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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)計研究院有限公司

1氣流粉碎機

氣流粉碎設(shè)備是利用高壓空氣、惰性氣體或者過熱蒸汽膨脹降溫加速來形成高速流場，帶動物料粒子在射流流場內(nèi)互相沖撞、摩擦、剪切來實現(xiàn)物料細化的。從整體結(jié)構(gòu)上可分為射流式氣流粉碎機和流化床式氣流粉碎機兩種；從噴嘴氣流速度來看，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)上主要有圓盤式、對噴式、循環(huán)管式等。氣流粉碎設(shè)備中的物料粒子的動能來源是壓縮氣體，當高壓氣體在拉伐爾噴管中加速膨脹時，壓力轉(zhuǎn)化為物料粒子的動能。當物料粒徑不均勻時，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；當物料粒徑較為均勻時，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量摻混，在摻混流的帶動下，物料粒子均勻碰撞、摩擦，而得到較均勻的細化顆粒。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)點是加劇了對流場的干擾，因而其擾動更加劇烈，粉碎效率也就越高，缺點是磨損脫落的靶材會對成品構(gòu)成污染[2]?？偟膩砜?，高速氣流膨脹降溫，即使摩擦產(chǎn)生一定的熱量，也會被不斷進入的氣流帶走，因而流場內(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。高速湍流的速度場較為飽滿均勻，因此氣流對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)相對簡單，可控性好，生產(chǎn)過程連續(xù)性好，因而產(chǎn)量也高。但這種工藝不適用于類似氧化硅、碳化硅等硬度較高的物料，其對硬度相對較低的顏料、石墨等粉碎效果理想，可達0.2～3.0μm量級[3]。國內(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所示改進后的對撞式流化床氣流粉碎設(shè)備，通過延長傳輸區(qū)并加長磨體的方式，使得傳輸區(qū)氣流平穩(wěn)、分級輪負荷減小，從而在較低能耗下獲得更為理想的粒徑和更高的產(chǎn)量，且機器運行平穩(wěn)、噪聲小。此外，國產(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步。

2機械沖擊式粉碎機

機械沖擊式粉碎機的機理是使物料粒子高速運動而產(chǎn)生相互間摩擦、碰撞來實現(xiàn)粉碎細化，但其粒子的能量來源不同于氣流粉碎設(shè)備，而是通過電機帶動攪拌桿或者攪拌盤等其他形式的擾動件實現(xiàn)動量的傳輸。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，機械沖擊式粉碎機中，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，也是國內(nèi)發(fā)展較為良好的一類粉碎機械[4]?；谠擃惙鬯樵O(shè)備的破碎方式，機械沖擊粉碎最大的問題就是沖擊件的磨損問題，磨損脫落的沖擊件材料不可避免的會對產(chǎn)品造成污染，高耐磨材料的開發(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，對沖擊件進行適當?shù)睦鋮s也是必須的，而且物料必須是非熱敏礦材。機械沖擊粉碎機也有其優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、操作性好，單位耗能的粉碎量大，產(chǎn)品的細度可調(diào)，可適用于大多數(shù)礦石物料。國內(nèi)生產(chǎn)的具體型號主要有：JTM沖擊式粉碎機、CZM型沖擊式粉碎機、高速旋風超細粉碎自磨機等。

3攪拌磨

常規(guī)攪拌磨結(jié)構(gòu)如圖3所示，不同于直接的機械沖擊和氣流沖擊，攪拌磨通過電機帶動轉(zhuǎn)軸上的磨盤旋轉(zhuǎn)，在對物料形成沖擊和攪拌的同時，還對臨近磨盤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，又可以做分離機，結(jié)構(gòu)效率高，其產(chǎn)品的粒度分布均勻[5]。攪拌磨對高嶺土、方解石和鋯英砂等物料較為適用，例如對于高嶺土而言，產(chǎn)品中2μm量級的粒子數(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的產(chǎn)品的粉碎。當原料粒徑大于2.0μm時，存在產(chǎn)量小、磨損成本高的難題[6]。

4振動磨

振動磨一般是將原料和粉碎介質(zhì)(目前國內(nèi)多用直徑15mm的鋼球作為粉碎介質(zhì))放到一個圓筒中，由電機驅(qū)動帶有不平衡重塊等激振器的傳動裝置來實現(xiàn)物料與粉碎介質(zhì)之間的高頻振動，從而使得研磨介質(zhì)在圓筒壁面的約束下受到?jīng)_擊，進而與物料進行碰撞、摩擦以達到粉碎效果。此外，由于是在圓筒中，介質(zhì)塊存在高速的自轉(zhuǎn)和相對低速的公轉(zhuǎn)，高速自轉(zhuǎn)主要對物料起到疲勞破壞作用，是能夠?qū)崿F(xiàn)超細粉碎的關(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。在實際應(yīng)用中，硅灰、沸石、煅燒高嶺土等使用振動磨超細粉碎，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。振動磨要求的粉碎腔中的介質(zhì)填充率達到80%以上，因而其產(chǎn)量有限[7]。

(1)在選型時，可根據(jù)對產(chǎn)品的具體要求、加工量和原料物性來選擇粉碎機械。例如當需要嚴格控制外物污染時，可優(yōu)先考慮氣流粉碎機；要求產(chǎn)品細度較小時，可選擇振動磨。(2)目前國內(nèi)設(shè)備面臨的最主要問題：介質(zhì)磨的靶材的耐磨性、大型設(shè)備不足、整體能耗偏高等問題。解決對策除尋求耐磨材料外，對粉碎系統(tǒng)進行整體研究才是根本。(3)在發(fā)展趨勢方面，因為國內(nèi)的研究大多是基于試驗，對粒子具體的受力、流場分析較少。針對氣流粉碎機而言，可以考慮通過開設(shè)氣膜孔，在摩擦面上覆蓋一層保護氣膜來避免物料與腔體的磨損，可能是解決這一問題的辦法，可做相關(guān)探討、研究。