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超細粉碎機

超細粉體技術是上世紀六十年代末七十年代初隨著現代科學技術的發展而發展起來的一門跨學科,跨行業的高新技術,同時也是古老粉碎技術的新發展和新應用。

自二十世紀七十年代至今,粉碎工藝不斷改進,新型設備不斷問世,而且在硬件及軟件方面都取得了突破性進展。一個新興的技術領域——超細粉體技術領域逐漸形成并趨于完善。

人們對超細粉體研究最初注重超細粉體的制備, 集中在粉碎技術及設備的研究開發上。

超細粉生產現場

紅星超細粉生產線

關鍵詞:超細粉碎機;細破;超細磨;高細磨;氣流分級機

現代科學技術往往需要粉體粒徑細至10um以下,甚至達亞微米或納料,用傳統粉碎設備是無法 的。20年來,世界各國研究出了10多種類型的粉碎設備和與之配套的分級技術。用粉碎方法制備超細粉體是超細粉體制備技術中最常用的方法之一。這種方法廣泛應用于金屬、非金屬、有機物料、無機物料、 品、食品、化妝品、農 、化工、新型材料、電子、軍工、航空及航天等。隨著現代科學技術的發展,按照不同各類不同要求物料粉碎的需要,不同類型的新型粉碎設備不斷開發出來。最有的有開發的旋轉式磨機、球磨機、介質攪拌研磨機、氣流式粉碎機、塔式磨機及新近開發出的液流式粉碎機、射流粉碎機、超低溫粉碎機、超臨界粉碎機、超聲粉碎機等。

超細粉碎機

下面將微粉【超細粉,高細】制備使用的超細粉碎機,按照微粉物料的性質作一分類(見表1)并依照表中順序進行說明。

表1

1.高速旋轉磨機

高速旋轉磨機的原理如圖1a所示,在裝有滾子的回轉裝置與裝有襯板的窗口之間,原料受剪斷、壓縮磨礦力的作用而被粉碎。近來被稱為微粉碎機械的結構如圖1b所示為堅式磨機。它的微粉作業是靠回轉裝置的旋轉進行。但是該機在進行干式粉碎作業時,由于粉料種類不同,使一些粉料停留在機器內部的低處,有時出會出現粉碎原料不均勻現象。因此,將其設備結構改進為圖1c所示的臥式結構。該結構稱為機械式微粉破碎設備。它的回轉裝置與容器可以單獨旋轉。其容器轉速為300r/min(0.4kw),回轉裝置 轉速為2500r/min(1.5kw)。窗口回轉方向可以按順時針或逆時針方向旋轉。其內部的軸承部分采用了氣體密封裝置,因此,原料是在壓縮空氣、氬氣、氮等的包圍下被粉碎。圖1d是螺旋式磨機,它采用的也是豎型結構,靠滾子旋轉進行粉碎。本機也屬于超細粉碎機的一種。

圖1(a,b,c)

為獲得微粉碎,以滑石(中間直徑為D50=27.2mm)為原料對滾動球磨機、行星磨機(機內充填不銹鋼粉碎介質直徑為2mm,其充填率為30%),機械式微粉碎裝置進行超微粉碎比較試驗,結果如圖2所示。很明顯,行星磨機、微粉碎磨機比滾動玉樹的微粉碎 好,尤其是回轉裝置的旋轉方向與容器旋轉方向不同使粉料顆粒直徑能達到5um以下。屬于高細磨的范疇。

圖2

2.容器驅動介質磨機

根據容器驅動介質磨機的運動形式可大致分為滾動磨機、振動磨機和行星磨機。另外根據介質的形狀可以大致分為球磨機,棒磨機,礫磨機等等。

2.1滾動磨機

把球介質充填到筒狀窗口中,將它提升到高處之后,使其自由降落,物料受到想到相互撞擊和隨同球介質一起滾動的剪碎作用而被粉碎。通常,間歇式磨機容器直徑與容器長度的比率比1大。但連續式磨機的容器直徑與容器長度比1小,容器長度長。而且,從橫向方向看,該機有單室和多室。

圖3是被稱為間隔式的多腔式磨機。通常,將大鋼球介質投入到磨機入料口附近的隔倉里,然后再將大量的小鋼球介質投入到物料的出料端,塊狀物料被粉碎后而漸漸地被粉碎成小顆粒。

圖3

按與此基本相似的原理制成的錐磨機,是為了使大小介質分離,分散在窗口中,而將其窗口的形狀制成錐形如圖4所示,從而省去了隔倉板。

圖4

球磨機的充填量用%表示。間歇式磨機的介質充填率一般為30%~40%,連續式磨機充填率低于30%。

2.2振動球磨機

振動磨一般由磨筒振動裝置、支承彈簧、電機等組成。連續式振動磨機常見的有兩筒和三筒,圖5是一種兩筒式連續振動磨。磨機容器設置在彈簧3上,物料及介質喂入磨機容器1里,這樣使兩磨筒一上一下相互串聯,各自有傳動主軸和支承彈簧,連接處的管道口有篩板。工作時物料在上磨筒里粗研磨,磨碎后,通過篩板經上、下筒體連接管被吸入下筒體,在下筒體中被細研磨,再通過下筒體出口處的篩板分離研磨介質與物料將細粒排出成為成品。此外。該磨機中的介質充填率為80%~30%,與滾動磨機比顯得極大。

圖5

3.介質攪拌磨

介質攪拌磨主要由一個靜置的內填小直徑研磨介質的研究筒和一個旋轉攪拌器(攪拌裝置)構成。首先將球介質投入到磨筒中,然后再借助于裝在磨筒內的攪拌器攪拌以 研磨作業。攪拌器是攪拌磨最重要的部件,有多種結構形式,如軸棒式、圓盤式、穿孔圓盤式、圓環式等等。因此研磨筒內的攪拌器給予介質調整旋轉運動,使介質相互間產生碰撞來咬碎物料顆粒。粉碎能力受下列因素影響:

(1)使用介質的材料(密度,楊式模量,泊松比等機械性質)

(2)介質在容器里通過攪拌器挑動研磨產生沖擊、摩擦和剪切等作用使物料粉碎。在攪拌磨中,研磨介質不是作整體運動而是作不規則運動。這樣不規則運動對物料施加三種作用力:

1、研磨介質之間的互相沖擊產生的沖擊力;

2、研磨介質的轉動產生的摩擦和剪切力;

3、研磨介質填入攪拌棒或圓盤所留下的空間而產生的沖擊力。

一般研磨介質的大小視原料粒度和要求的產品細度而定。為了提高物料的粉碎速度,采用密度大的石料作介質;為了使介質調整運轉,選擇振動方式;采用微小直徑介質。

(3)采用微小直徑介質

研磨介質的密度對研磨效率亦起重要作用,介質密度越大,研磨時間越短,所以在選擇研磨介質時,一定要考慮到它的密度。常用的研磨介質有天然砂、玻璃珠、氧化鋯或剛玉珠、鋼球、鉻球等。

目前日本某公司開發了0.1mm左右的微小介質,填充到研磨機中,通過調整旋轉,進行超微粒作業,使被粉碎的物料能達到超微粒的納料級范圍。

攪拌磨可以間歇生產,也可連續生產。該磨機廣泛應用于顏料、 陶瓷原料以及高嶺土、滑石、云田、碳酸鈣、硅石灰、鋯砂等非金屬礦物的超微細粉加工。攪拌磨的機型很多,這里殘次的攪拌磨有螺旋塔式磨、攪拌槽式磨機和雙錐環隙攪拌磨。

3.1塔式磨機

圖6是有的連續式攪拌磨,這種稱為塔式磨的攪拌磨是由日本塔式磨有限公司研制的。濕式塔式磨的主要由垂直圓筒機體和水力分級機等構成。在機體1內充填研磨介質,機體內的螺旋由電機經齒輪傳動而旋轉。物料在螺旋旋轉翻動的磨礦介質的沖擊下而被研磨,然后從機體1溢流進入水力分級機2。在此過程中,粗顆粒通過管道5被砂泵吸入并返回機體1被繼續研磨。在水力分級機中,粗顆粒物料沉向正文,通過管道7也被砂泵6吸入并返回機體1再磨,水力分級機的溢流即為所需要的細粒制品。又叫超細磨,是超細磨的一種。

圖6

3.2攪拌槽式磨機

攪拌槽式磨機中國稱為間歇式攪拌磨(圖7),主要由帶冷卻泵的磨筒、攪拌器和循環泵組成。攪拌軸插入裝在圓筒容器里的攪拌桿和磨盤上,通過給予介質大的攪拌力來促進物料的粉碎。在濕式粉碎作業時,因為粉料是淤泥狀漿料,所以采用連續供給方式。有時也可以根據情況,通過循環流來調節粉料在磨機內的滯留時間。

圖7

該磨機對碎料進行微粉碎的同時,也提高了它的分散性能,因此,用它調制一些添加微量成分的陶瓷或食品原料。除此之外,該機還適合于難磨細碎料的超細粉碎。該機的循環泵的作用是使研磨過程中粉料循環,混合,并使合格產品及時排出。

另外,用干式粉碎方式作業,則間歇式操作,用攪拌介質式的攪拌作業方式,是因為該機的攪拌器具有很強的攪拌作用,利用這一點,更適合高強度的陶瓷久旱機械合金微粉制備。

3.3雙錐環隙攪拌磨

雙錐式環隙攪拌磨是日本上世紀80年代開發的攪拌磨,又名雙錐砂磨機。其主要結構則圓錐形固定研磨器及圓錐形轉環組成。外帶冷卻夾套的定子和帶冷卻腔的轉子構成研磨縫隙,在縫隙內裝江青研磨介質,研磨介質與研磨后料漿的分離采用動態縫隙分離器。它同上轉子環與定子環構成。工作時,料漿由下部加粒管在泵的推動下連續加入,研磨后的漿料經分離介質后由上部出料管溢流排出。

這種攪拌磨中由轉子和定子構成的研磨間隙的寬度約為6~8mm,介質為下班珠、陶瓷珠、鋼球等,直徑通常為0.5~3.0mm。這種攪拌磨的特點是利用兩個錐形(一個靜止,一個旋轉)構成縫隙的研磨區,因此,能量密度大,產品粒度細而縣城分頁均勻。

4.氣流式磨機

4.1水平圓盤式氣流粉碎機

圖8

1.氣流分配室;2.粉碎分級室;3.氣流噴嘴;4.噴射式給料器;5.高壓氣流入口;6.廢氣流排出管;7.產品收集器;8.產品貯斗;9.排污口

氣流磨結構示意圖

又稱為扁平式氣流磨(圖8),是一種工業上應用最早,最廣泛的氣流粉碎機。其粉碎過程為:高壓氣流經入口5進入氣流分配室1中。分配室與粉碎機、分級室相通。氣流在自身壓力下,強行通過噴嘴時,產生高達每秒幾百米及至上千米的氣流速度。待粉碎的物料經過文丘里噴射式加料器4進入粉碎室2的粉碎區,在調整氣流作用下發生粉碎。由于噴嘴的粉碎室的相應半徑成一銳角,所以氣流挾帶著被粉碎的顆粒作回轉運動,把粉碎合格的顆粒撿到粉碎一分級室中心部,進入產品收集器7。這種收集器實質上就是一個旋風分離器,與普通的旋風分離不同之處僅在于挾帶顆粒的氣流由其上口進入。在產品收集器7中的顆粒%的細顆粒經排出管6排出,可進一步捕集回收。

這種氣流磨的規格是由粉碎室內徑尺寸而定的。定型的扁平式氣流磨規格從55mm到1066mm;壓縮空氣耗量從0.566立方米/分到94立方米/分;過熱蒸汽耗量從174kg/h到3630kg/h(過熱蒸汽入口壓強10.5kg/立方厘米,溫度288度)。相應的生產能力,從0.2kg/h到2500kg/h,產量的產品細度可從-352目到平均.5mm。這種氣流磨具有內自行分級功能,可以加工各種物料,特別適用于由各種聚集體或凝聚體構成的物料。

4.2P.J.M型氣流磨的結構

圖9

1.給料斗;2.空氣噴嘴;3.分級室;4.輸送管;5.粉碎室;6.原料噴射粉碎管;7.產品收集器

P.J.M型氣流磨結構示意圖

日本氣動工業株式會社會產的P.J.M氣動射流磨機(見圖9)在結構上與扁平式氣流磨相似,但有兩個特點:一是采用了超聲波噴嘴,二是設置了雙分級室,即除了粉碎腔外,還備有分級室。特殊設計的分級室可將分級出來的粗粒物料通過回收管返回粉碎腔。該機不公粉碎室具有和扁平圓盤式氣流磨相同的粉碎作用,而且粉碎管中加速了的顆粒還可與粉碎腔中旋回的顆粒互相碰撞而達到粉碎目的。因此,本本的粉碎產品粒度更細。這種氣流磨型號有100、200、280、380、510、580等多種規格。

4.3噴射磨或氣流磨

是一種較成熟的超細粉碎設備,它利用調整氣流(300~500m/s)或過熱蒸汽(300~400度)的能量使顆粒相互產生沖擊、碰撞和摩擦,從而導致固體物料粉碎。

高速氣流是通過安裝在磨機周邊的噴嘴將高壓空氣(0.3~0.9MPa)或高壓熱氣流(07~2MPa)噴出后迅速膨脹而產生的。由于噴嘴附近速度梯度很高,因此,絕大多數的粉碎作用發生在噴嘴附近。在粉碎室中,顆粒與顆粒間碰撞的頻率遠遠高于顆粒與器壁的碰撞頻率。也即氣流磨中的主要粉碎作用是顆粒之間的沖擊或碰撞。它的結構形式可大致分為對撞式氣流粉碎磨,氣流卷入型磨機、通過噴射型磨機、碰撞型磨機、流動層噴射吹入型磨機。原料的大小根據其性能的不同而異,制備成的制品大約為30~40um左右。

4.4對撞式氣流粉碎機

一般氣流磨的氣流要借助于管壁或板 次撞擊,然后是粒子相互進行第二次、第三次……撞擊以達到粒子被粉碎的目的。這一過程會引起沖擊環或板的磨損,對產品造成污染。本品屬于超細粉碎機常見的機型之一。

對撞式氣流粉碎機正好與此相反。為了 調整氣流對管壁或沖擊板高速撞擊引起的嚴重磨損。曲江c公司設計出了一種以兩股調整氣流相互對接來使其中的固體顆粒被粉碎的裝置,以取代固定撞擊板或管壁,成功地 了固體沖擊板的磨損以及對產品的 ,Maiac公司早期研制的對撞式流粉碎機如圖10所示。

圖10

1.物料入口;2.粉碎區;3.高壓氣體進口;4.風機氣體進口;5.產品出口

對撞式氣流粉碎機

該裝置是使兩股等壓力和同等流量的壓縮空氣從兩側成一直線進入粉碎區,物料通過螺旋輸送機進入粉碎區,兩股調整氣流對接。對混合氣體中的粒子進行沖擊粉碎,則于氣流連續進入,粒子之間在混合氣體作用下進行無規則的碰撞運動并向低壓移動,大量的混合粉體從連通管向上移動,細粉隨氣流通過上部排出,粗粉向下滑落實,并在二次空氣作用下通過下料管重新進入粉碎區。

上世紀八十年代中期產生了一種氣體以亞音速進入粉碎區的對撞式氣流粉碎機。又稱氣流高細磨機,物料從左側加入,在噴射下,氣——粉混合體進入粉碎區,此時與右側進入的氣流相撞擊,粒子在無規則的運動中向低壓區移動,通過上升管進入分級區,細粒隨氣流通過通風口流出,粗粒通過返回管與右側壓縮空氣流進入第二次循環粉碎。

TJ系列對撞式氣流粉碎機(見圖11)參數見表2。

圖11

1.空氣入口;2.加料半;3-上升通道;4.粗粒運動軌跡;5.通風口及細粒出口;6.細粒運動軌跡;7.分級區;8.粗粒返回通道;9.對撞粉碎區

TJ型對撞式氣流粉碎機

表2

對撞式氣流粉碎機也是德國Alpine公司的早期產品,我國有許多家公司于上世紀八十年代末九十年代初從Alpine公司引進了多臺類型氣流粉碎機。該類機型的優點是生產能力大,回避了固定撞擊板的磨損及減少產品的污染。該機的據點是體積龐大,結構復雜,能耗高,能量利用率較低,而且氣固混合粉流對粉碎腔及管道造成磨損,材料襯里可采用高耐磨聚酯,尼龍等。

目前德國Alpine公司較少生產此類產品,代之以流化床為主產品。

4.5流化床對撞式氣流粉碎機

圖12

美國Ma-iac公司生產的對撞式氣流粉碎機【超細粉碎機】可以看作是流化床對撞式氣流粉碎機的先導。德國Alpine公司1981年成功地研究制造了流化床對撞式氣流粉碎機。圖12為螺旋加粒式流化床對撞式氣流粉碎機的結構圖,圖13為重力加粒流化床氣流粉碎機結構圖。

圖13

流化床對撞式氣流粉碎機由料倉、螺旋或重力加料裝置、粉碎室、高壓進氣噴嘴、分級、糶口等部件組成。粉碎時物料通過進入料倉,由螺旋輸送器或通過重力將物料送入粉碎室。氣流通過噴嘴進入流化床,有些結構噴嘴從下部進氣,與水平環管氣流相交。粒子在調整噴嘴噴射氣流交點碰撞。該點位于流化床中心,是靠氣流對粒子的調整沖擊及粒子間的相互碰撞而使粒子粉碎,與腔壁影響不大,所以磨損大大頭繩。

產品隨氣流中上部通過分級排出,尾氣進入除塵器排出,不合格的產品返回到物料進口進行粉碎。粉碎室和料面調試通過監控器進行監控。粉碎機內水平安裝超細分級機,具有分離 準確,粒度分頁窄等優點。

德國Alpine公司的系列流化床對撞式氣流粉碎機的參數見表3。

表3

流化床對撞式氣流粉碎機的優缺點;

(1)能耗低。與圓盤式氣流粉碎機相比,平均少30%~40%。主要有三個方面的原因;一是噴嘴動能得到最付款一身是膽和;二是多向同時對撞氣流的全力大,粉碎 加 ;三是與超細分級機緊密配合使用,使合格細粒產品及時排出,只有不合格的粗業才返回粉碎腔內進行二太。因此,能夠防止粒子過度粉碎,從而減少能量的不必要損耗;

(2)磨損與沾粘小。通過噴嘴的介質只與空氣而不與物料同路進入粉碎室。從而避免了粒子在途中產生的撞擊,摩擦以及沾粘沉積,也避免了粒子對管道及噴嘴的磨損;

(3)產品粗度可以通過分級機進行調整。因此,粗度分頁比較窄,而且分級機調整的是獨立的。

(4)生產過程自動操作。不合格的物料由分級機分出,再進行循環粉處理,只限于合格產品向機外排出;

(5)結構緊湊。在同等生產能力情況下,與圓盤氣流粉碎機相比,體積更小,占地面積可減小1/6~1/3,體積可減小1/10~1/6;

(6)拆洗比較方便,磨損小;

(7)流化床對撞式氣流粉碎機需要在粉碎腔內被流態化后才能被氣流束撞擊粉碎,因此要求被粉碎的原料具有足夠細度,對密度大的材料要求更加突出。若原料顆粒密度太大,在烪腔內不能呈現流化態,則無法粉碎,這是流化床粉碎機的一個重要缺點。

(8)分級機葉片與圓體顆粒長期調整碰撞接觸,因此,磨損也相當嚴重。在生產超硬超細粉體時,磨損更嚴重。

流化床對撞式氣流粉碎機在合成樹脂、酚醛樹脂、pvc、顏料和染料、粉末涂料、成色劑醫 、化妝品、 陶瓷、磁粉、糜爛、金屬粉末、食品、香料、硬脂酸、脂肪、蠟、礦粉以及農 和可濕性粉劑等生產中得到廣泛應用,尤其適用于對高純、超硬材料的超細化。該機生產能力大,十分適用于大規模工業化生產。

氣流粉碎機與其他粉碎機相比,具有生產能力大、連續、自控程度高,對設備磨損不和、產品污染小、純度較高、主要是粒度細縣城均勻,易進行封閉式操作等優點。設備結構比較簡單,內部無動件也無介質,因此,操作,維修,清理,裝配都比較方便。粉碎環境濕度低,適用于熱敏性,低熔點物料的粉碎。

流化床對撞式氣流粉碎機與其它氣流粉碎機結構不同,各有優缺點,相比較而言,液化床對撞式氣流粉碎機具有顯著的優點和優勢。日本稱該機是一種“劃時代的新設備”。由于流化床對撞日本亞細亞航空氣流粉碎機節約能量,磨損小,結構緊湊,體積小,能力大,對熱能性和纖維性材料的粉碎表現獨特的 。因此引起國內外粉碎行業的極大重視。該機目前應用領域還在擴大,是對傳統的氣流粉碎機的極大挑戰。

4.6利用噴嘴噴射氣流型磨機【超細粉碎機】

圖14

該機的粉碎方式是高壓氣流進入的同時將粉料噴射進去,為了把氣流速度改變成超高速,在機空安裝一個超單速噴嘴(拉瓦爾噴管)。以固氣混合流的形態在通過噴嘴期間進行粉碎,見圖14所示。此外該機也設有分級室,被分出的粗顆粒再次回到超高速噴嘴處的進行再次粉碎。

5結束語

人們在邁向二十一世紀的過程中,面臨著高技術和納料材料產業的迅猛發展,傳統產業技術步伐不斷加快,相關應用領域對各類超細粉體產品的需要量增加,同時對超細粉體產品粒度的要求也越來越高。因此迫切需要與它相匹配的微粉碎設備。國內人士早已注視著國外的超微粉碎設備與微碎技術的發展,注視這方面的開發和利用,基本上仍把研究 只放在從國外旨進的粉碎設備和微粉碎技術的改造上。

目前,微粉設備與納料材料的研究,美,日,英,德國在世界上占了依靠地位,我國與這些先進國家相比尚有一定差距。因此,我們有必要隨時了解國內外現狀努力工作,迎頭趕上世界選進水平,為我國超細粉體事業,為我國經濟建設做出貢獻。超細粉碎機價格咨詢熱線:0371-67772626。

技術參數

型號 進料粒度(mm) 產品細度(目) 處理量(kg/h) 總功率(kw)
HXCXM80 ≤20mm 425-3250 30-800 50
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