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本文作者：馬大鈞作者單位：蘇州中材非金屬礦工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司

1氣流粉碎機(jī)

氣流粉碎設(shè)備是利用高壓空氣、惰性氣體或者過(guò)熱蒸汽膨脹降溫加速來(lái)形成高速流場(chǎng)，帶動(dòng)物料粒子在射流流場(chǎng)內(nèi)互相沖撞、摩擦、剪切來(lái)實(shí)現(xiàn)物料細(xì)化的。從整體結(jié)構(gòu)上可分為射流式氣流粉碎機(jī)和流化床式氣流粉碎機(jī)兩種；從噴嘴氣流速度來(lái)看，分為亞音速和超音速兩種；從氣流和物料混合方式上，分為加速前預(yù)混和加速后混合兩種方式；射流式從腔體具體結(jié)構(gòu)上主要有圓盤(pán)式、對(duì)噴式、循環(huán)管式等。氣流粉碎設(shè)備中的物料粒子的動(dòng)能來(lái)源是壓縮氣體，當(dāng)高壓氣體在拉伐爾噴管中加速膨脹時(shí)，壓力轉(zhuǎn)化為物料粒子的動(dòng)能。當(dāng)物料粒徑不均勻時(shí)，質(zhì)量較小的粒子速度快，質(zhì)量較大的速度慢，在速度差的作用下粒徑不同的粒子發(fā)生碰撞，從而使得粒徑均勻化；當(dāng)物料粒徑較為均勻時(shí)，高速射流是典型的湍流，其流態(tài)不像層流那樣均勻平穩(wěn)，而且存在著主流道紋向方向的劇烈的動(dòng)量摻混，在摻混流的帶動(dòng)下，物料粒子均勻碰撞、摩擦，而得到較均勻的細(xì)化顆粒。而在流程下游設(shè)置沖擊靶則構(gòu)成靶式氣流磨，其典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。靶式氣流磨的優(yōu)點(diǎn)是加劇了對(duì)流場(chǎng)的干擾，因而其擾動(dòng)更加劇烈，粉碎效率也就越高，缺點(diǎn)是磨損脫落的靶材會(huì)對(duì)成品構(gòu)成污染[2]?？偟膩?lái)看，高速氣流膨脹降溫，即使摩擦產(chǎn)生一定的熱量，也會(huì)被不斷進(jìn)入的氣流帶走，因而流場(chǎng)內(nèi)溫度較低，這就使得氣流粉碎特別適用于加工熱敏性材料。高速湍流的速度場(chǎng)較為飽滿均勻，因此氣流對(duì)粒子的剪切作用也較為均勻，得到的粒子的粒徑分布窄，粒形也較為理想。其設(shè)備結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，可控性好，生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)性好，因而產(chǎn)量也高。但這種工藝不適用于類(lèi)似氧化硅、碳化硅等硬度較高的物料，其對(duì)硬度相對(duì)較低的顏料、石墨等粉碎效果理想，可達(dá)0.2～3.0μm量級(jí)[3]。國(guó)內(nèi)相關(guān)研究雖起步較晚，但也在近幾年取得了較多的研究成果。圖2所示改進(jìn)后的對(duì)撞式流化床氣流粉碎設(shè)備，通過(guò)延長(zhǎng)傳輸區(qū)并加長(zhǎng)磨體的方式，使得傳輸區(qū)氣流平穩(wěn)、分級(jí)輪負(fù)荷減小，從而在較低能耗下獲得更為理想的粒徑和更高的產(chǎn)量，且機(jī)器運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲小。此外，國(guó)產(chǎn)氣流粉碎設(shè)備在摩擦面耐磨性和物料積沉的改良方面也取得了較大進(jìn)步。

2機(jī)械沖擊式粉碎機(jī)

機(jī)械沖擊式粉碎機(jī)的機(jī)理是使物料粒子高速運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生相互間摩擦、碰撞來(lái)實(shí)現(xiàn)粉碎細(xì)化，但其粒子的能量來(lái)源不同于氣流粉碎設(shè)備，而是通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)攪拌桿或者攪拌盤(pán)等其他形式的擾動(dòng)件實(shí)現(xiàn)動(dòng)量的傳輸。氣流粉碎設(shè)備中，絕大多數(shù)的粉碎是基于物料粒子之間的碰撞，物料與腔體壁面之間的摩擦碰撞是次要的，與此不同的是，機(jī)械沖擊式粉碎機(jī)中，攪拌件與物料之間的碰撞變得十分重要。這種沖擊粉碎方式力度大、效率高、通用性好，也是國(guó)內(nèi)發(fā)展較為良好的一類(lèi)粉碎機(jī)械[4]?；谠擃?lèi)粉碎設(shè)備的破碎方式，機(jī)械沖擊粉碎最大的問(wèn)題就是沖擊件的磨損問(wèn)題，磨損脫落的沖擊件材料不可避免的會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成污染，高耐磨材料的開(kāi)發(fā)成為限制瓶頸。旋轉(zhuǎn)件直接與大量的物料粒子摩擦沖撞，對(duì)沖擊件進(jìn)行適當(dāng)?shù)睦鋮s也是必須的，而且物料必須是非熱敏礦材。機(jī)械沖擊粉碎機(jī)也有其優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作性好，單位耗能的粉碎量大，產(chǎn)品的細(xì)度可調(diào)，可適用于大多數(shù)礦石物料。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的具體型號(hào)主要有：JTM沖擊式粉碎機(jī)、CZM型沖擊式粉碎機(jī)、高速旋風(fēng)超細(xì)粉碎自磨機(jī)等。

3攪拌磨

常規(guī)攪拌磨結(jié)構(gòu)如圖3所示，不同于直接的機(jī)械沖擊和氣流沖擊，攪拌磨通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸上的磨盤(pán)旋轉(zhuǎn)，在對(duì)物料形成沖擊和攪拌的同時(shí)，還對(duì)臨近磨盤(pán)的物料粒子施加剪切力。在摩擦力和離心力共同作用下，攪拌磨既可以做粉碎機(jī)，又可以做分離機(jī)，結(jié)構(gòu)效率高，其產(chǎn)品的粒度分布均勻[5]。攪拌磨對(duì)高嶺土、方解石和鋯英砂等物料較為適用，例如對(duì)于高嶺土而言，產(chǎn)品中2μm量級(jí)的粒子數(shù)量比例可占90%以上。由于磨介的尺寸較小，使得該設(shè)備主要適用于最大粒度在微米以下量級(jí)的產(chǎn)品的粉碎。當(dāng)原料粒徑大于2.0μm時(shí)，存在產(chǎn)量小、磨損成本高的難題[6]。

4振動(dòng)磨

振動(dòng)磨一般是將原料和粉碎介質(zhì)(目前國(guó)內(nèi)多用直徑15mm的鋼球作為粉碎介質(zhì))放到一個(gè)圓筒中，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶有不平衡重塊等激振器的傳動(dòng)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)物料與粉碎介質(zhì)之間的高頻振動(dòng)，從而使得研磨介質(zhì)在圓筒壁面的約束下受到?jīng)_擊，進(jìn)而與物料進(jìn)行碰撞、摩擦以達(dá)到粉碎效果。此外，由于是在圓筒中，介質(zhì)塊存在高速的自轉(zhuǎn)和相對(duì)低速的公轉(zhuǎn)，高速自轉(zhuǎn)主要對(duì)物料起到疲勞破壞作用，是能夠?qū)崿F(xiàn)超細(xì)粉碎的關(guān)鍵，而慢速的公轉(zhuǎn)則起到良好的摻混分散作用，從而使產(chǎn)品粒徑均勻。在實(shí)際應(yīng)用中，硅灰、沸石、煅燒高嶺土等使用振動(dòng)磨超細(xì)粉碎，取得了良好的效果，在廢渣水泥摻混料的生產(chǎn)中也較為適用。振動(dòng)磨要求的粉碎腔中的介質(zhì)填充率達(dá)到80%以上，因而其產(chǎn)量有限[7]。

(1)在選型時(shí)，可根據(jù)對(duì)產(chǎn)品的具體要求、加工量和原料物性來(lái)選擇粉碎機(jī)械。例如當(dāng)需要嚴(yán)格控制外物污染時(shí)，可優(yōu)先考慮氣流粉碎機(jī)；要求產(chǎn)品細(xì)度較小時(shí)，可選擇振動(dòng)磨。(2)目前國(guó)內(nèi)設(shè)備面臨的最主要問(wèn)題：介質(zhì)磨的靶材的耐磨性、大型設(shè)備不足、整體能耗偏高等問(wèn)題。解決對(duì)策除尋求耐磨材料外，對(duì)粉碎系統(tǒng)進(jìn)行整體研究才是根本。(3)在發(fā)展趨勢(shì)方面，因?yàn)閲?guó)內(nèi)的研究大多是基于試驗(yàn)，對(duì)粒子具體的受力、流場(chǎng)分析較少。針對(duì)氣流粉碎機(jī)而言，可以考慮通過(guò)開(kāi)設(shè)氣膜孔，在摩擦面上覆蓋一層保護(hù)氣膜來(lái)避免物料與腔體的磨損，可能是解決這一問(wèn)題的辦法，可做相關(guān)探討、研究。