用於碎解特別是無機物質的方法和裝置的製作方法

2023-10-07 19:44:24

專利名稱：用於碎解特別是無機物質的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於特別是無機材料的碎解和摩擦化學活化的方法和裝置。
背景技術：
公知碎解具有各種各樣的用途。例如在重工業領域的水泥生產中，首先破碎冷石料和各種各樣的添加料，然後加熱到1400℃～1600℃燒結，最後研磨到所要求的粒度。這種方法的缺點在於，為活化原料需要投入很多的能源。
DE 195 48 645公開了一種通過摩擦化學處理的晶體達到提高勢能價值並因此提高化學反應能力的方法。例如水泥的機械活化可以大大提高水化礦物粘結劑的強度。此方面的原因是原始粒度和這些顆粒的晶格幹擾。
有多種加工方法可供摩擦加工原料使用，例如像通過兩個平面之間的應力或者通過自由運動的顆粒與固定面的碰撞或者通過顆粒彼此間的碰撞進行研磨。為在幾個1μm數量級的小顆粒上施加很高的勢能並因此引發晶格幹擾，使用所謂的粉碎機。結構原理的特徵在於兩個逆向運動的銷釘輪緣或者齒圈。在如DE-AS 12 36 915介紹的一種方案中，顆粒通過與銷釘或齒的碰撞破碎。在此方面，為產生足夠的活化作用，要求在至少15m/s的相對速度下，以最高50ms的間隔與銷釘進行至少三次碰撞。這種設置的缺點在於，特別是在原料很硬的情況下，銷釘磨損非常嚴重。
在按例如DE 30 34 849 A1的其他方案中，原料主要通過利用顆粒在渦流中的碰撞進行破碎，其中，渦流通過特殊構成的對流工作輪的輪緣產生。同時由此達到明顯降低葉輪或齒圈的碰撞邊緣上磨損的目的。
為開發新型的無機粘結劑，利用公知粉碎機或者研磨機可達到的活化作用不夠。特別是在像在短暫的研磨時間後出現很輕的小微粒情況下，不能實現通過這些顆粒淹沒在空氣流或者空氣渦流中以例如大於100m/s的較高相對速度產生這些顆粒的碰撞。

發明內容
本發明的目的在於，提供一種用於碎解的方法和裝置，其中，利用與現有技術相比明顯提高的能量和作用頻率對顆粒進行動態處理。
本發明的目的通過開頭所述類別的粉碎機得以實現，其中，粒狀物形式的原料藉助寬頻譜和分別小於10μs的脈衝持續時間承受衝擊壓力波。通過在短暫順序下以超聲速度產生的衝擊壓力波對顆粒的作用，對顆粒繼續進行破碎，直至破壞晶格結構。這種破碎的結果是產生混合晶體的混雜物，它們具有在以後加水時提高晶體形成的能力。衝擊壓力波通過具有一直加速度到所謂超音速範圍的空氣動力學構成的斷面和表面的模製體產生。由此產生衝擊壓力工作面，將加入粉碎機內的粒狀物碎解成所要求的粒度。在此方面，模製體在圓盤上幾乎在音速下運動。通過高機械能量的作用，除了破碎外還形成顆粒的活化作用並因此改變化學性質。在有機材料方面，出於降低彈性的目的要求進行預處理。
如果現在流向模製體的空氣(包括懸浮在該空氣中的顆粒在內)的相對速度完全處於音速下面，那麼相對於模製體的流動速度可以局部達到超音速。音速下面的速度範圍(其中處於環繞模製體流動的空氣局部達到超音速)在文獻中稱為超音速的速度範圍(SiglochTechnische Fluidmechanic(工業流體力學)；VDI-Verlag 1996)。為避免化學反應，取代空氣可以使用相應的保護氣體。
根據空氣動力學作用的模製體的構成，超音速的速度範圍在0.75...0.85馬赫時開始，並在達到模製體相對於入流空氣的音速時結束。
如果入流空氣相對於模製體的速度處於超音速的速度範圍內的話，那麼與模製體的空氣動力學斷面相關在一個區域內出現超音速。以超音相對於模製體流動空氣的該區域通過壓縮衝擊、主衝擊和模製體的斷面限制。在背面上從超音速向正常速度進行過渡。這種過渡通過衝擊壓力工作面伴生，也就是說，空氣壓力上升到正常壓力的數倍，隨後在短暫的低壓階段後重新下降到正常壓力。這種衝擊壓力工作面的特徵在於，壓力交替理論上限制在幾個分子長度上，但實際上通過加熱和渦流卻處於100μm的數量級上，但在任何情況下均與模製體的幾何形狀相關非常短暫。
這種效應在超音速飛機機翼斷面的研究中完全公知，確切地說是不希望的。衝擊壓力工作面明顯增加了機翼表層的負荷。為此，壓縮到衝擊壓力工作面的空氣要求提高飛機的推進能量。因此試圖通過機翼斷面的特殊構成來減輕超音速速度範圍的效應並迅速克服該範圍(擊穿聲牆)。
依據本發明，將超音速度範圍的效應用於破碎和活化礦物粒狀物。在此方面，通過兩種因素利用衝擊壓力工作面非常有效。一方面，衝擊壓力工作面是一種具有幾個μs上升時間的非常短暫的脈衝。另一方面，壓力上升和壓力下降的直接序列非常有效地與粒狀物的機械負荷相關。此外，壓力衝擊在頻譜上可以理解為完全不同頻率壓力波的總和。通過壓力衝擊的互導還造成包括具有幾個100kHz壓力波的頻率部分。因此，對不同的顆粒大小和錐度產生具有特性的中斷頻率部分，它們在所希望的破碎和活化作用的方向上非常有效。
在此方面，粉碎機依據本發明的結構使粒狀物或顆粒順序承受數百個這種衝擊壓力工作面。首先通過使用環繞一共用軸的多個模製體來達到這一點。此外，通過對流組的模製體防止模製體相對於帶有裹入粒狀物或顆粒的空氣的相對速度由於同步效應而降低。因此，顆粒與音速相關相當緩慢地經過粉碎室，通過顆粒的交替同步進入一個或者另一個方向。在此方面，衝擊壓力工作面的重複頻率處於超音速範圍內，它聽不到並可以非常有效地保護操作人員。因此為使用該方法形成最佳斷面構成的方向線。
在適當構成模製體正面的情況下，顆粒與模製體的碰撞相當罕見，因為特別小的顆粒環繞模製體的表面同步。不需要模製體正面的護板或裝甲。僅在從動面上，也就是與後部區域內的入流相關，在衝擊壓力工作面與模製體表面的交叉點上出現較高的負荷，可以通過像高合金工具鋼這種適當的材料承受。模製體的表面可以作為所謂的低臨界點的斷面構成，也就是說，環繞的流動基本上是層流的(SiglochTechnische Fluidmechanic(工業流體力學)；VDI-Verlag 1996)。在此方面，模製體在正面導圓，其流出面以銳角彼此結束。


下面藉助附圖的實施例對本發明進行詳細說明。其中圖1a示出在亞音速範圍內繞流模製體的斷面；圖1b示出與在超音速的速度範圍內利用空氣入流的模製體相關超音速範圍的位置；圖2示出衝擊壓力工作面對顆粒的交替作用；圖3示出對流運動的模製體的設置；圖4示出粉碎機設置的橫截面；圖5示出沿圖4剖面線A-A的粉碎機側視圖；圖6示出模製體構成的橫截面。
具體實施例方式
圖1a首先示出典型構成的模製體1連同亞音速範圍內的流線9。流線9首先環繞流體1的斷面流動，其中，在模製體1的後部區域內，在取決於模製體1斷面的情況下層流流動可以中斷並出現渦流3。
圖1b示出在所謂超音速速度範圍內的速度比。與模製體1的表面相關形成一個區域，其中環流空氣的相對速度局部達到超音速。該區域在圖1b中以「Ma＞1」標註。該區域反過來通過衝擊壓力工作面4限制，該工作面4具有短的壓力上升和最終的壓力下降。點5標註了模製體1的上表面的特別是機械負荷的位置。
圖2示出示出衝擊壓力工作面4對顆粒30的作用。顆粒30交替兩次通過不同方向的衝擊壓力工作面4。
圖3示出模製體1彼此間的設置。舉例示出兩組模製體1a和1b，它們順或逆時針方向環繞軸14旋轉。在該實施例中，每組包括各自16個模製體，它們以500轉/秒的旋轉頻率環繞軸14旋轉。在半徑為100mm時，相對速度約為315米/秒，也就是約為音速的95％。在此方面，在不考慮對流組的情況下，衝擊壓力工作面4的序列為8kHz。圖3示意示出粉碎室29內的顆粒路徑8。
圖4示出依據本發明粉碎機的橫截面。第一組1a的模製體1固定在圓盤A 15上。在此方面，該實施例中每個旋轉方向使用兩組。圓盤A 15再用輪轂A 28固定在軸25上，後者通過驅動電機32在利用所需的最低轉速旋轉中運動偏移。軸25通過軸承A 26支承在外殼20內。軸密封件A 27防止顆粒30排出或汙染軸承A 26。第二組模製體1b固定在圓盤B 16上。該圓盤B 16與圓盤B1 17和軸B 21固定連接，其中，軸B 21再通過軸承B 24同樣支承在外殼20內。第二組模製體1b通過電動機33逆電動機32的旋轉方向驅動。
粒狀物7的上料通過靠近粉碎機中心的上料套管31進入上料室18。在這裡料狀物7進入衝擊壓力工作面4的影響區域內並與此同時在進入外部區域的過程中破碎。
在依據本發明粉碎機的結構上應注意的是，通過以高轉速旋轉的圓盤15和16連同固定在上面的模製體1帶走通過離心力向外輸送的空氣。與粉碎室29內不斷交替旋轉速度並因此一再降低顆粒30的速度相反，離心力在兩個圓盤15和16的兩個外表面38和39上不變。特別是在由上料套管31穿過的圓盤B 16上，離心加速度的空氣在圓盤B 16的外表面39上會導致粒狀物7從上料套管31不希望的吸入作用，並將粒狀物7直接輸送到處於模製體1影響環境下的排料套管34。如果將圓盤B 16的外表面39相當好地與外殼20通過密封圈35密封的話，可以降低這種效應。這個問題的另一解決辦法在於將葉片19設置在離心力通過相反的氣流反作用的圓盤B 16的外表面39上。正如從圖5可看到的那樣，顆粒在經過粉碎室29後在排料套管34上接收。
事實表明，粒狀物7一次通過粉碎機在所要求的破碎和活化作用的意義上已經足夠。因此，所述的裝置採用連續法工作。可以根據上料套管31的幾何形狀將那樣多的粒狀物7輸送到上料室18內，在排料套管34上形成從顆粒30中加工處理的粉末。
圖6示出模製體1特別具有優點的構成。通過流出面37以尖端結束避免了渦流並因此降低了所需的驅動能量。
權利要求
1.用於特別是無機材料的碎解和摩擦化學活化的方法，其特徵在於，通過作為壓縮衝擊在超音速運動的斷面上產生的衝擊壓力工作面的作用，原料以小於10μs的脈衝持續時間和大於8kHz的重複頻率破碎(碎解)成小於1μm的粒度。
2.按權利要求1所述的方法，其中，在碎解具有晶體結構的材料時，產生活化混合晶體的聚集體混晶，它具有更高的加水時改變晶體形成的能力。
3.按權利要求1所述的方法，其中，衝擊壓力工作面(4)的作用時間持續進行，直至顆粒(30)的晶格結構開始被破壞。
4.按權利要求1和3所述的方法，其中，衝擊壓力工作面通過具有空氣動力學構成斷面的旋轉模製體(1)產生，這些斷面一直加速度到超音速的速度範圍內。
5.按權利要求1、3和4所述的方法，其中，顆粒承受對流旋轉的模製體(1)的衝擊壓力工作面(4)。
6.按權利要求1-5所述的方法，其中，碎解在保護氣體下進行。
7.用於對流旋轉圓盤上具有空氣動力學構成的模製體的特別是無機材料的碎解和摩擦化學活化的裝置，其特徵在於，在旋轉的圓盤(15，16)上設置有具有空氣動力形成的斷面的模製體(1)，其在超音速速度範圍中連續運動並且在它的流出面產生衝擊壓力工作面
8.按權利要求7所述的裝置，其中，通過具有空氣動力形成的斷面的模製體(1)產生衝擊壓力工作面，其設置於在超音速速度範圍中逆流運動的圓盤形旋轉體(15，16)之上。
9.按權利要求7和8所述的裝置，其中，改變衝擊壓力工作面的重複頻率並在＞15kHz的超音波範圍內產生重複頻率的頻率部分。
10.按權利要求7至9所述的裝置，其中，模製體(1)的正面導圓，其流出面以銳角彼此結束。
11.按權利要求7至10所述的裝置，其中，模製體(1)的橫截面具有用於層流流動的非臨界斷面。
全文摘要
本發明涉及一種用於特別是具有晶體結構的無機材料的碎解和摩擦化學活化的方法，其中，通過衝擊壓力工作面的作用，原料以小於10μs的脈衝持續時間和大於8 kHz的重複頻率破碎(碎解)成小於1μm的粒度。於是獲得活化混合晶體的集聚體。所述集聚體當加水時更傾向於形成改進的晶體。衝擊壓力工作面的作用一直持續，直至顆粒(30)的晶格結構被破壞。用於所述材料的碎解和摩擦化學活化的設備是基於旋轉圓盤的，在該旋轉圓盤上設置了具有空氣動力斷面的模製體，所述模製體在超音速速度範圍中連續運動，並且在其流出面上產生衝擊壓力工作面。
文檔編號B02C13/22GK1705516SQ200380101659
公開日2005年12月7日 申請日期2003年10月14日 優先權日2002年10月17日
發明者彼得·克勞澤, 阿爾弗雷德·巴龍, 格奧爾格·希爾格, 韋爾特·門策爾, 烏爾夫·帕恩克, 賴納·克倫斯基 申請人:克勞澤-希爾格機器製造公司