超微氣流粉碎機研制與應(yīng)用

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1、 # 第22卷增刊 1999年6月 非金屬礦 Non-Met-aJlic Mines Vol.22 Special hsue June, 1999 超微氣流粉碎機研制與應(yīng)用 G/ 蔣新民王新功左金 （中國空氣動力硏究與發(fā)瓜中，斎連所.安縣 621000》 摘 更 介毎了觀所利用航空.就夭空弋動力爐技術(shù)研制成功的CP A刊應(yīng)"空七沌粉耳分工機的工作扁理、甘克、&用及此類設(shè)?的 E內(nèi)外*展帳況。垃項技末填補了四內(nèi)空白?其左矣杜純描娠達(dá)別了國什嚴(yán)炎說?的丸進(jìn)水平。 關(guān)＜!詞乞瀝粉耳毛瀝分版粉體材肝 7 7

2、 # 現(xiàn)代高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)也對粉體材料提出了特殊要 國阿爾佩內(nèi)公司，美國噴射微粉磨公司、流能加丄和 # 求?它們應(yīng)具有扱細(xì)旳顆粒、極高的純度、嚴(yán)格的粒 度分布、一定的晶形。要達(dá)到這一要求?傳統(tǒng)的機械 粉碎如球磨機、雷蒙磨籌設(shè)備已無能為力c氣流粉 碎、氣流分級技術(shù)?在超微粉碎工程中所占有的重要 地位也越來越明顯?國家科委已將趙微粉體材料與 技術(shù)工程列為“九五”重點高科技項目加以推廣，在 國內(nèi)許多省市，近兩年逐步形成了幾個規(guī)模不同的 超微粉體研制與生產(chǎn)工程中心。有的巳有產(chǎn)品走向 市場，所生產(chǎn)的超細(xì)材料已逐漸替代進(jìn)口產(chǎn)品C 我所將用于航空、

3、航天的空氣動力技術(shù)服務(wù)于 國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)，自1985年開始研制超聲速超徽氣流 粉碎分級設(shè)備，1986年8月研制成功樣機?同年10 月通過技術(shù)鑒定，1987年投入生產(chǎn)，1989年獲國家 專利，1990年獲國家計委、國家科委、國防科工委、 外經(jīng)貿(mào)部簽發(fā)的軍轉(zhuǎn)民高新技術(shù)產(chǎn)品銀獎，總后勤 部頒發(fā)的全軍優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品獎。我所的CP系列趙聲速 超微氣流粉碎分級機,1998年列入國家級火炬計劃 項目。因其發(fā)揮了我所技術(shù)優(yōu)勢，該機主要性能指 標(biāo)達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平，并銷往全國二十多個省 市自治區(qū)。從研制到形成系列，已過去了十多年。 1國內(nèi)外槌況 制備粉體離不開粉碎設(shè)備，氣流粉碎設(shè)備能疑 利用率較一般機械設(shè)備高，適

4、用于干法生產(chǎn)超微粉 體。雖然這項技術(shù)研究在國外已有近~個世紀(jì)的歷 史，但大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用和開發(fā)也只是二十多年的事 七十年代末由于新材料的研究需要，各大公司紛紛 組織力量研制新型樣機。為降低能耗，提高粉碎效 率，相繼研制成功一些超聲速的氣流粉碎機及新型 分級機投入工業(yè)應(yīng)用，美國、徭國、日本等國基本上 壟斷了國際市場，日本就有數(shù)十家機構(gòu)和設(shè)備制造 公司。如日本風(fēng)動工業(yè)株式會社、日曹技術(shù)成套設(shè) 備株式會社、細(xì)川工業(yè)株式會社、東芝、日立公司，德 裝備公司等。 國際上流行的扁平式、循環(huán)管式、單噴式、對噴 式、流化床式（也稱沸騰床式）等五種代表機型，均形 成各自的系列，向大型化、多樣化、專用化方向發(fā)展。

5、為節(jié)能和提高粉碎效率，對某些物料利用過熱蒸汽 作工質(zhì);為制取金屬粉末及一些粉末狀食品.采用冷 凍粉碎技術(shù)，即降低工質(zhì)及固相物料的溫度.達(dá)冷脆 點進(jìn)行粉碎。氮氣、二氧化碳及惰性氣體保護(hù)粉碎， 已應(yīng)月于易燃、易爆物料的粉碎。他們重視基礎(chǔ)研 究，一些新技術(shù)正在向工業(yè)化方向過渡。與此同時. 多級分級、自動檢測、全線自動控制等技術(shù).已應(yīng)用 于專用設(shè)備上。 我國超微粉碎技術(shù)起步較晚?隨著我國實行改 革開放，不少企業(yè)為使產(chǎn)品更新?lián)Q代?在八十年代初 花費大量外匯從國外弓I進(jìn)了一些小羽扁平式氣流粉 碎機、許多大專院校及有關(guān)企:業(yè)對國外的技術(shù)設(shè)備 進(jìn)行了研究，制成了樣機，但與國外相比，普遍存在 著型號少、處理能

6、力低、能耗高、磨損嚴(yán)更等缺點?同 時缺乏有效的分級設(shè)備與粉碎設(shè)備配套。八十年代 后期，從沿海到內(nèi)地，有關(guān)企業(yè)已逐漸認(rèn)識到這一深 加工技術(shù)對改善制品性能，提高產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益及國 內(nèi)外市場競爭能力有很重要的作用，國內(nèi)已有數(shù)十 家企業(yè)、院校撥出款項投入人力探索氣流粉碎及分 級技術(shù)，有的企業(yè)已有產(chǎn)品供應(yīng)市場。但不少機種 仍存在著粉碎效率低、系統(tǒng)不匹配、處理罐小、分級 精度差、能耗高、粉碎硬質(zhì)物料磨損嚴(yán)重等缺點。隨 著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，相信超微粉碎分級技術(shù)會有一 個更大的發(fā)展。 2氣潦粉碎、分級原理 氣流粉碎的難點，是粉碎、分級、系統(tǒng)匹配設(shè)計 等三方面。粉體制備的主要途徑是粉碎。提高粉碎 效率、降低能耗

7、是研究重點。，實踐證明，氣流粉碎、 尤其是超聲速氣流粉碎，是粉碎工程唯一高效的粉 碎設(shè)備。 分級通常稱之為篩分，粉體細(xì)度小于40尸工 業(yè)上無法生產(chǎn)篩分機具。粉體小于40沖，甚至數(shù) 卩m,或l“m以下時，由于粉體的表面積增大，即表 面活性增加?而無法篩分。另一方面，氣流粉碎設(shè)備 雖然是一種高效粉碎設(shè)備?但粉碎的物料并不是一 次全部合格，如要滿足一定粒度分布,這就需要一種 方法，將合格粉休提取，而不合格的粉休再回到粉碎 設(shè)備中去線續(xù)粉碎“要制取所需的超細(xì)粉體，氣流 分級技術(shù)就顯得十分重要＜= 氣流粉碎分級工藝流程，通常由凈化的氣源系 統(tǒng)、供料、粉碎、分級、收集、除塵、包裝等部分組成. 物料的

8、粉碎過程，實際上是在粉碎力的作用下， 塊狀和粉粒狀物料破裂的過程。氣流粉碎，則是高 速氣流使物料加速獲得足夠的動能，在混合、加速的 過程中，分散于湍流中的物料相互碰撞、磨擦，從而 達(dá)到粉碎目的U 單噴式氣流粉碎機，又稱靶板式氣流粉碎饑’ 這里介紹的是一種超聲速單噴氣流粉碎機，一定壓 強的凈化空氣，經(jīng)一特殊型面設(shè)計的超聲速噴嘴?產(chǎn) 生超聲速流，需粉碎的物料由噴管喉道后部，引入噴 嘴加速、混合，相互沖撞，并以高速沖擊堅硬的靶頭， 瞬間進(jìn)一步粉碎，氣固混合流送往分級機分級。近 年來出現(xiàn)的這種粉碎機，粉碎強度較大，是粉碎延展 性材料、金屬粉末、纖維狀物料、高分子聚臺物、粉末 涂料的良好設(shè)備。美國采用

9、這種粉碎機粉碎高氯酸 錢作火箭推進(jìn)劑，效果頗好「 對噴式氣流粉碎機，與單噴式氣流粉碎機不同 的是，破加速的物料不是沖擊靶板，而是相對的兩股 高速氣流帶著物料在粉碎室迎面相撞，而達(dá)到粉碎 的目的。氣固混合物送往分級機分紙。這種粉碎機 同樣粉碎強度大.效率高、磨損面積很小，特別適合 粉碎高硬度材料.結(jié)構(gòu)校簡單。除與上述單噴式相 同的特點外，而且是目前世界上應(yīng)用面最廣的設(shè)備. 也是超聲粉碎設(shè)備中成熟的大型化設(shè)備之一美 國、前蘇聯(lián)應(yīng)用最多c 流化床式氣流粉碎機下部為粉砰區(qū)，上部為分 級區(qū).物料通過加料器進(jìn)入粉碎區(qū)，粉碎區(qū)周邊有均 勻分布的超聲速噴嘴（一般3-6只）?氣流交匯點速 度矢屋和應(yīng)為零、物

10、料不經(jīng)噴嘴=超聲速流建立時. 懸浮于粉碎室的物料被各噴嘴氣流加速，帶向交匯 點而被碰撞粉碎。被粉碎的物料隨廢工質(zhì)上升進(jìn)人 分級區(qū)，在旋轉(zhuǎn)葉輪離心力場作用下分級，不合格粉 再進(jìn)入粉碎室粉碎「這種粉碎機，星在對噴式弋流 粉碎機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型粉碎機。這種 粉碎機如果粉碎區(qū)（含噴嘴）設(shè)計較好，內(nèi)腔用聚氨 酯耐磨材料作襯里，分級部分用特殊陶瓷作葉輪，則 磨損較小。由于該機型分級區(qū)流場不均勻，僅適于 微粉生產(chǎn)。目前，德國Alpine公司產(chǎn)的這種粉碎 機，技術(shù)上較為成熟。 以上介紹了三種氣流粉碎機，雖然原理都不復(fù) 雜，隨著氣固兩相流的流動機理研究的日越成熟，超 聲速氣流粉碎技術(shù)在七十年代末、八

11、十年代初才在 粉休工程中出現(xiàn)。氣流粉碎的設(shè)計關(guān)鍵是噴嘴設(shè) 計、要保證出口的馬赫數(shù)及出口的流型，不允許氣流 過度發(fā)散；噴嘴岀口氣流勢心帶（菱形區(qū)）要保證一 定長度等n在氣流粉碎機研制之初，從計算方法的 確定、型面曲線修正、起始擴(kuò)散角控制、混合比探索 等方更.作了大雖基礎(chǔ)性實驗研究工作、通過不少噴 嘴選型實驗，從而保證了氣流粉碎機的良好性能u 氣流分級原理有重力、慣性、離心三種、隨粉體 性能差異及工業(yè)上的不同用途，分級種類、形式很 多，應(yīng)用最多的是MS型及MSS型分級機，屬離心 力場分級的典型分級器，是國外工業(yè)上應(yīng)用最多的 分級器。 離心式分級器設(shè)計，要求兩個以上的分離力在 分級器內(nèi)部某一區(qū)域

12、長時間作用；分級區(qū)氣流不能 產(chǎn)生局部渦流；粉體在分紙區(qū)一定要分散性好；分離 后的粗、細(xì)顆粒不再混合，應(yīng)迅速排出C 要達(dá)到上述要求，分級器結(jié)構(gòu)設(shè)計至關(guān)重姜n 我們對轉(zhuǎn)子葉片的形狀、安裝角度、數(shù)量，氣流參數(shù) 的控制?轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速等十多種影響因素，都進(jìn)行過大 童離選試驗.達(dá)到良好的性能指標(biāo)，其分級效率在 85%以上.6,—般在5 - 10Mm.平均粒徑 2。在 0.3 — 3卩 m；, 3國內(nèi)首創(chuàng)的先進(jìn)技術(shù) “CP系列“是采用超聲速氣流沖撞原理，和離心 式微粉分級機對物料實現(xiàn)全密閉、干式、低溫、瞬間 超微粉碎與分級的。1985年我所研制岀首臺超聲 速趙嗷氣流粉碎分級機?并進(jìn)行了大量的物料超微 粉

13、碎分級試敢后、有關(guān)部門組織國內(nèi)粉體行業(yè)的專 家對該機進(jìn)廳了技術(shù)性能鑒定＜ 鑒定會上，專家根 據(jù)檢測結(jié)果一致認(rèn)為：粒度檢測達(dá)到日本風(fēng)動工業(yè) 株式會社的超聲速噴射式氣流粉碎機和細(xì)川公司的 MS型微粉分圾機的粉碎和分級水平、“該機設(shè)計先 進(jìn)、結(jié)構(gòu)簡單合理，操作維護(hù)方便，是國內(nèi)首先研制 成功E勺一種超聲速超微氣流粉碎與分級裝置，填補 了國內(nèi)空白二該機具有獨特的四個優(yōu)勢；一是粉碎 范圍廣，可超微粉碎莫氏硬度1-10級的物料，能制 取其它粉碎機難以制取的?超微粉，持別適用于高硬 度、高磨削性物料和纖維狀、片狀等晶形物料的超微 粉碎;二是分級精度高，設(shè)備配有專用氣流分級機, 可方便地調(diào)節(jié)和控制成品的粒度分布

14、，平均粒徑可 達(dá)0.5~3沖1;三是產(chǎn)量大、磨損小，現(xiàn)巳形成的“CP 系列“共有三種類型（單噴型、對噴型、流化床型＞13 種型號，產(chǎn)量從0.5kg/h? 1500kg/h,粉碎效率高、 能耗低、設(shè)備磨損面小，適用于批金生產(chǎn)；四是不改 變物料化學(xué)性質(zhì)?不污染產(chǎn)品和環(huán)境。由于整個粉 碎過程在低溫、瞬間條件下進(jìn)行，不僅可獲得高純度 超微粉體，而且物料原有化學(xué)性質(zhì)不改變，是低熔 點、熱敏性物料超微粉碎的理想設(shè)備。同時，該設(shè)備 全封閉負(fù)壓運行，并配有凈化處理裝置和消聲設(shè)備， 不僅異物不會混入，而且不會污染環(huán)境。根據(jù)國外 現(xiàn)有資料報道，“CP系列"同國外同類機型相比，其 主要性能指標(biāo)巳達(dá)到90年代初期的國

15、際先進(jìn)水平， 而價格卻只有同類進(jìn)口設(shè)備的1/10. 4前途廣阿的應(yīng)用領(lǐng)域 雖然物料的超酸粉碎技術(shù)，毘近年才得以迅速 發(fā)展的新工藝技術(shù)，但卻有著廣闊的應(yīng)用前景。經(jīng) 多年實踐，我們的“CP系列”巳對300余種物料進(jìn)行 過超微粉碎和分級，均取得滿意效果。其中包括： 金屬類傲、鈦、鉆、錯、鋅、銹、鋁、鐵鐮合金，以 及錯楝合金等金屬及金屬礦物； 非金屬類：云母、石墨、焦炭、炭黑、石棉、硫磺、 高嶺土、硅藻土、鋁訊土、膨潤土、金剛砂、皓英砂、碳 化硅、碳化硼、氮化劇、單晶硅、滑石粉、鈦白粉、金紅 石、硅灰石、白云石、海泡石、坡縷石、地開石、莫來 石、重晶石、凹凸捧石、磷扶、鐵碳、敎鐵硼、氧化鋅、

16、氧化鎂、氧化鋁、氧化鐵紅、四氧化三鐵、氫氧化鋁、 二硫化鋁、碳酸鈣、硫酸鎖等； 化工類：聚四氟乙烯、氧化鐵紅、四氧化三鐵、氫 氧化鋁、二硫化鋁、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、高氯 酸鉀、樹脂及一些金屬鹽類等； 食品類：包括調(diào)味品（如干姜、胡椒、八角、花椒 等〉、肉類（如雞肉、蝦、蛇、鱉等）、蔬菜瓜果類（如山 楂、蕨菜、馬鈴薯等〉、谷物類（如玉米、養(yǎng)麥、黑米 等）、豆類、菌藻類（如香茹、蘑菇、銀耳、黑木耳、紫菜 等）、葉莖類（如銀杏葉、杜仲葉、枇杷葉、茶葉等〉、營 養(yǎng)強化劑類（如骨粉、花粉等）； 中藥材類：五倍子、雞內(nèi)金、抱子粉、何首烏、靈 芝、三七、雪蓮、黃英、當(dāng)歸、天麻、蟲草、膠股藍(lán)、貝母 等。 以上各類物料在國內(nèi)各省有著極為豐富的獵 料，如果能夠利用現(xiàn)有的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，對豐富的 原料進(jìn)行廣泛的利用，深加工成為超微細(xì)粉體，就可 顯著提髙我國化工、電子、塑料、陶瓷、建材、醫(yī)藥、食 品等行業(yè)產(chǎn)品的檔次，成為升級換代不可缺少的高 新材料，和具有國際競爭能力的新產(chǎn)品。近幾年來， 我所與西南工學(xué)院礦物材料及應(yīng)用研究所合作.對 淺色非金屬礦的超細(xì)效應(yīng)進(jìn)行研究，使CP系列超 聲速氣流粉碎設(shè)備在功能方面又有了新的發(fā)展。毫 無疑問，超微粉加工技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。 23