納米碳酸鈣近年來(lái)市場(chǎng)需求增長(cháng)較快，專(zhuān)家預測，未來(lái)幾年我國對納米碳酸鈣的需求將不斷增加，納米鈣生產(chǎn)線(xiàn)的市場(chǎng)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(shí)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(jìn)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(wú)機物的反應活性，實(shí)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(chǎn)企業(yè)均以渦輪式的高轉速旋風(fēng)磨為核心，配套分級機等關(guān)鍵部件，組成生產(chǎn)線(xiàn)對塊狀的納米碳酸鈣進(jìn)行粉碎和解聚，從旋風(fēng)磨出來(lái)的粉碎物料經(jīng)管道輸送至分級機中對粉料進(jìn)行篩分，粒徑達標的粉料進(jìn)入下一步包裝工序，粒徑不達標的粉料繼續投入到旋風(fēng)磨中粉碎。由于現有國產(chǎn)設備本身存在的缺陷，破解團聚后的產(chǎn)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(chǎn)成本高、能耗大、粉塵污染嚴重等問(wèn)題。
因此，開(kāi)發(fā)一款生產(chǎn)成本低、節能、無(wú)污染且產(chǎn)品粒徑小，生產(chǎn)能力大的成套生產(chǎn)線(xiàn)，不僅有利于企業(yè)提高生產(chǎn)效率，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染，改善車(chē)間環(huán)境，也有利于提高粉體使用性能，進(jìn)而提升下游產(chǎn)業(yè)鏈的各產(chǎn)品性能，提高企業(yè)市場(chǎng)競爭力。
我公司在原有的粉碎、分級等設備的基礎上，通過(guò)對旋風(fēng)粉碎機關(guān)鍵部件結構、分級機關(guān)鍵部件結構、成套生產(chǎn)線(xiàn)組合方式創(chuàng )新改進(jìn)，結合納米碳酸鈣的自身特性，通過(guò)PLC控制系統控制，研發(fā)了粉碎分散成套設備。生產(chǎn)線(xiàn)以旋風(fēng)粉碎機、分級機為核心，通過(guò)高壓風(fēng)機負壓輸送，通過(guò)旋風(fēng)粉碎機進(jìn)行粉碎，通過(guò)分級機進(jìn)行篩分，使各部件運行情況實(shí)現有序控制，有效提高了設備生產(chǎn)效率和產(chǎn)量、降低了運行能耗、降低了設備故障率、保證了生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量和實(shí)現了清潔生產(chǎn)。生產(chǎn)線(xiàn)樣機實(shí)物圖見(jiàn)圖2，工藝流程示意圖見(jiàn)圖3。
圖2 本項目樣機產(chǎn)品實(shí)物圖
 本生產(chǎn)線(xiàn)的工作原理如下：將物料從加料裝置中投入到旋風(fēng)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(jìn)入轉子和定子組成的粉碎區。轉子超高速旋轉產(chǎn)生的大量空氣流既受機內轉動(dòng)和靜止部件的影響，又受機內的恰當導向，被轉變成無(wú)數個(gè)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(dòng)，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(huì )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(fēng)機產(chǎn)生的吸力將粉碎后的物料從旋風(fēng)粉碎機的出料口中吸入到分級機中，物料在引風(fēng)機吸力作用下由分級機入料口進(jìn)入至分級區，在高速旋轉的分級渦輪產(chǎn)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(guò)分級輪葉片間隙進(jìn)入旋風(fēng)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(fēng)粉碎機的上端進(jìn)料口，使粗顆粒重新進(jìn)入旋風(fēng)粉碎機中繼續粉碎，為達到需要的細度和產(chǎn)量，可以增加或降低間隙墊片的高度來(lái)達到改變轉子和定子間的間隙，同時(shí)通過(guò)調節吸風(fēng)閥、出風(fēng)閥及回風(fēng)閥的開(kāi)啟度可以控制旋風(fēng)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(zhuān)利，其中發(fā)明專(zhuān)利3項，實(shí)用新型5項已授權：
| 序號 |
專(zhuān)利號碼 |
專(zhuān)利名稱(chēng) |
專(zhuān)利類(lèi)型 |
| 1 |
ZL201220578587.0 |
一種分級機 |
實(shí)用新型 |
| 2 |
ZL201220578520.7 |
一種粉碎機的粉碎總成 |
實(shí)用新型 |
| 3 |
ZL201220514897.6 |
一種納米鈣粉碎成套生產(chǎn)線(xiàn) |
實(shí)用新型 |
| 4 |
ZL201220514842.5 |
一種粉碎機的加料漏斗 |
實(shí)用新型 |
| 5 |
ZL201220705939.4 |
粉碎、收集成套生產(chǎn)線(xiàn) |
實(shí)用新型 |
| 6 |
201210442782.5 |
一種粉碎機的粉碎總成 |
發(fā)明 |
| 7 |
201210379555.2 |
一種納米鈣粉碎成套生產(chǎn)線(xiàn) |
發(fā)明 |
| 8 |
201210553905.2 |
粉碎、收集成套生產(chǎn)線(xiàn) |
發(fā)明 |
重點(diǎn)研究?jì)热荩?/strong>
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(jìn)行改進(jìn)，項目對生產(chǎn)線(xiàn)各單體設備關(guān)鍵部件進(jìn)行優(yōu)化設計，提高了設備的適用性和設備性能，進(jìn)而提高了粉碎效率。
A 旋風(fēng)粉碎機
旋風(fēng)粉碎機物料進(jìn)出示意圖
創(chuàng )新設計了旋風(fēng)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(jìn)料出料箱體優(yōu)化流道設計，提高分級精度和效率；在旋風(fēng)粉碎機及分級機的固定件和活動(dòng)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(fā)生，提高了設備穩定性，降低了生產(chǎn)成本。
通過(guò)改進(jìn)粉碎機轉子結構，調整刀片布局并增設預粉碎、分級機等關(guān)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(lèi)型粉碎生產(chǎn)線(xiàn)的最小粒徑，大大提高了產(chǎn)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(guān)鍵技術(shù)改進(jìn)
對分級機進(jìn)料以及出料的流道進(jìn)行了優(yōu)化設計，進(jìn)料采用切向蝸殼式進(jìn)料，使物料均勻進(jìn)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(shí)，現有的分級機存在一個(gè)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(fā)了一種分級機，級機中法蘭是固定件，軸承是活動(dòng)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(shí)，會(huì )對空隙進(jìn)行一個(gè)持續的吹掃工作，因此能有效的防止粉料進(jìn)入其中，并進(jìn)一步的防止粉料進(jìn)入到電機中，對電機起到了一個(gè)保護作用，從而保證分級機的持續正常的工作，對提高生產(chǎn)效率起到了極大的作用。
二、優(yōu)化集成了用于納米碳酸鈣生產(chǎn)領(lǐng)域的粉碎成套生產(chǎn)線(xiàn)，大大減少了粉碎車(chē)間的無(wú)組織粉塵排放，提高了生產(chǎn)效率，實(shí)現了粉料超細粉碎的連續、高效、節能、清潔生產(chǎn)。
生產(chǎn)線(xiàn)整合了粉碎系統和分級系統，使粉碎和分級串聯(lián)共用一套集料、除塵、引風(fēng)系統。采用PLC控制，通過(guò)自動(dòng)調節分級機上配套的風(fēng)量調節器，調整引風(fēng)機產(chǎn)生的真空度，進(jìn)而調節分級機的篩分效果，實(shí)現一臺分級機上可達到不同的篩分效果；同時(shí)，通過(guò)優(yōu)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(guò)卸料閥直接連接在一起，使分級機出來(lái)的不合格物料可以直接重新回到粉碎機進(jìn)行粉碎。使得生產(chǎn)線(xiàn)僅需配套一套粉碎+分級裝置即可完成產(chǎn)品生產(chǎn)的需要，整個(gè)過(guò)程可處于密封階段，無(wú)粉塵污染，且提高了生產(chǎn)效率，大大簡(jiǎn)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(kāi)發(fā)了全自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)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(fēng)量調節器，實(shí)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(shí)現動(dòng)態(tài)平衡，大大提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，節約了設備的能耗。
本產(chǎn)品根據系統的需要，通過(guò)設定的PLC程序，實(shí)現了自動(dòng)化變頻控制，提高了工作效率，節約了設備能耗。通過(guò)該系統可以實(shí)現如下功能：（1）動(dòng)態(tài)顯示設備運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)顯示主要電機的電流情況，整套設備的運行電流。（2）實(shí)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(tài)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(dòng)作的機構、動(dòng)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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