无机非金属材料工学课件第三章

1、第三章第三章 粉体制备粉体制备1 1、 破破 碎碎2 2、 粉粉 磨磨3 3、 分分 级级4 4、 超微粉合成超微粉合成1 1、破、破 碎碎一、基本概念一、基本概念1、定义：对块状固体物料施用机械方法，使之克服内聚力，分裂为若干碎块的定义：对块状固体物料施用机械方法，使之克服内聚力，分裂为若干碎块的作业进程。作业进程。各自特点：（各自特点：（a）压碎）压碎,所需作用力大所需作用力大(b)劈碎（劈碎（c）折碎）折碎,作用力较集中作用力较集中（d）磨剥）磨剥,效率较低效率较低（e）击碎）击碎,瞬时动载荷，脆料，磨损大瞬时动载荷，脆料，磨损大2、破碎方法：（五种）破碎方法：（五种）3、破碎比原料和破

2、碎产品的粒度之比，d原料/d产品。 平均破碎比平均破碎比原料前后物料的平均粒径比，原料前后物料的平均粒径比，d进进/d出出。公称破碎比公称破碎比破碎机最大进口宽度与最大出料口宽度之比，破碎机最大进口宽度与最大出料口宽度之比，D进进/D出出。总破碎比总破碎比物料初始粒度与终产品粒度之比，物料初始粒度与终产品粒度之比，d初初/d终终。破碎级数：一级、二级、多级，各级破碎设备破碎比的连乘积。破碎级数：一级、二级、多级，各级破碎设备破碎比的连乘积。njjI1I0= 21I22I53I如：100 50 255 在此在此:I:I0 0=20=204 4、 粒径：粉体颗粒所占空间范围的几何尺度。粒径：粉体颗

3、粒所占空间范围的几何尺度。单颗粒粒径：不规则几何形状，实际工程以同质球代换。单颗粒粒径：不规则几何形状，实际工程以同质球代换。具体见具体见P34表表1-3-1。颗粒群平均直径：以等粒度同质量的理想颗粒群描述实际颗粒群。颗粒群平均直径：以等粒度同质量的理想颗粒群描述实际颗粒群。平均直径的平均直径的f(d)函数形式见函数形式见P35表表1-3-2(D)= niiidfn1)(二、破碎设备二、破碎设备 1、颚破、颚破工艺条件：动颚工艺条件：动颚工作原理：物料在动、定颚板之间受挤压、劈裂、折断的作用工作原理：物料在动、定颚板之间受挤压、劈裂、折断的作用分类：简摆、复摆、综合摆动分类：简摆、复摆、综合摆

4、动规格表示，如：规格表示，如：PEF9001200 复摆式复摆式给料口宽（给料口宽（mm）给料口长（给料口长（mm）2、圆锥式（见、圆锥式（见P36图图1-3-3）两个截锥体，两个截锥体，一动锥（内锥），一定锥。一动锥（内锥），一定锥。动锥以偏心距动锥以偏心距r绕定锥中心线回转。绕定锥中心线回转。PX回转式，粗碎；回转式，粗碎；PYB、PYE、PYD菌形菌形3 3、辊式：常用双辊式（见、辊式：常用双辊式（见P37P37图图1-3-51-3-5）前辊支撑于固定轴承上；后辊前辊支撑于固定轴承上；后辊支撑于弹簧定位不活动轴承上，两辊支撑于弹簧定位不活动轴承上，两辊相向旋转，挤压破碎。相向旋转，挤压破

5、碎。 规格用辊子直径和长度表示：规格用辊子直径和长度表示：DLmm4 4、锤式、锤式带锤头的转子：打击、磨剥作用；适于脆性料，带锤头的转子：打击、磨剥作用；适于脆性料，I0高。高。单转子：见单转子：见P37图图1-3-6；双转子：见；双转子：见P38图图1-3-7；规格：转子的直径规格：转子的直径长度。长度。PC8008005 5、反击式：、反击式：锤头与转子刚性联结，反击板冲击、反弹。锤头与转子刚性联结，反击板冲击、反弹。分单转子反击式分单转子反击式PF和双转子和双转子反击反击式式2PF。6 6、笼式、笼式中细碎中细碎2 2、粉、粉 磨磨小块料（小块料（10-20mm）；粉状料（几十）；粉状

6、料（几十mm，2-3m2-3m）一、球磨机一、球磨机研磨体装研磨体装25%50%V磨磨工作原理：三种运动状态工作原理：三种运动状态磨机： 转速大 太慢 适中物料： 周转态 倾斜态 抛落态作用： 无 研磨 冲击，研磨球磨机的优点：（1）适应性强，可大规模生产；）适应性强，可大规模生产；（2）粉碎比大，易调整粒度；）粉碎比大，易调整粒度；（3）可湿作业，也可干作业；）可湿作业，也可干作业；（4）结构简单，操作可靠，易）结构简单，操作可靠，易维修，可长期连续工作；维修，可长期连续工作；（5）密封性好，可负压操作。）密封性好，可负压操作。缺点：缺点：（1）功耗大，效率低；）功耗大，效率低；（2）体型大

7、，投资大；）体型大，投资大；（3）减速系统昂贵；）减速系统昂贵；（4）研磨体、内衬金属耗）研磨体、内衬金属耗量大，噪音大量大，噪音大。二、构造二、构造1、筒体部分：钢板焊，、筒体部分：钢板焊，法兰法兰连接，内装衬板，隔仓板。连接，内装衬板，隔仓板。2、进出进出料装置：图料装置：图1-3-113、轴承系统：、轴承系统：主轴承、润滑、冷却主轴承、润滑、冷却4 4、传动系统：、传动系统：图图1-3-12a.边缘传动边缘传动b.中心传动中心传动c.无齿轮传动无齿轮传动三、研磨体运动分析三、研磨体运动分析 图图1-3-131-3-13P41假设（1）（4）=2450n2 2、脱离点轨迹脱离点轨迹一段圆弧

8、，其半径一段圆弧，其半径1/n2。3、降落点轨迹降落点轨迹抛物线抛物线 该曲线坐标该曲线坐标x x、y y满足方程：满足方程： x=-RCos3=-RCos x=-RCos3=-RCos 其中：其中：脱离角脱离角的余角。的余角。 y=-RSin3=-RSin =3y=-RSin3=-RSin =34、最内层圆弧半径最内层圆弧半径2min250nR5 5、最大填充率、最大填充率 =0.42 =0.42 理论最适宜转速理论最适宜转速D D0 0有效内径，有效内径，m m04.32Dn cos=900Rn21、脱离角脱离角R(同心圆半径同心圆半径m) n2(筒体转速筒体转速r/min)四、粉磨作业流

9、程四、粉磨作业流程 开路：无分级设备、物料一次通过。开路：无分级设备、物料一次通过。 闭路：配分级设备，选粉，粗粉回磨；闭路：配分级设备，选粉，粗粉回磨； 调控产品细度，消除过粉磨，提高粉磨效率、产量；调控产品细度，消除过粉磨，提高粉磨效率、产量； 循环负荷率循环负荷率KKT（回料量）（回料量）KK1/Q（成品（成品量），量），%100QTK一般在一般在50300% 其中：其中：TT回料量；回料量；QQ出料量出料量五、影响因素五、影响因素1、入磨物料的性质：粒度，易磨性，湿度，水分；、入磨物料的性质：粒度，易磨性，湿度，水分；2、助磨剂；、助磨剂；3、产品细度；、产品细度；4、设备和流程；、设

10、备和流程；5、研磨体；、研磨体；6、干法磨机通风情况；、干法磨机通风情况；7、干法磨机水冷却（磨内喷水）；、干法磨机水冷却（磨内喷水）；8、磨机的操作。、磨机的操作。六、其他形式的磨机六、其他形式的磨机（一）、无介质磨（一）、无介质磨（二）、辊式磨（二）、辊式磨（三）、辊压机（三）、辊压机七、超细磨机七、超细磨机 立立磨磨一 结构及工作原理 1 工作原理 电动机驱动减速机带动磨盘转动,需粉磨的物料由锁风阀喂料设备送入旋转的磨盘中心,在离心力的作用下,物料向磨盘周边移动,进入粉磨辊道.在磨辊压力的作用下,物料受到挤压,研磨和剪切作用而被粉碎.同时,热风从围绕磨盘的风环高速均匀向上喷出,粉磨后的物

11、料被风环处的高速气流吹起,一方面把粒度较粗的物料吹回磨盘重新粉磨,另一方面对悬浮物料进行烘干,细粉则由热风带入分离器进行分级,合格的细粉随同气流出磨,由收尘设备收集下来即为产品,不合格的粗粉在分离器叶片作用下重新落至磨盘,与新喂入的物料一起重新粉磨,如此循环,完成粉磨作业全过程.2 主要部件的结构形式及作用a. 传动装置： 立式磨的传动装置由主电机,联轴器减速机三部分组成,安装在磨机下部, 既要带动磨盘传动,还要承受磨盘,物料,磨辊的重量以及加压装置施加的研磨压力,是立式磨中最重要的部件之一,润滑系统采用独立的油站,并有油压,油温的自动保护系统,使全套装置工作可靠.该型式的减速机具有体积小,重

12、量轻,减速比大,传动效率高等优点.b. 研磨装置 磨盘和磨辊是重要的研磨部件,它的形状设计必须使被粉磨的物料在磨盘上形成厚度均匀稳定的料床,因此合理的磨盘形状配以相适应的磨辊.对于稳定料层,提高粉磨效率,减小研磨消耗有着极为重要的作用.通过大量的调研和类比,现在采用盘形的磨盘形状和轮胎形辊套,辊套为对称结构,在磨损到一定程度后可翻面使用,延长其使用寿命.磨盘周边有可以调节料层厚度的挡料圈c. 加压装置 采用液压自动或手动控制系统来施加及控制其对物料的作用力.可以根据物料易磨性的变化而自动地调整压力,因而使磨机经常保持在最经济条件下运行,这样,既可以减少无用功的消耗,又能使辊套村板的寿命得到延长

13、.同时,由于蓄能器的缓冲作用,使液压缸施加压力具有较大的弹性,又可自动调节,当遇到大而坚硬的杂物时,磨辊可以跳起,从而避免粉磨部件及传动装置因承受过大荷载而损坏. d. 限位装置 立式磨独特的限位装置可以使磨机轻载启动,磨辊和磨盘之间的间隙可调,这样既能保持稳定的料层厚度,提高粉磨效率,又能保证在断料等不正常情况下磨辊和磨盘不直接触、避免磨机震动,对 减速机起到保护作用 e. 分离装置 分离器设计为机械传动,转速可调的动态分离器,该分离器通过锥形高速回转,叶片与粗颗粒撞击,给物料以交较大的 圆周速度,产身的离心力,使其进行分离,细颗粒可通过分离器叶片之间间隙出磨,由收尘器进行收集.该分离器分级

14、效率高,调节 余地大.磨辊装置 磨辊的装置是采用后对调心滚子轴承，调进时对轴承作等寿命计算，轴承密封腔延伸到机壳外，不与含尘气体接触，所以只用简单的填料密封就能使磨辊轴承不进灰。磨辊设计为斜面安装，楔形环压紧，更换辊套十分方便。g. 磨机壳体及机架立式磨的壳体分为上壳体、下壳体和机架部分，每部分均采用螺栓连接，下壳体焊接在机架和连接梁上。三 磨机的操作 立式磨是集粉磨,烘干,分级和气力输送于 一体.各部件之间必须相互协调形成有机的整 体,才能平稳的运行.在操作立磨之前,跟操作集 它系统一样,首先要对立磨系统的主,辅设备的 性能,作用,工作原理及工艺流程有充分的认识 和了解.这是操作立磨系统的基

15、础,但在立磨操 作的过程中,我们还要掌握好以下几个方面的 问题:1 稳定的料层 立式磨采用料床粉磨，因此稳定的料层对立式磨的安全运行至关中重要。在正常情下，磨内的料层厚度大约40-70mm，此时磨机运转平稳、磨音柔和，外循环料量基本保持不变，若无外循环，则排渣口只排出铁块，矸石等小杂物。料层太薄，磨机震动大，料层太厚，磨机负荷大而粉磨效率低，严重时也会造成剧烈震动。 从物料平衡的角度分析问题能够有效地指导立式磨的操作。在立式磨的运行过程中，喂料量、粉磨能力、气流输送量（成品量）、排 渣量或外循环量应处于平衡状态。 在喂料量一定的情况下，如果粉磨能力不足则会造成大量的吐渣，并且吐渣越来越多，此时

16、应适当增加液压油缸的工作压力，以增强粉磨能力或适当减小喂料量；反之，粉磨能力过强，则料层逐渐减薄最终引起磨机震动，应此时适当减小液压油缸的工作压力或适当增加喂料。 另一种情况，如果粉磨能力合适而气流输送能力不足，同样会造成大量的吐渣，但其中细粉含量较大，应此时增风量、增强输送能力。 因此，在立式磨的操作过程中，运用物料平衡原理预先发现立式磨运行中的问题，从而采取相应的措施，防止不必要的停机。 2 平衡物料3 风量与风温 立式磨采用负压操作，其物料输送、分级、烘干均需大量的热风。风量首先应能满足输送物料的要求，风量过小造成大量合格细粉不能及时排出；风量过大不仅造成浪费，还会造成细度跑粗。风温高低

17、应根据入磨水粉大小来决定。水分大应提高风温，水分小则降低风温，但入磨风温应小于350 。另外，为防止水泥生料磨袋收尘器结露，应控制出磨风温在80100 范围内。四 立磨震动的控制 立磨工作时处于一个动态平衡状态。 由于主观和客观上的原因，在操作时一旦 出现问题和故障，就应该及时发现和解 决，避免造成损害。操作立磨最担心的问 题就是震动，而引起震动的原因主要有： 1 料层不稳定 a 下料位置不合适，造成物料不能均匀分布在磨盘上。 b 断料，根据断料量和断料时间，都会引起不同程度的震动。 c 挡料环的高度不合适 d 物料的易磨性和物料粒度组成 2 磨盘上有异物 这主要指铁块和大块硬物料，立磨最怕就

18、 是铁块，所以在入磨前要设置多处除铁器和金属探测仪，主要的目的就是避免铁块入磨。一旦铁块引起震动，它的危害是非常大的.3 风量不足 这主要由于阀门故障或阀门开度不够、电机、风机 故障等引起，致使成品不能及时排出，造成磨内物料和循环料增多。五 主要控制参数 1 压 差 在其它条件不变的情况下，它间接反映了磨内物料的厚薄。一般控制在50007000pa，他主要跟排风机用风量、磨内物料量、风温及管道设计有关。中控员基本上根据它来控制磨内物料量，使料层处于一个合适的厚度。2 风量、风压 磨内成品的输送靠风来完成，没有一定的风量，成品不能及时排出，造成粉磨效率低、电耗高；如果风量过大，细度易跑粗，过量的

19、风也会使能耗上升，所以这个参数的确定，要兼顾整个系统，既要理论上计算，还要根据实际的运行的效果来分析。3 主电机电流 它反映的是磨机所受阻力的变化情况，由于四个辊都是独立工作的，它对磨盘产生的压力也是变化的，所以电流波动要比球磨大。每一台电机都有它的额定功率，我们可以尽量使它接近，但不能长时间超过它的额定功率，不然电机寿命会缩短。4 动震值 它反映的是立磨的震动情况，只有通过 对其它参数的调整，使它处于一个正常的范之内，磨才能平稳运行。一旦震动值偏高偏低，都要作出判断及时调整，现场更要仔细检查。六 液压装置 主要的作用给磨辊提供压力包括落辊 和抬辊，由于油管过小，落辊和抬辊都比 较慢，这给操作

20、带来一些影响。有时候已 经抬辊，但震动还持续一下。3 3、分、分 级级一、概述一、概述分级是对松散物料按粒度大小进行分选的一种单元操作。分级是对松散物料按粒度大小进行分选的一种单元操作。 粉磨粉磨+ +分级设备（筛分分级、流能分级）分级设备（筛分分级、流能分级）闭路闭路系统系统（一）、牛顿分级效率（一）、牛顿分级效率评价设备工作效率评价设备工作效率原料中实有粗粒量粗组分中实有粗粒量n1原料中实有细粒量细组分中实有细粒量式中：式中：a a、b b、c c分别为原料、粗细分、细组分中的粗粒比率。分别为原料、粗细分、细组分中的粗粒比率。(1-3-12)(1-3-12)%100)(1 ()(cbaac

21、aabn（二）、部分分级效率（二）、部分分级效率描述局部分级效率。描述局部分级效率。 部分分离曲线部分分离曲线 T T（），表征分级过程中各粒径颗粒进入粗组），表征分级过程中各粒径颗粒进入粗组分的概率。分的概率。 50%50%水平线与水平线与T T（）曲线交点对应的粒径记作）曲线交点对应的粒径记作d50d50，表示该颗，表示该颗粒进入粗组分和细组分的概率相等。粒进入粗组分和细组分的概率相等。二、固体筛分机理二、固体筛分机理 筛孔尺寸：方孔；圆孔。筛孔尺寸：方孔；圆孔。筛上料，筛下料，筛余百分数。筛上料，筛下料，筛余百分数。设：筛孔尺寸为设：筛孔尺寸为a a，筛网丝直径为，筛网丝直径为s s，颗

22、粒直径为，颗粒直径为d d。则：垂直方向通过筛孔的概率则：垂直方向通过筛孔的概率P P22)()(sadaPd d越接近越接近a a，P P越小，筛面倾斜，有效越小，筛面倾斜，有效aa，PP （0.7-1.10.7-1.1）a a的颗粒为难筛料。的颗粒为难筛料。另外，影响因素还有：另外，影响因素还有： 物料水分；物料水分； 筛孔形状；筛孔形状； 加料均匀性；加料均匀性； 料层厚度料层厚度。三、流能分级设备三、流能分级设备( (一一) )重力式分级机重力式分级机: :利用颗粒在上升气流中的重力沉降速度差进行分级。利用颗粒在上升气流中的重力沉降速度差进行分级。 气流上升速度气流上升速度0 0，颗粒

23、沉降速度，颗粒沉降速度0t0t， 当当0t0t=0 0颗粒悬浮；颗粒悬浮； 当当0t0t0 0颗粒沉降。颗粒沉降。（二）粗分级机（二）粗分级机 产品细度达产品细度达0.08mm0.08mm方孔筛筛余方孔筛筛余10-20%10-20% 粗粉分离器（一级分离）粗粉分离器（一级分离） 外循环式负压操作，结构简单，无运动部件，配风机，收尘器。外循环式负压操作，结构简单，无运动部件，配风机，收尘器。（三）离心式分级机（三）离心式分级机干法闭路磨干法闭路磨 第一代第一代 利用离心惯性力作用分级。利用离心惯性力作用分级。干法干法空气为介质空气为介质湿法湿法水为介质水为介质（四）旋风式分级机（四）旋风式分级机

24、 第二代第二代 用一组旋风筒取代离心机的内外筒间的细粉分离空间。用一组旋风筒取代离心机的内外筒间的细粉分离空间。 取消大风叶，用专用风机。取消大风叶，用专用风机。 优点：分选效率高；优点：分选效率高； 磨损小；磨损小； 调节灵活。调节灵活。（五）湿式分级设备（五）湿式分级设备 重力沉降重力沉降沉降槽、螺旋分级机、圆锥分级机；沉降槽、螺旋分级机、圆锥分级机； 水力旋流器水力旋流器离心沉降。离心沉降。（六）新型分级机（六）新型分级机 P50P50 日本小野田公司日本小野田公司O-SepaO-Sepa分级机，分级转子；分级机，分级转子； 克虏伯克虏伯 Sepol Sepol 分级机，用于立磨；分级机，用于立磨； 中国中国 DSDS组合式分级机。组合式分级机。4 4、超微粉合成、超微粉合成 1-100nm1-100nm超微粉颗粒显著出现两个特征：超微粉颗粒显著出现两个特征： 体积效应体积效应某些性能与同质大颗粒相比出现较大差异的现象；某些性能与同质大颗粒相比出现较大差异的现象； 表面效应表面效应表面与内部原子的数量之比达到不可忽略的程度时，某些物表面与内部原子的数量之比达到不可忽略的程度时，某些物 性发生改变的现象。如熔点下降，晶体结构异常。性