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CN1170644C - 压实松散颗粒材料的方法和装置 - Google Patents

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CN1170644C CNB998077887A CN99807788A CN1170644C CN 1170644 C CN1170644 C CN 1170644C CN B998077887 A CNB998077887 A CN B998077887A CN 99807788 A CN99807788 A CN 99807788A CN 1170644 C CN1170644 C CN 1170644C
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Abstract

压实松散颗粒材料的方法及装置。该方法包括至少部分限制该松散颗粒材料；以及绕旋转轴旋转浸没在该松散颗粒材料下面的旋转件。该旋转件为盘状并包括多个周向隔开的叶片，每个叶片都构成一个在旋转方向上面对切向的材料接触表面，并且将每个叶片斜截，使得所述叶片的径向内端部与在所述叶片所在平面内的旋转轴成15°至60°的角度，在该叶片所在平面内旋转的材料接触表面向着或远离旋转轴移动所述材料颗粒。由此提供压实的松散颗粒材料。该方法和装置特别适于压实石英粉。

Description

压实松散颗粒材料的方法和装置
技术领域
本发明涉及松散颗粒材料的压实，特别涉及压实松散颗粒材料的方法和装置。
背景技术
美国专利1,1814,171公开了一种推进可压缩材料，如颗粒或粉末的装置。该装置可将颗粒或粉末材料打包后，在其上施加一预定压力，使材料密度变大，然后，方便用离心叶轮来推动，使得材料离开推进器到达传送带。
该美国专利公开的推进器的结构是：由一个套筒和两个叶片构成，这两个叶片安装在一轴杆上，该轴杆径向穿过所述套筒。所述叶片在一垂直于套筒轴的平面中被移动，一定程度上压实材料，将材料从一料斗移动到一离心叶轮的外壳中。之后，通过旋转离心叶轮将材料排出到推进器之外。
该美国专利的推进器，由于只配置了两个叶片，且叶片与材料的接触面是垂直于旋转轴，不能有效地使材料向着或离开旋转轴移动，因此，压实的程度非常有限，叶片的主要作用是推着材料向离心叶轮移动。
发明内容
本发明的目的是提供一种压实松散颗粒材料的方法和装置，使压实后的松散颗粒材料的体积密度达到预定的值。
根据本发明第一方面，提供一种压实松散颗粒材料的方法，该方法包括：
至少部分限制该松散颗粒材料；以及绕旋转轴旋转浸没在该松散颗粒材料下面的旋转件，该旋转件为盘状并包括多个周向隔开的叶片，每个叶片都构成一个在旋转方向上面对切向的材料接触表面，并且将每个叶片斜截，使得所述叶片的径向内端部与在所述叶片所在平面内的旋转轴成15°至60°的角度，在该叶片所在平面内旋转的材料接触表面向着或远离旋转轴移动所述材料颗粒。
这样，至少在材料颗粒与该旋转件的最初接触中，该颗粒通常移向或移离该旋转轴。
限制该松散颗粒材料可包括将该松散颗粒材料传送到一容器内。一般，该容器具有形成圆筒形内表面的壁。该容器可具有与旋转件的旋转轴同心的中心纵轴。
该方法可包括振动该容器以防止颗粒材料靠着容器内表面结块或堆积或粘结。
该方法可包括从容器中排出压实的松散颗粒材料。可以理解，该方法可连续或分批地实现，从容器中排出压实松散颗粒材料并将松散颗粒材料分批地或控制地送入该容器内。这样，可将松散颗粒材料连续传送到该容器内，并且可以将压实松散颗粒材料从该容器中连续排出。
该方法可以包括测量或确定压实松散颗粒材料从容器中排出前的体积密度。另外，该方法可包括测量或确定压实松散颗粒材料从容器中排出之后的体积密度。
该方法可包括控制压实松散颗粒材料的密度。压实松散颗粒材料的密度控制由从一组方法中选择一个方法或两个方法或多个方法来实现，该组方法包括控制松散颗粒材料在容器中的停留时间、控制旋转件的旋转角速度、控制松散颗粒材料在容器中的水平面。但是压实松散颗粒材料的密度控制不必局限于这些方法。
旋转件的旋转轴可以是基本垂直的。最好，旋转件引起材料颗粒向内向着垂直旋转轴移动。根据本发明的另一实施例，同心的旋转轴和容器的纵轴与水平面成约60°角。
旋转件以100rpm至3500rpm的角速度旋转。最好，旋转件以500rpm至1000rpm的角速度旋转。一般，旋转件以700rpm至800rpm的角速度如732rpm的角速度旋转。
松散颗粒材料可具有小于1mm的平均粒度。一般松散颗粒材料具有小于0.5mm的平均粒度，甚至小于1μm，如大约为0.15μm。
该方法可包括从容器中抽取粉尘。
松散颗粒材料可以是粒度小于0.5μm，一般小于0.2μm的粒状石英。确实，尽管不必专门应用在压实所谓的石英粉中，但是可以预期本发明特别适用于此。
石英压实前的密度与压实石英的密度之比可至少超过2∶3。最好，根据石英压实前的密度，石英压实前的密度与压实石英的密度之比可至少为1∶2。根据石英压实前的密度，该比率可达1∶3或更大。
根据本发明的第二方面，提供压实松散颗粒材料的装置，该装置包括：
容器，用于至少部分限制松散颗粒材料体；和
旋转件，位于所述容器中，且布置得使其在使用时浸没在颗粒材料体中；
以及驱动件，所述驱动件连接旋转件，并且能绕所述旋转轴旋转所述旋转件，其中
旋转件为盘状并包括多个周向隔开的叶片，每个叶片都构成一个在旋转方向上面对切向的材料接触表面，并且将每个叶片斜截，使得所述叶片的径向内端部与在所述叶片所在平面内的旋转轴成15°至60°的角度，其中当旋转件旋转时使用中的旋转件使所述材料向着或远离旋转轴移动。
该容器在低处具有压实松散颗粒材料的出口，在高于出口的较高高度具有松散颗粒材料的入口，旋转件位于该容器的入口和出口之间的高度。最好，旋转件位于该容器的出口高度。
当该旋转件浸没在颗粒材料体内时，该驱动件能以100rpm至3500rpm的角速度旋转该旋转件。一般，当该旋转件浸没在颗粒材料体内时，该驱动件能以500rpm至1000rpm的角速度如大约700rpm至800rpm的角速度旋转该旋转件。
在使用中可以对叶片定向或设置以使松散颗粒材料相对于旋转件的旋转轴径向移动。最好，该叶片是这样定向或设置的，即当旋转件旋转时，使得至少在材料颗粒和旋转件的最初接触中，材料颗粒是基本向内向着该旋转轴移动的。
叶片可从该盘状体的表面伸出，该表面是使用中的上表面。另外，该叶片可从盘状体的周边径向向外伸出。
叶片可以是平面的并基本与将驱动件与旋转件连接的驱动轴相切。可将每个叶片的径向内端部斜截，使得该叶片的径向内端部与该叶片平面内的旋转轴成15°至60°的角度。最好该角度为20°至50°，如大约为30°。
该容器可具有形成圆筒形内表面的壁，并且该容器具有与旋转件的旋转轴同心的中心纵轴，该旋转件旋转时形成的圆的直径与该容器的直径之比可为0.25∶1至0.99∶1。最好，该比率为0.5∶1至0.99∶1。一般，由旋转件旋转时形成的圆的直径与该容器的直径之比为0.9∶1至0.99∶1，如大约为0.95∶1。
该容器的容积可为0.1m3至200m3。一般，该容器的容积为0.1m3至0.5m3。
该旋转件的旋转轴可基本是垂直的。
该装置可包括传送件和装袋件，设置传送件以从该容器向对压实松散颗粒材料进行装袋的装袋件传送压实松散颗粒材料。
该装置可包括振动件，用于振动所述容器以防止颗粒材料靠着所述容器内表面结块或粘结或堆积。
该装置可包括粉尘抽取件用于从容器中抽取粉尘。
该旋转件和容器的内表面可覆盖有一种材料，该材料防止松散颗粒材料靠着该材料或在该材料上粘结结块或堆积。
该装置可包括密度测量件和控制件，用于控制压实松散颗粒材料的体积密度。
附图说明
下面参照附图和实施例来说明本发明。附图中：
图1是根据本发明用于压实松散颗粒材料的装置的一个实施例剖面图；
图2是图1所示装置的旋转件的三维视图；
图3是根据本发明用于压实松散颗粒材料的装置的另一实施例剖面图；
图4是图3所示装置的旋转件的三维视图；
具体实施方式
参照附图1，标号10通常表示根据本发明用于压实松散颗粒材料的装置的一个实施例。该装置10包括用于盛装和限制松散颗粒材料的容器12，及旋转件14，在使用中该旋转件14浸没在盛装在容器12中的松散颗粒材料下面，并且该旋转件14可绕垂直旋转轴16旋转。
容器12包括圆筒形壁18，该圆筒形壁18形成容器12的圆筒形内表面20。这样，容器12具有与旋转轴16一致或同心的中心纵垂直轴。在本发明的另一实施例中，容器的轴和旋转轴可与水平面成一定角度设置，如成约60°的角度。
容器12包括松散颗粒材料的入口22和压实松散颗粒材料的出口24。入口22位于容器12的顶部26，出口24位于容器12的底部28。
旋转件14位于入口22和出口24之间。旋转件14与驱动轴30机械连接，该传动轴30又从动连接到电机(未示)上。该电机能以2600至3000rpm的角速度有选择地旋转旋转件14。
旋转件14包括盘状体32，多个沿圆周分隔的平面叶片34由盘状体32伸出。在使用中对该叶片34定向或布置以使盛装在容器12中的松散颗粒材料向内向着旋转轴16移动。叶片34由盘状体32的表面36伸出，在使用中该表面是上表面。
盘状体32以及旋转件14的直径为720mm。容器12的内直径约为800mm。这样，旋转件14直径与容器12直径之比为0.9∶1。
驱动轴30穿过容器12的顶部26。密封件38设置在驱动轴30和顶部26之间。
传送带40设置在出口24下面。
在容器12上设置粉尘抽取出口(未示)，并靠着壁18的外表面安装振动器(未示)。
在使用中，容器12在控制下装上具有松散颗粒材料44，如箭头42所示，以便保持容器12内的松散颗粒材料的水平面46足以覆盖旋转件14。
被浸没的旋转件14由电机和驱动轴30带动以约2900rpm的角速度在箭头48所示的方向旋转。叶片34使松散颗粒材料的颗粒向内向着旋转轴16移动而使松散颗粒材料压实。使振动器工作以防止松散颗粒材料靠着容器12的内表面结块，并通过粉尘抽取出口抽取形成的粉尘。
压实的松散颗粒材料如箭头50所示通过出口24卸到传送带40上，传送带40在箭头52所示的方向移动。由密度测定和控制件(未示)测定在传送带40上的压实松散颗粒材料密度，提高或降低压实松散颗粒材料从容器12中的排出速度，由此延长或缩短松散颗粒材料在容器12中的停留时间，从而使压实松散颗粒材料达到所需体积密度。
参照附图3，根据压实松散颗粒材料的本发明装置的另一实施例通常由标号100表示。装置100类似于装置10，除非另有说明，关于装置10使用的相同标号用于表示装置100的相同或类似部件或特征。
装置100包括旋转件102，更清楚显示在附图4中。如图4所示，叶片34为垂直平面状，并在图4中基本与驱动轴30(未示)相切，驱动轴30运转连接旋转件102。将每个叶片34的内端部斜截，使得在叶片34的平面内每个叶片34的径向内端35与旋转件102的旋转轴成约30°的角。
旋转件102位于容器12的出口24的高度。出口24设置在容器12的壁18下部。设置手动操作的出口盖104以控制在使用中压实松散颗粒材料从容器12中放出的速度。
驱动轴30通过两轴台33旋转安装在支承件31上并通过驱动带108和两皮带轮110、112运转连接电机106。电机106和皮带轮110、112是这样设置的，即使得在使用中，电机106能以700rpm和800rpm之间的平均速度旋转旋转件102。
容器12和电机106安装在支撑结构114上。
容器12的内径约为576mm、高度约为1500mm。旋转件102的直径约为550mm。这样，旋转件102的直径与容器12的直径之比约为0.95∶1。
以类似于装置10的方式使用装置100以压实松散颗粒材料。这样，松散颗粒材料通过入口22送入容器12内，以便在容器12内保持足以覆盖旋转件102的松散颗粒材料水平面，通过电机106和驱动轴30以约732rpm的角速度旋转旋转件102。叶片34使材料颗粒向内向着旋转件102的旋转轴移动而使松散颗粒材料压实。通过出口24周期性地将压实松散颗粒材料由滑道116排出到传送带40上。传送带40将压实松散颗粒材料传送到装袋设备(未示)而将压实松散颗粒材料装袋。
例1
处于室温下的1000g非压实或原石英粉放置在直径约为155mm、高度约为300mm的实验室标准圆筒形容器中。该非压实石英粉具有下述成分：
                     ％(w/w干态下)
Fe2O3                  0.15
CaO                       0.20
Al2O3                   0.15
MgO                       0.40
Na2O                     0.15
K2O                      0.50
MnO                       0.02
TiO2                     0.06
P2O5                   0.10
C                         5.0
S                         0.25
Ni                        0.03
Zn                        0.03
Pb                        0.003
Cu                        0.002
Co                        0.002
SiO2                     92.953％
非压实石英粉的pH值(5g/100ml蒸馏水)在6.5和7.8之间，其具有约0.4％的水分和约0.15μm的平均粒度。非压实石英粉的体积密度约为281.7kg/m3。
附图2所示的旋转件直径约为135mm，该旋转件浸没在容器内的石英粉内并以约3000rpm的角速度旋转约150秒以便压实石英粉。压实石英粉从容器中排出，其密度是确定的。发现压实石英粉的密度约为623.7kg/m3，温度为69℃。
例2
装置100用于压实成分未知的石英粉。进行了16个试验，其结果列于下表中。对于每个试验，旋转件102以732rpm的角速度旋转，并在约3秒内升到该速度，然后在每个试验完成后再停止约3秒。
原料石英粉密度(kg/m3) 244.5  244.5  248.1  225.2  232.4  222  232.4  231.4
石英粉初始温度(℃) 40  51  53  50  52  34  34  36
石英粉重量(kg) 33.3  55.5  38.7  40.5  41.1  40.2  41.8  39.9
压实石英粉密度(kg/m3) 659.3  713.9  590.2  643.7  632.2  620.8  599  652.1
压实石英粉温度(℃) 110  140  90  110  110  72  80  80
压实时间(分钟) 5  5  2  3  3  3  3  3
原料石英粉密度与压实石英粉密度之比 1∶2.7  1∶2.9  1∶2.4  1∶2.9  1∶2.7  1∶2.8  1∶2.6  1∶2.8
  原料石英粉密度(kg/m3)   239.3   242   237.3    246.9    232.2    232.2    234.1   240
  石英粉初始温度(℃)   36   38   43   51   34   36   36   38
  石英粉重量(kg)   41.9   41.7   39.8   42.1   43.4   43.3   40.1   41.8
  压实石英粉密度(kg/m3)   644.2   638.5   592.3   655.2   628.8   642.9   630.1   650
  压实石英粉温度(℃)   83   60   105   105   80   80   83   60
  压实时间(分钟)   3   3   1.5   3.5   3   3   3   3
  原料石英粉密度与压实石英粉密度之比   1∶2.7   1∶2.6   1∶2.5   1∶2.7   1∶2.7   1∶2.8   1∶2.7   1∶2.7
如上所述，本发明的优点是提供了一种经济有效的方法和装置，能将松散颗粒材料比如石英粉压实。此外，如上所述，本发明的方法和装置能够比使用使石英粉压实的普通方法和装置获得更高的压实体积密度。

Claims (27)

1.一种压实松散颗粒材料的方法，所述方法包括：
通过将所述松散颗粒材料加入到一容器内限制该松散颗粒材料；以及绕旋转轴旋转浸没在该松散颗粒材料下面的旋转件，其特征在于，该旋转件为盘状并包括多个周向隔开的叶片，每个叶片都构成一个在旋转方向上面对切向的材料接触表面，并且将每个叶片斜截，使得所述叶片的径向内端部与在所述叶片所在平面内的旋转轴成15°至60°的角度，在该叶片所在平面内旋转的材料接触表面向着或远离旋转轴移动所述材料颗粒。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容器具有形成圆筒形内表面的壁，所述容器具有与所述旋转件的旋转轴同心的中心纵轴。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容器被振动以防止所述颗粒材料靠着所述容器内表面结块或堆积或粘结。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述松散颗粒材料连续加入到所述容器内，并且将压实松散颗粒材料从所述容器中连续排出。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，压实松散颗粒材料的密度由从一组方法中选择一个方法或两个方法或多个方法来控制，所述一组方法包括控制松散颗粒材料在所述容器中的停留时间、控制旋转件的旋转角速度、控制松散颗粒材料在容器中的水平面。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋转件的旋转轴是垂直的。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋转件以100rpm和3500rpm之间的角速度旋转。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述旋转件以500rpm和1000rpm之间的角速度旋转。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述旋转件以700rpm和800rpm之间的角速度旋转。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述松散颗粒材料的平均粒度小于1mm。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述松散颗粒材料的平均粒度小于0.1mm。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述松散颗粒材料是粒度小于0.5μm的颗粒石英。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，压实前的石英密度与压实后的石英密度之比为至少2∶3。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，压实前的石英密度与压实后的石英密度之比为至少1∶2。
15.一种压实松散颗粒材料的装置，所述装置包括：
容器，用于限制松散颗粒材料体；和旋转件，位于所述容器中，且布置得使其在使用时浸没在颗粒材料体中；以及驱动件，所述驱动件连接旋转件，并且能绕所述旋转轴旋转所述旋转件，其特征在于，
该旋转件为盘状并包括多个周向隔开的叶片，每个叶片都构成一个在旋转方向上面对切向的材料接触表面，并且将每个叶片斜截，使得所述叶片的径向内端部与在所述叶片所在平面内的旋转轴成15°至60°的角度，其中当旋转件旋转时使用中的旋转件使所述材料向着或远离旋转轴移动。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述叶片由一盘状体的上表面伸出。
17.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述叶片形成平面的材料接触表面，该表面与将驱动件与旋转件连接的驱动轴相切。
18.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述容器具有一设在低处的压实松散颗粒材料出口，以及一比出口高的松散颗粒材料入口，所述旋转件位于所述容器出口的高度上。
19.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述驱动件能以100rpm至3500rpm的角速度旋转所述旋转件。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，所述驱动件能以500rpm至1000rpm之间的角速度旋转所述旋转件。
21.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述容器具有形成圆筒形内表面的壁，并且所述容器具有与旋转件的旋转轴同心的中心纵轴，所述旋转件旋转时形成的圆的直径与所述容器的直径之比为0.25∶1至0.99∶1。
22.如权利要求21所述的装置，其特征在于，所述旋转件旋转时形成的圆的直径与所述容器的直径之比为0.9∶1至0.99∶1。
23.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述容器的容积为0.1m3至200m3。
24.如权利要求23所述的装置，其特征在于，所述容器的容积为0.1m3至0.5m3。
25.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述旋转件的旋转轴是垂直的。
26.如权利要求15所述的装置，其特征在于，该装置包括传送件和装袋件，设置传送件以从所述容器向对所述压实松散颗粒材料进行装袋的装袋件传送压实松散颗粒材料。
27.如权利要求15所述的装置，其特征在于，该装置包括振动件，用于振动所述容器以防止颗粒材料靠着所述容器内表面结块或粘结或堆积。
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