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超细粉碎机的粉碎机理研究

超细粉碎是非金属矿深加工的关键技术之一。我国自八十年代开始,研制成功多种类型的超细粉碎机,填补了我国多项空白。CM51型高速冲击式超细粉碎机就是其中的一种。几年来,它已广泛用于煤系高岭土、高岭岩、滑石、方解石、硅灰石、重晶石、石墨、叶腊石、云母等非金属矿的超细粉碎的生产实践,取得了较好的经济效益和社会效益。该设备不仅具有结构紧凑,占地面积小、破碎比大、流程短、能耗低等优点,而且还具有矿物超细粉碎和提纯的双重功能。是很多非金属矿,特别是用作涂料和功能填料的非金属矿理想的超细粉碎设备。本文对物料在破碎腔内的粉碎和选分机理进行研究和探讨。

1、 CM51型超细粉碎机的工作原理

CM51型超细粉碎机的结构如图1所示。超细粉碎机

物料经双螺旋给料机②给入粉碎机中。该机有两个直列粉碎室,中间由圆环形挡料环③、④隔开,每一粉碎室均有两组固定在主轴上的转子,在转子末端装有可更换的刀片。其中⑥、⑧两组刀片形状相同,并与主轴横断而有一定的夹角;⑦和⑨两组刀片形状相同,与主轴横断面无夹角。在每个粉碎室的底部,各设有一个排渣孔⑩,在磨矿过程中,难磨粒子和重矿物杂质进入⑩中,由排渣螺旋排出机外。从而达到节能和提高产品质量的目的。

该机主要由主轴带动刀片在机内高速旋转,依靠刀片与物料的冲击作用、刀片与衬板之间对物料的剪切作用,以及物料与衬板、物料粒子之间的撞击作用,达到粉碎的目的。

2、粉碎机理的研究与探讨

F= kmAv/At

在这里,刀片打击物料颗粒,与物料颗粒冲击刀片的力是一对作用与反作用力。因此根据上式可知,颗粒的质量越大,冲击速度越大,颗粒所受的冲击力也越大。在第一粉碎室内,刀片的末端运动速度可达64m/s,而且刀片打击矿粒可看成自由碰撞,故At很小,因此对给入的大颗粒冲击极大。因此第一粉碎室内物料主要以冲击粉碎为主。随着颗粒度的减小,所受冲击力也逐渐减小,当达到某一粒度时,物料被水平气流送入第二粉碎室。在这里单颗粒的粒度急剧减小,当直径为8mm的球形颗粒,粒度减小至20μm时,质量减小到原来的10-8左右,所受的冲击力也按相同数量级降低。因此在第二粉碎室中,物料颗粒主要以剪切和研磨为主。为此,我们做了多种试验,以求得到验证。

2.1  刀片磨损试验

我们采用山东平度滑石矿的二级滑石块,莫氏硬度为1.5,共处理矿石43. 24t,其刀片磨损情况见表1。粉碎机刀片磨损测试结果

从试验结果看出,刀片磨损从头到尾依次减少,而且第二室的刀片磨损量远远低于第一室,这充分证明物料在粉碎室内所受到的冲击作用依次减弱。

2.2  刀片与粉碎机衬板间隙大小对粉碎的

影响    在试验过程中,我们发现刀片与磨机衬板之间的间隙大小对微粉产量的影响很大。间隙的过大或过小均会使微粉产量降低,其间隙大小与微粉产量之间的关系如图2所示:根据所粉碎的矿所不同,间隙Hd一般为2~3mm,这表明在这种条件下,被粉碎物料所受的剪切和研磨作用为最大。当间隙过小时,较大的颗粒难以进入刀片与衬板之间,当间隙过大时,刀片与衬板之间的颗粒层过厚,使之剪切和研磨作用减弱,因而影响微细粉的产量。磨机刀片与衬板间隙对产品产量的影响

同时我们还进行了柔性物料(云母)与脆性物料(重品石)的粉碎试验;相同物料(硬质高岭土)不同入料粒度组成的粉碎试验。发现脆性物料比柔性物料的处理能力高2~3倍。- 8mm硬质高岭土的处理能力比用一325目硬质高岭土粉作为入料的处理能力更大。这些实例都充分证明,该机第一室以冲击粉碎为主,第二室以剪切研磨粉碎为主。根据不同粉碎对象,调整给料粒度组成,是充分发挥该设备能力的关键因素。

3、分选机理的研究与探讨

该超细粉碎机

与众不同的是在每个粉碎室的下部各设有一个排渣孔(见图1)。使混入的杂质和难磨粒子得以及时排出机外,对降低能耗、提高产品质量起到明显的作用。粉碎腔内运动气流示意图

如图3所示,在粉碎过程中粉碎腔内形成两个不同的气流。一个是以两个挡料环内经为直径的水平运动气流,它是由尾部风机形成的,主要起输送物料的作用,简称输送区;另一个是环绕水平空气柱作圆周运动的环绕气流,它是由转子带动刀片高速旋转,再带动空气形成的,促使物料与空气流一起做高速圆周运动,简称粉碎区。在粉碎区内,大颗粒物料和密度大的难磨粒子,所受的离心力也大,在旋转过程中被抛向机壁。而刀片各质点的线速度越靠近机壁亦越大,故有利于大颗粒的粉碎。而难磨粒子一般密度比较大,当被粉碎到一定程度后,主要运动轨迹是沿机壁做圆周运动,当运动至排渣口时,被排渣螺旋带出机外。

在粉碎机腔体内,水平气流的风速可达12. 67m/s,根据流体力学原理,该区是负压区。在粉碎区内被粉碎到一定粒度的颗粒会被吸入到水平气流中。在水平气流中,任何一个颗粒都具有两个分速度,一个是水平运动速度Vx,另一个是垂直沉降速度V,。Vy为颗粒的干涉沉降速度,其大小适合于斯托克斯公式范围,故在相同条件下,比重大的、粒度大的颗粒Vy亦大,当V,大到一定程度时较大颗粒又返回粉碎区的环流中进行再磨。

我们对滑石和硬质高岭土分别进行了试验研究,结果列于表2中。物料寒铁量化学分析

从化验结果可知,人们一直担心的磨矿过程中的铁污染问题,在这里得到了很好地解决。综上所述,CM51型超强粉碎机内部的气流运动相当一个平卧的空气旋流器,在环绕气流(粉碎区)和水平气流(输送区)的交界面上形成一个过渡区(紊流区),在这里物料进行了多次“淘洗”,及时把合格产品送入水平气流排除机外,同时又能把不合格粗颗粒送回环绕气流进行再磨,有利于提高设备的粉碎效率,降低粉碎能耗。

4、结论

(1) CM51型冲击式超细粉碎机是一种高效、节能型的超细粉碎设备。它具有结构简单、配套设备少、流程短、破碎比大、节能、无污染等一系列优点,特别适合非金属矿中小型深加工企业。

(2)该设备两个粉碎室的结构表明,第一室以冲击粉碎为主,第二室以剪切、研磨作用为主。因此,它适合于处理- 8mm以下的混合料。对于- 200目以下的粉料,无法发挥第一室的冲击作用,致使设备处理能力降低,能耗上升。

(3)该设备的排渣功能可以时排除混入的杂质和难磨粒子,尤其是常规磨矿中的铁污染问题得到解决。这种集超细粉碎与排渣提纯的双重功能是该机有别于其它超细粉碎设备的特点之一,这对非金属矿,特别是用于涂料、填料行业的非金属矿微粉的除铁、除钛、以及除各种重矿物杂质等,该机有独到之处。