 |
|
Размол в аттриторах, гироскопических и вибрационных мельницах.
Аттриторы: Размольные тела загружают в вертикально расположенный неподвижный барабан, внутри которого со скоростью ≥ 100 об/мин вращается вертикальная лопастная мешалка. Гребки, наклонно укрепленные на лопастях мешалки, обеспечивают циркуляцию размольных тел и истирание измельчаемого материала. Вращение мешалки вызывает впрямую перемещение в объеме аттритора относительно небольшого количества размольных тел, а движение остальных происходит путем эстафетной передачи импульса от одного единичного размольного тела к другому. Эффективность измельчения частиц порошка, находящихся между размольными телами, связана с различием в скоростях движения размольных тел по высоте и радиусу аттритора и она тем выше, чем больше это различие.
«+» Конструктивно просты, удобны в эксплуатации и позволяют вести процесс измельчения непрерывно.
«+» В результате размола получают порошки с более равномерным распределением частиц по размерам, нужная дисперсность достигается в несколько раз быстрее, чем в обычных шаровых вращающихся мельницах.
«+» Эффективны при приготовлении смеси высокодисперсных порошков разнородных компонентов.
«+» Увеличение скорости вращения мешалки до нескольких сотен об/мин позволяет довести кинетическую энергию шаров до высокого уровня, достаточного для получения эффекта механического легирования.
«+» Произвольное, турбулентное движение каждого шара и конвективное движение массы шаров в аттриторе способствуют качественному перемешиванию шаров и обрабатываемых материалов.
Вибрационные мельницы: Дебалансный вал приводится во вращение от электродвигателя через эластичную муфту . Неуравновешенные массы вала (дебалансы) при его вращении вызывают круговые колебания (амплитуда 2-4 мм) корпуса мельницы, загруженной размольными телами и измельчаемым материалом. Корпус мельницы опирается на пружины, амортизирующие действие инерционных сил; траектория любой его точки лежит в плоскости, перпендикулярной оси вибратора (дебалансного вала).
Загрузка мельницы, состоящая из размольных тел и измельчаемого материала, получая частые импульсы от стенок корпуса, совершает сложное движение; размольные тела подбрасываются, соударяются, вращаются и скользят по стенкам корпуса.
Большое число импульсов, воспринимаемых размольными телами в единицу времени, и их сложное движение определяют характер воздействия на измельчаемый материал. Во всех зонах мельницы на частицы измельчаемого материала действуют в различных направлениях ударные, сжимающие и срезывающие усилия переменной величины.
Ударный импульс единичного размольного тела по сравнению с таковым в шаровой вращающейся мельнице относительно невелик. Однако большое число размольных тел в единице объема корпуса мельницы и высокая частота его вибрации обеспечивают интенсивное измельчение обрабатываемого материала. Суммарное число импульсов i, сообщаемых размольным телам в единицу времени, можно оценить по формуле i=VkφnzB, где V – емкость корпуса мельницы, дм3; k – количество (шт.) размольных тел, размещающееся в 1дм3 объема корпуса мельницы; φ – коэффициент заполнения корпуса мельницы размольными телами (обычно составляет 0,75-0,85); n – число оборотов вала в минуту (обычно 1000-3000 об/мин); z – число импульсов, сообщаемых каждому из размольных тел корпусом мельницы за одно его круговое качание; B – коэффициент, учитывающий дополнительное число импульсов, сообщаемых за один оборот вала каждому размольному телу соседними размольными телами.
Благодаря высокой частоте воздействия размольных тел на измельчаемый материал релаксация (самозаживление трещин под воздействием сил молекулярного сцепления) в нем проявляется в значительно меньшей мере, чем в других размольных устройствах, создается режим усталостного разрушения обрабатываемого материала и процесс его измельчения протекает, поэтому значительно быстрее. Эффективное участие всех размольных тел в измельчении в сочетании с круговым перемещением обрабатываемого материала обеспечивают более полное использование рабочего объема мельницы и, как правило, хорошее перемешивание размалываемых компонентов.
Гироскопические: Их размольный барабан вращается одновременно относительно как горизонтальной, так и вертикальной оси. Размольные тела внутри барабана приобретают сложное движение, аналогичное движению размольных тел в ПЦМ. Оптимальное отношение скоростей вращения барабана относительно вертикальной и горизонтальной осей составляет от 1:1 до 1:5.
«-» значительное натирание на частицы измельчаемого материала примесей со стенок барабанов и размольных тел.
«+» Более интенсивное движение, интенсивный размол.
11). Размол в планетарных, вихревых и струйных мельницах.
ПЦМ: позволяют производить тонкое измельчение трудноразмалываемых материалов во много раз (практически в 100 и более раз) быстрее, чем в ШВМ других типов. Мельница имеет корпус-шкив с обоймами, основание, электродвигатель с кронштейном, кожух с крышкой и деревянную подставку. Электродвигатель через клиноременную передачу приводит во вращение корпус-шкив, оси промежуточных зубчатых колес и обоймы. Закрепленные в обоймах барабаны, в которых происходит измельчение обрабатываемого материала, вращаются вместе с корпусом-шкивом и одновременно вокруг своей оси.
Во время вращения барабана размольные тела в нем располагаются в виде сегмента, форма и положение которого не изменяются во времени; массив шаров движется вместе с барабаном, а каждый шар (единичное размольное тело) движется по окружности, центром которой является ось барабана. По достижении "зоны отрыва" размольные тела начинают перекатываться в сегменте и вращаться вокруг собственных центров тяжести, что обеспечивает измельчение обрабатываемого материала за счет его истирания. "Отрыв" в ПЦМ наблюдается при неравенствеRΩ2>rω2+g или R/r>(1±k)2 +g/rΩ2 ,гдеR– расстояние от оси ведущего вала до оси рабочего барабана;r – радиус рабочего барабана; Ω – угловая скорость ведущего вала;ω – угловая скорость вращения барабана; k – передаточное отношение; g– ускорение силы тяжести. В приближенном виде: R/r>(1± k)2
Следовательно, определяющими параметрами в неравенстве являются R, r и k. Однако изменение Rи r приводит к изменению ускорения центров барабанов, процента заполнения их объема и массы загрузки, поэтому для определенной конструкции мельницы экспериментально подбирают оптимальное передаточное отношение k.
Наиболее интенсивное измельчение обрабатываемого материала наблюдается при противоположно направленном вращении корпуса-шкива и барабана вокруг его оси. В этом случае неравенство примет вид (1-k)2=R/r
При постоянных параметрах барабана и сегмента размольных тел в нем мощность на валу электродвигателя W пропорциональна массе загрузки, приходящейся на единицу площади поперечного сечения барабана. При увеличении угловой скорости ведущего вала Ω и постоянных остальных параметрах мельницы и загрузки барабана мощность на валу электродвигателя пропорциональна Ω3.
Таким образом, при правильном подборе R, r и k можно производить размол в ПЦМ при любых значениях Ω, что позволяет теоретически неограниченно ускорять процесс размола и уменьшить удельные затраты энергии при тонком измельчении.
Вихревые мельницы: Измельчение обеспечивают ударные и истирающие усилия, возникающие при соударении частиц обрабатываемого материала; загрязнение порошка материалом рабочего органа и стенок мельницы существенно уменьшается, а также устраняются явления, связанные с привариванием к стенкам мельницы обкованных, но не измельченных частиц.
В рабочей камере вихревой мельницы друг против друга расположены пропеллеры или била, вращающиеся в противоположных направлениях при достаточно высоких (порядка 3000 об/мин), но обязательно равных скоростях. Мерные отрезки металлической проволоки из бункера поступают в вихревый поток, создаваемый пропеллерами или билами, сталкиваются друг с другом и измельчаются. Насосом в рабочую камеру нагнетается газ (например, воздух, азот и др.), с помощью которого уже измельченные частицы удаляются из рабочего пространства мельницы и направляются в ее приемную камеру; скорость газового потока регулируют так, чтобы из рабочей камеры мельницы удалять частицы определенных размеров, чаще всего в интервале 50-350 мкм. В приемной камере мельницы более крупные частицы оседают на дно и затем возвращаются в рабочую камеру, где подвергаются повторному измельчению. Мелкие частицы вместе с потоком газа поступают в отсадочную камеру, где выпадают из него, накапливаются и периодически выгружаются в бачки. Форма частиц может быть осколочной, чешуйчатой или шарообразной; во многих случаях на поверхности расплющенных частиц наблюдаются характерные углубления, отчего их форма напоминает тарелку, и получила название тарельчатой.
В результате вихревого измельчения могут получаться достаточно мелкие и пирофорные порошки. В таких случаях для предотвращения их самовозгорания в рабочую камеру вводят какой - либо инертный или нейтральный к материалу порошка газ, к которому добавляют до 5% О2, обеспечивая создание на образующихся частицах порошка защитных оксидных пленок.
Часовая производительность вихревых мельниц мощностью 30 кВт составляет 7-15 кг при расходе электроэнергии 2,5-3 кВт ч/кг получаемого порошка.
Струйные мельницы: Более эффективны и производительны, обеспечивают сверхтонкое измельчение материала за счет энергии, сообщаемой его частицам струями сжатого газа (воздух, азот и др.) или перегретого пара, вводимыми в рабочую камеру мельницы из трех - четырех форсунок со звуковой и даже сверхзвуковой скоростью; обрабатываемый материал находится в псевдоожиженном ("кипящем") слое. При вихревом движении внутри размольной емкости (в ее центре в точке пересечения газовых потоков) измельчаемые частицы испытывают многократные соударения, приводящие к их интенсивному истиранию (самоизмельчению) вплоть до размера 1 -5 мкм. Ускоренные твердые частицы практически не вступают в контакт со стенками емкости, что предотвращает как истирание стенок, так и загрязнение порошка. Измельченные частицы порошка выводятся из зоны размола направленным вверх газовым потоком, попадая на диск – сепаратор. Частицы, размер которых крупнее заданного, отправляются сепараторным диском обратно в зону измельчения, стекая по стенкам емкости в псевдоожиженный («кипящий») слой. Газ с частицами, максимальный размер которых соответствует требуемому, проходит сепаратор и через патрубок поступает в циклон (на рис. не показан), где происходит сбор порошка.