我国粉体机械的现状

作者： Tianyi 浏览： 发布时间：09/11/04 关键字： 粉体机械

     摘要：总结了2006年我国超细粉碎机、超细分级机的科研、生产及新机种的开发现状，指出我国粉碎机械的发展方向。
    2006年中国非金属矿的超细粉碎机与超细分级机的研究有较大进步，主要表现在：①从粉碎理论上对三大粉碎学说提出了新认识，现有的理论、落后于实践，粉碎过程是一个十分复杂的过程，要多学科的联合深入的共同研究，才会有进一步的突破；②在粉碎机的实践上，有对搅拌磨详细的研究总结，有对气流磨结构研究，有磨盘磨、喘流粉碎机的新结构；有GYM亿丰磨的进步；③对干式超细分级机有涡轮式分级机的机构的新设计出现。下面予以简要概述。
1  超细粉碎机械现状
    母福生总结了粉碎理论三大功耗说：高丁一舒曼的产品粒度特性方程式、J、A、H01ms的公式、田中达夫的极限表面理论以及加巴洛夫的粉碎能耗说之后，指出破碎理论存在的不足和局限性；①三个有名的粉碎功耗说，每个理论都有各自的适用范围，从实用的角度说他们都具有一定的片面性；②物料颗粒大小对粉碎所需能量是不相同的。事实表明，物料的颗粒越小、其强度就越高，粉碎就越困难，要消耗更多的能量。这一点三大粉碎理论所建立的功牦数学模型都没有反映出来，所以三大理论使用的准确性就大打折扣；③物料粉碎的细度是有限的，不可能无限地粉碎下去。物料变形、破碎过程十分复杂、它不是…—个孤立系统，而是一个与外界有物质和能量交换的开放系统，也是一个由稳态一渐变一突变的螺旋式演变过程，同时伴随声、热等能量的耗散。要完整建立系统，建立物料粉碎功耗方程，需要多学科的理论做基础，在多学科交叉融合的前提下，来建立功耗方程才可能更完善和全面，才能揭示物料粉碎这一复杂系统的内在演变机理。
    张国旺等例举了搅拌磨的分类及应用范围，介绍了国内搅拌磨的发展及国外搅拌磨理论研究情况、应用情况。认为搅拌磨今后发展的研究重点是：①大型超细搅拌磨机生产亚微米粉体或浆料(例如重质碳酸钙、高岭上、硫酸钡)；②离心超细搅拌磨机生产纳米涂料、油墨及颜料；③窄粒级超细低污染搅拌磨机的研究，应用于新材料开发；④大型矿业用搅拌磨机应用于矿物加工(例如金矿、铅锌矿、铁矿、钼矿)的再磨作业；⑤加强超细搅拌磨机粉磨机理的研究，开发新型高效超细搅拌磨机适应不同矿物粉体材料的制备。
    搅拌磨的发展方向是：①提高每个循环对物料注入载荷强度，即提高单位工作容器注入能量密度；②改变磨球和物料运行轨迹，增加物料流的紊乱运动，造成运动方向多维性；③解决好磨机内部能量转移问题；④外空心轴与转动轴处于同一轴线旋转，且转向相同，外空心轴促使摆轴始终与中心轴保持爽角，显然外空心轴旋转对搅拌锥为牵连运动，下端有与摆轴同步旋转的叶片。邱益等详细介绍了CGM60 B锥摆式搅拌磨使用的特点，认为该机符合上述条件，其技术参数为：球磨锥筒容积133，料浆容积65，球磨锥角中部尺寸功φ460，中心轴转速n1=375r／min，外空心轴转速n2=330r／min，摆锥偏角口：α=4o，入料粒度d≤0．42mm，出料粒度d97=1～150μm，产率300kg／h，主电机功率11kW，主机外形尺寸1500mm× 900mm×2000mm，机器质量1200kg。
吕方等认为流化床气流粉碎机目前存在以下的缺陷；①粉碎室的底部为卸料方便，都设计成了圆锥形，由进料装置送人粉碎室内的物料，一旦进落入设在粉碎室下方的圆锥体内，物料即进入了一个盲区，无法继续进行粉碎；②粉碎区域只有于一个近似平面的范围内，面积狭窄，使得物料受到气流夹带、冲击、挤压和摩擦的机会相对较少；③传统结构使得物料在被粉碎过程中，其流态化状态只有于喷咀的上方，而沉积于粉碎室下方锥体内的物料不能形成流态化状态。这是这种设备能耗高、效率偏低的主要原因。
吉晓莉通过对流化床气流磨粉碎机理，以及粉碎腔内工质压强与喷咀个数对SiC颗粒形貌影响的研究，得出工质压强、喷咀个数等参数对SiC颗粒形貌有很大影响的结论，其中粉碎腔采用高的工质压强以增加粉碎强度。采用两喷咀以增加颗粒互相撞击的几率是制备片状SiC粉的有效方法，采用流化床式气流磨加多级涡轮分级机的粉碎系统可以制备产品质量较好的多级别超细SiC片晶微粉。
金振中等介绍了气流粉碎机的工作介质热压缩空气的工作情况，结果认为：①被粉碎物料不同，选择的工作介质也随之变化，以热压缩空气为工作介质，一方面能够提供较大的粉碎力，有利于产品的细化，另一方面，在所得产品粒度基本相同的前提下，使用热压缩空气比使用过热蒸气更为经济；②提出了一种热压缩空气加料器喷咀部分的设计，方法简单易行，可方便地应用于工程设计。
孙成林等详细介绍了亿丰磨的系列产品，对当前投放市场的86型(大型磨)对碳酸钙、滑石粉磨的技术数据进行报导，介绍了在这类生产厂的使用情况，指出该系列机的优点是：细度好、产品细度可调、产量高、能耗低、结构紧凑整机性能良好。
    伊启平设计一种上下两个磨盘合成的磨盘磨，分析了磨盘磨的工作原理，从材料学角度解析了其对粉碎物料的作用。该机为LDG—500型，生产能力150～800kg／h，磨轮直径D=500mm，入料粒度≤15mm，主轴转速l200r／min；电机功率15kW产品粒度10～500目。笔者认为，这种设备离超细粉碎作业要求生产超硬、脆物料的超细粉体还有一定差距，还应进一步研究破碎莫氏硬度8～9的物料。
    王燕民给出了一种高压辊磨与搅拌磨构成的复合粉碎系统湿法超细研磨碳酸钙物料的实验结果，该结果表明，经此流程的物料能有效地提高细度并降低能耗，这可能与颗粒在高压辊磨受压后产生微裂隙有关。研究还发现，高压辊磨预磨次数明显地影响搅拌磨的更终产品粒度和节能效果。
    丁浩等指出要生产高性能混凝土(HPC)要求很高，为此开发了DHM型磨机，该机是一种改进型的悬辊式粉磨设备，与传统的悬辊磨(雷蒙磨)相比，本机的磨辊为多层，并因数个多层磨辊的高速旋转实现了碾磨的连续化。DHM型磨机由传动装置、圆筒型磨腔及腔内磨辊组成，磨腔内主轴由传动系统带动作高速旋转。当物料从上部给人并通过磨腔时，在辊轮和腔壁间受到冲击、挤压和剥离而导致粉碎。由于辊轮为连续多层，所以物料在通过时的受力是不间断和重复的，因此破碎比大，产品细化程度高、能耗低、磨矿效率高。该机更大给料粒度25mm，产品—0．038mm(400目)含量50％～75％，DHM500型(装机30kW、外型LXBXH=2000mm×1000mm×l800mm)产量3000～2000kg／h。该机属于一种改进型悬辊式粉磨设备，是单一粉磨设备，可与分级机组成配套工艺使用。
    GM高温干燥磨是用于石膏行业的一种集干燥、研磨、煅烧、筛分于一体的设备，舒水旺等给出了设备型号，给料—120mm产品细度20～325目，产量可在25～35t之间。
    孙国刚等利用震动磨对羟基磷灰石进行超细粉碎，优选出震动磨超细粉碎的更佳工艺条件，利用震动磨可以得到粒度分布单一的粉体样品，d50为2•001μm。根据对离心式空气分级机分级机理与流场的研究，找出影响分级粒径和分级精度的主要因素，总结了一套细粉空气分级的设计方法，设计了催化剂细粉分级生产装置，成功地将催化剂中小于20μm的细粉含量控制在1．5％～3％，使国产裂化催化剂产品粒度分布达到国际市场的要求。
    方苍舟等认为世界上千法分级设备已朝着亚微米级(平均粒径0．5—1μm)超细方向发展，采用机械方法生产高纯度纳米粉体的探索也已开展，目前使用的1．0～3．0μm的超细粉。德国阿尔派公司2000年5月就可以生产分级平均粒径0．8μm的亚微米超细粉，产量300kg／h。德国阿肯图公司的TFS／2型分级机的分级细度更细能达d98<2μm，产量120kg／h。作者在研制新分级机时提出以下几个创新点。①分级机叶轮根本性改变。常规叶轮是以弹性势涡原理为设计依据，叶片是平面形状，压力损失非常大，这种分级机分级极限是1．0μm。这项研究是以格拉朗日空间中的刚性控制体为研究对象，以刚性势涡原理为设计依据，叶片是空间规整曲面庐(1／r．1，R．b)与平面联合形状，压力损失只有常规分级的60％，分级极限是0．8μm；②设置径向导向叶片，改变了常规分级机含尘气流在向分级区移动时的杂乱无序；③二次分散器，改变常规的自由进风为0．04～0．6MPa，使淘洗气流先喷射后旋转，达到高效淘洗的目的，淘洗效率比常规增加60％；④分级系统工艺配置优化。该研究己取得工业生产实践成果。
    冯永国等指出粉体颗粒在空气中具有强烈的团聚倾向，是因为粒间存在着强烈的吸引力。粉体的分散方法主要有：①干燥分散；②机械分散；③表面改性方法；例如添加表面活剂来改善粉体的分散性。④静电分散；⑤等离子体处理，使粉体表面包膜或接枝。作者特别指出空气分级过程中粉体的分散问题，分级的首要任务是分散颗粒，使其处于单分散状态，才能提高粉体的流散性。
    王长会等通过理论分析和公式推导，建立了粒径与分级机转子结构参数之间的关系式，分析了影响粒径的结构参数之间的关系式。分析了影响粒径的结构因素和分级机转子结构参数对分级点所产生的影响，即在分级机转速和通过的风量一定的情况下，转子结构参数影响产品的更大分级粒径；锥角、叶片倾角影响分级效率；转子叶片数的增多并不能使临界分级粒径变小。
    叶涛给出了150FJW型涡轮分级机示意图，该机为卧式，涡轮是一个特珠的转子驱动装置，涡轮转子水平安装，同时可避免产生局部涡流，转子的外圆周上安装有足够数量(72片)的叶片，叶片转速7 200次／min，从而形成强大均匀的离心场，简体内衬用聚氨脂胶粘，防止颗粒受铁质污染。作者分析了150FJW分级机的分级机理，给出分级粒径的数学模型并进行了实验研究，结果表明：①颗粒的浓度对分级精度有较大的影响；②分级粒径的大小与涡轮转速、抽风机风量、风压及涡轮结构参数有关；③分析分级精度时要考虑分级机内部紊流的影响。
党君祥等对4种不同微型旋风分离器在不同的流速下的分级效率进行了实验研究，并采用无因次的Rosin-Rammler坐标对测试数据进行了整理。实验表明，分级效率与斯托克斯数之间关系在Rosin—Rammler坐标上为一条直线，采用微旋风器可对微粉进行了分级，分割粒径可达1．3μm。
倪文龙等指出通常所用的单出风口旋风分离器的三大缺点：压力损失较大，分离效率不高，无用压力损失占分离器65％以上。在上进风口与上出风口间存在“短路流”；锥部集料口因气流转向而导致已沉降的微细粉尘“二次返混”。作者研制的双出风口旋风分离器克服上述缺点，使阻力损失降低30％以上，尘荷载降低70％。
    邱益等简要的分析了目前空气分级机的现状，指出涡轮空气分级机主轴普遍采用悬臂方式布置的缺陷，及没有采用特殊的密封装置、而是通过分级轮的高速旋转抑制颗粒上升到分级轮的顶端部，所以不能严格控制分级轮对大颗粒的泄漏。另外由于涡轮分级室叶片细长，在高速旋转时容易发生挠曲变形和振动，影响分级效果。作者发明的VTC-90分级机工作原理：物料与空气混合流由底部沿轴向进入机内，在经过由组合叶片构成的涡轮分级室内，因颗粒大小不一而被分级。颗粒在分级室主要受两种力的作用，气流粘性阻力和离心作用力。当颗粒所受的粘性阻力大于离心力时，就通过叶片间隙进入涡轮中心，进入上机体由排料口排出而分选出来；粘性阻力小于离心力时，颗粒由于离心力作用而被抛向四周，沿下机体内壁沉降后进入磨粉机再粉碎。
    张景杰介绍了在生产硅微粉时，采用干法使用球磨机与分级机生产中遇到的几个问题：①球磨机各种因素的影响，包括球磨机贴衬后的有效直径及球磨机转转问题、研磨介质及衬板选择问题、研磨介质的级配和填充率问题；②分级机各种因素对硅微粉生产产量、质量的影响是分级机的主要调节参数；分级机耐磨损处理；③球磨机与分级机之间的配合问题；④球磨与分级机正确的连接方法。对采用球磨法的生产硅微粉的生产企业有一定的参考价值。
    段江涛对以硅、锰、铬、铜为主要合金元素，加入少量钒、钛、硼、氮和稀土元素进行微合金化和变质处理，在空冷淬火条件下，获得了综合性能优良的贝氏体组织。文章介绍了低合金空冷贝氏体铸钢的成分、组织和性能，并与高锰钢、普通锻钢、低铬铸铁及高铬铸铁、16Mn钢等材质进行了比较，低合金空冷钡氏体钢生产工艺简单、贵金属元素加入量少，生产成本与高锰钢相当，且该材料具有优良的强韧性和耐磨性，经济效益显著，值得推广应用。
安跃锋介绍了管状式输送机采用密闭输送的方式，解决了通用带式输送机输送物料时倾斜角小、沿途撒料的缺点，又避免了物料受风吹、日晒和雨淋，保证了物料的质量。介绍了管状带式输送机的结构特点，基本参数，以及对输送带的技术要求，探讨了整机的设计安全，以及将会在我国得到推广应用的展望。
崔平等指出，本设计的特点在于半椭球形密器下半部的圆柱面上设有两组8个与母线α角(α>90)的大小喷组成对角布置，以利于粉体和改性剂的分散与混合，作者给出了理想的粉体预分散设备结构示意图、典型的高速搅拌混合改性机筒体结构示意图、机械混合法对微米／纳米粉体进行改性与复合的典型系统结构示意图。
    徐玉娟指出超微粉碎在食品中和中药生产中的优势为：增加营养成分和药物吸效率，提高其生物利用度；有效利用保留生物活性成分，提高功效；节省原料、便于利用；作者分别介绍了超微粉碎技术在桑叶、桑椹、桑枝灵芝及桑枝灵芝孢子中的应用情况，对发展桑树资源、新型食品开发都有重要意义。
2  结语
    综合2006年中国的超细粉碎机与超细分级机的现状，可以得出以下的结论：
    (1)超细粉碎理论应该与现行的三大粉碎理论有不同的表现方式，但如何能正确表现，还有待粉碎界人士共同努力去研究，我们期待早日出现一个完整的表达公式。
    (2)2006年超细分级的研究比过去的年份有突出的表现，说明超细粉碎界人士充分认识到了这一点，如果大家共同来多关注，我们相信不久的将来，我国将会有更好的干式超细分级机投入市场。
    (3)2006年新出现的超细粉碎机还没见大规模的市场开发，有待进一步努力。
    (4)希望今后的超细粉碎机和超细分级机有更大的进步。