專利名稱：用于碎解特別是無機物質的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于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，然后加熱到1400℃～1600℃燒結，最后研磨到所要求的粒度。這種方法的缺點在于，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并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干擾。
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并因此引發晶格干擾，使用所謂的粉碎機。結構原理的特征在于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。這種設置的缺點在于，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后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于100m/s的較高相對速度產生這些顆粒的碰撞。

發明內容
本發明的目的在于，提供一種用于碎解的方法和裝置，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，粒狀物形式的原料借助寬頻譜和分別小于10μs的脈沖持續時間承受沖擊壓力波。通過在短暫順序下以超聲速度產生的沖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，它們具有在以后加水時提高晶體形成的能力。沖擊壓力波通過具有一直加速度到所謂超音速范圍的空氣動力學構成的斷面和表面的模制體產生。由此產生沖擊壓力工作面，將加入粉碎機內的粒狀物碎解成所要求的粒度。在此方面，模制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并因此改變化學性質。在有機材料方面，出于降低彈性的目的要求進行預處理。
如果現在流向模制體的空氣(包括懸浮在該空氣中的顆粒在內)的相對速度完全處于音速下面，那么相對于模制體的流動速度可以局部達到超音速。音速下面的速度范圍(其中處于環繞模制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范圍(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制體的構成，超音速的速度范圍在0.75...0.85馬赫時開始，并在達到模制體相對于入流空氣的音速時結束。
如果入流空氣相對于模制體的速度處于超音速的速度范圍內的話，那么與模制體的空氣動力學斷面相關在一個區域內出現超音速。以超音相對于模制體流動空氣的該區域通過壓縮沖擊、主沖擊和模制體的斷面限制。在背面上從超音速向正常速度進行過渡。這種過渡通過沖擊壓力工作面伴生，也就是說，空氣壓力上升到正常壓力的數倍，隨后在短暫的低壓階段后重新下降到正常壓力。這種沖擊壓力工作面的特征在于，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于100μm的數量級上，但在任何情況下均與模制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。沖擊壓力工作面明顯增加了機翼表層的負荷。為此，壓縮到沖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范圍的效應并迅速克服該范圍(擊穿聲墻)。
依據本發明，將超音速度范圍的效應用于破碎和活化礦物粒狀物。在此方面，通過兩種因素利用沖擊壓力工作面非常有效。一方面，沖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沖。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，壓力沖擊在頻譜上可以理解為完全不同頻率壓力波的總和。通過壓力沖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沖擊壓力工作面。首先通過使用環繞一共用軸的多個模制體來達到這一點。此外，通過對流組的模制體防止模制體相對于帶有裹入粒狀物或顆粒的空氣的相對速度由于同步效應而降低。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，沖擊壓力工作面的重復頻率處于超音速范圍內，它聽不到并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。
在適當構成模制體正面的情況下，顆粒與模制體的碰撞相當罕見，因為特別小的顆粒環繞模制體的表面同步。不需要模制體正面的護板或裝甲。僅在從動面上，也就是與后部區域內的入流相關，在沖擊壓力工作面與模制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。模制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，模制體在正面導圓，其流出面以銳角彼此結束。


下面借助附圖的實施例對本發明進行詳細說明。其中圖1a示出在亞音速范圍內繞流模制體的斷面；圖1b示出與在超音速的速度范圍內利用空氣入流的模制體相關超音速范圍的位置；圖2示出沖擊壓力工作面對顆粒的交替作用；圖3示出對流運動的模制體的設置；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示出模制體構成的橫截面。
具體實施例方式
圖1a首先示出典型構成的模制體1連同亞音速范圍內的流線9。流線9首先環繞流體1的斷面流動，其中，在模制體1的后部區域內，在取決于模制體1斷面的情況下層流流動可以中斷并出現渦流3。
圖1b示出在所謂超音速速度范圍內的速度比。與模制體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”標注。該區域反過來通過沖擊壓力工作面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標注了模制體1的上表面的特別是機械負荷的位置。
圖2示出示出沖擊壓力工作面4對顆粒30的作用。顆粒30交替兩次通過不同方向的沖擊壓力工作面4。
圖3示出模制體1彼此間的設置。舉例示出兩組模制體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個模制體，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，沖擊壓力工作面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的模制體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，后者通過驅動電機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排出或污染軸承A 26。第二組模制體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。第二組模制體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。在這里料狀物7進入沖擊壓力工作面4的影響區域內并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制體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并因此一再降低顆粒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，并將粒狀物7直接輸送到處于模制體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于將葉片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后在排料套管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，所述的裝置采用連續法工作。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示出模制體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并因此降低了所需的驅動能量。
權利要求
1.用于特別是無機材料的碎解和摩擦化學活化的方法，其特征在于，通過作為壓縮沖擊在超音速運動的斷面上產生的沖擊壓力工作面的作用，原料以小于10μs的脈沖持續時間和大于8kHz的重復頻率破碎(碎解)成小于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，沖擊壓力工作面(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，沖擊壓力工作面通過具有空氣動力學構成斷面的旋轉模制體(1)產生，這些斷面一直加速度到超音速的速度范圍內。
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制體(1)的沖擊壓力工作面(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.用于對流旋轉圓盤上具有空氣動力學構成的模制體的特別是無機材料的碎解和摩擦化學活化的裝置，其特征在于，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制體(1)，其在超音速速度范圍中連續運動并且在它的流出面產生沖擊壓力工作面
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制體(1)產生沖擊壓力工作面，其設置于在超音速速度范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，改變沖擊壓力工作面的重復頻率并在＞15kHz的超音波范圍內產生重復頻率的頻率部分。
10.按權利要求7至9所述的裝置，其中，模制體(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，模制體(1)的橫截面具有用于層流流動的非臨界斷面。
全文摘要
本發明涉及一種用于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，通過沖擊壓力工作面的作用，原料以小于10μs的脈沖持續時間和大于8 kHz的重復頻率破碎(碎解)成小于1μm的粒度。于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于形成改進的晶體。沖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。用于所述材料的碎解和摩擦化學活化的設備是基于旋轉圓盤的，在該旋轉圓盤上設置了具有空氣動力斷面的模制體，所述模制體在超音速速度范圍中連續運動，并且在其流出面上產生沖擊壓力工作面。
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-希爾格機器制造公司