超微氣流粉碎機(jī)研制與應(yīng)用

#第22卷增刊1999年6月非金屬礦Non-Met-aJlic MinesVol.22 Special hsueJune, 1999超微氣流粉碎機(jī)研制與應(yīng)用G/蔣新民王新功左金（中國(guó)空氣動(dòng)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(dòng)力爐技術(shù)研制成功的CP A刊應(yīng)"空七沌粉耳分工機(jī)的工作扁理、甘克、&用及此類(lèi)設(shè)的 E內(nèi)外*展帳況。垃項(xiàng)技末填補(bǔ)了四內(nèi)空白其左矣杜純描娠達(dá)別了國(guó)什嚴(yán)炎說(shuō)的丸進(jìn)水平。關(guān)!詞乞?yàn)r粉耳毛瀝分版粉體材肝77 #現(xiàn)代高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)也對(duì)粉體材料提出了特殊要國(guó)阿爾佩內(nèi)公司，美國(guó)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(jī)械 粉碎如球磨機(jī)、雷蒙磨籌設(shè)備已無(wú)能為力c氣流粉 碎、氣流分級(jí)技術(shù)在超微粉碎工程中所占有的重要 地位也越來(lái)越明顯國(guó)家科委已將趙微粉體材料與 技術(shù)工程列為“九五”重點(diǎn)高科技項(xiàng)目加以推廣，在 國(guó)內(nèi)許多省市，近兩年逐步形成了幾個(gè)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(chǎng)，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、航天的空氣動(dòng)力技術(shù)服務(wù)于 國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)，自1985年開(kāi)始研制超聲速超徽氣流 粉碎分級(jí)設(shè)備，1986年8月研制成功樣機(jī)同年10 月通過(guò)技術(shù)鑒定，1987年投入生產(chǎn)，1989年獲國(guó)家 專(zhuān)利，1990年獲國(guó)家計(jì)委、國(guó)家科委、國(guó)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(jiǎng)，總后勤 部頒發(fā)的全軍優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品獎(jiǎng)。我所的CP系列趙聲速 超微氣流粉碎分級(jí)機(jī),1998年列入國(guó)家級(jí)火炬計(jì)劃 項(xiàng)目。因其發(fā)揮了我所技術(shù)優(yōu)勢(shì)，該機(jī)主要性能指 標(biāo)達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品水平，并銷(xiāo)往全國(guó)二十多個(gè)省 市自治區(qū)。從研制到形成系列，已過(guò)去了十多年。1國(guó)內(nèi)外槌況制備粉體離不開(kāi)粉碎設(shè)備，氣流粉碎設(shè)備能疑 利用率較一般機(jī)械設(shè)備高，適用于干法生產(chǎn)超微粉 體。雖然這項(xiàng)技術(shù)研究在國(guó)外已有近個(gè)世紀(jì)的歷 史，但大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用和開(kāi)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(jī)。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(jī)及新型 分級(jí)機(jī)投入工業(yè)應(yīng)用，美國(guó)、徭國(guó)、日本等國(guó)基本上 壟斷了國(guó)際市場(chǎng)，日本就有數(shù)十家機(jī)構(gòu)和設(shè)備制造 公司。如日本風(fēng)動(dòng)工業(yè)株式會(huì)社、日曹技術(shù)成套設(shè) 備株式會(huì)社、細(xì)川工業(yè)株式會(huì)社、東芝、日立公司，德 裝備公司等。國(guó)際上流行的扁平式、循環(huán)管式、單噴式、對(duì)噴 式、流化床式（也稱(chēng)沸騰床式）等五種代表機(jī)型，均形 成各自的系列，向大型化、多樣化、專(zhuān)用化方向發(fā)展。 為節(jié)能和提高粉碎效率，對(duì)某些物料利用過(guò)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(diǎn)進(jìn)行粉碎。氮?dú)?、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(guò)渡。與此同時(shí). 多級(jí)分級(jí)、自動(dòng)檢測(cè)、全線(xiàn)自動(dòng)控制等技術(shù).已應(yīng)用 于專(zhuān)用設(shè)備上。我國(guó)超微粉碎技術(shù)起步較晚隨著我國(guó)實(shí)行改 革開(kāi)放，不少企業(yè)為使產(chǎn)品更新?lián)Q代在八十年代初 花費(fèi)大量外匯從國(guó)外弓I進(jìn)了一些小羽扁平式氣流粉 碎機(jī)、許多大專(zhuān)院校及有關(guān)企:業(yè)對(duì)國(guó)外的技術(shù)設(shè)備 進(jìn)行了研究，制成了樣機(jī)，但與國(guó)外相比，普遍存在 著型號(hào)少、處理能力低、能耗高、磨損嚴(yán)更等缺點(diǎn)同 時(shí)缺乏有效的分級(jí)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(shí)到這一深 加工技術(shù)對(duì)改善制品性能，提高產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益及國(guó) 內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力有很重要的作用，國(guó)內(nèi)已有數(shù)十 家企業(yè)、院校撥出款項(xiàng)投入人力探索氣流粉碎及分 級(jí)技術(shù)，有的企業(yè)已有產(chǎn)品供應(yīng)市場(chǎng)。但不少機(jī)種 仍存在著粉碎效率低、系統(tǒng)不匹配、處理罐小、分級(jí) 精度差、能耗高、粉碎硬質(zhì)物料磨損嚴(yán)重等缺點(diǎn)。隨 著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，相信超微粉碎分級(jí)技術(shù)會(huì)有一 個(gè)更大的發(fā)展。2氣潦粉碎、分級(jí)原理氣流粉碎的難點(diǎn)，是粉碎、分級(jí)、系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì) 等三方面。粉體制備的主要途徑是粉碎。提高粉碎 效率、降低能耗是研究重點(diǎn)。，實(shí)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(jí)通常稱(chēng)之為篩分，粉體細(xì)度小于40尸工 業(yè)上無(wú)法生產(chǎn)篩分機(jī)具。粉體小于40沖，甚至數(shù) 卩m,或l“m以下時(shí)，由于粉體的表面積增大，即表 面活性增加而無(wú)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(mǎn)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(xiàn)續(xù)粉碎“要制取所需的超細(xì)粉體，氣流 分級(jí)技術(shù)就顯得十分重要=氣流粉碎分級(jí)工藝流程，通常由凈化的氣源系 統(tǒng)、供料、粉碎、分級(jí)、收集、除塵、包裝等部分組成.物料的粉碎過(guò)程，實(shí)際上是在粉碎力的作用下， 塊狀和粉粒狀物料破裂的過(guò)程。氣流粉碎，則是高 速氣流使物料加速獲得足夠的動(dòng)能，在混合、加速的 過(guò)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(jī)，又稱(chēng)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(jī)，一定壓 強(qiáng)的凈化空氣，經(jīng)一特殊型面設(shè)計(jì)的超聲速?lài)娮飚a(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?zèng)_擊堅(jiān)硬的靶頭， 瞬間進(jìn)一步粉碎，氣固混合流送往分級(jí)機(jī)分級(jí)。近 年來(lái)出現(xiàn)的這種粉碎機(jī)，粉碎強(qiáng)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(tái)物、粉末 涂料的良好設(shè)備。美國(guó)采用這種粉碎機(jī)粉碎高氯酸 錢(qián)作火箭推進(jìn)劑，效果頗好對(duì)噴式氣流粉碎機(jī)，與單噴式氣流粉碎機(jī)不同 的是，破加速的物料不是沖擊靶板，而是相對(duì)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(jí)機(jī)分紙。這種粉碎機(jī) 同樣粉碎強(qiáng)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(jiǎn)單。除與上述單噴式相 同的特點(diǎn)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(guó)、前蘇聯(lián)應(yīng)用最多c流化床式氣流粉碎機(jī)下部為粉砰區(qū)，上部為分 級(jí)區(qū).物料通過(guò)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?lài)娮欤ㄒ话?-6只）氣流交匯點(diǎn)速 度矢屋和應(yīng)為零、物料不經(jīng)噴嘴=超聲速流建立時(shí). 懸浮于粉碎室的物料被各噴嘴氣流加速，帶向交匯 點(diǎn)而被碰撞粉碎。被粉碎的物料隨廢工質(zhì)上升進(jìn)人 分級(jí)區(qū)，在旋轉(zhuǎn)葉輪離心力場(chǎng)作用下分級(jí)，不合格粉 再進(jìn)入粉碎室粉碎這種粉碎機(jī)，星在對(duì)噴式弋流 粉碎機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型粉碎機(jī)。這種 粉碎機(jī)如果粉碎區(qū)（含噴嘴）設(shè)計(jì)較好，內(nèi)腔用聚氨 酯耐磨材料作襯里，分級(jí)部分用特殊陶瓷作葉輪，則 磨損較小。由于該機(jī)型分級(jí)區(qū)流場(chǎng)不均勻，僅適于 微粉生產(chǎn)。目前，德國(guó)Alpine公司產(chǎn)的這種粉碎 機(jī)，技術(shù)上較為成熟。以上介紹了三種氣流粉碎機(jī)，雖然原理都不復(fù) 雜，隨著氣固兩相流的流動(dòng)機(jī)理研究的日越成熟，超 聲速氣流粉碎技術(shù)在七十年代末、八十年代初才在 粉休工程中出現(xiàn)。氣流粉碎的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是噴嘴設(shè) 計(jì)、要保證出口的馬赫數(shù)及出口的流型，不允許氣流 過(guò)度發(fā)散；噴嘴岀口氣流勢(shì)心帶（菱形區(qū)）要保證一 定長(zhǎng)度等n在氣流粉碎機(jī)研制之初，從計(jì)算方法的 確定、型面曲線(xiàn)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(shí)驗(yàn)研究工作、通過(guò)不少?lài)?嘴選型實(shí)驗(yàn)，從而保證了氣流粉碎機(jī)的良好性能u氣流分級(jí)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(jí)種類(lèi)、形式很 多，應(yīng)用最多的是MS型及MSS型分級(jí)機(jī)，屬離心 力場(chǎng)分級(jí)的典型分級(jí)器，是國(guó)外工業(yè)上應(yīng)用最多的 分級(jí)器。離心式分級(jí)器設(shè)計(jì)，要求兩個(gè)以上的分離力在 分級(jí)器內(nèi)部某一區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間作用；分級(jí)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(jí)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重姜n 我們對(duì)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(guò)大 童離選試驗(yàn).達(dá)到良好的性能指標(biāo)，其分級(jí)效率在 85%以上.6,般在5 - 10Mm.平均粒徑 2。在 0.3 3卩 m；,3國(guó)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(jí)機(jī)對(duì)物料實(shí)現(xiàn)全密閉、干式、低溫、瞬間 超微粉碎與分級(jí)的。1985年我所研制岀首臺(tái)超聲 速趙嗷氣流粉碎分級(jí)機(jī)并進(jìn)行了大量的物料超微 粉碎分級(jí)試敢后、有關(guān)部門(mén)組織國(guó)內(nèi)粉體行業(yè)的專(zhuān) 家對(duì)該機(jī)進(jìn)廳了技術(shù)性能鑒定 鑒定會(huì)上，專(zhuān)家根 據(jù)檢測(cè)結(jié)果一致認(rèn)為：粒度檢測(cè)達(dá)到日本風(fēng)動(dòng)工業(yè) 株式會(huì)社的超聲速?lài)娚涫綒饬鞣鬯闄C(jī)和細(xì)川公司的 MS型微粉分圾機(jī)的粉碎和分級(jí)水平、“該機(jī)設(shè)計(jì)先 進(jìn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，操作維護(hù)方便，是國(guó)內(nèi)首先研制 成功E勺一種超聲速超微氣流粉碎與分級(jí)裝置，填補(bǔ) 了國(guó)內(nèi)空白二該機(jī)具有獨(dú)特的四個(gè)優(yōu)勢(shì)；一是粉碎 范圍廣，可超微粉碎莫氏硬度1-10級(jí)的物料，能制 取其它粉碎機(jī)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(jí)精度高，設(shè)備配有專(zhuān)用氣流分級(jí)機(jī), 可方便地調(diào)節(jié)和控制成品的粒度分布，平均粒徑可 達(dá)0.53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(lèi)型（單噴型、對(duì)噴型、流化床型13 種型號(hào)，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(gè)粉 碎過(guò)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(diǎn)、熱敏性物料超微粉碎的理想設(shè)備。同時(shí)，該設(shè)備 全封閉負(fù)壓運(yùn)行，并配有凈化處理裝置和消聲設(shè)備， 不僅異物不會(huì)混入，而且不會(huì)污染環(huán)境。根據(jù)國(guó)外 現(xiàn)有資料報(bào)道，“CP系列"同國(guó)外同類(lèi)機(jī)型相比，其 主要性能指標(biāo)巳達(dá)到90年代初期的國(guó)際先進(jìn)水平， 而價(jià)格卻只有同類(lèi)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(shí)踐，我們的“CP系列”巳對(duì)300余種物料進(jìn)行 過(guò)超微粉碎和分級(jí)，均取得滿(mǎn)意效果。其中包括：金屬類(lèi)傲、鈦、鉆、錯(cuò)、鋅、銹、鋁、鐵鐮合金，以 及錯(cuò)楝合金等金屬及金屬礦物；非金屬類(lèi)：云母、石墨、焦炭、炭黑、石棉、硫磺、 高嶺土、硅藻土、鋁訊土、膨潤(rùn)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(kāi)石、莫來(lái) 石、重晶石、凹凸捧石、磷扶、鐵碳、敎鐵硼、氧化鋅、 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(lèi)：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(shù)脂及一些金屬鹽類(lèi)等；食品類(lèi)：包括調(diào)味品（如干姜、胡椒、八角、花椒 等、肉類(lèi)（如雞肉、蝦、蛇、鱉等）、蔬菜瓜果類(lèi)（如山 楂、蕨菜、馬鈴薯等、谷物類(lèi)（如玉米、養(yǎng)麥、黑米 等）、豆類(lèi)、菌藻類(lèi)（如香茹、蘑菇、銀耳、黑木耳、紫菜 等）、葉莖類(lèi)（如銀杏葉、杜仲葉、枇杷葉、茶葉等、營(yíng) 養(yǎng)強(qiáng)化劑類(lèi)（如骨粉、花粉等）；中藥材類(lèi)：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(chóng)草、膠股藍(lán)、貝母 等。以上各類(lèi)物料在國(guó)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(duì)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(guó)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(jí)換代不可缺少的高 新材料，和具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力的新產(chǎn)品。近幾年來(lái)， 我所與西南工學(xué)院礦物材料及應(yīng)用研究所合作.對(duì) 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(wú)疑問(wèn)，超微粉加工技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。23