CN118752402A - 流态化磨球装置以及使用其的磨球方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流态化磨球装置以及使用其的磨球方法，属于陶粒制备技术领域。该流态化磨球装置用于将待处理的颗粒以流态化方式塑造成球形和/或打磨成球形颗粒；该流态化磨球装置包括：第一筛网，设置成位于流态化磨球装置的下部；罩桶，包括拼接在一起的圆台形桶和圆柱形桶，圆台形桶的较小半径的一端外周与第一筛网的外周连接；打磨棒组件，包括表面粗糙的多个打磨棒，该多个打磨棒竖直固定设置在第一筛网上并位于罩桶内；和流化装置，用于通入使待处理的颗粒不断与多个打磨棒碰撞的流化风。本发明提供的流态化磨球装置可根据不同粒径需求将不同形状的颗粒打磨成球形颗粒，且打磨得到的球形颗粒的粒径均一性高。

Description

流态化磨球装置以及使用其的磨球方法

技术领域

本发明属于陶粒制备技术领域，具体涉及一种流态化磨球装置以及使用其的磨球方法。

背景技术

球形陶粒被应用于众多工业过程，例如氧化锆、碳化硅小球作为研磨介质用于球磨过程，氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化锆小球作为催化剂载体用于工业催化等。许多应用都要求球形陶粒具有高粒径均一性：例如球磨过程需要研磨介质粒径均一，否则易导致研磨产物粒径均一性差；粒径均一性差的催化剂载体影响催化剂负载的均一性及催化反应的均一性，对于移动床、流化床中的催化反应的均一性影响尤为显著，最终拉低催化反应的产率或选择性。

工业上制备球形陶粒的主要方法为滚动成型法，即先通过挤出方法获得条形塑性体颗粒，再在颗粒滚圆机中滚动塑性体，将条形颗粒重塑为球形。该方法产量大，方法简单，应用广泛。但颗粒滚圆机制球方法的滚动时间短（通常不超过5分钟，极少超过10分钟），单个塑性体颗粒湿度高、内部黏结性好，不易在滚动过程中因打磨而掉落粉末，其质量在滚动过程中基本不变，且多个颗粒之间易聚集、黏结。

因此，挤出塑性体的长度决定了产物小球的粒径，挤出长度不均一将直接导致产物粒径不均一。条形挤出物长度分布的相对偏差随着目标粒径减小而增加，因而该方法更适合生产大于5毫米的颗粒，而在目标颗粒尺寸较小（如小于5毫米）时粒径均一性欠佳。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种流态化磨球装置以及使用该流态化磨球装置的磨球方法，该流态化磨球装置以及使用其的磨球方法可根据不同粒径需求将不同形状的颗粒打磨成球形颗粒，且打磨得到的球形颗粒的粒径均一性高。所述技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种流态化磨球装置。

该流态化磨球装置用于将待处理的颗粒以流态化方式塑造成球形和/或打磨成球形颗粒；该流态化磨球装置包括：

第一筛网，该第一筛网设置成位于流态化磨球装置的下部；

罩桶，该罩桶包括拼接在一起的圆台形桶和圆柱形桶，圆台形桶的较小半径的一端外周与第一筛网的外周连接；

打磨棒组件，该打磨棒组件包括表面粗糙的多个打磨棒，多个打磨棒竖直固定设置在第一筛网上并位于罩桶内；和，

流化装置，该流化装置用于通入使待处理的颗粒不断与多个打磨棒碰撞的流化风。

在一些实施例中，流化装置和打磨棒组件的结合用于实现待处理的颗粒的塑形和打磨；多个打磨棒的数量不少于10根，多个打磨棒呈六边形排布，多个打磨棒之间的距离为0.2～3厘米，多个打磨棒高于圆台形桶的上端平面，但不超过圆柱形桶的上端平面。

在一些实施例中，多个打磨棒高于圆台形桶的高度但不超过圆柱形桶的高度的3/4；流态化磨球装置还包括第二筛网，该第二筛网设置于第一筛网的正下方，第二筛网的周边与第一筛网的周边活动连接；第二筛网用于防止待处理的颗粒掉落至流化装置。

根据本发明的另一个方面，提供了一种使用上述的流态化磨球装置的磨球方法。该磨球方法包括以下步骤：

将待处理的颗粒倒入流态化磨球装置的罩桶内；

通入第一风量的流化风直至颗粒球形度达到预设目标，该第一风量的流化风用于使待处理的颗粒与多个打磨棒的粗糙外壁不断撞击，待处理的颗粒被吹起的最高高度不超过多个打磨棒的高度。

在一些实施例中，在第一阶段中，待处理的颗粒是湿润的非球形塑性体颗粒，流化装置使得非球形塑性颗粒在湍流流化状态下与多个打磨棒和罩桶壁不断碰撞过程中形状逐渐塑造为球形；在第二阶段中，随着待处理的颗粒从表面向内干燥，待处理的颗粒表面逐渐产生磨损，单个待处理的颗粒的质量变小，在流化装置中吹起的高度逐步上升，直至产生磨成颗粒，其中待处理的颗粒的含水量为25%～70%。

在一些实施例中，在磨成后的颗粒球形度达不到预期目标时，从流态化磨球装置的顶部向罩桶内喷水，减缓待处理的颗粒的干燥速度并延长塑形的时间；通过控制预定比例的待处理的颗粒被吹起的高度较高使得对较大的待处理的颗粒造成磨损的速率较快，从而较大的待处理的颗粒打磨较快而较小的待处理的颗粒打磨较慢，待处理的颗粒大小随着流化过程逐渐趋同；在打磨过程中，随时取样，检测待处理的颗粒的粒径、粒径分布跨度以及长径比；在流化过程中，流化装置由外向内烘干待处理的颗粒，使得外表干燥的待处理的颗粒不会产生黏结。

在一些实施例中，第一风量根据如下公式计算：

A₁ = 5.29 - a + 8.73×D₅₀ + 20.0×ρ；

其中，A₁为第一风量，D₅₀为待处理的颗粒的平均粒径，ρ为待处理的颗粒的平均堆积密度，a为大于2的常数；

待处理的颗粒的长径比越大，第一风量设置成风量越小；待处理的颗粒的床层厚度越大，第一风量设置成风量越大。

在一些实施例中，高度超过多个打磨棒的顶端的待处理的颗粒占比=底桶取样器的取样重量/（底桶取样器的取样重量+在同一时间区间内中桶取样器的取样重量）×100%，其中，底桶取样器取罩桶底部的样品，中桶取样器取罩桶内高于多个打磨棒的高度处的样品。

在一些实施例中，该磨球方法还包括以下步骤：

不断调节流化风的风量保持预设百分比的待处理的颗粒被吹起的最高高度超过多个打磨棒的高度；

待待处理的颗粒满足粒径预设目标后，停止流化风，

其中预设百分比为20%～30%。

在一些实施例中，不断调节流化风的风量具体为：先增加风量为第二风量，然后逐渐降低至第三风量。

本发明的实施例提供的一种流态化磨球装置以及使用其的磨球方法 具有以下优点中的至少一个或至少一个优点的一部分：

（1）本发明的实施例提供的流态化磨球装置采用流化过程和打磨棒相结合的方法，实现待处理的颗粒的塑形（第一阶段）和打磨（第二阶段），第一阶段，加入的待处理颗粒为刚挤出的非球形塑性体颗粒（譬如条形）时，由于含水量大（通常在25%～70%范围），湍流流化状态下的非球形颗粒在与打磨棒、其他颗粒及罩桶壁不断碰撞的过程中，形状逐渐被塑造为球形，该阶段，在非球形塑性体颗粒较湿润时、形变以塑形为主，打磨发生较少；第二阶段，随着颗粒从表面向内逐渐干燥，干燥的外壁和颗粒的黏结性降低，颗粒表面逐渐产生磨损，棱角也被进一步磨平，单个颗粒的质量变小，在流化床中吹起高度逐步上升，直至产生磨成颗粒（粒径符合要求的颗粒）；颗粒磨损产生的磨碎的超细颗粒废料被流化风从顶端吹出磨球装置，被旋风或布袋收集；如果只需要实现非球形颗粒的塑形（达到一定球形度），可只完成第一阶段，若球形度不够，可通过顶部雾化喷嘴持续喷水，减缓塑性体干燥的速度，延长球形化（塑形）阶段的时间；如果颗粒为干燥后的非塑性体，流化开始便直接进入打磨阶段；该方法适用于任何形状的待处理颗粒，应用面广；

（2）本发明的实施例提供的磨球方法通过控制一定百分比的颗粒被吹起的较高对较大的颗粒造成磨损的速率较快，随着流化继续进行，较大的颗粒因其质量较重，在流化床中被吹起的高度较低（吹起的最高高度应不超过打磨棒的上端高度），因而会持续受到打磨棒的打磨，产生更多的磨损，颗粒的质量随着打磨逐渐降低，而小颗粒由于质量小，在流化床中的高度较高，有更多时间被吹在磨球装置的顶部以上，因此小颗粒较少被打磨棒磨损；另一方面，大颗粒在狭窄的打磨棒间隙中穿梭，与打磨棒碰撞的机会多于小颗粒，且大颗粒由于自重更大，打磨掉落的粉末也会更多；结合以上原因，大颗粒打磨较快而小颗粒打磨较慢，使得颗粒大小随着流化过程逐渐趋同，因而提高了粒径均一性，即减小了粒径分布跨度；

（3）本发明的实施例提供的磨球方法可精准调控粒径以达到目标粒径，通过流化装置可实现在打磨过程中随时取样（每次取样量通常在5～20g范围），取出样品通过图像粒度仪如CamSizer检测出颗粒粒径、粒径分布跨度及长径比，总用时不超过20分钟，通过检测结果和目标对比即可迅速确认颗粒是否达标；由于该方法可以实现粒径随着流化时间增加而逐渐降低，因而可利用取样检测，快速检测粒径、粒径分布跨度等参数，据此控制流化时间，对粒径进行微调，在其达到目标时迅速停机，实现粒径、粒径分布跨度的精准控制，而这种微调在滚圆机制球方法中因其颗粒质量在滚圆过程中保持不变则无法实现；

（4）本发明的实施例提供的磨球方法可以避免在滚圆机中常见的多个颗粒的聚集、黏结；流化过程中，颗粒之间的挤压力显著地小于滚圆机中的挤压力，颗粒较难发生团聚；且流化过程会由外向内烘干颗粒，而外表干燥的颗粒不会产生黏结；

（5）本发明的实施例提供的磨球方法的主要参数可通过实验方法进行定量或半定量，结合实际实验，具有较高的可操作性，例如，风量影响颗粒吹起高度、与打磨棒的碰撞、摩擦的频率与强度等，对于获得目标粒径、粒径分布与长径比至关重要，因而需要定量设置并在处理过程中持续调整，合适的风量设置与颗粒平均粒径与颗粒密度显著正相关。

附图说明

本发明的这些和/或其他方面和优点从下面结合附图对优选实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明的一个实施例的一种流态化磨球装置的结构示意图；

图2为图1显示的流态化磨球装置的一个变形例的结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

100-流态化磨球装置；

10-第一筛网；20-罩桶；21-圆台形桶；22-圆柱形桶；30-打磨棒组件；40-第二筛网；50-底桶取样器；60-中桶取样器；70-雾化喷嘴；

200-待处理的颗粒；

210-初始待处理的颗粒；220-较大的待处理的颗粒；230-较小的待处理的颗粒。

具体实施方式

下面通过具体的实施例，进一步阐述本发明的特点。下述参照附图对本发明的实施方式的说明旨在对本发明的总体构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

本发明中，粒径分布跨度定义为（D₉₀-D₁₀)/D₅₀（×100%），D为颗粒直径，角标数字表示小于该直径的颗粒分布的百分比，百分比按体积分数计算，下同；如D₅₀代表颗粒分布中小于该粒径的颗粒体积占50%时的粒径，也常称作平均粒径。D₉₀、D₁₀和D₅₀均可采用图像粒度分析仪CamSizer测得。

如图1所示，本发明的一个实施例提供了一种流态化磨球装置100，用于将待处理的颗粒210以流态化方式塑造成球形和/或打磨成粒径符合目标要求的球形颗粒。流态化磨球装置100包括流化装置（未示出）、第一筛网10、罩桶20和打磨棒组件30等四个主要部件。

罩桶20包括圆台形桶21和圆柱形桶22两个部分，具体地，自下而上由圆台形桶21和圆柱形桶22拼接而成，当然还可以包括其他必需的部件。圆台形桶21的较小半径一端外周与第一筛网10的外周连接；打磨棒组件30包括表面粗糙的多个打磨棒，多个打磨棒竖直固定设置在第一筛网10上，多个打磨棒高于圆台形桶21上端平面，但不超过圆柱形桶22的上端平面。流化装置用于通入使待处理的颗粒200（包括初始待处理的颗粒210、较大的待处理的颗粒220和较小的待处理的颗粒230）不断与各个打磨棒组件30碰撞的流化风。

进一步地，流态化磨球装置100还可以包括收集装置（未示出），用于收集打磨产生的被流化风从圆柱形桶22的顶端吹出的超细颗粒废料。

在一个实施例中，第一筛网10用于防止打磨过程中待处理的颗粒200落入流化装置下方的风箱，如果第一筛网10不能满足防止打磨过程中待处理的颗粒200落入流化装置下方的风箱要求时，流态化磨球装置100还可根据待处理的颗粒200的粒径要求设置第二筛网40，第二筛网40设置于第一筛网10的正下方，第二筛网40的周边与第一筛网10的周边活动连接。第二筛网40为可替换零件，用于适应目标颗粒的粒径，也就是第二筛网40的网孔直径比第一筛网10的网孔直径更小，即与目标颗粒的粒径相当。

本发明实施例采用的流态化磨球装置100的主要规格参数如下：

圆台形桶21的底部内径为10厘米，圆台形桶21的顶部内径为20厘米，高度为18厘米；

圆柱形桶22的内径为20厘米，高度为40厘米。

该流态化磨球装置100适用于重量为100～1500克范围内的待处理的颗粒200。第一筛网10采用例如200目的不锈钢筛网，第一筛网10的周边为圆环。收集装置，也即细粉末收集装置采用一级旋风筒加尾部布袋的配置。鼓入空气为室温，风机鼓风量最大值约为例如2立方米/分钟，风量设置范围为例如0～100。当然，本领域技术人员应当明白，可以根据需要实际设置上述的各个参数的数值。

打磨棒组件30包括例如可替代地，使用19根打磨棒，当然打磨棒组件30中打磨棒的数量可以根据需要设置。进一步地，多个打磨棒可以设置呈六边形（例如正六边形）排布，可替代地，相邻的两根打磨棒之间的间距为0.8厘米，每根打磨棒的直径为1.2厘米，长35厘米，打磨棒组件30安装后多个打磨棒的顶部高于圆台形桶21，但不超过圆柱形桶22的桶身的一半。距离第一筛网10边缘最近的打磨棒与第一筛网10的边缘间距为0.4厘米。第一筛网10的圆环上有钻孔，可用螺丝将圆台形桶21与第一筛网10固定连接。如上所述，本领域技术人员可以根据需要设置上述参数的具体数值，不限于本发明所举例的实例数值。

本发明的另一个实施例提供了一种使用上述的流态化磨球装置100的磨球方法，包括以下步骤：

步骤1：将待处理的颗粒200直接倒入，或通过给料器如绞龙、气力输送等方式加入到流态化磨球装置100中，例如罩桶20中。

步骤2：通入第一风量的流化风，使待处理的颗粒200开始流化（通常控制在湍流流化状态），第一风量的流化风用于使待处理的颗粒200处于湍流流化状态且被吹起的最高高度不超过多个打磨棒的高度，待处理的颗粒200与多个打磨棒、其他颗粒及罩桶20的桶壁不断撞击，全部的待处理的颗粒200逐渐向球形转变直至颗粒球形度达到预设目标，得到球形颗粒。

通常加入的待处理的颗粒200（特别是初始待处理的颗粒210）为刚挤出的非球形塑性体颗粒，由于含水量大（通常在25%～70%范围），湍流流化状态下的非球形颗粒在与多个打磨棒组件30、其他颗粒及罩桶20的桶壁不断碰撞的过程中，形状逐渐被塑造为球形，但体积不会减少。如图2所示，在该阶段中，如果待处理的颗粒200含水量不够，可通过设置在多个打磨棒组件30正上方位置的雾化喷嘴70使待处理的颗粒200保持一定的含水量。

为了得到确定＞99%的颗粒吹起最高高度低于多个打磨棒组件30顶部的风量设置，可替代地，本发明的实施例采用以上规格的流态化磨球装置100进行风量实验得到104组实验数据，经过实验验证得到，＞99%的颗粒吹起最高高度低于多个打磨棒组件30顶部的风量设置（A，范围0～100）与颗粒平均粒径（D₅₀，单位为mm）、颗粒平均堆积密度（ρ，单位为g/cm³）的经验公式为：

A = 5.29 - a + 8.73×D₅₀ + 20.0×ρ；

其中，A为风量，D₅₀为待处理的颗粒200的平均粒径，ρ为待处理的颗粒200的平均堆积密度。

t检验结果显示，对于D₅₀和ρ，t统计值分别为8.7和4.8，因此A与D₅₀、ρ均显著相关；Adjusted R² = 0.75，因此A的设置75%可由以上两个参数决定。

由于实践中，颗粒流化过程中待处理的颗粒200较干燥，密度会降低，需要设置略低的风速以避免颗粒吹起高度过高。

在本发明的实施例中，根据经验，第一风量的设置如下式所示：

A₁ = 5.29 - a + 8.73×D₅₀ + 20.0×ρ；

其中，A₁为第一风量，D₅₀为待处理的颗粒200的平均粒径，ρ为待处理的颗粒200的平均堆积密度，a为大于2的常数，本实施例优选为3。

此外，第一风量也受其他因素影响：待处理的颗粒200的长径比越大（球形度越低），风量应设置成越小，以避免球形度低的颗粒因吹起高度过高而较少被打磨；待处理的颗粒200的床层厚度（颗粒总重）越大，第一风量应设置成越大，这是因为厚床层造成的风阻较大。

为达到更好的粒径筛分效果，让粒径小的颗粒吹起高度超过打磨棒顶端更多，风量应在以上求得的A值的基础上有所提高，区分效果要求越明显，则第一风量应越高。这些因素对第一风量设置的影响也可通过经验公式结合实际实验的方法获得。

步骤3：将待处理的颗粒200塑造成球形颗粒后，从第一风量增加风量为第二风量，然后逐渐降低至第三风量，目的是为了保持预设百分比的待处理的颗粒200被吹起的最高高度超过多个打磨棒组件30的高度。

如图1所示，较小的待处理的颗粒230有更多时间被吹在流态化磨球装置100的顶部以上，较少被多个打磨棒组件30磨损；较小的待处理的颗粒220在罩桶20内的高度较低（不能超过多个打磨棒组件30的上端高度），更多频次被打磨。颗粒磨损产生的磨碎的超细颗粒废料被流化风从顶端吹出流态化磨球装置100，通过例如旋风和/或布袋的收集装置收集。本发明的实施中，可替代地，第二风量、第三风量以及调节速度均需结合以上公式通过抽样不断调节风量获得。

高度超过多个打磨棒组件30顶端的颗粒占比=底桶取样器50的取样重量/（底桶取样器50的取样重量+在同一时间区间内中桶取样器60的取样重量）×100%。

步骤4：待所有的待处理的颗粒200的粒径达到预设目标后停止流化风，结束流态化打磨过程，获得粒径分布跨度小、长径比低的均匀球形颗粒。

本发明中判断粒径达到预设目标的方法为：在打磨过程中取样，例如每次5～20g，然后通过图像粒度仪如CamSizer检测出、颗粒粒径、粒径分布跨度及长径比，总用时不超过5分钟。通过检测结果和目标对比可迅速（5分钟以内）判定是否达标。可替代地，底桶取样器50和/或中桶取样器60为圆柱形可拉出/推进及旋转的圆柱形空心管，下方开槽。取样时旋转圆柱形空心管180度，使槽口向上，吹起颗粒可落到槽中被收集起来；拉出圆柱形空心管，旋转圆柱形空心管180度使槽口向下，颗粒即可掉出。

与上述情况类似，其他设备参数，例如多个打磨棒组件30中的打磨棒的尺寸、多个打磨棒的密度、间隙宽度等，也可以通过类似方法获得。

实施例1：

本实施例的目标为利用流化态磨球装置100，获得平均粒径为2.7 mm的均匀球形颗粒。

用于挤出塑性体的原料质量组成为氧化铝：花生壳粉末造孔剂：淀粉：乳胶：水=100：30：5：0.5：78。卤素水分测定仪检测（终点温度设置为105℃）测定含水量为40.3%。该混合物在充分混合后（混合时间8分钟），由挤出机通过带3.0毫米内径孔道的模具挤出，得到圆柱形的条形塑性体。利用颗粒粒径在35到60目的玉米粉作为分散剂，用于避免塑性体过度聚集、黏结。

利用游标卡尺随机测量50个条形塑性体的横截面直径和长度，计算d₉₀、d₅₀、d₁₀、l₉₀、l₅₀、l₁₀。其中，d代表条形塑性体的横截面直径，角标数字表示百分位数（百分比按长度分数而非体积分数计算）；如d₅₀代表小于该直径的颗粒直径总和占全体颗粒直径总和50%时的直径；l为代表条形塑性体的长度，角标数字表示百分位数；如l₅₀代表小于该长度的颗粒长度总和占全体颗粒长度总和50%时的长度。根据d₉₀、d₅₀、d₁₀计算得到直径分布跨度：

(d₉₀-d₁₀)/d₅₀=(3.10-2.81)/2.96=10%；

根据l₉₀、l₅₀、l₁₀计算得到长度分布跨度：

（l₉₀-l₁₀）/l₅₀=(3.42-2.33)/2.86=38%。

该条形塑性体由图像粒度分析仪CamSizer测得D₉₀、D₅₀和D₁₀，粒径分布跨度为(D₉₀-D₁₀)/D₅₀=（3.65-2.82）/3.32=25%。其中，D代表仪器计算得到的等价球体的直径，角标数字表示百分位数（百分比按体积分数计算）。图像粒度分析仪还测得平均长径比为1.23。长径比为高速相机拍得的颗粒二维图像外切矩形的长/宽之比，可用于表征颗粒对正球体的偏离程度，数值越接近1，则颗粒形貌越接近球体。

在实施例1中，初始条件下D₅₀为3.32 mm，ρ为0.82 g/cm³，根据A₁ = 5.29-3 +8.73× D₅₀ + 20.0×ρ；可求得A₁为48。

将500克挤出的条形塑性体倒入床体内。打开流化风装置通入流化风，使条形塑性体处于湍流流化状态，初始风量设置为48。

在塑形阶段（第一阶段），本实施例中为流化过程的前15分钟，条形塑性体均在低于多个打磨棒的高度的位置范围内运动（条形塑性体运动的最高位置不超过多个打磨棒的顶端）。而黄色的玉米粉由于颗粒较小，大部分在流化过程的前1分钟被流化风带走，黏附在塑性体颗粒上的小部分玉米粉也在剩下的时间内，随着塑性体颗粒干燥、流化及打磨而脱离塑性体，被流化风带走。此阶段可观察到塑性体颗粒逐渐烘干，条形塑性体由于碰撞作用逐渐向球形转变。塑性阶段结束时采样，颗粒由卤素水分测定仪测得含水量为5.3%，由图像粒度分析仪测得平均粒径D₅₀为3.35 mm，粒径分布跨度为（3.70-2.92）/3.35=23%，平均长径比为1.11。

塑形完成后，提高风量至58，进入打磨阶段（第二阶段）。此时约有25%重量比的颗粒最高吹起高度超过多个打磨棒的顶端。

在余下的1小时内，通过风量调节，保持25%重量比的颗粒最高吹起高度超过多个打磨棒的顶端；风量由58逐渐降低至51。此阶段内颗粒逐渐产生磨损，并可观察到床体内有大量白色烟雾状小颗粒生成，此为颗粒磨损产生的超细颗粒废料，被流化风从顶端带出。1小时结束时，停止流化风，结束流态化打磨过程，用筛网筛除残余粉末。所得颗粒测得含水量为3.3%，平均粒径2.91 mm，粒径分布跨度为（3.12-2.68）/2.91=15%，平均长径比为1.08。将颗粒在650℃焙烧3小时，得到陶粒最终产品。其平均粒径为2.72 mm，粒径分布跨度为（2.90-2.52）/2.72=14%，平均长径比为1.08。

实施例2 ：

本实施例的目标为利用流化态磨球装置100，获得平均粒径6 mm的均匀球形颗粒。流态化磨球装置100及用于挤出塑性体的原料组成及分散剂同实施例1，由挤出机通过带6.2毫米内径孔道的模具挤出，得到条形塑性体。

利用游标卡尺随机测量50个条形塑性体的横截面直径和长度，得到直径分布跨度：

(d₉₀-d₁₀)/d₅₀=(6.49-6.05)/6.26=7%；

长度分布跨度：

（l₉₀-l₁₀）/l₅₀=(7.22-5.25)/6.22=32%。

该条形塑性体由图像粒度分析仪CamSizer测得等价球体粒径分布跨度为(D₉₀-D₁₀)/D₅₀=（7.67-6.40）/7.07=18%，平均长径比为1.20。

在实施例2中，初始条件下D₅₀为7.07 mm，ρ为0.80 g/cm³，可求得第一风量A₁为80。

将500克挤出的条形塑性体倒入床体内。打开流化风装置通入流化风，使条形塑性体处于湍流流化状态，初始风量设置为80。

在塑形阶段（第一阶段），本实施例中为流化过程的前20分钟，条形塑性体均在低于多个打磨棒的高度的位置范围内运动（条形塑性体运动的最高位置不超过多个打磨棒的顶端）。而黄色的玉米粉由于颗粒较小，大部分在流化过程的前1分钟被流化风带走，黏附在塑性体颗粒上的小部分玉米粉也在剩下的时间内，随着塑性体颗粒干燥、流化及打磨而脱离塑性体，被流化风带走。此阶段可观察到塑性体颗粒逐渐烘干，条形塑性体由于碰撞作用逐渐向球形转变。塑性阶段结束时采样，颗粒含水量为10.5%，粒径分布跨度为（7.55-6.46）/6.99=16%，平均长径比为1.12。

塑形完成后，提高风量至95，进入打磨阶段（第二阶段）。此时约有25%重量比的颗粒最高吹起高度超过多个打磨棒的顶端。

在余下的1小时20分钟内，通过风量调节，保持25%重量比的颗粒最高吹起高度超过多个打磨棒的顶端；风量由95逐渐降低至87。此阶段内颗粒逐渐产生磨损，并可观察到床体内有大量白色烟雾状小颗粒生成，此为颗粒磨损产生的超细颗粒废料，被流化风从顶端带出。1小时20分钟后，停止流化风，结束流态化打磨过程，用筛网筛除残余粉末。所得颗粒测得含水量为2.9%，平均粒径6.37 mm，粒径分布跨度为（6.77-6.00）/6.371=12%，平均长径比为1.09。将颗粒在650℃焙烧3小时，得到陶粒最终产品。其平均粒径为5.89 mm，粒径分布跨度为（6.23-5.52）/5.89=12%，平均长径比为1.09。

实施例3：

本实施例的目标为利用流化态磨球装置100，获得平均粒径0.8 mm的均匀球形颗粒。

流态化打磨设备同实施例1。加入颗粒采用已烘干（含水量4.7%）未焙烧的氧化硅小球，其平均粒径D₅₀为 0.978毫米，粒径分布跨度为（1.063-0.881）/0.978=19%，长径比1.10。

将500克小球倒入流化态磨球装置100的罩桶20的桶身内。打开流化风，风量设置为31，使待处理的颗粒200处于湍流流化状态。在30分钟的打磨时间内，风量由31逐渐降低至28，以保持约25%重量比的待处理的颗粒200最高吹起高度超过多个打磨棒的顶端。随后停止流化风，结束流态化打磨过程。所得颗粒的粒径分布跨度为（0.924-0.802）/0.862=14%，平均长径比为1.09。将颗粒在650℃焙烧3小时，得到陶粒最终产品。其平均粒径为0.820毫米，粒径分布跨度为（0.872-0.757）/0.820=14%。

对比例1：

用于挤出塑性体的原料质量组成同实施例1。该混合物在充分混合后（混合时间8分钟），由挤出机通过带2.6毫米内径孔道的模具挤出，得到圆柱形的条形塑性体。利用颗粒粒径在35到60目的玉米粉作为分散剂，用于避免塑性体过度聚集、黏结。

根据d₉₀、d₅₀、d₁₀计算得到直径分布跨度：

(d₉₀-d₁₀)/d₅₀=（2.78-2.48）/2.63=11%；

根据l₉₀、l₅₀、l₁₀计算得到长度分布跨度：

（l₉₀-l₁₀）/l₅₀=（3.27-2.21）/2.74=39%。

该条形塑性体由图像粒度分析仪CamSizer测得等价球体粒径分布跨度为(D₉₀-D₁₀)/D₅₀=（3.40-2.66）/3.04=24%，平均长径比为1.21。

向滚圆机中加入500克挤出颗粒，并加入约20克颗粒粒径在35到60目的玉米粉作为分散剂，在滚圆机中滚圆3分钟，直至颗粒为球形。3分钟的最佳运行时间根据经验决定，当观察到颗粒无棱角、球形度高且无显著聚集、黏结、变形（如扁平化）时即可停机。也可通过每半分钟滚圆机停机一次，用CamSizer测量所得颗粒长径比，当长径比最小时对应的运行总时间得到；该实验得到的最佳运行时间和根据经验决定的3分钟运行时间一致。所得颗粒粒径分布跨度为(D₉₀-D₁₀)/D₅₀=（3.34-2.65）/2.99=23%，平均长径比为1.12。将所得颗粒在120℃烘干后，在650℃焙烧，得到陶粒最终产品，其粒径分布跨度为(D₉₀-D₁₀)/D₅₀=（3.13-2.47）/2.78=24%，平均长径比为1.11。

对比例2：

用于挤出塑性体的原料质量组成同实施例1。该混合物在充分混合后（混合时间8分钟），由挤出机通过带2.6毫米内径孔道的模具挤出，得到圆柱形的条形塑性体。利用颗粒粒径在35到60目的玉米粉作为分散剂。

根据d₉₀、d₅₀、d₁₀计算得到直径分布跨度：

(d₉₀-d₁₀)/d₅₀=(5.78-5.31)/5.58=8%；

根据l₉₀、l₅₀、l₁₀计算得到长度分布跨度：

（l₉₀-l₁₀）/l50=（6.32-4.74）/5.54=29%。

该条形塑性体由图像粒度分析仪CamSizer测得等价球体粒径分布跨度为(D₉₀-D₁₀)/D₅₀=（7.07-5.79）/6.45=20%，平均长径比为1.19。

向滚圆机中加入500克挤出颗粒，并加入约20克颗粒粒径在35到60目的玉米粉作为分散剂，在滚圆机中滚圆3分钟，直至颗粒为球形。所得颗粒粒径分布跨度为(D₉₀-D₁₀)/D₅₀=（7.01-5.85）/6.49=18%，平均长径比为1.13。将所得颗粒在120℃烘干后，在650℃焙烧，得到陶粒最终产品，其粒径分布跨度为(D₉₀-D₁₀)/D₅₀=（6.61-5.50）/6.07=18%，平均长径比为1.12。

对比例3：

加入颗粒采用已烘干（含水量4.2%）未焙烧的氧化硅小球，其平均粒径D₅₀为 0.866毫米，粒径分布跨度为（0.938-0.767）/0.866=20%，长径比1.10。

向滚圆机中加入500克该颗粒，并加入约20克颗粒粒径在35到60目的玉米粉作为分散剂，在滚圆机中滚圆3分钟。所得颗粒粒径分布跨度为(D₉₀-D₁₀)/D₅₀=(0.943-0.785)/0.855=18%，平均长径比为1.09。将所得颗粒在120℃烘干后，在650℃焙烧，得到陶粒最终产品。其粒径分布跨度为(D₉₀-D₁₀)/D₅₀=（0.889-0.738）/0.810=19%，平均长径比为1.09。

由实施例1可看出，颗粒粒径较小（小于5毫米）时，挤出塑性体的长度均一性很差。由实施例2可看出，颗粒粒径变大时，挤出塑性体的长度均一性有所改善。比较实施例1和实施例2可知，塑性体粒径越小，挤出塑性体的长度均一性越差。常规的磨球方式（滚圆机）很难使塑性体长度均一性得到改善（相对于对比例1和对比例2），尤其是针对粒径比较小的塑性体。

通过实施例1和对比例1的对比，以及实施例2和对比例2的对比可看出，本发明实施例提供的流态化磨球装置100可实现对粒径的调整，在磨球过程中，D₉₀比D₁₀的下降幅度更大，说明本实施例的磨球方法可以选择性地对大颗粒进行更多的打磨，从而降低粒度分布跨度，提高粒度均一性。实施例1和实施例2中阶段一前后对比可以证明，塑形阶段可以有效地将颗粒塑造为球形，达到与滚圆机相近的球形化效果。由实施例3和对比例3的对比可以看出，对于已干燥未焙烧的颗粒，流态化磨球装置100仍然可降低平均粒径及粒度分布跨度，从而实现对粒径及粒径均一性的改善。

本发明的实施例提供的一种流态化磨球装置以及使用其的磨球方法 具有以下优点中的至少一个或至少一个优点的一部分：

（1）本发明的实施例提供的流态化磨球装置采用流化过程和打磨棒相结合的方法，实现待处理的颗粒的塑形（第一阶段）和打磨（第二阶段），第一阶段，加入的待处理颗粒为刚挤出的非球形塑性体颗粒（譬如条形）时，由于含水量大（通常在25%～70%范围），湍流流化状态下的非球形颗粒在与打磨棒、其他颗粒及罩桶壁不断碰撞的过程中，形状逐渐被塑造为球形，该阶段，在非球形塑性体颗粒较湿润时、形变以塑形为主，打磨发生较少；第二阶段，随着颗粒从表面向内逐渐干燥，干燥的外壁和颗粒的黏结性降低，颗粒表面逐渐产生磨损，棱角也被进一步磨平，单个颗粒的质量变小，在流化床中吹起高度逐步上升，直至产生磨成颗粒（粒径符合要求的颗粒）；颗粒磨损产生的磨碎的超细颗粒废料被流化风从顶端吹出磨球装置，被旋风或布袋收集；如果只需要实现非球形颗粒的塑形（达到一定球形度），可只完成第一阶段，若球形度不够，可通过顶部雾化喷嘴持续喷水，减缓塑性体干燥的速度，延长球形化（塑形）阶段的时间；如果颗粒为干燥后的非塑性体，流化开始便直接进入打磨阶段；该方法适用于任何形状的待处理颗粒，应用面广；

（2）本发明的实施例提供的磨球方法通过控制一定百分比的颗粒被吹起的较高对较大的颗粒造成磨损的速率较快，随着流化继续进行，较大的颗粒因其质量较重，在流化床中被吹起的高度较低（吹起的最高高度应不超过打磨棒的上端高度），因而会持续受到打磨棒的打磨，产生更多的磨损，颗粒的质量随着打磨逐渐降低，而小颗粒由于质量小，在流化床中的高度较高，有更多时间被吹在磨球装置的顶部以上，因此小颗粒较少被打磨棒磨损；另一方面，大颗粒在狭窄的打磨棒间隙中穿梭，与打磨棒碰撞的机会多于小颗粒，且大颗粒由于自重更大，打磨掉落的粉末也会更多；结合以上原因，大颗粒打磨较快而小颗粒打磨较慢，使得颗粒大小随着流化过程逐渐趋同，因而提高了粒径均一性，即减小了粒径分布跨度；

（3）本发明的实施例提供的磨球方法可精准调控粒径以达到目标粒径，通过流化装置可实现在打磨过程中随时取样（每次取样量通常在5～20g范围），取出样品通过图像粒度仪如CamSizer检测出颗粒粒径、粒径分布跨度及长径比，总用时不超过20分钟，通过检测结果和目标对比即可迅速确认颗粒是否达标；由于该方法可以实现粒径随着流化时间增加而逐渐降低，因而可利用取样检测，快速检测粒径、粒径分布跨度等参数，据此控制流化时间，对粒径进行微调，在其达到目标时迅速停机，实现粒径、粒径分布跨度的精准控制，而这种微调在滚圆机制球方法中因其颗粒质量在滚圆过程中保持不变则无法实现；

（4）本发明的实施例提供的磨球方法可以避免在滚圆机中常见的多个颗粒的聚集、黏结；流化过程中，颗粒之间的挤压力显著地小于滚圆机中的挤压力，颗粒较难发生团聚；且流化过程会由外向内烘干颗粒，而外表干燥的颗粒不会产生黏结；

（5）本发明的实施例提供的磨球方法的主要参数可通过实验方法进行定量或半定量，结合实际实验，具有较高的可操作性，例如，风量影响颗粒吹起高度、与打磨棒的碰撞、摩擦的频率与强度等，对于获得目标粒径、粒径分布与长径比至关重要，因而需要定量设置并在处理过程中持续调整，合适的风量设置与颗粒平均粒径与颗粒密度显著正相关。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，本领域普通技术人员将理解，在不背离本发明的总体构思的原则和精神的情况下，可对这些实施方式进行改变，这些改变也应视为落入本发明的保护范围内。本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (10)

1.一种流态化磨球装置，其特征在于，所述流态化磨球装置用于将待处理的颗粒以流态化方式塑造成球形和/或打磨成球形颗粒；所述流态化磨球装置包括：

第一筛网，所述第一筛网设置成位于所述流态化磨球装置的下部；

罩桶，所述罩桶包括拼接在一起的圆台形桶和圆柱形桶，所述圆台形桶的较小半径的一端外周与所述第一筛网的外周连接；

打磨棒组件，所述打磨棒组件包括表面粗糙的多个打磨棒，所述多个打磨棒竖直固定设置在所述第一筛网上并位于所述罩桶内；和

流化装置，所述流化装置用于通入使待处理的颗粒不断与所述多个打磨棒碰撞的流化风。

2.根据权利要求1所述的流态化磨球装置，其特征在于，

所述流化装置和打磨棒组件的结合用于实现待处理的颗粒的塑形和打磨；

所述多个打磨棒的数量不少于10根，所述多个打磨棒呈六边形排布，所述多个打磨棒之间的距离为0.2～3厘米，

所述多个打磨棒高于所述圆台形桶的上端平面，但不超过所述圆柱形桶的上端平面。

3.根据权利要求2所述的流态化磨球装置，其特征在于，

所述多个打磨棒高于所述圆台形桶的高度但不超过所述圆柱形桶的高度的3/4，

所述流态化磨球装置还包括第二筛网，所述第二筛网设置于所述第一筛网的正下方，所述第二筛网的周边与所述第一筛网的周边活动连接；所述第二筛网用于防止待处理的颗粒掉落至所述流化装置。

4.一种使用权利要求1-3中任一项所述的流态化磨球装置的磨球方法，其特征在于，所述磨球方法包括以下步骤：

将待处理的颗粒倒入流态化磨球装置的罩桶内；

通入第一风量的流化风直至颗粒球形度达到预设目标，所述第一风量的流化风用于使待处理的颗粒与多个打磨棒的粗糙外壁不断撞击，所述待处理的颗粒被吹起的最高高度不超过多个打磨棒的高度。

5.根据权利要求4所述的磨球方法，其特征在于，

在第一阶段中，所述待处理的颗粒是湿润的非球形塑性体颗粒，所述流化装置使得非球形塑性颗粒在湍流流化状态下与所述多个打磨棒和罩桶壁不断碰撞过程中形状逐渐塑造为球形；

在第二阶段中，随着待处理的颗粒从表面向内干燥，待处理的颗粒表面逐渐产生磨损，单个待处理的颗粒的质量变小，在所述流化装置中吹起的高度逐步上升，直至产生磨成颗粒，

其中待处理的颗粒的含水量为25%～70%。

6.根据权利要求5所述的磨球方法，其特征在于，

在磨成后的颗粒球形度达不到预期目标时，从流态化磨球装置的顶部向罩桶内喷水，减缓待处理的颗粒的干燥速度并延长塑形的时间；

通过控制预定比例的待处理的颗粒被吹起的高度较高使得对较大的待处理的颗粒造成磨损的速率较快，从而较大的待处理的颗粒打磨较快而较小的待处理的颗粒打磨较慢，待处理的颗粒大小随着流化过程逐渐趋同，

在打磨过程中，随时取样，检测待处理的颗粒的粒径、粒径分布跨度以及长径比；

在流化过程中，流化装置由外向内烘干待处理的颗粒，使得外表干燥的待处理的颗粒不会产生黏结。

7.根据权利要求4-6中任一项所述的磨球方法，其特征在于，

所述第一风量根据如下公式计算：

A₁ = 5.29 - a + 8.73×D₅₀ + 20.0×ρ；

其中，A₁为第一风量，D₅₀为所述待处理的颗粒的平均粒径，ρ为所述待处理的颗粒的平均堆积密度，a为大于2的常数，

待处理的颗粒的长径比越大，第一风量设置成风量越小；待处理的颗粒的床层厚度越大，第一风量设置成风量越大。

8.根据权利要求7所述的磨球方法，其特征在于，

高度超过多个打磨棒的顶端的待处理的颗粒占比=底桶取样器的取样重量/（底桶取样器的取样重量+在同一时间区间内中桶取样器的取样重量）×100%，其中，所述底桶取样器取罩桶底部的样品，所述中桶取样器取罩桶内高于多个打磨棒的高度处的样品。

9.根据权利要求8所述的磨球方法，其特征在于，所述磨球方法还包括以下步骤：

不断调节所述流化风的风量保持预设百分比的待处理的颗粒被吹起的最高高度超过多个打磨棒的高度；

待待处理的颗粒满足粒径预设目标后，停止流化风，

其中所述预设百分比为20%～30%。

10.根据权利要求9所述的磨球方法，其特征在于，

所述不断调节所述流化风的风量具体为：先增加风量为第二风量，然后逐渐降低至第三风量。