气流粉碎机及其在钛白粉行业中的应用.doc

气流粉碎机及其在钛白粉行业中的应用号流糨碎相及其在钛白船行业巾昀应用唐振宁碎机粉碎氧化铁颜料，在制漆过程中研磨一道 U刖蟊就能合格；二氧化钛是一种优越的白色颜料，其颜料 15由于高压气流通过喷嘴产生冷却效果 性质和光学性能与它的粒径、粒径分布和粒子 (焦耳一汤姆逊效应)，而且粉碎过程又是瞬时 的形状有很大的关系。虽然粒径和粒径分布关过程，所以可粉碎低熔点的热敏性物料，甚至 键在水解和煅烧(硫酸法工艺)，但是水解、煅 可以粉碎炸药。 烧以及后面表面处理后的干燥产品皆是其凝 16气流粉碎机主机结构简单，没有运动 聚、聚集和絮凝体，需要一种高效的粉碎设备 事件，维修量小，易拆洗，可进行无菌作业。 粉碎至其理想的粒径、粒径分布，才能最终体气流粉碎以冲击粉碎为主，在气流粉碎过 现出其优越的颜料性质和光学性能。程中，物料颗粒随高速气流运动互相强力冲击有资料介绍二氧化钛的粒径在02 碰撞而粉碎，除这种冲击力外，还有一个分度03 gm，对其清色力，延盖力等颜料性质和散 擦和剪切力，这主要发生在物料颗粒与粉碎机 射力，反射率等光学性能最好。产品中含有任 内壁之间。通常颗粒之间的冲击碰撞占80， 何30 gm以上的大颗粒就是以便涂膜，塑料型 与粉碎机壁互相磨擦而粉碎的占20左右。 材表面产生瑕疵和条纹；5 lain以上的粗颗粒对 与气流粉碎机领先喷气流作为加速颗粒的 分散度有明显的影响；O5 gm以上的大颗粒对 动力不同，机械式粉碎机主要领先高速旋转的 涂膜和塑料型材的光泽度有较在的影响； 叶片、齿轮、锤头、磨棍等来碰撞因离心力而01,435 pan的粒子直接影响其产品的消透力、 分散在粉碎室内壁的粗颗粒。由于粉碎机的叶 遮盖力、底层适相等颜料性质和光学性能。20 轮回转半径一般都不大，旋转速度也不快，因 世纪钛白粉工艺的重要技术进度之一，就是采 此赋予颗粒的碰击的初速度也不大，一般机械 用气流粉碎机作为钛白粉的最终粉碎手段。 式粉碎机叶粒外缘的线速度只有每秒几十里，所以粉碎效果远不如气流粉碎机。近年来国外1气流粉碎机的主要优点开发的新型高速度锤式头转速可高达14 000 r11粉碎强度大，产品粒径细，可达亚微 min，直径也越大，但是粉碎细度不仅取决于粉 米级，且颗粒规整，表面圆滑；碎强度也取决于分级细度，由于它的分级效果12颗粒在高速旋流中分级，产品粒度分没有气流粉碎机好，最终粉碎效果也不如气流 布窄，单一颗粒成分少； 粉碎机。13由于采用硬度极高的耐磨材料做衬 从图1中可以看出，在各种粉碎设备中， 里，即以被粉碎的产品污染小，纯度高；气流粉碎机最小粉碎细微仅略差于砂磨机和胶14产品活性大，分散性高，如用气流粉 体磨，但是砂磨机和胶体磨通常采用湿磨形式，第二届钛白生产装备技术交流会研磨石还需要干燥再粉碎，且能耗也较高。循环管式和双循环管式粉碎机，应用最多的是 扁平式气流粉碎机。国内外的钛白粉厂几乎全 采用扁平式。扁平式气流粉碎机粉碎细度，可从一325 目(约4345 lxm)别05 jam，作解凝用可达到mm产品的原级粒子大小。这种气流粉碎机是以粉1一一锤式粉碎机；2一一棒磨机；3一一球磨机和珠磨碎室内径大小为其规格。通常从2英时(508 机；4一一自磨机；5一一雷蒙磨；6一一万能式粉碎机；mm)到42英时(1 0668 mm)，以42英时7一一气流粉碎机：8一一砂磨和胶体磨为例，平均消耗压缩空气(以压力07 Mpa， 图1粉碎细度对比16折算成标准状态)94 m3min；消耗过热蒸气平均为3630kgh(过热蒸气压力11Mpa， 温度288)，产量从2英时02 kgll到422气流粉碎类型及喷嘴和耐磨材质英时大于2 500kgh。美国波士顿斯徒蒂凡特(Sturtevant)公司的选择是世界上最著名的偏平式气流粉碎机制造商，气流粉碎机有单喷式、对喷式、偏平式、 其产品的应用性能和数据见表l。表1美国斯徒蒂凡特扁平式气流粉碎的典型数据注：空气工质压强07MPa，温度16。(2(室温)，空气耗量为标准状态下的流量；过热蒸气流量是按入口压强11Mpa， 入口温度288计算的。除Sturtevant公司外，美国的喷射微粉磨 国上海、南京、宜兴、四川、甘肃都有生产扁 公司，流能加工和装备公司、日本日曹公司、 平式气流粉碎机的厂家。 风动工业株式会社选生产扁平式气流粉碎机，气流粉碎机的结构简单，关键是其耐磨材 此外英国、德国、意大利、俄罗斯也生产，我 质的选择和喷嘴的设计。气流粉碎机及其在钛白粉行业中的应用喷嘴是气流粉碎机的最重要组成部件，它 小，有利于颗粒细化，但产量变小，如果0【角 的作用，就是把工质(蒸气、空气)的压强能 过大，气流会严重冲刷粉碎室内壁，造成侧壁 将换成速度能，气流粉碎的性能，在很大程度 磨损严重。所以ot角受一极大值0【。的约声上取决于喷嘴的性能。 0c ，：90。一塑一旦“气流粉碎机的喷嘴有直孔型的亚音速喷0cn 0c嘴，渐速缩型的等声带喷嘴和缩扩型的超音速式中n为喷嘴数目，通常扁平式气流粉碎 喷嘴三种，另外还有一种气一固双杠流喷嘴， 机的cc角多为3245。 这种喷嘴共工质气流和被粉碎的粉粒一同喷气流粉碎机的喷嘴数量，直接反应其产能， 击。目前使用的极少。(备2) 通常2英时的扁平式气流粉碎机安装3个喷嘴，直孔型喷嘴结构简单，制造容易(甚至可 42英时的可多达24个喷嘴，并采用双层布置。 直接在气粉机侧壁上钻有一定倾角的直孔即 除2英时外，其余喷嘴数多为隅数。 成，但它喷击的气流只能达到亚音速，且磨擦气流粉碎机及其喷嘴耐磨材质的选择很重 损失大，效率低，只有小型气流粉碎才采用。要。由于钛白粉的硬度很硬，金红石型二氧化钛的莫氏硬度可达65，因此气流粉碎机及其喷脚心i陛磁么幽嘴一定要选择高硬度的耐磨材质。_r一-r七干一1_6_-中唷一一十一一卜喷嘴的材料一般选用高速工具钢、史太利叨勿-L初统打切；劢彻一合金、碳化钨、热压刚玉、氮化硅等。美国斯(a) (b) (C) 徒蒂凡特公司制造的24英时(6096 mm)扁平 a一一连孔型；b-一渐缩型；c一一缩扩型式气流粉碎机其中5 rnnl的喷嘴(12只)，是用 图2气流粉碎机用的喷嘴440C(A131)型马氏体不锈工具钢制成，淬火 后的硬度为HRC65。这种钢的特点是有较高的渐缩型喷嘴虽然喷出来的气流只能达到艾 硬度和耐磨性，含碳09512、铬 音速，但喷气流的流型好(膨胀角小)，在高压 16一18、钼小于075、硅和锰各小于1。 强下喷射出的气流在粉碎区中进一步膨胀，可 机身的材质一般选用优质碳钢，如45号 产生高度的湍流状态，对粉碎过程有利，而且 钢，为了减少对钛白粉的污染亦可选用镍铬 但工质进入喷嘴前的参数发生变化时，对喷嘴 A131304不锈钢或镍铬钼A151316不锈钢。必 的工作影响不大，扁平式气流粉碎机大部分都 可采用陶瓷刚玉衬里或蒙乃尔合金、锰钢、铬 采用这种喷嘴。 钢等。一般喷嘴出口处受13角的影响磨损最严缩扩型又称拉伐尔(Delaval)喷嘴，它能重，通常采用的方法是直喷嘴出口器的四周再产生超音速气流，粉碎力更强，但由于其喷气 喷鳖一圈耐磨合金。耐磨合金衬里可以采用堆 流较为发散(膨胀角大)，不利于颗粒分级，后焊法，即把硬度材料熔化后均匀地铺覆在基材 来随着这种喷嘴的内腔型而不断改进，还能产 上，或采用钎焊，依靠焊料熔化后所产生的扩 生膨胀角较小的气流，市场上所售的所谓超音散、渗透和相互溶解作用，将被钎焊的材料与 速气流粉碎机大都要安装了这种喷嘴。基材牢固地焊接在一起，最简单的方法直接用 性能良好的喷嘴其喷气流的膨胀角13一般埋头螺钉固定，刚玉等无机材料，可以用无机 多为1014。；性能较差的喷嘴膨胀角可达粘接剂粘接。另外喷嘴的安装必须保证喷嘴轴18以5。线严格地位于同一水平面上并相交在分级园 喷嘴安装的角度是一个相当重要的技术参上，这对于维持粉碎、分级区内工质和物料的 数。喷嘴的轴线与相应半径的夹角0【，直接限正确流型极为重要，否则就不能获得预期的粉定了分级因的半径r，夹角0【数大，粉碎区变碎效果。第二届钛白生产装备技术交流会的主要参数，也是影响粉碎细度的主要参数。3气流粉碎机的操作要点工质喷气流的动能，与其质量的一次方成正比，选择合适的工质和操作条件也是粉好产品 与其速度的平方成正比，因此压强越高，速度 的重要因素，以钛白粉粉碎为例：越快，动能就越大，当蒸气压力数大到一定值工质：粉碎钛白粉大多以过热蒸气为工质 不变后，通过喷嘴的气流流速虽然不再增加， 气流，主要是因为蒸气易得、便宜，蒸气的压但压强增高气流的密度也增加，同样也能相应 强比压缩空气高得多而且也容易提高，它的临 提高其动能，至于粉碎时要选择多高的压强， 界速度为(200500 ms)、动能大、粘度比压要取决于被粉碎物料的可粉碎性和细度要求。 缩空气低，也不带静电，可以减少物料的内聚用过热蒸气粉碎钛白粉时，蒸气压强一般控制 现象，与压缩空气相比，过热蒸气在粉碎时所在08以5 Mpa，一般粉碎煅烧后物料要高一 需要的气固比要小得多，而且压缩空气还要解 些，粉碎表面处理后的物料可以低一些。 决油污和冷凝水问题； 粉碎助剂，选择恰当的粉碎助剂，不仅能气固比：气固比不仅是一项重要的技术参 提高粉碎的效率，减少粘壁，管道堵塞，而且 数，也是一项重要的技术经济指标，气固比过 还能提高产品在各种介质中的分散性能。粉碎 小，因为气流的动能不是会影响产品的细度， 助剂在钛白粉表面处理工艺中已扩大成为一专 气固比过高，不仅很费能源，甚至会恶化某些 门学科一有机表面处理。有机表面处理中的各颜料的分散性能。以过热蒸气为工质时，粉碎 种表面活性剂、有机硅等，大多数都同时具备煅烧后的坚硬物料，气固比一般控制在24： 分散、润湿和助磨的功能。无机助磨剂也能起1，粉碎表面处理后的物料的气固比一般控制在到良好的助磨功能，在分散性能上，大多数是125：1： 提高水分散性为主。 进料粒度：进料粒度虽然没有气固比那么 气流粉碎机的主要缺点是：a粉碎机很简重要，但是在粉碎坚硬物料时对进料粒度有较 单，但铺助设备多。一次投资比较高。b不太 严格的要求，就钛白粉而言粉碎煅烧后的物料 适宜粉碎性太大的物料。c粉碎时能耗大、成 时最好控制在100200目为好，粉碎表面处理本较高。 后的物料一般为4070目，最大不超过25目；气流粉碎的主要操作费用是工质的费用，工质温度：温度高气体的流速可以加快，以 工质(压缩空气，过热蒸气)消耗量很大，但 空气为例：室温下的临界速度为320 ms，当温 在评价气流粉碎机成本时，不能忽视这样一个 度升至480时，临界速度可以提高到500 ms， 事实，即气流粉碎的细度比机械式粉碎要细得 即动能增加了150，因此提高工质温度不