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走进微观世界16 | 介质磨机的结构与原理(下)
2022年03月17日 发布 分类:w88入门 点击量:198
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球磨机的能量利用率较低,在球磨过程中,绝大部分电能都转化成了简体的动能,仅有较少的能量用于物料颗粒的粉碎。同时球磨机的另外一些缺点诸如生产能力低、噪声较大清洗不便等进一步限制了它的使用范围。人们意识到需要寻求一种新的设备来改善这种情况,而搅拌磨机的高效性能引起了人们广泛的关注。

球磨机的结构与原理

结构与工作原理

(1)结构

搅拌磨机主要由一个静置的研磨筒体和一个旋转搅拌器共同构成,研磨筒体内部填装研磨介质。搅拌磨机的筒体一般含有冷却夾套,在物料研磨过程中,筒体内部会产生大量的热量,在冷却夹套内部可通人冷却水或者其他冷却介质,以解决研磨筒体温度上升问题。研磨筒体内部可根据不同的需求镶嵌不同的耐磨材料。

搅拌磨机中最重要的部件是旋转搅拌器,旋转搅拌器的类型多种多样,具体包括棒式、盘式、螺旋式和叶轮式等类型。

搅拌磨机中几种常见的旋转搅拌器类型

搅拌磨机中几种常见的旋转搅拌器类型

棒式搅拌器由中心搅拌轴和多个水平搅拌棒共同构成。搅拌棒结构简单,加工制造容易,所需成本较低,但其对研磨介质的搅拌能力较弱,研磨效率低,耐磨性差。由于搅拌棒在研磨过程中受到的阻力较小,棒式搅拌器常适用于高速搅拌磨机。

盘式搅拌器由中心搅拌轴和多个搅拌盘共同组成。搅拌盘结构简单,制造容易。与搅拌棒相比,搅拌盘拥有更大的工作面积,因此其搅拌能力较强,承受磨损的能力也较强。由于搅拌盘在研磨过程中阻力较小,盘式搅拌器常适用于高速搅拌磨机。

螺旋式搅拌器由中心搅拌轴和螺旋叶片共同组成。在研磨过程中,螺旋叶片与物料和研磨介质的接触面积大,所受的摩擦阻力也大,故对研磨介质的搅拌作用较强,同时承受磨损的能力也较强。由于螺旋叶片本身会阻碍研磨介 质的运动,因此螺旋式搅拌器仅适用于低速搅拌磨机。

叶轮式搅拌器由中心搅拌轴和多个叶轮共同组成。叶轮与螺旋叶片的结构相似,但叶轮对于研磨介质的阻碍作用更小,研磨介质运动空间更大,因此可产生更高的研磨效率,以及粒度更小的产品。与搅拌棒和搅拌盘相比,在研磨过程中,叶轮与物料和研磨介质的接触面积更大,对研磨介质的搅拌作用更强。叶轮不仅可以使研磨介 质产生切向运动和径向运动,还能够使研磨介质产生向上或向下的轴向运动,使得研磨介质对物料颗粒的冲击、剪切和挤压作用更加显著。叶轮式搅拌器常用于低速立式搅拌磨机。

在使用搅拌磨机研磨完成后,或采用多台搅拌麼机进行连续研磨时,需要利用分离装置将研磨介质和物料进行分离,防止研磨介质与研磨完成的物料一起排出,该分离装置称为介质分离器。现常用的介质分离器是圆筒筛,圆简筛的筛面由两块平行交错的筛板构成,形成若干个筛孔,筛孔的尺寸一般为 50~1500μm。为增加圆筒筛的耐磨性,常在筛子的头部和外部安装耐磨端盖,以延长其使用寿命。但圆筒筛存在一个很大缺陷,即对黏度较大的物料的分离效果较差,甚至会造成堵塞现象。

在研磨过程中,研磨介质一般为球状。研磨介质的直径对研磨效率和产品粒度影响较大,若使用直径较大的研磨介质,得到的产品粒度也越大,产量更高。相反,若使用直径较小的研磨介质,可得到粒度更小的产品,但产量较高。通常搅拌磨机使用的球形研磨介质平均直径一般为 2~10mm,在超细研磨粉碎时,研磨介质乎均直径应小于 1mm。在选择研磨介质时需要根据产品需求的粒度进行决定,研磨介质的直径必须大于产品需求粒度的 10倍。同时,研磨介质的直径分布越均匀,对物料研磨的效果越好。研磨介质的密度越大,所需研磨时间越短。此外,研磨介质的材料和硬度也是影响搅拌磨机研磨效果的重要因素。为提高粉磨效率,研磨介质的硬度必须大于被磨物料的硬度,以增加研磨强度。常用的研磨介质有氧化锆、钢珠、玻璃珠、石英砂、陶瓷球等。

(2)工作原理

搅拌磨机中物料能够被粉碎的前提是研磨介质之间存在相对运动。如果研磨介质之间不存在相对运动,物料颗粒就无法受到来自研磨介质施加的外力作用,也就不能够被粉碎。研磨介质在搅拌器的搅拌作用下运动异常复杂,速度大小和方向也在无时无刻地改变,但其运动都可拆分成平动和转动这两种基本的运动方式。在研磨筒体内的任意两个相邻介质,选定正交方向入轴和了轴,其中X轴务过两相邻介质的中心,运动分解为 叉方向相对正碰撞了方向相对切向运动和相对滚动三种运动形式。

搅拌研磨机中相邻两研磨介质的运动示意 

搅拌研磨机中相邻两研磨介质的运动示意

如图所示,两相邻研磨介质的平动速度为V1,和V2,转动速度为W1和W2。将平动速度在X轴和丫轴两个方向进行分解得到V1X、V1y、V2X、V2y。因此,两相邻研磨介质正碰撞的相对速度为V1X -V2X,对填充在两相邻研磨介质间楔形部分的颗粒进行挤压破碎,切向速度为V1y+V2y,可对物料颗粒进行冲击和粉碎;相对滚动速度为W1+W2,可对楔形内部物料颗粒进行捕获碾压。在实际搅拌研磨过程中,相邻研磨介质间同时存在碰撞运动、切向运动和相对滚动这三种运动形式,只是不同运动形式的速度大小不同,其作用都是对物料颗粒进行捕获碾碎和沖击破碎。

搅拌磨机中相邻两研磨介质的三种运动形式 搅拌磨机中相邻两研磨介质的三种运动形式

在研磨过程中,待研磨物料由进料装置从研磨筒体的一侧输人,然后在搅拌器的搅拌作用下与研磨筒体内的研磨介质发生剪切、碰撞、摩擦和挤压作用,最后被粉碎为小颗粒并通过研磨筒体另一侧的分离装置排出。研磨介质在研磨筒体内部的运动包括“公转”(研磨介质在搅拌器的搅拌作用下绕搅拌器旋转)和“自转”(相邻两研磨介质碰撞后的相对滚动状态),物料在整个研磨简体内部的各个位置均受到来自研磨介质施加的剪切力、挤压力和摩擦力。在靠近搅拌器附近的区域,物料的研磨效果更好。研磨介质不仅做圆周运动,还存在不同程度的上下翻滚运动。研磨介质对物料颗粒不仅有挤压、剪切作用,还存在一定的冲击作用。

在整个研磨过程中,研磨介质对物料颗粒施加的外力主要有剪切力、摩擦力、挤压力和冲击力。其中挤压作用和剪切作用对物料颗粒研磨效果较好,且能量利用率高,作用面积大。挤压作用和剪切作用能够使物料颗粒外表层脱落,物料颗粒越小,所受挤压、剪切的表面积越大,而且挤压作用和剪切作用还能克服物料颗粒之间的物理化学力以及黏附、凝聚现象。


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