[发明专利]超高能低温冲击系统

说明书

本发明涉及超高能冲击系统和方法，其中在改进的气态环境或气氛中进行研磨超作。更具体地讲，本发明涉及这样的一种超高能冲击系统和方法，其中在减压下或在轻质气体气氛中低温或者称为冷冻或深冷温度下进行研磨操作。

掩埋或填筑地短缺已迫切要求将目前掩埋处置的物料循环使用。例如，橡胶轮胎及许多塑料制品现已循环用作许多新用途，其中一种用途涉及到研磨循环的橡胶或塑料，并将所得研磨产物与铺路物料混合。的确，美国联邦立法目前要求在联邦财政资助的道路上采用研磨的轮胎橡胶。

在常规的研磨操作，包括低温研磨操作中，采用转子提供沿着物料中的细微裂纹或位错或断层使该物料破裂所需的速度或冲击能量。例如，可在典型的低温锤式研磨机中将橡胶轮胎颗粒研磨成研磨橡胶产品，其中全部产品小于30美国筛目并且40％的产品小于80美国筛目。为了达到更小的颗粒尺寸或粒径，通常需增大研磨机中转子的速度以增加提供给橡胶颗粒的冲击能量。但是，过去想将物料粒径进一步缩小到30美国筛目以下的尝试却降低了产量(即研磨机每小时产出的物料磅数)并且明显提高了用于将轮胎橡胶颗粒温度降到低温水平的冷却剂的消耗量。

此外，在这样低的筛目粒径之下通常缺乏提供破裂部位并且导致在相当低的冲击速度(低于约400英尺/秒(“FPS”))下脆裂的颗粒位错或断层。因此，通过脆裂机理进一步缩小粒径就要求更高的转子速度以产生更高的冲击速度。但是，转子转动速度受到转子构造材料和转子本身的几何尺寸或设计方案的限制。例如，在接近600-800FPS的速度下，常规转子倾向于碎裂，并且转子所用的轴承和密封倾向于毁坏。

转子速度明显提高还会增大气体阻力或抗力，从而导致操作无效。更具体地讲，气体阻力增大会减少进行研磨操作的动力。例如，转子末端受到达到约600FPS的研磨机的约85-90％的操作动力会由气体阻力消耗掉。

在这类研磨机的操作过程之中产生的抗力和摩擦力还会提高转子温度和正在研磨的物料温度。这种温度的提高会给研磨操作效率和被研磨物料的完整性带来不利的影响。

一般来说，已知在设有大直径转子的高速电机中，通过在氢气环境中操作可将空气摩擦引起的失效降低约85-93％。

第4645131号美国专利公开了磨粉机，其中采用真空降低作用于金属粉末的阻力或抗力。据说该磨粉机可将温度低至例如-100°F的金属粉末磨制达到小于20μm(625美国筛目)的粒径。据报道，可用真空降低作用于被研磨金属粉末的阻力，试图最大限度地减少对研磨操作的干扰，因为这种粒径的颗粒质量极小并且在环境条件下产生的阻力有可能使颗粒悬浮。此外，可用真空防止金属氧化，金属在环境条件下会氧化并且随着粒径的缩小(和表面积增大)氧化会更加深入。

为热敏材料开发的一种已知研磨机是Victory Mill，可从Hosokawa Micron，Summit，New Jersey得到。这种Hosokawa研磨机通过冲击研磨方式操作并且设计来使热敏材料(如热塑性材料)达到粗至中等程度的粒径缩小。还设想这种研磨机在不用冷却剂的情况下在常规环境气氛中使用，当然亦可采用空气冷却。该研磨机的转子已设计来降低正在研磨的颗粒之间的摩擦，当然该研磨机不是设计来在接近声速的速度下操作的。

过去，在希望得到粒径小于某一筛目的颗粒时，可将研磨机出来的物料通过具有该筛目的筛网，从而得到粒径小于该筛网孔径或筛目的颗粒。剩下的材料(即没有通过筛网的物料)可循环送入该研磨机的进料，或送入另外的研磨机中以进一步缩小尺寸。由于更细的(即更小粒径的)材料倾向于干扰更大粒径材料的研磨操作，所以这种循环会使研磨操作无效。此外，这样采用另外的研磨机按照不同于脆裂的主要机理进一步缩小粒径又会降低被研磨物料的产量。这样提高了达到同等粒径缩小程度所需的费用(如高能耗)。

常用于缩小粒径的另一方法是湿研磨，其中水平齿状石轮和水消散研磨操作产生的热量，但是，在这种湿磨技术中，水需要与被研磨产品分开。这明显影响该工艺的效率。

因此，目前需要可将物料研磨达到细粒径(如达到约80美国筛目以下(如小于约177μm))，而同时又不会出现上述缺陷的冲击系统。还希望该系统在改进的气态气氛中研磨物料以降低由此造成的气体阻力和摩擦力。也希望该系统在转子以末端速度操作的情况下研磨物料并且在低温条件下，特别是在冷冻或深冷条件下提高被研磨物料的脆性。

因此，本发明目的是提出超高能冲击系统，其中在改进的气态气氛中进行研磨操作段。