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      走進微觀世界16 | 介質磨機的結構與原理(下)
      2022年03月17日 發布 分類:粉體入門 點擊量:330
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      球磨機的能量利用率較低,在球磨過程中,絕大部分電能都轉化成了簡體的動能,僅有較少的能量用于物料顆粒的粉碎。同時球磨機的另外一些缺點諸如生產能力低、噪聲較大清洗不便等進一步限制了它的使用范圍。人們意識到需要尋求一種新的設備來改善這種情況,而攪拌磨機的高效性能引起了人們廣泛的關注。

      球磨機的結構與原理

      結構與工作原理

      (1)結構

      攪拌磨機主要由一個靜置的研磨筒體和一個旋轉攪拌器共同構成,研磨筒體內部填裝研磨介質。攪拌磨機的筒體一般含有冷卻夾套,在物料研磨過程中,筒體內部會產生大量的熱量,在冷卻夾套內部可通人冷卻水或者其他冷卻介質,以解決研磨筒體溫度上升問題。研磨筒體內部可根據不同的需求鑲嵌不同的耐磨材料。

      攪拌磨機中最重要的部件是旋轉攪拌器,旋轉攪拌器的類型多種多樣,具體包括棒式、盤式、螺旋式和葉輪式等類型。

      攪拌磨機中幾種常見的旋轉攪拌器類型

      攪拌磨機中幾種常見的旋轉攪拌器類型

      棒式攪拌器由中心攪拌軸和多個水平攪拌棒共同構成。攪拌棒結構簡單,加工制造容易,所需成本較低,但其對研磨介質的攪拌能力較弱,研磨效率低,耐磨性差。由于攪拌棒在研磨過程中受到的阻力較小,棒式攪拌器常適用于高速攪拌磨機。

      盤式攪拌器由中心攪拌軸和多個攪拌盤共同組成。攪拌盤結構簡單,制造容易。與攪拌棒相比,攪拌盤擁有更大的工作面積,因此其攪拌能力較強,承受磨損的能力也較強。由于攪拌盤在研磨過程中阻力較小,盤式攪拌器常適用于高速攪拌磨機。

      螺旋式攪拌器由中心攪拌軸和螺旋葉片共同組成。在研磨過程中,螺旋葉片與物料和研磨介質的接觸面積大,所受的摩擦阻力也大,故對研磨介質的攪拌作用較強,同時承受磨損的能力也較強。由于螺旋葉片本身會阻礙研磨介 質的運動,因此螺旋式攪拌器僅適用于低速攪拌磨機。

      葉輪式攪拌器由中心攪拌軸和多個葉輪共同組成。葉輪與螺旋葉片的結構相似,但葉輪對于研磨介質的阻礙作用更小,研磨介質運動空間更大,因此可產生更高的研磨效率,以及粒度更小的產品。與攪拌棒和攪拌盤相比,在研磨過程中,葉輪與物料和研磨介質的接觸面積更大,對研磨介質的攪拌作用更強。葉輪不僅可以使研磨介 質產生切向運動和徑向運動,還能夠使研磨介質產生向上或向下的軸向運動,使得研磨介質對物料顆粒的沖擊、剪切和擠壓作用更加顯著。葉輪式攪拌器常用于低速立式攪拌磨機。

      在使用攪拌磨機研磨完成后,或采用多臺攪拌麼機進行連續研磨時,需要利用分離裝置將研磨介質和物料進行分離,防止研磨介質與研磨完成的物料一起排出,該分離裝置稱為介質分離器。現常用的介質分離器是圓筒篩,圓簡篩的篩面由兩塊平行交錯的篩板構成,形成若干個篩孔,篩孔的尺寸一般為 50~1500μm。為增加圓筒篩的耐磨性,常在篩子的頭部和外部安裝耐磨端蓋,以延長其使用壽命。但圓筒篩存在一個很大缺陷,即對黏度較大的物料的分離效果較差,甚至會造成堵塞現象。

      在研磨過程中,研磨介質一般為球狀。研磨介質的直徑對研磨效率和產品粒度影響較大,若使用直徑較大的研磨介質,得到的產品粒度也越大,產量更高。相反,若使用直徑較小的研磨介質,可得到粒度更小的產品,但產量較高。通常攪拌磨機使用的球形研磨介質平均直徑一般為 2~10mm,在超細研磨粉碎時,研磨介質乎均直徑應小于 1mm。在選擇研磨介質時需要根據產品需求的粒度進行決定,研磨介質的直徑必須大于產品需求粒度的 10倍。同時,研磨介質的直徑分布越均勻,對物料研磨的效果越好。研磨介質的密度越大,所需研磨時間越短。此外,研磨介質的材料和硬度也是影響攪拌磨機研磨效果的重要因素。為提高粉磨效率,研磨介質的硬度必須大于被磨物料的硬度,以增加研磨強度。常用的研磨介質有氧化鋯、鋼珠、玻璃珠、石英砂、陶瓷球等。

      (2)工作原理

      攪拌磨機中物料能夠被粉碎的前提是研磨介質之間存在相對運動。如果研磨介質之間不存在相對運動,物料顆粒就無法受到來自研磨介質施加的外力作用,也就不能夠被粉碎。研磨介質在攪拌器的攪拌作用下運動異常復雜,速度大小和方向也在無時無刻地改變,但其運動都可拆分成平動和轉動這兩種基本的運動方式。在研磨筒體內的任意兩個相鄰介質,選定正交方向入軸和了軸,其中X軸務過兩相鄰介質的中心,運動分解為 叉方向相對正碰撞了方向相對切向運動和相對滾動三種運動形式。

      攪拌研磨機中相鄰兩研磨介質的運動示意 

      攪拌研磨機中相鄰兩研磨介質的運動示意

      如圖所示,兩相鄰研磨介質的平動速度為V1,和V2,轉動速度為W1和W2。將平動速度在X軸和丫軸兩個方向進行分解得到V1X、V1y、V2X、V2y。因此,兩相鄰研磨介質正碰撞的相對速度為V1X -V2X,對填充在兩相鄰研磨介質間楔形部分的顆粒進行擠壓破碎,切向速度為V1y+V2y,可對物料顆粒進行沖擊和粉碎;相對滾動速度為W1+W2,可對楔形內部物料顆粒進行捕獲碾壓。在實際攪拌研磨過程中,相鄰研磨介質間同時存在碰撞運動、切向運動和相對滾動這三種運動形式,只是不同運動形式的速度大小不同,其作用都是對物料顆粒進行捕獲碾碎和沖擊破碎。

      攪拌磨機中相鄰兩研磨介質的三種運動形式 攪拌磨機中相鄰兩研磨介質的三種運動形式

      在研磨過程中,待研磨物料由進料裝置從研磨筒體的一側輸人,然后在攪拌器的攪拌作用下與研磨筒體內的研磨介質發生剪切、碰撞、摩擦和擠壓作用,最后被粉碎為小顆粒并通過研磨筒體另一側的分離裝置排出。研磨介質在研磨筒體內部的運動包括“公轉”(研磨介質在攪拌器的攪拌作用下繞攪拌器旋轉)和“自轉”(相鄰兩研磨介質碰撞后的相對滾動狀態),物料在整個研磨簡體內部的各個位置均受到來自研磨介質施加的剪切力、擠壓力和摩擦力。在靠近攪拌器附近的區域,物料的研磨效果更好。研磨介質不僅做圓周運動,還存在不同程度的上下翻滾運動。研磨介質對物料顆粒不僅有擠壓、剪切作用,還存在一定的沖擊作用。

      在整個研磨過程中,研磨介質對物料顆粒施加的外力主要有剪切力、摩擦力、擠壓力和沖擊力。其中擠壓作用和剪切作用對物料顆粒研磨效果較好,且能量利用率高,作用面積大。擠壓作用和剪切作用能夠使物料顆粒外表層脫落,物料顆粒越小,所受擠壓、剪切的表面積越大,而且擠壓作用和剪切作用還能克服物料顆粒之間的物理化學力以及黏附、凝聚現象。


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