李立奎（萊蕪鋼鐵集團粉末冶金有限公司，山東　萊蕪　271104）

雙向旋轉(zhuǎn)球磨機的粉碎機理及應用研究

李立奎
（萊蕪鋼鐵集團粉末冶金有限公司，山東萊蕪271104）

摘要：作為一種運行速度較低的細磨機，雙向旋轉(zhuǎn)球磨機在很多領域都有著廣泛的應用，對常規(guī)材料實施超細化或者是對金屬粉末進行合金化等，對現(xiàn)代工作的發(fā)展具有重要的意義。但是當前，學界的相關研究主要集中于工程應用方面，對于雙向旋轉(zhuǎn)球磨機的運行機理等研究較少，對于其進一步發(fā)展與推廣而言不利，本文就球磨機的結(jié)構機理等進行探討。

關鍵詞：雙向旋轉(zhuǎn)球磨機；超細化；粉碎機理

顆粒的粒徑小于30μm的粉質(zhì)成為超細粉體，物質(zhì)在通超細化之后，其分子的排列、晶體與電子的分布結(jié)構等都發(fā)生很大的變化，具有大顆粒物質(zhì)不具有的納米材料的小尺寸等效應，這些性能的存在能夠在各行各業(yè)中得到應用。抄襲粉體的制備在我國主要通過機械粉碎與合成兩種方式，前者應用與制備原料在1μm以上的粉體，其產(chǎn)量大、成本低、工藝簡單，但是純度與細度相對于第二種方法而言要差；合成法主要是通過粉體之間的離子等發(fā)生化學反應形成抄襲粉體，具有純度高、細度好、顆粒的均勻性高等優(yōu)點，但是其產(chǎn)量較低、工藝復雜且成本相對高昂。本文中探討的雙向旋轉(zhuǎn)球磨機就是一種典型的機械粉碎方式，其效率高，能耗較其他機械粉碎方式更低，同時保證粉碎研磨產(chǎn)品的純度。

1　雙向旋轉(zhuǎn)球磨機的機理研究

1.1雙向旋轉(zhuǎn)球磨機的結(jié)構與工作原理。本文中研究的雙向旋轉(zhuǎn)球磨機的主要結(jié)構為：筒體、空腔、攪拌裝置以及在筒體內(nèi)壁中的襯板。雙向旋轉(zhuǎn)球磨機的內(nèi)酯和筒體的反方向旋轉(zhuǎn)攪拌軸經(jīng)過空腔以及斷面的蓋板，在空腔中有攪拌棒進行粉體的攪拌，和斷面的蓋板相連的筒體支撐件在空腔外部的旋轉(zhuǎn)軸上對稱設置，軸承與傳動及同樣在內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸上。該結(jié)構的優(yōu)點為，與普通臥式球磨機相比，增設了攪拌裝置，容易實現(xiàn)，同時有效的提高魔球的運轉(zhuǎn)速度，筒體的內(nèi)部摩擦、碰撞等相互作用增強，改善裝置中的有效粉碎區(qū)域，提高生產(chǎn)效率。其中通體比與旋轉(zhuǎn)軸的中控設計，便于球磨機鍵入冷水進行散熱，提高機器的安全性能。

1.2雙向旋轉(zhuǎn)球磨機的機理分析

1.2.1球磨機中內(nèi)磨球的運動區(qū)域。如果球磨機的筒體中為純液體，基于相關原理能夠知道筒體當中不同區(qū)域的運行速度梯度，可以將旋轉(zhuǎn)球磨機的內(nèi)部劃分成為四大區(qū)域，磨球的碰撞頻率高度與強度主要取決于流體的速度梯度，通過這樣的區(qū)域劃分能夠讓磨球通過這些區(qū)域，從而獲得更優(yōu)的研磨效果。

1.2.2筒體的理論臨界轉(zhuǎn)速。通常，筒體中外層的球磨隨著內(nèi)壁進行圓周運動的速度就是臨界速度，基于相關公式與影響滑動的相關理論知識，臨界的轉(zhuǎn)速與磨球的摩擦系數(shù)有著明顯的相關關系，摩擦系數(shù)的區(qū)別，實際的臨界轉(zhuǎn)速也會有區(qū)別。要讓磨球的工作效率更高，則球磨機的筒體轉(zhuǎn)速要適當小于臨界轉(zhuǎn)速，相關研究證實，雙向旋轉(zhuǎn)球磨機筒體的轉(zhuǎn)速在70r/min～84r/min更好。

1.2.3球磨機的最小填充率。研究中的介質(zhì)為物料與磨球混合之后形成的均勻密度的物體，介質(zhì)的填充率對球磨機的工作效率影響也很大，對于本文中研究的球磨機，要實現(xiàn)最佳的工作狀態(tài)應該具有一個最小的介質(zhì)填充率，通過研究論證，當介質(zhì)的填充率在14%以下時，攪拌棒不能夠發(fā)揮出作用，這樣球磨機的狀態(tài)與常規(guī)的球磨機類似，攪拌棒還會產(chǎn)生無用的功耗造成浪費，因此，填充率至少要高于理論值。

1.3雙向旋轉(zhuǎn)球磨機的粉碎機制。雙向旋轉(zhuǎn)球磨機根據(jù)不一樣的作用力具有三種粉碎機制，分別是摩擦粉碎、沖擊粉碎和擠壓粉碎。摩擦粉碎是指基于顆粒的表面切線方向上發(fā)揮剪切作用，讓細小顆粒能夠脫落，顆粒呈現(xiàn)兩種峰值狀態(tài)；沖擊粉碎則是讓顆粒受到強烈快速的沖擊，同樣讓顆粒變小，相對粒徑在20%～70%之間；擠壓粉碎為顆粒受到緩慢且強烈的擠壓作用，然后發(fā)生破碎，顆粒會變小，相對粒徑在50%～80%之間?？傊?，雙向球磨機的粉碎以摩擦為主，擠壓粉碎方式為輔。

2　雙向旋轉(zhuǎn)球磨機的應用

2.1雙線旋轉(zhuǎn)球磨機的測試。應用試驗分為量大部分，首先對樣品進行研磨，然后對得到的成品進行測試。首先是研磨試驗：首先將雙線旋轉(zhuǎn)球磨機清洗干凈，確保產(chǎn)品的純度不會受到殘留物的干擾；將雙向旋轉(zhuǎn)球磨機啟動，空轉(zhuǎn)運行約10min，檢查機器運轉(zhuǎn)是否穩(wěn)定、正常；確認無異常之后將稱重完成的鋯珠放入到筒體當中，倒入溶液浸潤，開機繼續(xù)運行10min；稱取實驗用的物料以及量取溶液，與燒杯當中將兩者混合均勻倒入筒體中進行混合，將球磨機啟動運行約5min，讓筒體中的鋯珠、物料等混合均勻，關閉機器后檢查混合狀態(tài)，沒有異常的情況下設置好研磨的工藝參數(shù)開始研磨；在試驗過程中間隔一段時間進行取樣，同時要密切注意筒體當中物料的變化，當出現(xiàn)嚴重的粘連筒體內(nèi)壁的情況時，需要添加一定量的溶液。其次是進行研磨樣品的測試：首先對鋯珠實施超聲清洗，將其表面的附著物清除；將上層液體中加入分散劑和蒸餾水；實施超聲分散約10min；將微米與納米粒度儀啟動并預熱30min；首先進行微米的測量，如果樣品的粒徑達到納米界別，則使用納米粒度儀進行測定，對結(jié)果進行驗證和保存，以便于后期的分析。

2.2試驗結(jié)果與分析。通過對碳酸鈣使用干法粒度儀實施測試發(fā)現(xiàn)，物料的粒度普遍在1μm～40μm之間，粒度分析儀結(jié)果限制D50=8.9μm，D90=25.27μm；通過SEM測試分析得到原料的粒度和粒度測試的結(jié)果是基本相同的，而粒子的外表面多呈現(xiàn)不規(guī)則的形狀；通過粒度與研磨時間的關系探究，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的粒度隨著時間的增長不斷變小，在0h～1h之間的變化關系最為明顯，當研磨時間超過4h之后，變化則非常小，根據(jù)這一趨勢，研磨在6h之后趨于穩(wěn)定，考慮到研磨時間不足會造成力度下降，而實踐過長會造成較大的能耗、工作效率也下降，在此建議研磨的最佳時間為5h～7h之間。通過兩種粒度測試儀的交過，發(fā)現(xiàn)使用微米粒度儀測試的結(jié)果較大，這主要是因為離子產(chǎn)生團聚現(xiàn)象造成的，使用SEM則能夠清晰的現(xiàn)實出納米級的粒度。

結(jié)語

本文對雙向旋轉(zhuǎn)球磨機的工作原理、機理以及粉碎機制進行探討，然后分析其在碳酸鈣粉碎中的應用，具有成本較低、工作效率高以及生產(chǎn)工藝簡單等特點，為相關的工業(yè)化生產(chǎn)提供一定的指導。隨著科技的進步，雙向旋轉(zhuǎn)球磨機還會出現(xiàn)更大的進步，研究也需要對工藝參數(shù)進行深化改進。

參考文獻

[1]鮑克偉.雙向旋轉(zhuǎn)球磨機的粉碎機理及應用研究[D].南京理工大學，2013.

中圖分類號：TD453

文獻標識碼：A

作者簡介：李立奎，畢業(yè)于青島化工學院機械工程及自動化專業(yè)，現(xiàn)為萊蕪鋼鐵集團粉末冶金有限公司工程師。