一种高温行星球磨设备的制作方法

本发明属于粉末加工机械设备技术领域，涉及一种球磨设备，尤其涉及一种高温行星球磨设备。

背景技术：

行星球磨机是电子原料和纳米材料制作领域的关键设备，同时也是一种广泛用于生物、食品、化妆品、医药、材料、采矿、冶金等行业的常用粉体加工设备，筒体高速地公转与自转，使钢球或者陶瓷球与原料间产生剪切与碰撞，实现材料的破碎与研磨。在粉体加工的流程中往往需要在粉磨工序前后对粉体进行加热，以达到干燥、高温热处理或高温反应的效果。现有技术中粉磨和加热分属两道工艺，至少需要两套设备，设备占地大。根据所加工粉体的性质，在一些加工过程中需要充入保护气体，材料在多套设备间的输送和保存增加了工序和成本，将多个工序集成化可以降低成本并提高质量的稳定性。在现代的材料制备中还有一种利用颗粒破碎瞬间较高的表面化学能促进反应速率的方法，为了让反应顺利进行，也需要温度控制。同时，现有的行星球磨机将原料一次性放入筒内，搅拌粉碎后再全部倒出，针对颗粒大小或硬度有区别的非均质原料，在大颗粒或硬质颗粒达到目标粒径之前，小颗粒或软质颗粒会被过度研磨，造成产品粒径均一性不佳。实现研磨和热处理结合的连续粉体加工生产方法具有很好的应用前景和经济效益，在搅拌过程中实现即时筛分，还可以避免过度研磨，在节省能耗的同时可以提高产品质量。

针对球磨与热处理的结合，发明cn100460074c和cn102614965b等采用了将球磨机置于高温炉中的技术路线，高温下球磨机各部件容易发生损坏，特别是驱动和传动部件，而且由外而内的加热需要先加热球磨筒壁，再通过筒壁和材料的热传递实现，筒壁和材料的接触面积有限，造成材料升温慢、加热不均匀。并且将球磨置于高温炉中的技术只能按批次处理材料，无法实现连续生产。发明cn107866312b和cn109282585b使用热风对材料进行烘干，但由于气体比热低，所能携带的能量有限，在现实情况下气体加热升温速度慢，其作用仅限于烘干，无法达到较高温度。发明申请公告号cn109663639a提出使用微波进行加热，理论上可以直接加热材料，减少对筒体和相关驱动、传动部件的高温压力和热损失，但在现有技术下，大型微波设备的建设和微波辐射屏蔽成本极其高昂，难以用于大规模生产，而且微波加热只能针对微波敏感材料，可加工的材料受限，不具有普适性。

技术实现要素：

针对现有的高温球磨技术与装备的不足，本发明提供了一种使用电磁感应加热金属磨球的技术与装置，利用研磨时磨球与材料的接触，在内筒内部这一封闭空间内对目标材料进行高效、快速、均匀的连续加热，实现在精准温度和反应气氛控制下的高温球磨加工，同时通过气路的设计，即时将磨细的粉体带出，避免过度研磨，进一步降低了能耗，同时提高了产品质量。

为实现上述目的，本发明提供一种高温行星球磨设备，具有这样的特征：包括托盘和若干球磨单元；所述托盘水平设置，可以绕其中心在水平面内转动；所述球磨单元包括外框架、内筒行星齿轮和若干金属磨球；所述外框架包括框架本体，框架本体设于托盘上，并可相对于托盘转动；若干球磨单元的框架本体围绕托盘中心均匀分布；行星齿轮固定套在框架本体上，行星齿轮转动、且转动方向与托盘的转动方向相反，框架本体随托盘转动的同时、随行星齿轮反方向自转；所述内筒包括筒体，筒体竖向固定在框架本体内，随框架本体转动；筒体的筒壁内覆有一层保温层，保温层内覆有一层耐磨层；筒体内还设有磁轭线圈层，位于保温层外侧或嵌在保温层中的外侧，其中，磁轭线圈层嵌在保温层中的外侧是指磁轭线圈层短于保温层，保温层在内侧和两侧包裹住磁轭线圈层；磁轭线圈层包括磁轭和线圈，线圈位于磁轭内侧或嵌在磁轭中的内侧，其中，线圈嵌在磁轭中的内侧是指线圈固定在磁轭内，并相对于整体磁轭，位于内侧；线圈与高频电源连接；若干金属磨球设于筒体内；物料放入筒体内，金属磨球使物料在滚动的筒体内得到研磨，同时线圈通高频交流电在筒体内部产生交变磁场，使金属磨球表面产生感应涡流发热进而加热物料。

进一步，本发明提供一种高温行星球磨设备，还可以具有这样的特征：其中，所述磁轭线圈层嵌在位于侧筒壁位置的保温层中；所述线圈嵌在磁轭中的内侧。

进一步，本发明提供一种高温行星球磨设备，还可以具有这样的特征：其中，所述框架本体底部中心具有一向下凸出的框架转轴；所述托盘具有若干上下贯穿的转动轴孔，转动轴孔的数量与球磨单元的数量相等并一一对应；各球磨单元框架本体的框架转轴穿过其对应的转动轴孔，可在转动轴孔内相对转动；行星齿轮位于托盘下方，固定套在框架转轴向下伸出托盘的部分上。

进一步，本发明提供一种高温行星球磨设备，还可以具有这样的特征：还包括底座和主轴；主轴竖直设置在底座内的底面上，可由驱动装置驱动其转动；所述托盘的中心固定套在主轴上，随主轴转动。

进一步，本发明提供一种高温行星球磨设备，还可以具有这样的特征：其中，所述底座的侧壁内设有一圈内齿轮，位于若干球磨单元行星齿轮的外侧，并与行星齿轮均啮合；托盘带动行星齿轮公转时，行星齿轮在内齿轮的作用下进行自转。

进一步，本发明提供一种高温行星球磨设备，还可以具有这样的特征：还包括进出气控制系统，与各球磨单元的内筒连通，控制气体进出内筒。

进一步，本发明提供一种高温行星球磨设备，还可以具有这样的特征：其中，所述内筒还包括筒盖，密封盖在筒体的顶部开口上；球磨单元具有贯穿外框架和内筒底部的进气通道和贯穿外框架和内筒顶部的出气通道，气体由进气通道进入内筒，再由出气通道排出；所述进出气控制系统包括若干球冠型盖板，分别设在各球磨单元的内筒中，盖在其进气通道的端口上，球冠型盖板通过弹性件与内筒的底面连接；当进气压力大于筒体内压力时，球冠型盖板被气压顶开；当进气压力小于筒体内压力时，球冠型盖板通过弹性件的恢复力自动关闭。

进一步，本发明提供一种高温行星球磨设备，还可以具有这样的特征：其中，所述进出气控制系统还包括进气主通道和若干进气分管道，进气主通道设在所述主轴底部，进气分管道的数量与球磨单元的数量相当并一一对应，进气分管道的一端与进气主通道连通，另一端通过气密轴承与相应球磨单元的进气通道连通；所述进出气控制系统还包括出气主通道和若干出气分管道，出气主通道设在所述主轴顶部，出气分管道的数量与球磨单元的数量相当并一一对应，出气分管道的一端与出气出通道连通，另一端通过气密轴承与相应球磨单元的出气通道连通；气体由进气主通道进入设备，由出气主通道排出。出气通道的端口设有可更换的筛网，气体排出时，将磨碎的细颗粒通过筒盖上的筛网由出气通道带出，粗颗粒由筛网阻挡，在筒内继续研磨。

进一步，本发明提供一种高温行星球磨设备，还可以具有这样的特征：其中，所述进气分管道和出气分管道上均设有阀门。

进一步，本发明提供一种高温行星球磨设备，还可以具有这样的特征：其中，所述外框架还包括紧固支架和紧固螺杆，紧固支架可拆卸地固定在框架本体的上端，紧固螺杆穿过紧固支架、下端抵在所述筒盖上，且紧固螺杆与紧固支架螺纹连接，拧动紧固螺杆，紧固螺杆向下抵住筒盖密封内筒。

本发明的有益效果在于：

一、利用电流在线圈内部产生交变磁场，使金属磨球产生感应涡流发热，直接作用于物料粉体，热量不作用于设备其他部分，加热直接，能量效率高；

二、磨球数量多，与物料粉体材料接触面积大，加上球磨时的翻转振动，促进磨球与粉体材料之间的接触，热量传递快；

三、采用高频电源，因为趋肤效应，金属球内部温度低，加热集中在球体表面，有利于向物料粉体传热，且加热直接控制方便，断电即停止加热，钢球内部不储存额外热量，控温精准；

四、线圈通过碳刷与外部电源连接，实现了在高速转动下的稳定连接。

五、可以根据物料材料干燥或高温反应的目的，根据需要选用耐磨高铬钢或者高温铁磁材料制造磨球，使用温度范围广，且可普适地应用于各种粉体材料的加工；

六、将粉磨和加热工序集成，实现了设备的集约化，减小设备占地，且设备紧凑有利于气密性控制，该设备除了可以在空气氛围加工外，还可以根据需要通入保护气体或反应气体，使用范围广；

七、外框架与进出气分管道的连接使用了气密轴承，进出气分管道只参与公转，不随筒体自转，避免了管路旋转扭曲；

八、进气口内侧使用球冠型盖板，气体并非从一点逸出，而是沿盖板外沿与筒体内部底板间形成的环形狭缝喷出，与材料接触范围更大；

九、球冠型盖板只在进气压力充足时才能开启，一旦进气压力不足则会因弹力自动关闭进气口，防止物料进入甚至堵塞进气通道。

十、在使用反应性气体与物料反应的过程中，气体自下而上通过物料，保证了气体与物料的充分接触，有利于反应。

十一、在使用反应性气体与物料反应的过程中，物料在加热的同时进行搅拌粉磨，可不断将表层的反应产物从颗粒上剥离，提高高温反应的均匀性与反应速率，提高效率；同时，球磨过程中物料破碎露出的新鲜表面具有较高的表面能，反应活性高，有利于提高反应产物的纯度。

十二、保温层介于线圈与物料粉体材料之间，兼顾了粉体热处理过程中的保温节能需求和线圈的散热需要；

十三、使用磁轭分布在磁感线圈外侧，除了固定感应线圈位置外，还可以约束感应漏磁向外扩散，提高感应加热的效率，作为磁屏蔽，保障设备的环境安全性。

十四、使用非金属、非热电偶类的温度传感器，避免了电磁感应对温度测量的影响，结合功率可调的电源，可以实现温度的精细化控制；

十五、使用非磁性、不导电材料制作耐磨层，避免对金属磨球产生电磁屏蔽，使感应加热集中在筒体内部，通过热传递直接传导到目标材料上，高效节能。

十六、增加了气路，可使用高压气体吹拂、竖向搅动物料，减少了物料由于离心力被磨球压实在筒壁上形成物料层的情况，提高了研磨的效率。

十七、已磨细的粉体被气体从出气通道及时带出筒体，避免过度研磨，在节省能量的同时，实现粉体产品的粒度分布更窄，粉体颗粒均一性更好，提高产品质量。

十八、出气口筛网可更换，通过使用不同网眼大小的滤网控制产品细度，比传统上根据经验通过研磨时间控制产品粒度的方法更为方便和准确，产品粒径受每批加料量和原料波动的影响小，品质更加稳定。

附图说明

图1是高温行星球磨设备的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明提供一种高温行星球磨设备，包括托盘1、若干球磨单元2、底座3、主轴4和进出气控制系统。

托盘1水平设置，可以绕其中心在水平面内转动。

球磨单元2包括外框架21、内筒22、行星齿轮23和若干金属磨球24。

外框架21包括框架本体211，框架本体211设于托盘1上，并可相对于托盘1转动。若干球磨单元2的框架本体211围绕托盘1中心均匀分布。

行星齿轮23固定套在框架本体211上，行星齿轮23转动、且转动方向与托盘1的转动方向相反，框架本体211随托盘1公转的同时、随行星齿轮23相对于托盘1转动方向相反的方向自转。

具体的，框架本体211底部中心具有一向下凸出的框架转轴2111。托盘1具有若干上下贯穿的转动轴孔，转动轴孔的数量与球磨单元2的数量相等并一一对应。各球磨单元2框架本体211的框架转轴2111穿过其对应的转动轴孔，可在转动轴孔内相对转动。行星齿轮23位于托盘1下方，固定套在框架转轴2111向下伸出托盘1的部分上。

主轴4竖直设置在底座3内的底面上，可由驱动装置驱动其转动。托盘1的中心固定套在主轴4上，随主轴4转动。在一优选的实施例中，底座的侧壁可向上延伸至托盘外的高度，并在托盘和底座侧壁之间设置轴承，从而使托盘的转动更加平稳。

底座3的的侧壁内设有一圈内齿轮5，位于若干球磨单元2行星齿轮23的外侧，并与行星齿轮23均啮合。托盘1带动行星齿轮23公转时，行星齿轮23在内齿轮5的作用下进行自转。

本实施例中，行星齿轮23设于框架本体211的底部，通过其底部的框架转轴2111带动框架本体211转动，当然，行星齿轮23也可以设置在框架本体211的顶部，同时通过在框架本体211顶部设置框架转轴2111来实现其转动，或者行星齿轮23还可以直接固定套在框架本体211外来实现驱动其转动。

内筒22包括筒体221和筒盖222。

筒体221竖向固定在框架本体211内，随框架本体211转动。筒体221的筒壁(包括侧筒壁和底面筒壁)内覆有一层保温层2211，保温层2211内覆有一层耐磨层2212。保温层指由保温隔热材料制成的一层保温结构。保温层的材料均为非磁性、不导电材料，避免产生电磁屏蔽，优选地，在较低加热温度的应用中，保温层由有机发泡材料制成；在高温需求下(高于200℃)保温层由多孔陶瓷耐火材料制成。耐磨层2212指耐磨材料构成的一层磨耗结构。耐磨层的材料为非磁性、不导电材料，避免产生电磁屏蔽，优选地，由致密的耐磨陶瓷，如氧化锆或者碳化钨制成。

筒体221内还设有磁轭线圈层，嵌在位于侧筒壁位置的保温层2211中。磁轭线圈层包括磁轭2213和线圈2214，线圈2214嵌在磁轭2213中的内侧。具体的，磁轭是由导磁率比较高的软磁材料制成的条型薄片垒叠而成的结构，对线圈起到支撑作用的同时可以有效控制漏磁，屏蔽磁场，保障环境安全。线圈沿磁轭内部搭成的支架缠绕构成。

线圈2214与高频电源连接，即由高频交流电源供电，频率范围为1000～100000hz，电源功率可调，高频电源产生的高频交变磁场具有趋肤效应，使电磁感应发热集中于磨球表面，有利于向物料传热，加热直接，效率高。具体的，在转动轴孔内设置碳刷25，线圈2214通过导线与框架本体211连接，再经由碳刷25与外部高频交流电源实现转动连接。

对于本实施例中上述多层结构，可以根据实际应用需要增加(例如增加其他功能层)、组合(例如用陶瓷作为耐磨和保温层)、拆分(例如线圈与磁轭分开设置，且磁轭位于线圈外侧)或调整顺序，但应限定为：耐磨层位于最内侧；线圈结构位于保温层外或嵌在保温层内的外侧，在实现系统保温的同时兼顾线圈散热；线圈位于磁轭内侧或嵌在磁轭中的内侧，控制漏磁，保障系统的环境安全性。例如，磁轭线圈层还可以完全覆在保温层外侧。

筒盖222密封地盖在筒体221的顶部开口上。筒盖由保温材料制成，阻止生产加热过程中的热量散失，同时与筒体共同在筒体内构成生产所需的密闭空间。筒盖222与筒体221的顶部开口之间设有多道耐温密封环223，保障系统的气密性。

外框架21还包括紧固支架212和紧固螺杆213。紧固支架212可拆卸地固定在框架本体211的上端；紧固螺杆213穿过紧固支架212、下端抵在筒盖222上，且紧固螺杆213与紧固支架212螺纹连接；拧动紧固螺杆213，紧固螺杆213向下抵住筒盖222密封内筒22。

若干金属磨球24设于筒体221内。金属磨球的材料为耐磨高铬钢或镍基高温合金，加热温度在300℃以下为耐磨高铬钢，300℃及以上为镍基高温合金。

物料放入筒体221内，当筒体221转动时，金属磨球24使物料在滚动的筒体221内得到研磨，同时线圈2214通高频交流电在筒体221内部产生交变磁场，使金属磨球24表面产生感应涡流发热进而加热物料。

在一优选的实施例中，设备还包括非金属、非热电偶类的温度传感器，设置在筒体内，测量筒体的物料温度。例如，可选用陶瓷温度传感器集成于耐磨层上，或选用红外传感器在筒盖上设观察窗、通过观察窗对加热球磨系统中的物料温度进行红外测量。通过对温度的实时测量，通过微机控制线圈所连接的高频电源的功率，实现温度的精准控制。

进出气控制系统与各球磨单元2的内筒22连通，控制气体进出内筒22。其中，进出气控制系统的出气部分兼具出料控制的作用。

球磨单元2具有贯穿外框架21和内筒22底部的进气通道611和贯穿外框架21和内筒22顶部的出气通道621。气体由进气通道611进入内筒22，再由出气通道621排出。具体的，进气通道611贯穿框架转轴2111和内筒22筒体221的底部。出气通道621贯穿内筒22筒盖222和紧固螺杆213。具体的，进气通道和出气通道可通过多个贯穿孔对齐相接构成，并在其间设置密封件保证整体气密性；或者，进气通道和出气通道也可通过整体管路贯穿上述各结构实现。

进出气控制系统包括若干球冠型盖板63，分别设在各球磨单元2的内筒22中，盖在其进气通道611的端口上，球冠型盖板63通过弹性件与内筒22的底面连接。弹性件可以为弹簧。

根据进气压力与筒体221内气压的相对大小控制球冠型盖板63的开合。当进气压力大于筒体221内压力时，球冠型盖板63被气压顶开，气体通过球冠型盖板63边缘和筒体221底部之间形成的圆形狭缝进入筒体221内，由下至上通过物料层，形成筒体221内的保护气氛或与物料反应。当进气压力小于筒体221内压力时，球冠型盖板63通过弹性件的恢复力自动关闭，阻止物料进入进气通道611，防止进气通道611堵塞。

筒盖222上的出气通道621的端口设有可更换的筛网64。在生产过程中，间歇性地提高进气压力，使气流携带粉体物料冲击筛网，磨细合格达到目标细度的粉体通过滤网随气体经由出气通道吹出；过大的、未达到目标细度的粉体颗粒无法通过滤网，因重力回落，被继续研磨。筛网可更换，可根据产品目标细度选择筛孔大小。

进出气控制系统还包括进气主通道612和若干进气分管道613；进气主通道612设在主轴4底部；进气分管道613的数量与球磨单元2的数量相当并一一对应；进气分管道613的一端与进气主通道612连通，另一端通过气密轴承65与相应球磨单元2的进气通道611连通。进出气控制系统包括出气主通道622和若干出气分管道623；出气主通道622设在主轴4顶部；出气分管道623的数量与球磨单元2的数量相当并一一对应；出气分管道623的一端与出气出通道连通，另一端通过气密轴承65与相应球磨单元2的出气通道621连通。气密轴承在保障旋转连接的同时保持气密性。

气体由进气主通道612进入设备，由出气主通道622排出。

其中，进气分管道613和出气分管道623上均设有阀门66。关闭进气分管道613上的阀门可以使进气压力减小，关闭出气分管道623上的阀门可以造成筒体221内气压上升。

工作时，物料a与若干金属磨球24预先置于内筒22的筒体221内，外部电机带动主轴4以及与主轴相连的托盘1转动，内筒21与外框架21在跟随托盘1绕主轴4公转的同时，因行星齿轮23与内齿轮5的相对运动产生高速自转，带动物料a与金属磨球24运动，使物料a得到研磨。同时线圈2214通高频交流电在筒体内部产生交变磁场，使金属磨球24表面产生感应涡流发热进而加热物料。同时气体通过进出气控制系统进入筒体221内，控制筒体221内气氛，根据生产需要，可以通入反应气体，实现气体与物料的高温反应。其中进气分管道613和出气分管道623均通过气密轴承与外框架21上的进气通道611和出气通道621端口连接，只随主轴4公转，不参与自转。间歇性地提高进气压力，可使磨细的粉体被气体携带通过筛网由出气口带出筒体，避免过度研磨，提高产品粒径的均一性。气体携带已磨细的粉体吹出后，经过气固分离，固体即为目标产品；气体通过增压后可以重复使用。若为反应气体，应在增压装置前端设置气体浓度传感器，避免因反应气体浓度过低影响产品质量。