專利名稱:多種冷卻方式的低溫立式攪拌球磨機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種多種冷卻方式的低溫立式攪拌球磨機，借助低溫液體冷卻工質實現低溫球磨，并可在多種冷卻方式下自由切換，主要應用于物料的高效粉碎和納米材料的生產制備。
背景技術：
機械合金化/機械研磨是一種粉末冶金技術，不但可以細化物料顆粒及其微觀組織，還可以通過合金化過程和機械化學反應制備新材料。本質上屬于非平衡處理技術，機械合金化/機械研磨已成為制備納米材料、非晶材料、過飽和固溶體等亞穩態材料的重要手段。球磨是機械合金化/機械研磨的工藝實現方法，而溫度是球磨過程中重要的影響因素，磨球的沖擊動能和物料自身的反應發熱將引起溫度升高。研究表明，較低的球磨溫度更有利于物料顆粒及微觀組織的細化，有利于強化球磨過程中的非平衡效應。立式攪拌球磨機結構簡單，效率高，適合于從實驗室到工業化生產的逐級放大。現有的各種立式攪拌球磨機一般采用強制水冷或強制氣流冷卻的方法。為了獲取更低的球磨溫度，可以采用液氮等低溫液體作為冷卻工質，如中國發明專利“低溫立式攪拌球磨機”(公開號CN 1431072A)在球磨罐外部設計了冷卻夾層和絕熱夾層，冷卻夾層中充以液氮作為冷卻工質，絕熱夾層為高真空并充滿多層保溫材料，以較少的液氮損耗實現了低溫高能球磨，顯著提高了磨料顆粒及其微觀組織的細化速率和細化水平。但該設計中冷量從球磨罐外部以導熱方式傳遞給球磨罐內部的磨料和磨介，加之冷卻夾層中液氮蒸發產生的低溫氮氣直接排放到環境中，實際上影響了對冷量的利用效率，而且不能夠對球磨溫度進行有效的調節控制。
發明內容
本發明的目的在于針對采用低溫液體冷卻工質的情況，提供一種多種冷卻方式的低溫立式攪拌球磨機，以盡可能少的工質損耗獲取盡可能低的球磨溫度，提高冷量的利用效率，并可實現對溫度的調節控制。
為實現這樣的目的，本發明所采用的技術方案是設計的球磨機主要由杜瓦容器和球磨罐兩部分組成，杜瓦容器為同心分層結構，杜瓦容器內筒和杜瓦容器外筒之間的封閉空間形成真空絕熱夾層并充滿保溫材料，球磨罐和杜瓦容器之間以液體通路和氣體通路相互連通。在球磨機工作時，可以分別或同時向杜瓦容器和球磨罐中注入低溫液體，也可以將杜瓦容器內的低溫液體或低溫氣體導入球磨罐中，通過連通管路中的控制閥門在各種冷卻方式之間自由轉換并調節各個環節的液體流量和氣體壓力，從而實現對球磨機的工作溫度控制。
本發明的多種冷卻方式的低溫立式攪拌球磨機具體結構為杜瓦容器采用杜瓦容器內筒、杜瓦容器外筒和杜瓦容器外殼組成的同心分層結構，三者通過杜瓦容器法蘭連成一體，杜瓦容器內筒和杜瓦容器外筒之間的封閉空間形成絕熱夾層，其中為高度真空并充滿保溫材料。保溫材料可用同心纏繞的多層保溫氈或金屬箔。杜瓦容器進液口、出液口和出氣口均由導管沿水平方向依次穿過杜瓦容器內筒、外筒和杜瓦容器外殼而形成，其中出液口與導液管相連，導液管的另一端接近杜瓦容器內筒的底部，始終浸沒于低溫液體中。杜瓦容器進液口位于杜瓦容器下部，通過杜瓦容器進液閥和杜瓦容器進液流量計與低溫液體儲罐相連；杜瓦容器出液口和杜瓦容器出氣口位于杜瓦容器上部。球磨罐與杜瓦容器法蘭和球磨罐蓋子之間均為靜密封連接，攪拌臂通過旋轉軸密封與球磨罐蓋子連接在一起，并通過連軸器與電機主軸連接。球磨罐進口既可以通過球磨罐進液閥和球磨罐進液流量計與低溫液體儲罐相連，也可以分別通過液體通路和氣體通路與杜瓦容器出液口和杜瓦容器出氣口相連通；球磨罐出口則與球磨罐氣壓表和球磨罐出氣閥相連。
本發明的低溫液體冷卻工質包括液氮、液氬、液氦、液氫、液氧等。
本發明的杜瓦容器和球磨罐既可以采取各自獨立的液路和氣路工作，也可以采取相互連通的液路或氣路工作，因此能夠選擇以下不同的冷卻方式進行球磨機工作溫度的調控。
第一種冷卻方式，只向杜瓦容器中注入低溫液體，此時冷量從球磨罐外部以導熱方式傳遞給球磨罐內部的磨料和磨介，杜瓦容器中液體工質蒸發產生的低溫氣體直接排放到環境中，這種方式下冷量利用效率最低。
第二種冷卻方式，同時向杜瓦容器和球磨罐中注入低溫液體，此時球磨罐內部的液體工質可以直接以導熱方式把冷量傳遞給磨料和磨介，使冷量利用效率有所提高，但杜瓦容器和球磨罐中液體工質蒸發產生的低溫氣體仍然直接排放到環境中，造成冷量的浪費。
第三種冷卻方式，先將低溫液體注入到杜瓦容器中，然后通過自增壓將杜瓦容器內的液體工質注入到球磨罐內，而將球磨罐中液體工質蒸發產生的低溫氣體排放到環境中，這種冷卻方式減少了低溫液體輸送過程中冷量損失。
第四種冷卻方式，先將低溫液體注入到杜瓦容器中，然后將杜瓦容器內的液體工質蒸發產生的低溫氣體注入到球磨罐內，以對流換熱方式將一部分冷量傳遞給磨料和磨介后再排放到環境當中，因此這種方式下冷量利用效率最高。
本發明可以通過連通管路的開關狀態選擇球磨機的冷卻方式，并且可以通過通路中的液閥和氣閥調節冷量的總體輸入及其在各個環節的分配，從而控制球磨機的工作溫度。本發明以較少的低溫液體損耗實現低溫高能球磨，顯著提高了磨料顆粒及其微觀組織的細化速率和細化水平，并顯著提高了球磨機的生產效率，而且可以制備常規球磨機難以制備的材料。
圖1是本發明的結構示意圖。
圖中1.電機，2.連軸器，3.旋轉軸密封，4.球磨罐氣壓表，5球磨罐出氣閥，6.球磨罐出口，7.球磨罐蓋子，8杜瓦容器法蘭，9.杜瓦容器內筒，10.杜瓦容器外筒，11.杜瓦容器外殼，12.保溫材料，13.球磨罐，14.攪拌臂，15.低溫液體，16.導液管，17.杜瓦容器進液閥，18.杜瓦容器進液流量計，19.杜瓦容器進液口，20.杜瓦容器出液口，21.杜瓦容器出氣口，22.杜瓦容器氣壓表，23.球磨罐進氣閥，24.杜瓦容器出氣閥，25.杜瓦容器出液閥，26.杜瓦容器出液流量計，27.球磨罐進液流量計，28.球磨罐進液閥，29.球磨罐進口，30.低溫液體儲罐。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明的技術方案作進一步說明。
本發明的結構如圖1所示。球磨機由球磨罐13和杜瓦容器兩部分組成，其中杜瓦容器為同心分層結構，從中心向外依次為杜瓦容器內筒9、杜瓦容器外筒10和杜瓦容器外殼11，三者通過上端的杜瓦容器法蘭8連成一體，杜瓦容器內筒9和杜瓦容器外筒10之間的封閉空間形成絕熱夾層，其中為高度真空并充滿保溫材料12。杜瓦容器下部有杜瓦容器進液口19、上部有杜瓦容器出液口20和杜瓦容器出氣口21，三個開口均由導管沿水平方向依次穿過杜瓦容器內筒9、杜瓦容器外筒10和杜瓦容器外殼11而形成，其中杜瓦容器出液口20與導液管16相連，導液管16的另一端接近杜瓦容器內筒9的底部，始終浸沒于低溫液體15中。球磨罐13與杜瓦容器法蘭8和球磨罐蓋子7之間均為靜密封連接，攪拌臂14通過旋轉軸密封與球磨罐蓋子7連接在一起，攪拌臂14通過連軸器2與電機1主軸連接。球磨罐蓋子7上有球磨罐進口29和球磨罐出口6。與球磨罐13和杜瓦容器相連的液路和氣路包括杜瓦容器進液口19通過杜瓦容器進液閥17和杜瓦容器進液流量計18與低溫液體儲罐30相連；球磨罐進口29通過球磨罐進液閥28和球磨罐進液流量計27與低溫液體儲罐30相連；杜瓦容器出液口20通過杜瓦容器出液流量計26和杜瓦容器出液閥25與球磨罐進口29相連；杜瓦容器出氣口21通過球磨罐進氣閥23與球磨罐進口29相連。球磨罐13和杜瓦容器內的氣體壓力分別由球磨罐氣壓表4和杜瓦容器氣壓表22測量，并分別通過球磨罐出氣閥5和杜瓦容器出氣閥24排放到環境中。
本發明的杜瓦容器和球磨罐13既可以采取各自獨立的液路和氣路工作，也可以采取相互連通的液路或氣路工作，并且可以通過連通管路中的控制閥門在各種冷卻方式之間自由轉換并調節各個環節的液體流量和氣體壓力，從而實現對球磨溫度的調控。
實施例1 只有杜瓦容器進液閥17和杜瓦容器出氣閥24處于打開狀態，低溫液體15從低溫液體儲罐30中流經杜瓦容器進液流量計18和杜瓦容器進液閥17，從杜瓦容器進液口19注入杜瓦容器內筒9，將球磨罐13淹沒到一定高度，此時冷量通過球磨罐13以導熱方式傳遞給磨料和磨介，杜瓦容器內筒9中所產生的低溫氣體從杜瓦容器出氣口21流經杜瓦容器出氣閥24直接排放到環境中，杜瓦容器內筒9中低溫氣體壓力可由杜瓦容器氣壓表22顯示，并由杜瓦容器出氣閥24進行調節。
實施例2 杜瓦容器進液閥17、杜瓦容器出氣閥24、球磨罐進液閥28、球磨罐出氣閥5處于打開狀態，其它閥門關閉。除了注入杜瓦容器內筒9以外，低溫液體儲罐30中的液體工質也流經球磨罐進液流量計27和球磨罐進液閥28，從球磨罐進口29注入球磨罐13，直接以導熱方式把冷量傳遞給磨料和磨介。杜瓦容器內筒9和球磨罐13中所產生的低溫氣體分別通過杜瓦容器出氣閥24和球磨罐出氣閥5排放到環境中。
實施例3 杜瓦容器進液閥17、杜瓦容器出液閥25和球磨罐出氣閥5處于打開狀態，其它閥門關閉，此時低溫液體15先從低溫液體儲罐30注入到杜瓦容器內筒9中，由于處于自增壓狀態，杜瓦容器內筒9中的低溫液體15流經導液管16、杜瓦容器出液口20、杜瓦容器出液閥25、杜瓦容器出液流量計26、球磨罐進口29所形成的液體通路注入到球磨罐13內部，球磨罐13內部產生的低溫氣體通過球磨罐出氣閥5排放到環境中。
實施例4 杜瓦容器進液閥17、球磨罐進氣閥23和球磨罐出氣閥5處于打開狀態，其它閥門關閉，此時低溫液體15先從低溫液體儲罐30注入到杜瓦容器內筒9中，杜瓦容器內筒9中所產生的低溫氣體流經杜瓦容器出氣口21、球磨罐進氣閥23、球磨罐進口29所形成的氣體通路進入球磨罐13內部，以對流換熱方式將一部分冷量傳遞給磨料和磨介后，再通過球磨罐出口6排放到環境中。
以上各實施例中，從低溫液體儲罐30輸入球磨機的低溫液體總量，杜瓦容器內筒9和球磨罐13之間的低溫液體或低溫氣體流量，杜瓦容器內筒9和球磨罐13內部的低溫氣體壓力和排出速度等，都可以通過連通管路中的液閥和氣閥進行控制，從而調節冷量在各個環節的分配，使低溫液體工質的注入和損耗接近平衡，形成相對穩定的球磨溫度。
本發明可采用的低溫液體冷卻工質包括液氮、液氬、液氦、液氫、液氧等，為有效的降低向環境的冷損，杜瓦容器內筒9和杜瓦容器外筒10之間的絕熱夾層內，設計為高度真空并充填保溫材料12，例如同心纏繞的多層保溫氈、金屬箔等。
權利要求
1.一種多種冷卻方式的低溫立式攪拌球磨機，包括杜瓦容器和球磨罐(13)兩個部分，其特征在于杜瓦容器由杜瓦容器內筒(9)、杜瓦容器外筒(10)和杜瓦容器外殼(11)組成同心分層結構，通過杜瓦容器法蘭(8)連成一體，杜瓦容器內筒(9)和杜瓦容器外筒(10)之間的封閉空間形成絕熱夾層，其中為高度真空并充滿保溫材料(12)，杜瓦容器下部有杜瓦容器進液口(19)、上部有杜瓦容器出液口(20)和杜瓦容器出氣口(21)，其中杜瓦容器出液口(20)與導液管(16)相連，導液管(16)的另一端接近杜瓦容器內筒(9)的底部，浸沒于低溫液體(15)中，球磨罐(13)與杜瓦容器法蘭(8)和球磨罐蓋子(7)之間均為靜密封連接，攪拌臂(14)通過旋轉軸密封(3)與球磨罐蓋子(7)連接在一起，攪拌臂(14)通過連軸器(2)與電機(1)主軸連接，杜瓦容器進液口(19)通過杜瓦容器進液閥(17)和杜瓦容器進液流量計(18)與低溫液體儲罐(30)相連，球磨罐進口(29)通過球磨罐進液閥(28)和球磨罐進液流量計(27)與低溫液體儲罐(30)相連，杜瓦容器出液口(20)通過杜瓦容器出液流量計(26)和杜瓦容器出液閥(25)與球磨罐進口(29)相連，杜瓦容器出氣口(21)通過球磨罐進氣閥(23)與球磨罐進口(29)相連，球磨罐出口(6)分別與球磨罐氣壓表(4)和球磨罐出氣閥(5)相連，杜瓦容器出氣口(21)分別與杜瓦容器氣壓表(22)和杜瓦容器出氣閥(24)相連。
2.如權利要求
1的多種冷卻方式的低溫立式攪拌球磨機，其特征在于所述的保溫材料(12)為同心纏繞的多層保溫氈或金屬箔。
專利摘要
一種多種冷卻方式的低溫立式攪拌球磨機，主要由杜瓦容器和球磨罐兩部分組成，杜瓦容器為同心分層結構，杜瓦容器內筒和杜瓦容器外筒之間的封閉空間形成真空絕熱夾層并充滿保溫材料，球磨罐和杜瓦容器之間以液體通路和氣體通路相互連通。本發明可以分別或同時向杜瓦容器和球磨罐中注入低溫液體，也可以將杜瓦容器內的低溫液體或低溫氣體導入球磨罐中，通過連通管路中的控制閥門在各種冷卻方式之間自由轉換并調節各個環節的液體流量和氣體壓力，從而實現對球磨溫度控制，能夠以較少的低溫液體損耗獲取低溫、實現低溫高能球磨，提高球磨效率。
文檔編號B02C17/00GKCN1528524SQ200310107942
公開日2004年9月15日 申請日期2003年10月16日
發明者李志強, 張荻, 李文獻 申請人:上海交通大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan