納米碳酸鈣近年來市場需求增長較快,專家預測,未來幾年我國對納米碳酸鈣的需求將不斷增加,納米鈣生產線的市場前景廣闊。由于納米粉體存在的靜電團聚現象,粒徑在20~100nm的納米碳酸鈣團聚后的尺寸一般在1~2mm之間,需要實施抗團聚分散后才能使用,抗團聚分散的效果越好,粉體的使用性能越佳。破解靜電團聚普遍采用物理粉碎法進行處理,其原理是利用超細粉碎及其它強烈機械力作用有目的地激活粒子表面,增強它與有機物或其它無機物的反應活性,實現團聚粉體的粉碎、篩分和解聚。
目前,大多數的國內納米碳酸鈣生產企業均以渦輪式的高轉速旋風磨為核心,配套分級機等關鍵部件,組成生產線對塊狀的納米碳酸鈣進行粉碎和解聚,從旋風磨出來的粉碎物料經管道輸送至分級機中對粉料進行篩分,粒徑達標的粉料進入下一步包裝工序,粒徑不達標的粉料繼續投入到旋風磨中粉碎。由于現有國產設備本身存在的缺陷,破解團聚后的產品最小粒徑普遍在20μm以上,且由于設備穩定性較差,普遍存在生產成本高、能耗大、粉塵污染嚴重等問題。
因此,開發一款生產成本低、節能、無污染且產品粒徑小,生產能力大的成套生產線,不僅有利于企業提高生產效率,降低企業的生產成本,減少環境污染,改善車間環境,也有利于提高粉體使用性能,進而提升下游產業鏈的各產品性能,提高企業市場競爭力。
我公司在原有的粉碎、分級等設備的基礎上,通過對旋風粉碎機關鍵部件結構、分級機關鍵部件結構、成套生產線組合方式創新改進,結合納米碳酸鈣的自身特性,通過PLC控制系統控制,研發了粉碎分散成套設備。生產線以旋風粉碎機、分級機為核心,通過高壓風機負壓輸送,通過旋風粉碎機進行粉碎,通過分級機進行篩分,使各部件運行情況實現有序控制,有效提高了設備生產效率和產量、降低了運行能耗、降低了設備故障率、保證了生產產品的質量和實現了清潔生產。生產線樣機實物圖見圖2,工藝流程示意圖見圖3。
圖2 本項目樣機產品實物圖
本生產線的工作原理如下:將物料從加料裝置中投入到旋風粉碎機中,物料迅速被轉子上部的預粉碎刀片打散,散向定子四壁,進入轉子和定子組成的粉碎區。轉子超高速旋轉產生的大量空氣流既受機內轉動和靜止部件的影響,又受機內的恰當導向,被轉變成無數個急轉的湍流。這些在粉碎區內為數眾多的空氣湍流,把物料催動,并加速到和空氣流同樣高的速度。然而,由于運行中的物料會受到靜止部件的撞擊,造成運轉方向和速度都在極短瞬間內突然改變,其結果是各物料顆粒相互碰撞,并在高速氣流中完成較理想的破碎。
引風機產生的吸力將粉碎后的物料從旋風粉碎機的出料口中吸入到分級機中,物料在引風機吸力作用下由分級機入料口進入至分級區,在高速旋轉的分級渦輪產生的強大離心力作用下,使粗細物料分離,符合粒徑要求的細顆粒通過分級輪葉片間隙進入旋風分離器或除塵器收集,粗顆粒夾帶部分細顆粒撞壁后速度消失,沿筒壁下降至旋風粉碎機的上端進料口,使粗顆粒重新進入旋風粉碎機中繼續粉碎,為達到需要的細度和產量,可以增加或降低間隙墊片的高度來達到改變轉子和定子間的間隙,同時通過調節吸風閥、出風閥及回風閥的開啟度可以控制旋風粉碎機及分級機中的真空度,從而控制出料的速度和粉碎的細度。
以該成套設備主要設計思想依據已申請了8項國家專利,其中發明專利3項,實用新型5項已授權:
序號 |
專利號碼 |
專利名稱 |
專利類型 |
1 |
ZL201220578587.0 |
一種分級機 |
實用新型 |
2 |
ZL201220578520.7 |
一種粉碎機的粉碎總成 |
實用新型 |
3 |
ZL201220514897.6 |
一種納米鈣粉碎成套生產線 |
實用新型 |
4 |
ZL201220514842.5 |
一種粉碎機的加料漏斗 |
實用新型 |
5 |
ZL201220705939.4 |
粉碎、收集成套生產線 |
實用新型 |
6 |
201210442782.5 |
一種粉碎機的粉碎總成 |
發明 |
7 |
201210379555.2 |
一種納米鈣粉碎成套生產線 |
發明 |
8 |
201210553905.2 |
粉碎、收集成套生產線 |
發明 |
重點研究內容:
一、目前納米碳酸鈣的粉碎設備普遍采用常規粉碎設備,未針對納米碳酸鈣特性進行改進,項目對生產線各單體設備關鍵部件進行優化設計,提高了設備的適用性和設備性能,進而提高了粉碎效率。
A 旋風粉碎機
旋風粉碎機物料進出示意圖
創新設計了旋風粉碎機,轉子采用錐形結構并增設預粉碎,從而提高了粉碎細度和效率,降低了能耗;對分級機進料出料箱體優化流道設計,提高分級精度和效率;在旋風粉碎機及分級機的固定件和活動件中設計了氣腔,并設置了氣密封原位清掃裝置,減少了機械故障的發生,提高了設備穩定性,降低了生產成本。
通過改進粉碎機轉子結構,調整刀片布局并增設預粉碎、分級機等關鍵部件的結構和設置氣密封原位清掃裝置,提高了設備的粉碎效果,提高了設備的穩定性,使粉碎、解聚后的納米碳酸鈣的最小粒徑可以達到2μm,遠遠低于現有同類型粉碎生產線的最小粒徑,大大提高了產品的使用性能。
①轉子采用錐形結構,并增設預粉碎刀組。
②粉碎總成設計氣密封裝置。
B 分級機的關鍵技術改進
對分級機進料以及出料的流道進行了優化設計,進料采用切向蝸殼式進料,使物料均勻進入分級輪的旋轉氣流,提高分級效率;出料采用反向蝸殼引流,使出料順暢,減少不規則湍流對出料的影響。
同時,現有的分級機存在一個缺陷,即容易將粉碎的物料帶入到電機中,造成電機卡死甚至燒毀。針對現有的分級機的缺陷,我司自主研發了一種分級機,級機中法蘭是固定件,軸承是活動件,兩者之間存在空隙,但由于此空隙與氣腔是相通的,因此當氣腔中存在壓縮空氣時,會對空隙進行一個持續的吹掃工作,因此能有效的防止粉料進入其中,并進一步的防止粉料進入到電機中,對電機起到了一個保護作用,從而保證分級機的持續正常的工作,對提高生產效率起到了極大的作用。
二、優化集成了用于納米碳酸鈣生產領域的粉碎成套生產線,大大減少了粉碎車間的無組織粉塵排放,提高了生產效率,實現了粉料超細粉碎的連續、高效、節能、清潔生產。
生產線整合了粉碎系統和分級系統,使粉碎和分級串聯共用一套集料、除塵、引風系統。采用PLC控制,通過自動調節分級機上配套的風量調節器,調整引風機產生的真空度,進而調節分級機的篩分效果,實現一臺分級機上可達到不同的篩分效果;同時,通過優化分級機和粉碎機的部件結構,將分級機出料口與粉碎機通過卸料閥直接連接在一起,使分級機出來的不合格物料可以直接重新回到粉碎機進行粉碎。使得生產線僅需配套一套粉碎+分級裝置即可完成產品生產的需要,整個過程可處于密封階段,無粉塵污染,且提高了生產效率,大大簡化了設備組成,降低了設備能耗,提高了設備運行的穩定性。
三、開發了全自動生產線控制系統,以主機電流大小為考核指標,用PLC測控主負荷,用變頻器控制加料頻率和分級機風量調節器,實現對粉碎機高效粉碎,分級機精確篩分的精準控制,使粉碎機新加物料和再粉碎物料實現動態平衡,大大提高了產品的生產效率,節約了設備的能耗。
本產品根據系統的需要,通過設定的PLC程序,實現了自動化變頻控制,提高了工作效率,節約了設備能耗。通過該系統可以實現如下功能:(1)動態顯示設備運行狀態,實時顯示主要電機的電流情況,整套設備的運行電流。(2)實現所有電機設備的運行/停止。(3)對工藝參數的遠方修改。(4)顯示電機報警并指示位置。(5)所有設備的工作/檢修狀態設定。(6)重要參數歷史記錄和顯示。(7)顯示連鎖控制圖,提示當前工作步序將要動作的機構、動作條件。(8)故障報警的歷史記錄。
作者:浙江力普粉碎設備有限公司,王春峰
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