超微氣流粉碎機研制與應用

#第22卷增刊1999年6月非金屬礦Non-Met-aJlic MinesVol.22 Special hsueJune, 1999超微氣流粉碎機研制與應用G/蔣新民王新功左金（中國空氣動力硏究與發(fā)瓜中，斎連所.安縣 621000摘 更 介毎了觀所利用航空.就夭空弋動力爐技術研制成功的CP A刊應"空七沌粉耳分工機的工作扁理、甘克、&用及此類設的 E內外*展帳況。垃項技末填補了四內空白其左矣杜純描娠達別了國什嚴炎說的丸進水平。關!詞乞瀝粉耳毛瀝分版粉體材肝77 #現(xiàn)代高新技術產業(yè)也對粉體材料提出了特殊要國阿爾佩內公司，美國噴射微粉磨公司、流能加丄和#求它們應具有扱細旳顆粒、極高的純度、嚴格的粒 度分布、一定的晶形。要達到這一要求傳統(tǒng)的機械 粉碎如球磨機、雷蒙磨籌設備已無能為力c氣流粉 碎、氣流分級技術在超微粉碎工程中所占有的重要 地位也越來越明顯國家科委已將趙微粉體材料與 技術工程列為“九五”重點高科技項目加以推廣，在 國內許多省市，近兩年逐步形成了幾個規(guī)模不同的 超微粉體研制與生產工程中心。有的巳有產品走向 市場，所生產的超細材料已逐漸替代進口產品C我所將用于航空、航天的空氣動力技術服務于 國民經濟建設，自1985年開始研制超聲速超徽氣流 粉碎分級設備，1986年8月研制成功樣機同年10 月通過技術鑒定，1987年投入生產，1989年獲國家 專利，1990年獲國家計委、國家科委、國防科工委、 外經貿部簽發(fā)的軍轉民高新技術產品銀獎，總后勤 部頒發(fā)的全軍優(yōu)質產品獎。我所的CP系列趙聲速 超微氣流粉碎分級機,1998年列入國家級火炬計劃 項目。因其發(fā)揮了我所技術優(yōu)勢，該機主要性能指 標達到國外同類產品水平，并銷往全國二十多個省 市自治區(qū)。從研制到形成系列，已過去了十多年。1國內外槌況制備粉體離不開粉碎設備，氣流粉碎設備能疑 利用率較一般機械設備高，適用于干法生產超微粉 體。雖然這項技術研究在國外已有近個世紀的歷 史，但大規(guī)模工業(yè)應用和開發(fā)也只是二十多年的事 七十年代末由于新材料的研究需要，各大公司紛紛 組織力量研制新型樣機。為降低能耗，提高粉碎效 率，相繼研制成功一些超聲速的氣流粉碎機及新型 分級機投入工業(yè)應用，美國、徭國、日本等國基本上 壟斷了國際市場，日本就有數(shù)十家機構和設備制造 公司。如日本風動工業(yè)株式會社、日曹技術成套設 備株式會社、細川工業(yè)株式會社、東芝、日立公司，德 裝備公司等。國際上流行的扁平式、循環(huán)管式、單噴式、對噴 式、流化床式（也稱沸騰床式）等五種代表機型，均形 成各自的系列，向大型化、多樣化、專用化方向發(fā)展。 為節(jié)能和提高粉碎效率，對某些物料利用過熱蒸汽 作工質;為制取金屬粉末及一些粉末狀食品.采用冷 凍粉碎技術，即降低工質及固相物料的溫度.達冷脆 點進行粉碎。氮氣、二氧化碳及惰性氣體保護粉碎， 已應月于易燃、易爆物料的粉碎。他們重視基礎研 究，一些新技術正在向工業(yè)化方向過渡。與此同時. 多級分級、自動檢測、全線自動控制等技術.已應用 于專用設備上。我國超微粉碎技術起步較晚隨著我國實行改 革開放，不少企業(yè)為使產品更新?lián)Q代在八十年代初 花費大量外匯從國外弓I進了一些小羽扁平式氣流粉 碎機、許多大專院校及有關企:業(yè)對國外的技術設備 進行了研究，制成了樣機，但與國外相比，普遍存在 著型號少、處理能力低、能耗高、磨損嚴更等缺點同 時缺乏有效的分級設備與粉碎設備配套。八十年代 后期，從沿海到內地，有關企業(yè)已逐漸認識到這一深 加工技術對改善制品性能，提高產品經濟效益及國 內外市場競爭能力有很重要的作用，國內已有數(shù)十 家企業(yè)、院校撥出款項投入人力探索氣流粉碎及分 級技術，有的企業(yè)已有產品供應市場。但不少機種 仍存在著粉碎效率低、系統(tǒng)不匹配、處理罐小、分級 精度差、能耗高、粉碎硬質物料磨損嚴重等缺點。隨 著國民經濟的發(fā)展，相信超微粉碎分級技術會有一 個更大的發(fā)展。2氣潦粉碎、分級原理氣流粉碎的難點，是粉碎、分級、系統(tǒng)匹配設計 等三方面。粉體制備的主要途徑是粉碎。提高粉碎 效率、降低能耗是研究重點。，實踐證明，氣流粉碎、 尤其是超聲速氣流粉碎，是粉碎工程唯一高效的粉 碎設備。分級通常稱之為篩分，粉體細度小于40尸工 業(yè)上無法生產篩分機具。粉體小于40沖，甚至數(shù) 卩m,或l“m以下時，由于粉體的表面積增大，即表 面活性增加而無法篩分。另一方面，氣流粉碎設備 雖然是一種高效粉碎設備但粉碎的物料并不是一 次全部合格，如要滿足一定粒度分布,這就需要一種 方法，將合格粉休提取，而不合格的粉休再回到粉碎 設備中去線續(xù)粉碎“要制取所需的超細粉體，氣流 分級技術就顯得十分重要=氣流粉碎分級工藝流程，通常由凈化的氣源系 統(tǒng)、供料、粉碎、分級、收集、除塵、包裝等部分組成.物料的粉碎過程，實際上是在粉碎力的作用下， 塊狀和粉粒狀物料破裂的過程。氣流粉碎，則是高 速氣流使物料加速獲得足夠的動能，在混合、加速的 過程中，分散于湍流中的物料相互碰撞、磨擦，從而 達到粉碎目的U單噴式氣流粉碎機，又稱靶板式氣流粉碎饑 這里介紹的是一種超聲速單噴氣流粉碎機，一定壓 強的凈化空氣，經一特殊型面設計的超聲速噴嘴產 生超聲速流，需粉碎的物料由噴管喉道后部，引入噴 嘴加速、混合，相互沖撞，并以高速沖擊堅硬的靶頭， 瞬間進一步粉碎，氣固混合流送往分級機分級。近 年來出現(xiàn)的這種粉碎機，粉碎強度較大，是粉碎延展 性材料、金屬粉末、纖維狀物料、高分子聚臺物、粉末 涂料的良好設備。美國采用這種粉碎機粉碎高氯酸 錢作火箭推進劑，效果頗好對噴式氣流粉碎機，與單噴式氣流粉碎機不同 的是，破加速的物料不是沖擊靶板，而是相對的兩股 高速氣流帶著物料在粉碎室迎面相撞，而達到粉碎 的目的。氣固混合物送往分級機分紙。這種粉碎機 同樣粉碎強度大.效率高、磨損面積很小，特別適合 粉碎高硬度材料.結構校簡單。除與上述單噴式相 同的特點外，而且是目前世界上應用面最廣的設備. 也是超聲粉碎設備中成熟的大型化設備之一美 國、前蘇聯(lián)應用最多c流化床式氣流粉碎機下部為粉砰區(qū)，上部為分 級區(qū).物料通過加料器進入粉碎區(qū)，粉碎區(qū)周邊有均 勻分布的超聲速噴嘴（一般3-6只）氣流交匯點速 度矢屋和應為零、物料不經噴嘴=超聲速流建立時. 懸浮于粉碎室的物料被各噴嘴氣流加速，帶向交匯 點而被碰撞粉碎。被粉碎的物料隨廢工質上升進人 分級區(qū)，在旋轉葉輪離心力場作用下分級，不合格粉 再進入粉碎室粉碎這種粉碎機，星在對噴式弋流 粉碎機的基礎上發(fā)展起來的一種新型粉碎機。這種 粉碎機如果粉碎區(qū)（含噴嘴）設計較好，內腔用聚氨 酯耐磨材料作襯里，分級部分用特殊陶瓷作葉輪，則 磨損較小。由于該機型分級區(qū)流場不均勻，僅適于 微粉生產。目前，德國Alpine公司產的這種粉碎 機，技術上較為成熟。以上介紹了三種氣流粉碎機，雖然原理都不復 雜，隨著氣固兩相流的流動機理研究的日越成熟，超 聲速氣流粉碎技術在七十年代末、八十年代初才在 粉休工程中出現(xiàn)。氣流粉碎的設計關鍵是噴嘴設 計、要保證出口的馬赫數(shù)及出口的流型，不允許氣流 過度發(fā)散；噴嘴岀口氣流勢心帶（菱形區(qū)）要保證一 定長度等n在氣流粉碎機研制之初，從計算方法的 確定、型面曲線修正、起始擴散角控制、混合比探索 等方更.作了大雖基礎性實驗研究工作、通過不少噴 嘴選型實驗，從而保證了氣流粉碎機的良好性能u氣流分級原理有重力、慣性、離心三種、隨粉體 性能差異及工業(yè)上的不同用途，分級種類、形式很 多，應用最多的是MS型及MSS型分級機，屬離心 力場分級的典型分級器，是國外工業(yè)上應用最多的 分級器。離心式分級器設計，要求兩個以上的分離力在 分級器內部某一區(qū)域長時間作用；分級區(qū)氣流不能 產生局部渦流；粉體在分紙區(qū)一定要分散性好；分離 后的粗、細顆粒不再混合，應迅速排出C要達到上述要求，分級器結構設計至關重姜n 我們對轉子葉片的形狀、安裝角度、數(shù)量，氣流參數(shù) 的控制轉子的轉速等十多種影響因素，都進行過大 童離選試驗.達到良好的性能指標，其分級效率在 85%以上.6,般在5 - 10Mm.平均粒徑 2。在 0.3 3卩 m；,3國內首創(chuàng)的先進技術“CP系列“是采用超聲速氣流沖撞原理，和離心 式微粉分級機對物料實現(xiàn)全密閉、干式、低溫、瞬間 超微粉碎與分級的。1985年我所研制岀首臺超聲 速趙嗷氣流粉碎分級機并進行了大量的物料超微 粉碎分級試敢后、有關部門組織國內粉體行業(yè)的專 家對該機進廳了技術性能鑒定 鑒定會上，專家根 據(jù)檢測結果一致認為：粒度檢測達到日本風動工業(yè) 株式會社的超聲速噴射式氣流粉碎機和細川公司的 MS型微粉分圾機的粉碎和分級水平、“該機設計先 進、結構簡單合理，操作維護方便，是國內首先研制 成功E勺一種超聲速超微氣流粉碎與分級裝置，填補 了國內空白二該機具有獨特的四個優(yōu)勢；一是粉碎 范圍廣，可超微粉碎莫氏硬度1-10級的物料，能制 取其它粉碎機難以制取的超微粉，持別適用于高硬 度、高磨削性物料和纖維狀、片狀等晶形物料的超微 粉碎;二是分級精度高，設備配有專用氣流分級機, 可方便地調節(jié)和控制成品的粒度分布，平均粒徑可 達0.53沖1;三是產量大、磨損小，現(xiàn)巳形成的“CP 系列“共有三種類型（單噴型、對噴型、流化床型13 種型號，產量從0.5kg/h 1500kg/h,粉碎效率高、 能耗低、設備磨損面小，適用于批金生產；四是不改 變物料化學性質不污染產品和環(huán)境。由于整個粉 碎過程在低溫、瞬間條件下進行，不僅可獲得高純度 超微粉體，而且物料原有化學性質不改變，是低熔 點、熱敏性物料超微粉碎的理想設備。同時，該設備 全封閉負壓運行，并配有凈化處理裝置和消聲設備， 不僅異物不會混入，而且不會污染環(huán)境。根據(jù)國外 現(xiàn)有資料報道，“CP系列"同國外同類機型相比，其 主要性能指標巳達到90年代初期的國際先進水平， 而價格卻只有同類進口設備的1/10.4前途廣阿的應用領域雖然物料的超酸粉碎技術，毘近年才得以迅速 發(fā)展的新工藝技術，但卻有著廣闊的應用前景。經 多年實踐，我們的“CP系列”巳對300余種物料進行 過超微粉碎和分級，均取得滿意效果。其中包括：金屬類傲、鈦、鉆、錯、鋅、銹、鋁、鐵鐮合金，以 及錯楝合金等金屬及金屬礦物；非金屬類：云母、石墨、焦炭、炭黑、石棉、硫磺、 高嶺土、硅藻土、鋁訊土、膨潤土、金剛砂、皓英砂、碳 化硅、碳化硼、氮化劇、單晶硅、滑石粉、鈦白粉、金紅 石、硅灰石、白云石、海泡石、坡縷石、地開石、莫來 石、重晶石、凹凸捧石、磷扶、鐵碳、敎鐵硼、氧化鋅、 氧化鎂、氧化鋁、氧化鐵紅、四氧化三鐵、氫氧化鋁、 二硫化鋁、碳酸鈣、硫酸鎖等；化工類：聚四氟乙烯、氧化鐵紅、四氧化三鐵、氫 氧化鋁、二硫化鋁、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、高氯 酸鉀、樹脂及一些金屬鹽類等；食品類：包括調味品（如干姜、胡椒、八角、花椒 等、肉類（如雞肉、蝦、蛇、鱉等）、蔬菜瓜果類（如山 楂、蕨菜、馬鈴薯等、谷物類（如玉米、養(yǎng)麥、黑米 等）、豆類、菌藻類（如香茹、蘑菇、銀耳、黑木耳、紫菜 等）、葉莖類（如銀杏葉、杜仲葉、枇杷葉、茶葉等、營 養(yǎng)強化劑類（如骨粉、花粉等）；中藥材類：五倍子、雞內金、抱子粉、何首烏、靈 芝、三七、雪蓮、黃英、當歸、天麻、蟲草、膠股藍、貝母 等。以上各類物料在國內各省有著極為豐富的獵 料，如果能夠利用現(xiàn)有的先進技術和設備，對豐富的 原料進行廣泛的利用，深加工成為超微細粉體，就可 顯著提髙我國化工、電子、塑料、陶瓷、建材、醫(yī)藥、食 品等行業(yè)產品的檔次，成為升級換代不可缺少的高 新材料，和具有國際競爭能力的新產品。近幾年來， 我所與西南工學院礦物材料及應用研究所合作.對 淺色非金屬礦的超細效應進行研究，使CP系列超 聲速氣流粉碎設備在功能方面又有了新的發(fā)展。毫 無疑問，超微粉加工技術具有廣闊的發(fā)展前景。23