超微气流粉碎机研制与应用.pdf

第 2 2卷增 刊 1 9 9 9年 6月 非金属 矿 Non M e t I i c M i n e s Vo i 2 2 s p e c i a l l me J u n e 1 9 9 9 文 一 超 微气流粉碎机研制与应 用 蒋 新民王 新功左金 一 一 中国空气 动力研 究与发 展 中心 高速所 安 县6 2 1 0 0 0 锣 摘要介罐1我所利用航空 航王空气琦力学技术研制成砷的 C P帛别超声速气漉柑碎分艇机的工作原理 特点 应用蕊此类设鼻的 求 它们应具 有极 细的颗 粒 极 高的纯 度 严 格的粒 度分布 一定的 晶形 要达到这一要求 传统 的机械 粉碎如球磨机 雷蒙磨等设备 已无能为力 气流粉 碎 气流分级 技术 在超微 粉碎工程中所占有的重要 地位也越来越 明显 国家科 委 已将超 微粉体 材 料与 技术工程列 为 九五 重 点高 科技 项 目加 以推广 在 国内许 多省市 近 两年 逐步形 成 了几 个规模 不 同的 超微粉体研 制与生 产工程 中心 有 的 已有产品走向 市场 所生产的超细材料 已逐 渐替代进 E l 产 品 我所将 用于航 空 航天 的空气 动力技术 服务于 国民经济建设 自 1 9 8 5年 开始研 制超 声速 超微气流 粉碎分级 设备 1 9 8 6年 8月研 制成功 样机 同年 1 0 月通过 技术鉴定 1 9 8 7年 投入 生产 1 9 8 9年 获 国家 专利 1 9 9 0年 获 国家 计委 国家 科委 国防科 工 委 外经 贸部签发 的军 转 民高 新技术 产 品银奖 总 后勤 部颁发的全军优质产 品奖 我 所的 C P系列超声速 超傲气流 粉碎 分级机 1 9 9 8年列入 国家级火炬 计划 项 目 固其发挥 了我所 技术 优势 该 机 主要 性 能指 标达到 国外同类 产品水 平 并销 往全 国二十 多个 省 市 自治 区 从研制到形成 系列 已过去 了十 多年 I 国内外概况 制 备粉体离 不开粉 碎设备 气 流粉碎设 备能量 利用率较 一般 机械设 备高 适 用于 干法 生产超 微 粉 体 虽然这项技术研究在 国外 已有近 一个世纪 的历 史 但大规模工业应用和开发也 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 纷纷 组织力量研制 新 型样机 为 降低 能耗 提 高粉碎效 率 相继研制成功一 些超声 速 的气 流粉碎 机及 新型 分级机投入工业应 用 美 国 德 国 日本 等 国基本 上 垄断 了国际市 场 日本就 有数 十 家机构 和设 备制造 公司 如日本风动工业株式会社 日曹技术成套设 备株式会杜 细J f r 业株式会社 东芝 日立公司 德 美 国喷射微 粉磨公司 流 能 0 t t c 和 装备公司等 国际上流行 的扁 平式 循 环管 式 单喷式 对 喷 式 流化床式 也称沸腾床式 等五 种代 表机 型 均形 成各 自的系列 向大型化 多样化 专用化 方向发展 为节能和提高粉碎效 率 对 某些 物 料利 用过热蒸 汽 作工质 为制 取金属粉末及一 些粉末 状食品 采用冷 冻粉碎技术 即降低工 质及 固相物料 的温度 达 冷脆 点进行 粉碎 氮气 二氧化碳及惰性 气体保护粉碎 已应 用于 易燃 易爆物 料 的粉 碎 他 们重视基 础研 究 一些新技术正在 向工业化 方向过渡 与此同时 多级 分级 自动检 测 全 线 自动控制 等技 术 已应 用 于专 用设备上 我国超微 粉碎 技术起 步较 晚 随着我 国实行改 革开放 不少企业为使产品更新换代 在八十年代初 花费大量外汇从 国外引进 了一些小型扁平式气流粉 碎机 许 多大 专院 校及 有关 企 业对 国外 的技术设备 进行 了研 究 制成 了样机 但与 国外 相 比 普遍 存在 着型号少 处理能力低 能耗 高 磨 损严重等 缺点 同 时缺 乏有效的分级设备 与粉 碎设备配套 八十年代 后 期 从沿 海到 内地 有关 企业 已逐 渐认 识到这一深 加工技术对改 善制 品性 能 提 高产 品经 济效 益及 国 内外市场竞 争能 力 有很重 要 的作 用 国 内已有数 十 家企业 院校拨 出款 项投 入人 力探 索气 流粉碎 及分 级技术 有的企业 已有 产品 供应 市场 但不 少机种 仍存在着粉碎效 率低 系 统不 匹 配 处 理量小 分 级 精度差 能耗高 粉 碎硬 质物料磨损严重等缺点 随 着国民经 济的发 展 相信 超 微粉 碎分级 技术 会有一 个更大的发 展 2气流粉碎 分级 原理 气流粉碎的难点 是粉碎 分级 系统匹配设计 等三方面 粉体制各的主要途径是粉碎 提高粉碎 效率 降低能耗是研究重点 实践证明 气流粉碎 一 2 2 维普资讯 尤其是超声速 气流粉 碎 是 粉碎工 程 唯一高教 的 粉 碎 设 备 分级通 常称之为筛 分 粉 体细度 小 于 4 0 t m 工 业上无 法生 产 筛分 机 具 粉体 小 于 4 0 b m 甚至 数 m 或 1 m 以下时 由于 粉 体 的表 面 积增 大 即表 面活性增 加 而无法筛分 另 一方面 气流粉碎设备 虽然是 一种高效 粉碎设 备 但 粉碎 的物料 并不 是一 次全部合格 如要满足一定粒度分布 这 就需要一种 方法 将合 格粉 体提取 而不合格 的粉体 再回到粉碎 设备 中去继续 粉碎 要制 取所 需 的超细 粉体 气 流 分级技术就显得十分重 要 气 流粉碎分级 工艺 流程 通常 由净化 的气源 系 统 供科 粉碎 分级 收集 除尘 包装等 部分组成 物料的粉碎过程 实 际上是在粉碎力的作用下 块状和粉粒状 物料 破裂 的过 程 气流 粉碎 则是高 速气 流使物料 加速 获得 足够 的动能 在混 合 加速的 过程 中 分散于湍 流中 的物料 相互 碰撞 磨擦 从而 达 到 粉碎 目的 单喷式气 流 粉 碎机 又称 靶板 式 气 流 粉碎 机 这里介绍的是一种 超声 速单 喷气 流粉 碎机 一定压 强的净化空气 经一特 殊型面设计的超声速喷 嘴 产 生超声速流 需粉碎 的物料 由喷管喉道后部 引入喷 嘴加速 混 合 相互冲撞 并 以高速 冲击坚硬 的靶头 瞬 间进一步粉碎 气 固混 合流送 往 分级机 分级 近 年来 出现的这种粉碎机 粉碎 强度较 大 是粉碎延展 性材料 金属粉末 纤维状物料 高分子 聚台物 粉末 涂料的 良好设备 美国采用这种 粉碎机 粉碎高 氯酸 铵作火箭推进剂 效果颇好 对喷式气 流粉 碎机 与单喷 式 气流粉碎 机不 同 的是 被加速的物料不是冲击靶板 而是相对 的两股 高速气流带着物料 在粉 碎室 迎面相 撞 而达 到粉碎 的 目的 气固混合物送 往分级机 分级 这 种粉碎机 同样 粉碎强度大 效率 高 磨损 面积很 小 特 别适合 粉碎高硬度材料 结构 较 简单 除与上述 单 喷式相 同的特点外 而 且是 目前 世界 上应用面最广的设备 也是 超声粉 碎设 备 中 成熟 的大 型化 设 备 之 一 美 国 前苏联应用最 多 流化床式 气流粉碎 机下 部为粉碎 区 上 部 为分 级 区 物料通过加料器进入粉碎 区 粉碎区周边有均 匀分 布的超声速喷 嘴 一般 3 6只 气 流交汇点速 度矢量和应 为零 物料 不经喷嘴 超声速 说建立时 悬浮于粉碎室 的物料 被各 喷嘴 气流 加速 带 向交汇 点而被碰撞 粉碎 被 粉碎 的物 料随废工 质上 升进 入 分级 区 在旋转 叶轮离 L 力场作用下分级 不合 格粉 再进入粉碎室粉碎 这种粉碎机 是在对喷式气流 粉碎机的基础 上发展起来的一种新型粉碎机 这种 粉碎机如果粉碎 区 含喷 嘴 设计 较好 内腔 用聚氨 酯耐磨材料作衬里 分级部分 用特殊 陶瓷作 叶轮 则 磨损较小 由于该 机型 分级 区 流场不均 匀 仅适 于 微粉 生 产 目前 德 国 Al p i n e公 司 产 的 这 种粉 碎 机 技术上较为 成熟 以上介 绍 了三 种气 流粉碎 机 虽然原 理都不复 杂 随着气 固两相 流的流动机 理研 究的 日趋成熟 超 声速气 流粉碎技 术在 七 十年代 末 八 十年代 初才 在 粉体工 程 中出 现 气 流 粉 碎 的 设计关 键 是 喷 嘴 设 计 要保证 出 15 I 的马赫 数及出 口的流型 不允许 气流 过度发散 喷嘴 出 口气流 势心带 菱形 区 要保 证 一 定长度等 在气 流粉 碎 机研制 之 初 从计算 方法 的 确定 型面曲线修正 起 始 扩散 角控 制 混合 比探 索 等方 面 作了大 量基础性实验研 究工作 通过不少喷 嘴选 型实验 从而保证 了气流 粉碎 机的 良好性 能 气流分级原理 有重 力 惯性 离 L 三种 随 粉体 性能差异及 工 业上 的不 同用途 分 级 种类 形 式 很 多 应 用最 多的是 Ms型 及 MS S型分 级 机 属离 心 力场分级 的典型分级 器 是 国外 工 业 上应用最 多的 分 级 器 离心式分 级器设 计 要 求两个 以上 的分离力在 分级 器 内部某一 区域 长 时 间作用 分 级 区气 流不 能 产生 局部涡流 粉体在分 级区一定要分散性好 分 离 詹 的粗 细颗粒不再混 合 应迅速排 出 要达到 上述 要 求 分级 器 结 构 设计 至 关 重要 我 们对转子 叶片的形状 安装 角度 数 量 气 流参 数 的控 制 转 子的转速等十 多种 影响因素 都进行过大 量筛选试 验 达 到 良好 的 陛能指 标 其分级 效 率 在 8 5 上 Dq 7 一 般 在 5 1 0 m 平 均 粒 径 D 在 0 3 3 x m 3国内首创的 先进技术 C P系列 是采用超声速气 流冲撞原理 和 离心 式微粉分级机对物 料 实现 全 密闭 干式 低 温 瞬 间 超微粉碎 与分 级 的 1 9 8 5年我 所 研制 出首 台超声 速超微气流粉碎分 级 机 并 进 行 了大量 的物料 超微 粉碎分级 试验 后 有关 部 门组织 国 内粉体 行业 的专 家对该 机进 行 了技 术性 能 鉴定 鉴定 会上 专 家根 据检测结果 一致 认 为 粒度 检测达 到 日本风 动工 业 株式 会社的超声速 喷射式气流 粉碎机和 细川公 司的 MS型微粉分级机 的粉碎 和分级 水平 该机设 计先 进 结构简单合理 操作 维 护方便 是 国内首 先研制 成功的一种超声速 超微 气流 粉碎 与分 级装置 填 补 了国 内空 白 该机 具有独特的 四个优势 一是粉碎 范围广 可超微粉碎莫 氏硬 度 1 1 O级的物料 能制 取其它 粉碎机难 以制取 的超微 粉 特 别适用 于高硬 度 高磨削性 物料和纤维状 片状等晶形物料的超微 维普资讯 粉碎 二是分级精 度高 设 备配有 专用 气流 分级机 可方便 地调节和控 制 成 品的粒度分 布 平均 粒径 可 达 0 5 3 m n 三是产量大 磨损 小 现 已形成的 C P 系列 共有 三种类型 单 喷型 对 喷型 流化床 型 1 3 种型号 产量从 0 5 k g h 1 5 0 0 k g h 粉碎 效率 高 能耗低 设备磨 损面小 适 用 于批量 生产 四是 不改 变物料化学性 质 不污 染 产品和 环境 由于整 个粉 碎过程在低 温 瞬问条 件下进行 不仅可获得高纯度 超徽 粉体 而且物 料 原 有 化学 性 质 不改 变 是 低 熔 点 热敏性物料超徽粉碎 的理 想设备 同时 该设备 全封闭负压运 行 并配有净化处理装置和消声设备 不仅异物不会 混入 而 且不会 污染 环境 根据 国外 现有资料 报道 C P系列 同国外 同类机 型相 比 其 主要性能指标 已达到 9 0年代初期的国际先进水平 而价 格却 只有 同类进 口设 备的 1 t O 4 前途广阔的应 用瓴域 虽然物料 的超微 粉碎技 术 是近年 才得 迅速 发展的新工艺技 术 但 却有 着广 阔的应 用前 景 经 多年实践 我 们的 C P系列 已对 3 0 0余种物料进 行 过超微粉碎和分级 均取碍满意效果 其 中包括 金属类 铍 钛 钴 铬 锌 锰 钼 铁镍 合金 以 及锆镍合金等金属及金属矿物 非金属 类 云母 石 墨 焦炭 炭 黑 石 棉 硫磺 高蛉土 硅藻土 铝钒土 膨润土 金 刚砂 锆 英砂 碳 化硅 碳化硼 氮化硼 单 晶硅 滑石粉 钛自粉 金红 石 硅灰 石 自云 石 海 泡 石 坡缕 石 地 开 石 莫 来 石 重 晶 石 凹凸棒 石 磷 铁 铁 碳 钕铁硼 氧化 锌 氧化镁 氧化 铝 氧化铁 红 四氧 化三铁 氢氧化 铝 二硫化钼 碳酸钙 硫酸钡等 化工类 聚四氟乙烯 氧化铁红 四氧化三铁 氢 氧化铝 二硫 化钼 聚 乙烯 聚 氯 乙烯 聚丙烯 高氯 酸钾 树脂及 一些金属盐 类等 食品类 包括调 味 品 如 干姜 胡椒 八角 花椒 等 肉类 如鸡 肉 虾 蛇 鳖等 蔬菜 瓜果 类 如 山 楂 蕨 菜 马 铃 薯 等 谷 物 类 如 玉米 荞 麦 黑 米 等 豆类 菌藻类 如 香茹 蘑 菇 银耳 黑术耳 紫菜 等 叶茎类 如银杏 叶 杜仲叶 枇杷 叶 茶叶等 营 养强化剂类 如骨粉 花 粉等 中药材类 五倍子 鸡 内金 孢 子 粉 何 首乌 灵 芝 三 七 雪 莲 黄苠 当归 天麻 虫草 胶股蓝