一种实验室滚筒式微波高温焙烧球磨机的制作方法

1.本发明涉及一种实验室滚筒式微波高温焙烧球磨机，属于冶金工程技术、矿物加工技术和粉体材料制备技术领域。


背景技术：

2.在冶金、矿物加工及样品分析的的实验中，对矿物处理常需要高温焙烧、球磨粉碎，其焙烧温度普遍在480℃～1200℃之间。然而，传统焙烧、磨矿工序都分段进行，其耗时长、效率低，对于部分样品粉碎效果差。
3.近年来，微波加热常用于矿物辅助的高温焙烧。微波加热，被加热物料直接吸收微波能量，无需热量传导，其加热速度快。同时，对于不同的化学成分的物质，微波存在选择性加热的特点，对于矿物高温焙烧时由于各部位化学成分分布并不均一，而不同化学成分对微波的吸收效率存在很大的差异。故在微波快速加热和选择加热的共同作用下，焙烧矿物的各部位将会存在较大的温度差，从而产生极大的热应力而出现裂纹，更利于矿物结构产生破损，如在微波作用下高温焙烧球磨，矿物将在热应力及机械力的共同作用下更易破碎。
4.同时在微波设备生产使用中，微波泄露防护的安全问题一直是重要的指标。国际电工委员会和我国相关部门也强制规定，微波泄露值不超过5mw/cm2。如果人体收到过量微波辐射时，会引起头昏、睡眠障碍、记忆力衰退、心跳过缓等问题，同时微波泄露，会影响周围环境的无线通信。
5.目前，国内外微波高温焙烧球磨技术鲜有研究，在现有技术中，存在因测温不准导致仪器无法精准控制物料加热工艺，同时仪器存在烧损风险的问题，仪器操作复杂、加工精度要求高、加工难度大等问题。专利202010318445.x，当物料装填量少于研磨室容积的1/2时，所有物料均在其研磨室中轴线以下，所有物料均不在红外测量的光路传播途径上，故红外测温仪将无法测量到研磨室物料温度；当物料装填量大于等于研磨室容积的1/2时，由于转动的作用，物料将会填入红外测量的光路传播管道内，堵塞测温通道，故红外测温仪也将无法检测到研磨室物料温度，因此红外测温仪均不能精准测量内物料的温度，因此无法精准控制物料加热工艺，同时仪器存在烧损的风险；同时，其物料装卸及固定方式，操作难度大，且在高温条件下使用故障率高；其设置吸波发热筒，等同外加一个常规加热源，损耗掉大量微波，将弱化矿物因吸收微波快速加热焙烧所带来的处理效果；其传动方式、物料装卸方式、保温方法、研磨筒的结构和固定方法复杂，同轴度要求高、设备的加工精度要求高，加工难度大，造价成本高。
6.故开发一种操作简便、测温可靠、加热工艺可控，能实现微波高温焙烧与球磨同步进行的新型微波设备，对微波设备的开发和矿物高温焙烧球磨工艺的开发均具有创新意义。


技术实现要素：

7.本发明针对现有技术的不足，提供一种操作简便、测温可靠、加热工艺可控的实验
室滚筒式微波高温焙烧球磨机，其通过设置高温泄压机构、整体保温结构和测温装置实现微波高温焙烧与球磨同步进行的功能。
8.为了解决上述技术问题，本发明提供一种实验室滚筒式微波高温焙烧球磨机，包括微波馈能装置、微波腔体、整体保温结构、测温装置、驱动传动装置、控制系统和球磨系统，所述微波馈能装置安装在微波腔体的外壁，微波馈能装置与控制系统连接，微波腔体侧壁设置带有炉门微波抑制器的门锁系统，所述整体保温结构设置在微波腔体的内部，球磨系统设置在整体保温结构的内腔，所述球磨系统包括球磨筒和研磨球，球磨筒设置有高温泄压机构，球磨筒的材质为透波透光材质，研磨球置于所述球磨筒的内腔，所述驱动传动装置穿设微波腔体，球磨筒与驱动传动装置活动连接，所述测温装置包括红外测温仪和抑波管，微波腔体的上壁中心位置设置有红外探测孔，整体保温结构与红外探测孔位置对应的位置开孔，红外探测孔位置设置有抑波管，红外测温仪与控制系统连接，红外测温仪通过红外探测孔、穿过球磨筒体，检测球磨筒内腔的物料或研磨球的温度。
9.优选地，所述高温泄压机构包括球磨筒盖和焊接在球磨筒盖中部的高温透气砂芯或微孔陶瓷板，球磨筒盖和球磨筒体螺纹连接或卡位连接。
10.优选地，所述高温泄压机构包括球磨筒盖、隔膜塞和高温透气隔膜，球磨筒盖与球磨筒体螺纹连接或卡位连接，隔膜塞和球磨筒盖螺纹连接或卡位连接，高温透气隔膜设置在隔膜塞的底部，隔膜塞设置有隔膜塞排气泄压孔，球磨筒盖设置有球磨筒盖排气泄压孔，隔膜塞排气泄压孔、球磨筒盖排气泄压孔和高温透气隔膜相互配合形成排气泄压通道。
11.优选地，所述驱动传动装置包括驱动电机、传动装置和两根带有限位装置的耐高温的滚轴，驱动电机和传动装置均安装在微波腔体的外部，驱动电机与控制系统连接，两根滚轴对称设置在整体保温结构的内腔的下方，两根滚轴的一端分别穿过整体保温结构和微波腔体未设置门锁系统的侧壁通过滚动轴承固定在支撑座上后，通过传动装置与驱动电机连接，两根滚轴的另一端分别穿过整体保温结构和微波腔体未设置门锁系统的侧壁通过滚动轴承固定在支撑座上，两根滚轴的端部与微波腔体侧壁的接口处均设置有微波抑制器，球磨筒通过限位装置放置在两根滚轴上。
12.优选地，所述整体保温结构靠近门锁系统的侧壁设置保温门。
13.优选地，所述测温装置还包括热电偶，电热偶固定安装在微波腔体的侧壁并穿过微波腔体的侧壁及整体保温结构，热电偶的测温端延伸至整体保温结构的内腔，热电偶与控制系统连接，热电偶测量整体保温结构内腔的温度。
14.优选地，所述球磨筒的材质为玻璃或石英玻璃或透明陶瓷
15.优选地，所述高温透气隔膜的材质为玻璃纤维布或石英纤维布或玻璃纤维棉或氧化铝棉或石英棉或莫来石纤维棉。
16.优选地，所述滚轴的材质为玻璃或石英玻璃或陶瓷。
17.优选地，所述研磨球的材质为非金属。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
19.1、本发明实现了微波高温焙烧与球磨同步进行的功能：
20.本发明通过设置整体保温结构，有效地防止了热量散失，球磨筒内腔物料温度升至1200℃以上时，微波腔体不会因受热而发生变形；
21.本发明通过设置高温泄压机构，实现了在截留物料的同时及时顺畅排出球磨筒本
体内腔气体的功能，排除了因球磨筒内腔的气温急剧上升，球磨筒内腔的气压急剧升高而导致的爆炸风险；
22.本发明通过设置红外测温仪直接测量球磨筒内腔物料温度，并反馈至控制系统，控制系统根据红外测温仪测量的温度进行微波加热功率的调节，有效地控制了球磨筒内腔物料的温度，实现了加热工艺的精准可控；
23.本发明通过设置热电偶测量整体保温结构内腔的温度，控制系统实时对比热电偶测量的温度和红外测温仪测量的温度，保护设备运行，有效地排除了因红外测温仪测温不准而继续微波加热导致设备超温烧损的风险。
24.2、本发明在炉门、滚轴与微波腔体侧壁接口处、红外探测孔的位置进行了微波泄露抑制设计，防止微波的泄露，微波泄露值远低于标准要求值，有效地保障了操作人员的人身安全和操作环境的安全。
25.3、本发明加工工艺简单、操作简便，有效地降低了其加工难度，降低了其造价成本。
附图说明
26.图1为本发明俯剖视图。
27.图2为本发明侧剖视图。
28.图3为本发明所述球磨筒剖视图。
29.附图标记：微波腔体1、微波馈能装置2、炉门微波抑制器3、炉门4、门锁5、球磨筒6、滚轴7、红外测温仪8、抑波管9、热电偶10、驱动电机11、传动装置12、支撑座13、微波抑制器14、限位装置15、控制系统16、整体保温结构17、保温门18、球磨筒体61、球磨筒盖62、高温透气隔膜63、隔膜塞64、球磨筒盖排气泄压孔65、隔膜塞排气泄压孔66。
具体实施方式
30.以下将结合实施例与附图来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
31.参考图1至图3，一种实验室滚筒式微波高温焙烧球磨机，包括微波馈能装置2、微波腔体1、整体保温结构17、测温装置、驱动传动装置、控制系统16和球磨系统，所述微波馈能装置2安装在微波腔体1的外壁，微波馈能装置2与控制系统16连接，微波腔体1侧壁设置带有炉门微波抑制器3的门锁系统，所述整体保温结构17设置在微波腔体1的内部，球磨系统设置在整体保温结构的内腔，所述球磨系统包括球磨筒6和研磨球，球磨筒6设置有高温泄压机构，球磨筒6的材质为透波透光材质，研磨球置于所述球磨筒6的内腔，所述驱动传动装置穿设微波腔体，球磨筒与驱动传动装置活动连接，优选地，所述驱动传动装置包括驱动电机11、传动装置12和两根带有限位装置15的耐高温的滚轴7，驱动电机11和传动装置12均安装在微波腔体1的外部，驱动电机11与控制系统16连接，两根滚轴7对称设置在整体保温结构17的内腔的下方，两根滚轴7的一端分别穿过整体保温结构17和微波腔体1未设置门锁系统的侧壁通过滚动轴承固定在支撑座13上后，通过传动装置12与驱动电机11连接，两根滚轴7的另一端分别穿过整体保温结构17和微波腔体1未设置门锁系统的侧壁通过滚动轴承固定在支撑座13上，两根滚轴7的端部与微波腔体1侧壁的接口处均设置有微波抑制器
14，球磨筒6通过限位装置15放置在两根滚轴7上，整体保温结构17的全保温隔热设计，为球磨机的高温焙烧提供了保障，有效地防止热量散失，球磨筒6内腔物料的温度最高升至1200℃以上时，球磨机不会因受热而变形，所述测温装置包括红外测温仪8和抑波管9，微波腔体1的上壁中心位置设置有红外探测孔，整体保温结构17与红外探测孔位置对应的位置开孔，红外探测孔位置设置有抑波管9，红外测温仪8与控制系统16连接，红外测温仪8通过红外探测孔、穿过球磨筒体61，检测球磨筒6内腔的物料或研磨球的温度，并将所测量的温度信息反馈至控制系统16，控制系统16将其与所设置的加热工艺温度做对比，进而控制微波馈能装置2的微波功率，从而快速精准实现本发明球磨机加热工艺的控制，为球磨机的测温可靠和加热工艺可控提供的有力的保障。
32.较佳的，控制系统16包括控制器和人机界面。
33.可选的，所述高温泄压机构包括球磨筒盖62和焊接在球磨筒盖62中部的高温透气砂芯或微孔陶瓷板，球磨筒盖62和球磨筒体61螺纹连接或卡位连接，在高温加热过程中，高温透气砂芯或微孔陶瓷板在截留物料的同时有效地排出气体，杜绝球磨机爆炸的风险。
34.优选地，所述高温泄压机构包括球磨筒盖62、隔膜塞64和高温透气隔膜63，球磨筒盖62与球磨筒体61螺纹连接或卡位连接，隔膜塞64和球磨筒盖62螺纹连接或卡位连接，高温透气隔膜63设置在隔膜塞64的底部，隔膜塞64设置有隔膜塞排气泄压孔66，球磨筒盖62设置有球磨筒盖排气泄压孔65，隔膜塞排气泄压孔66、球磨筒盖排气泄压孔66和高温透气隔膜63相互配合形成排气泄压通道，在高温加热过程中，排气泄压通道在截留物料的同时有效地排出气体，杜绝球磨机爆炸的风险。
35.优选地，所述整体保温结构17靠近门锁系统的侧壁设置保温门18，方便装卸料操作。
36.优选地，所述测温装置还包括热电偶10，电热偶10固定安装在微波腔体1的侧壁并穿过微波腔体1的侧壁及整体保温结构17，热电偶10的测温端延伸至整体保温结构17的内腔，热电偶10与控制系统16连接，热电偶10测量整体保温结构17内腔的温度。
37.控制系统16实时对比热电偶10所测的温度和红外测温仪8所测的温度，当红外测温仪8因镜头受污染或其测温通道受堵塞、干扰时等原因，引起其测温不准时，热电偶10所测的温度高于红外测温仪8所测的温度，则确认红外测温仪8所测的温度不准，控制系统16控制微波加热停止并发出报警，提示检测红外测温仪8，以避免球磨机因微波加热超高烧损的风险。
38.较佳的，所述门锁系统包括设置在微波腔体1侧壁的炉门4、安装在炉门4上的门锁5和设置在微波腔体1侧壁与炉门4安装位置对于位置的炉门微波抑制器3，设置炉门和保温门，装卸料方便可靠，同时设置炉门微波抑制器3，有效地防止了微波的泄露。
39.较佳的，所述球磨筒6的材质为玻璃或石英玻璃或透明陶瓷，球磨筒6可以透波、透光，球磨筒内物料或研磨球能迅速地吸收微波，进而将其转化为热能。
40.较佳的，所述高温透气隔膜63的材质为玻璃纤维布或石英纤维布或玻璃纤维棉或氧化铝棉或石英棉或莫来石纤维棉，利于气体的排出。
41.较佳的，为提高球磨筒6内腔的微波场强的均匀性，所述微波馈能装置2有多个，多个微波馈能装置2对称分布在微波腔体1的侧壁和底部上，微波腔体1的材质为金属，有效的避免微波的泄露。
42.当球磨筒6内腔的物料吸波能力较强时，研磨球可选由非金属材料制成的磨球，当球磨筒6内腔的物料吸波能力较差时，研磨球优选由碳化硅或氮化硅或氧化锆等材料制成的能吸收微波的磨球。
43.操作流程：
44.1、操作人员将待处理的矿物物料与研磨球装入球磨筒6中，拧紧已装好高温透气隔膜63的球磨筒盖62，打开炉4和保温门18，将球磨筒6放置在两根滚轴7上，通过限位装置15防止球磨筒6跑偏，盖好保温门18，拧紧炉门4。
45.2、开启外部电源，通过人机界面设定所需的加热参数和滚动速度，启动微波馈能装置2和驱动电机11。
46.3、微波馈能装置2馈入微波，微波穿过保温层，球磨筒6体后，直接作用于球磨筒6内的物料和磨球，物料和研磨球直接吸收微波能量升温，同时，控制系统16根据设定的转动速度控制驱动电机11转速，驱动电机11通过传动装置12带动滚轴7运动，滚轴7带动球磨筒6运动，物料在微波高温焙烧时进行球磨。
47.4、在物料进行微波高温焙烧球磨时，红外测温仪8穿过透明球磨筒体61，直接测量物料及研磨球温度，并将温度信息反馈至控制系统16，控制系统16对比设置的加热工艺温度，计算需要输出微波功率，并传输至微波馈能装置2，从而快速精准实现加热工艺的控制，电热偶19测量整体保温结构内腔的温度，并将所测的温度反馈至控制系统16，控制系统16实时对比红外测温仪8所测的温度和电热偶19所测的温度，如果红外测温仪8测温不准，控制系统16控制微波馈能装置2停止加热并发出红外测温仪3故障的警报。
48.5、在物料进行微波高温焙烧球磨时，高温泄压机构在截留物料的同时及时顺畅排出球磨筒本体内腔气体。
49.6、待物料微波高温焙烧球磨完成时，控制系统16控制微波馈能装置2停止馈入微波，控制系统16控制驱动电机11停止转动，控制系统16控制控制红外测温仪8和电热偶19停止测温，物料在球磨机内冷却。
50.7、待物料冷却至可取出温度时，控制系统16发出声光报警，提示可取出物料，操作人员打开炉门4和保温门18，将球磨筒6取出，打开球磨筒6的球磨筒盖62，将球磨筒6内腔的物料取出。
51.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替换，都应当视为属于本发明的保护范围。