果。而使用高压气体形成流体带动粉体相互碰撞，为另一种干式微细化粉体的方法，如专利CN1483516、JP2002079133等，其主要使用喷射气流或特殊喷嘴结构来达到高速传送粉体，同时使粉体产生碰撞而微细化；但由于此种微细化方式以高压气流使粉体对撞产生细化，而粉体质量极小对撞效率较低，且因高压气流致使粉体快速离开舱体，故消耗电能极高产能却颇低。另外，结合滚轴与喷射流体结构以进一步提高粉体粉碎效果，如专利US5839670。微细化的粉体可经由多级的锥状结构或特定气流分布的回流管结构来获得分级效果，如专利JP2005205266、JP2005177704、JP2002346411、US5354002等，是将分级结构连接于粉碎结构后形成具有分级效果的粉体微细化设备。而就前述的湿式研磨(Attriting mill)方式，主要是当粉体研磨至极小后，容易产生团聚现象，因此，需通过添加介质(助磨剂)避免微分子团聚并达到降温效果；然而此情形不仅增加介质的成本，且由于回收介质困难，造成研磨过程的不便。
以粉体彼此间高压撞击或粉体与固定结构体相互挤压作为粉体微细化的方法，随能量大小可以产生不同程度的粉碎效果，粉碎的粉体再经气流差异结构产生分级，此为上述已有专利的重要方向。然而，其微化细度和产能均有限，即已知的微细化方式，其粉体制造成本极高(含化学合成法)，尚无法完全符合市场需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可将粉体细微化的方法，尤其是可将粒径D50＜20μm的脆硬粉体快速微细化至粒径D50＜2.0μm以下的粉体细微化方法，其具有干式、低温、省电、低耗材以及高效能的特点。该方法使用具有扁平面的撞击件，并以加速机带动粉体撞击高速旋转的撞击件的扁平面，同时设定且维持舱体内部呈稳定低压或超低压，使粉体有足够时间进行瞬间多次碰撞，由于反作用力和低密度空气阻力使粉体产生更高的飞行速度，粉体与撞击件间具有更高的相对碰撞动能和碰撞次数，大幅提高单位时间粉碎效果；高速旋转的撞击件的扁平面同时可提供旋转同向的气流，使粉碎后的微细粉体受反向气流作用而上升，经舱体上方的出气口送出，只有粗的粉体具有足够动能可以继续撞击撞击件的扁平面。本发明利用多数个高速旋转的扁平面撞击件，产生高效率的粉碎和分级效果，此种微细化结构装置兼具有粉碎和分级功能是已有专利所未见的。
本发明提供了一种粉体微细化方法，其将动态粉体送入内部设有具扁平面的撞击件并呈稳定低压的舱体中，使之与舱体中高速转动的一个或一个以上的撞击件的扁平面碰撞细化，再利用高速旋转的撞击件的扁平面提供的旋转同向的气流和微弱力场，来区隔粗细粉处于撞击或非撞击区，使粉碎细化后的粉体受力场区隔且在反向气流作用下上升排出舱体外，而粗粉体因具有足够动能得以穿越力场与撞击件的扁平面继续碰撞，产生更多超细粉体，以达到粉体在舱体内高效率的粉碎和分级效果。
本发明的粉体微细化方法完全突破了传统的研磨方式，具体为将粉体例如D50＜20μm，以10m/s以上的初始速度(因此也可称该粉体为动态粉体)进入具稳定低压(低于常压，即0-1个大气压)的舱体中，利用舱体中高速转动且具有扁平面的撞击件，使粉体能够在舱体内产生连续碰撞，并因反作用力提高粉体飞行速度，进一步与撞击件产生更高能碰撞，当碰撞能量大于粉体内聚力时，粉体即微细化，细化颗粒与碰撞能量成正比。
上述的粉体微细化方法，其中，微细化过程还包括一参数设定流程、一输送流程、一收集流程；通过参数设定流程进行输送速度、撞击件旋转速度、动态粉体的动能大小等数据的设定，之后再以真空供料方式将粉体送入舱体中，最后于粉体微细化后再将其集中收集。
本发明舱体内的低压优选为0-1个大气压。
另外，在舱体内通过调整稳定低压和撞击件的转速，来达到控制气流和撞击件形成的力场强弱，使粗细粉处于撞击区或非撞击区等不同区域而区分开来，并可决定欲细化粉体的细度，一般地，撞击件的转速由马达动力决定，可以达到理论最高值，但综合各项性能指标，优选当欲粉碎粉体粒径D50＜20μm时，撞击件和粉体速度小于130m/s；舱体内撞击件是利用变频式马达传动，通过调整马达转速改变撞击件的旋转速度，使其适合欲细化粉体的种类和粒径大小，并使之处于最佳细化状况。
其中，上述在该粉体微细化过程中所采用的多个撞击件其转动方向可呈相同或转向互成交错方式配置；该粉体微细化方法还包括选粉，其和撞击微细化可均在同一舱体内进行，或再经外置型选粉机选择粗粉重新送回舱体内继续进行微细化作业；撞击件可为立式、卧式、斜置式或立卧并用方式驱动。
本发明还提供了一种粉体微细化设备，其特征在于，在可维持稳定低压状态的舱体内设置一个或一个以上具有扁平面的撞击件，可作高速旋转动作，产生弱气场，使动态粉体在舱体内可进行高效率的粉碎和分级动作。
上述设备进一步还包括一可提供粉体初始速度的装置，其配合撞击和弱气流使粉体本身具备高速飞行速度；舱体上设置有内置型选粉机和外挂的可抽吸舱体内空气的鼓风机，舱体下设置有超细滤网供气阀；舱体内的气流利用舱体上的内置型选粉机和外挂的鼓风机抽吸舱体内空气，配合舱体下设置的超细滤网供气阀，控制供应空气的速度和流量，使舱体内维持低于常压的气压或者特定低压，并产生由下往上输送的气流；所述的低压为低于常压，优选0-1个大气压，更优选可使粉体飞行速度不受阻碍的气压(极低气压)。
所述设备进一步还可包括与舱体相连的控制箱、送料机构、收尘机构；该控制箱上设有舱体内温度显示表、舱体内空气压力显示表和仪控、选粉机马达频率仪控、撞击件马达仪控、供料仪控和/或保护装置；该送料机构(装置)可将粉体送入舱体中；收尘机构是将微细化后的粉体集中收集的装置。
上述方法和设备中所述的撞击件优选为辊刀，且该辊刀可为片状型式或圆型、多边型、刷型、叶片等型式。
所述设备的各撞击件优选转动方向为相同或互成一正一反交错的配置；其中，撞击件的转动为撞击件马达所传动，该撞击件马达采用变频式设计，通过变更撞击件马达的转速可改变撞击件的旋转速度。
本发明所运用的理论为
1.物理微细化粉体的方法在于破坏粉体的内聚力，当破坏能量远大于粉体内聚力时，粉体能瞬间细化，细化颗粒数量与破坏能量成正比。
2.粉体处于飞行状态，粉体间便不会存在磨擦现象，不会抵消磨具动能，不会产生摩擦升温，且不会形成微分子团聚现象。
3.舱体处于极低压状态，空气密度低，粉体飞行速度较不受阻碍，可提升粉体动能极限，穿越力场与撞击件产生碰撞，达到微细化目的。
4.粉体由D50＜20μm微细化至D50＜2.0μm，细化了1000倍，粗细粉间有明显的间隔带，可控制稳定低压，利用高速转动撞击件产生的微弱力场，来区隔粗细粉处于撞击或非撞击区，调整舱体内压和撞击件转速决定形成的力场强弱，作为微化粉体细度的指针，即具选粉能力，无需另经外置型选粉机选择粗粉重新送回。
5.动能集中于撞击件撞击件P1(power)＝1/2M(质量)×V2(速度)以36HP原型机实验为计算例辊刀质量M＝30cm×2cm×50cm×比重8＝24kg辊刀速度V＝30cm×3.14×3600(rpm)＝56m/s(最大值)粉体P2(power)＝1/2M×V2P2因粉体质量为10的负6次方米，显然远小于P1。
已知粉体P2相互对撞能达细化效果(射流磨机jet mill)；因此P1与P2撞击应更能使粉体快速微细化(因碰撞角度细化粉体数量不等)。
6.低耗材已知一般钢材在转速＞130m/s容易产生扭曲变形，所以一般粉体粒径D50＜20μm、速度低于130m/s时对钢材和钢材内衬的撞击损耗极微。本发明控制撞击件和粉体速度小于130m/s值，既能发挥粉体微细化功能，又降低耗材；除了特殊超脆硬粉体外，一般无需使用特殊表面处理材料。
7.低电力驱动的马力动力总和极小，微细化粉体的成本极低。
图1本发明的流程图；图2本发明粉体进行高能N次碰撞时的示意图；
图3本发明粉体于进行选粉时的示意图；图4本发明的多重辊刀粉体微细化设备示意图；图5原台泥I型对照1000倍显微图；图6波特兰I型水泥D50＜2.5μm的1000倍显微图谱；图7细化后波特兰I型水泥粒径检测表；图8细化后波特兰I型水泥粒径检测图；图9波特兰I型水泥D50＜1.75μm 5000倍显微图谱；图10x ray绕射晶像显示图，由下至上的图谱依次为原始状态水泥、D50＜2.5μm的水泥和D50＜1.75μm的水泥。
附图标号SO1参数控制SO2真空送料SO3初始速度SO4产生气流SO5微细化并选粉SO6收集1 控制箱 2 送料机构3 加速机 4 舱体5 选粉机 6 收尘机构7 供气阀 8 撞击件81 撞击件马达具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明，但不限定本发明的实施范围。
首先，请参阅图1所示，其为本发明的粉体微细化方法的流程图，其微细化的步骤为(I)参数控制SO1通过控制箱1内所设的控制系统进行舱体内温度、空气压力、选粉机马达频率、撞击件马达频率、供料速度和保护装置等各项参数的设定；(II)真空送料SO2将粉体粒径D50＜20μm的粉体以送料机构2送入内部呈稳定低压的舱体4中；
(III)初始速度SO3送料机构2传送的粉体经外置或经传动轴将叶片置于舱体4内的加速机3，使粉体产生初始速度，例如可达到10m/s以上，其中叶片的速度为直径12cm×3.14×3600rpm＝22.4m/s；(IV)产生气流SO4利用舱体4上设置内置型变频选粉机5和外挂于收尘机构6的鼓风机抽吸舱体4内空气，并配合舱体4下设置的超细滤网供气阀7控制供应空气的强弱，以令抽气系统动力大于供气系统动力，使舱体4内维持特定低压，并产生一由下往上输送的气流，而极低压状态的舱体4，空气密度很低，粉体飞行速度较不受阻碍，可提升粉体动能极限，穿越力场F与撞击件产生碰撞；当粉体处于飞行状态时，粉体间便不会存在磨擦现象，不会抵消磨具动能，也不会产生摩擦升温，也不会形成微分子团聚现象；(V)微细化并选粉SO5粉体以10m/s以上的初始速度进入舱体4内，经采变频式的撞击件马达81传动的高速转动撞击件8连续碰撞，形成高速飞行，速度达到56m/s以上，其中P(power)＝1/2M(质量)·V2(速度)辊刀质量M＝30cm×2cm×50cm×比重＝24kg速度V＝30cm×3.14×3600rpm＝203km/时(最大值)＝339120cm/分＝56m/秒当碰撞动能大于粉体内聚力时，粉体即瞬间微细化，细化颗粒数量与破坏能量成正比，参阅图2。而高速转动中的撞击件8利用其扁平面提供旋转同向的气流，并因此产生微弱力场F，来区隔粗细粉处于撞击或非撞击区，如图3所示；粉碎细化后的粉体因质量轻，其P(power)值太小无法穿越撞击件8转动形成的力场F，且受反向气流作用而上升，如尘烟般经气流由内置型选粉机5快速吸走；而较粗粉体因具有足够动能得以穿越力场F与撞击件8的扁平面继续碰撞，产生更多超细粉体；当超细粉体达欲选择粒径细度即由选粉机5吸出；部分粗粉进入选粉机5会排出重新进入碰撞区；(VI)收集SO6微细化的粉体由可微调的变频选粉机5和收尘机构6外挂的鼓风机抽入收尘机构6中，以进行微细化后的粉体收集动作。
另外，可通过调整超细滤网供气阀7来调整供气速度，决定舱体4内风压的大小，以选择欲微细化粉体的粒径尺寸，其选粉能力除了可调变频选粉机5外，因风压可调至极低，因此粉体粒径可设定选择达到极小化。
在上述微细化并选粉的流程中，于舱体4内可设置多个撞击件8，并令每一撞击件8的转动方向相同，或令各撞击件8成一正一反相互交错设置方式转动；其中该具扁平面的撞击件以片状辊刀为代表型，且该辊刀亦可采用圆型、多边型、刷型或叶片等型式。
请再参阅图4所示，其为本发明的粉体微细化设备的结构图；其中，该粉体微细化设备包括一控制箱1，其上设有舱体内温度显示表、舱体内空气压力显示表和仪控、选粉机马达频率仪控、撞击件马达仪控、供料仪控、保护装置；一送料机构2，采用真空方式输送粉体进入舱体4内；一舱体4，连设一加速机3，该加速机3可外置或经传动轴将叶片置于舱体4内，通过该加速机3令粉体产生初始速度，并达到10m/s以上，其中叶片的速度为22.4m/s(直径12cm×3.14×3600rpm＝22.4m/s)；又于舱体4中设一个或一个以上的具扁平面的撞击件8，各撞击件8分别被与之相设的撞击件马达81带动旋转，该撞击件马达81为一变频式马达，且各撞击件8之间可呈同向旋转或一正一反交错方式旋转；另，本发明的撞击件8在此优选以片状型式的辊刀为代表型，其中该辊刀可用圆型、多边型、刷型或叶片等型式；另有一变频选粉机5置于舱体4外，并在舱体4下设置超细滤网供气阀7，以控制供应空气的速度和流量，令抽气大于供气，使舱体4内维持特定低压，并因此产生一由下往上送的气流；超细滤网供气阀7尚可选择外接其它气体，以适合欲细化粉体；一收尘机构6，其具有一外挂的鼓风机，可将微细化的粉体在变频选粉机5和鼓风机的配合下抽入收尘机构6中，以进行微细化后的粉体收集动作。
以下再通过实际实验数据说明本发明达成的效果
原型机以上述实施方式做出36HP多重辊刀原型机(供料机构×1HP、撞击件×3×10HP、粉体加速机×1HP、选粉机×2HP、收尘机构×2HP，共36HP)使用电压380V。
实验一舱体4内空气压力设定为190tar(torr，托)。
实验材料台泥I型波特兰水泥D50＜20μm为材料。
舱体内压190tar＝1/4大气压力。
消耗电力27瓦/时。
撞击件马达转速(rpm)3600、6400两种转速。
实验结果细化后粉体粒径达D50＜2.5μm，比表面积10000cm2/g，比重2.97。
产能3600rpm时产能为20.8kg/H；6400rpm时产能为38.1kg/H。
检测1.原台泥1000倍显微对照图如图5。
2.D50＜2.5μm1000倍显微图谱如图6。
实验二舱体2内空气压力设定为150tar。
实验材料台泥I型波特兰水泥D50＜20μm为材料。
舱体内压150tar＜1/4大气压力。
消耗电力26.3瓦/时。
撞击件马达转速(rpm)3600、6400两种转速。
实验结果细化后粉体粒径D50＜1.75μm，比表面积11000cm2/g，比重2.91。
产能3600rpm时产能为11.7kg/H；6400rpm时产能为20.2kg/H。
检测1.粒径分布如图7、8。
2.D50＜1.75μm 5000倍显微图谱如图9。
3.x ray绕射晶像显示图如图10，显示D50＜2.5μm水泥和D50＜1.75μm水泥微分子结构与原水泥对照相近。
经由以上的实施说明和实际实验结果，可知本发明具有如下优点
1.省电本发明因采用低压N次多重有效碰撞，且一次即可达标，无需多次分级选粉研磨，即不需收集细粉并不断将粗粉回收再研磨，故本发明消耗电能极低，且细化效率极高，可廉价量化超细粉体。
2.低耗材一般钢材在转速＞130m/s时容易产生扭曲变形；因此，本发明控制撞击件和粉体速度小于130m/s值，使其能发挥粉体微细化功能，以降低耗材，令材料的损耗在可控制范围内；同时，除了特殊超脆硬粉体外，一般无需使用特殊表面处理材料。
3.设备简单本发明主要在一低压舱体内设置的可转动的撞击件，并配合内建的选粉机制，使本发明的设备较为精简且具制造成本低廉的特色。
4.搭载容易本发明的粉体微细化设备可与前置大型球磨机或辊压机兼容配置，使其具备与其它现有机构搭载较为容易的优点。
5.干式微化技术本发明利用具初始速度的粉体与具适当转速的撞击件通过相互撞击来达成细化动作，且过程中无需介质掺合，因此无细化后介质回收的问题。
6.无升温本发明利用具初始速度的粉体撞击具适当转速的撞击件以达成细化，因此粉体间无磨擦现象，不会耗损动能产生温度，故可令细化中的粉体品质稳定。
7.无静电本发明撞击件与舱体均为金属材质制成，可导电但无静电。
8.无团聚硬块本发明的粉体在微细化的过程当中呈高速飞行，并无紧靠挤压的情形，因此不会形成团聚硬块。
9.可量化本发明尚可利用增加舱体容积、高度、驱动马力、撞击件质量和撞击件数量，以等比提高产值。
综上所述，本发明实施例确能达到预期的使用功效，其构造不仅未见诸于同类产品，于申请前也未曾公开。以上仅为本发明实施中一种，任何以本发明的原理和设计理念所作的变化均在本发明的专利范围内。
权利要求
1.一种粉体微细化方法，其将动态粉体送入内部设有具扁平面的撞击件并呈稳定低压的舱体中，使之与舱体中高速转动的一个或一个以上的该撞击件的扁平面碰撞细化，再利用转动的撞击件的扁平面所提供的旋转同向的气流和微弱力场，来区隔粗细粉处于撞击或非撞击区，使粉碎细化后的粉体受力场区隔在反向气流作用下排出舱体外，粗粉体因具有足够动能得以穿越力场而与撞击件的扁平面继续碰撞，产生更多超细粉体，以达到粉体在舱体内的粉碎和分级效果。
2.如权利要求1所述的粉体微细化方法，其中，在该粉体微细化过程中还包括一参数设定流程、一输送流程、一收集流程；通过参数设定流程进行输送速度、撞击件旋转速度、动态粉体的动能大小数据的设定，之后以真空供料方式将粉体送入舱体中，最后于粉体微细化后集中收集。
3.如权利要求1所述的粉体微细化方法，其中，在舱体内，通过调整稳定低压和撞击件的转速，来达到控制气流和撞击件形成的力场强弱，区隔粗细粉处于撞击区或非撞击区，决定欲细化粉体的细度。
4.如权利要求3所述的粉体微细化方法，其中，舱体内撞击件是利用变频式马达传动，通过调整马达转速改变撞击件的旋转速度，使其适合欲细化粉体的种类和粒径大小，并使处于最佳细化状况。
5.如权利要求1所述的粉体微细化方法，其中，该撞击件为辊刀，且该辊刀为片状型式或圆型、多边型、刷型叶片型式。
6.如权利要求1所述的粉体微细化方法，其中，在该粉体微细化过程中所采用的多个撞击件其转动方向为相同或转向互成交错方式。
7.如权利要求1所述的粉体微细化方法，其中，所述方法还包括选粉，该选粉和撞击微细化在同一舱体内进行，或经外置型选粉机选择粗粉重新送回舱体内继续进行微细化作业。
8.如权利要求1所述的粉体微细化方法，其中，撞击件可为立式、卧式、斜置式或立卧并用方式。
9.如权利要求1所述的粉体微细化方法，其中，所述舱体中的低压为0-1个大气压。
10.一种粉体微细化设备，其特征在于，在可维持稳定低压状态的舱体内设置一个或一个以上的撞击件，该撞击件可作高速旋转动作产生弱气场，以使动态粉体在舱体内可进行粉碎和分级动作。
11.如权利要求10所述的粉体微细化设备，其中，该设备还包括一供应粉体初始速度的装置，其可配合撞击和弱气流使粉体本身具备飞行速度。
12.如权利要求10所述的粉体微细化设备，其中，舱体上设置有内置型选粉机和外挂的可抽吸舱体内空气的鼓风机，舱体下设置有超细滤网供气阀，舱体内的气流可利用选粉机、鼓风机并配合超细滤网供气阀来控制空气速度和流量，以使舱体内维持特定低压，产生由下往上输送的气流。
13.如权利要求10所述的粉体微细化设备，其中，该设备还包括一控制箱、一送料机构、一收尘机构；该控制箱上设有舱体内温度显示表、舱体内空气压力显示表和仪控、选粉机马达频率仪控、撞击件马达仪控、供料仪控、保护装置。
14.如权利要求10所述的粉体微细化设备，其中，该撞击件为一辊刀，且该辊刀可为片状型式或圆型、多边型、刷型、叶片型式。
15.如权利要求10所述的粉体微细化设备，其中，各撞击件的转动方向均相同或互成一正一反交错配置。
16.如权利要求15所述的粉体微细化设备，其中，撞击件为撞击件马达所驱动，该撞击件马达为变频式设计，通过变更撞击件马达的转速可以改变撞击件的旋转速度。
17.如权利要求10所述的粉体微细化设备，其中，所述的舱体内的低压为0-1个大气压。
全文摘要
本发明有关一种粉体微细化方法和设备，是将动态粉体送入呈低压的舱体中，使之与舱体中高速转动的撞击件扁平面碰撞，利用撞击件形成的气流和微弱力场来区分粗细粉处于撞击或非撞击区，使细粉体排出，粗粉体与撞击件的扁平面继续碰撞，达到粉碎和分级效果；该设备在低压舱体内设置至少一个可高速旋转产生弱气场的撞击件，使动态粉体在舱体内可进行粉碎和分级；本发明为干式、低温、省电、低耗材和高效能，尤适于无法用高温裂解微细化的物质或需廉价微化条件制造的超细微粉。
文档编号B02C25/00GK101077483SQ200610084648
公开日2007年11月28日 申请日期2006年5月26日 优先权日2006年5月26日
发明者黄琼城 申请人:黄琼城