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砂磨机用研磨珠技术特点及应用知识浅析
2014年12月29日 发布 分类:粉体加工技术 点击量:5488
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     砂磨机的使用日益广泛,砂磨机用研磨珠种类也比较多,如何选择适合自身生产工艺和条件的研磨珠,是值得去探讨分析的。下面就以下几方面作简单的分析。 

       一、研磨珠的物理性能:

      研磨珠的密度

      各种研磨珠材质的分子量和百分组成决定了研磨珠的密度,常用的研磨珠的密度如下表所示。 

      通常情况下,比重越大的研磨珠,冲量越大,研磨效率越高,而对砂磨机的接触件(内缸、分散盘等)磨损相对比较大,所以浆料的粘度和流量的配合成为关健。低密度研磨珠适合低粘度的浆料,高密度的研磨珠适合高粘度的浆料。

        研磨珠的硬度

        莫氏硬度(Mohs)为常用的指标,硬度越大的研磨珠,珠子的磨损率理论上越低。常用的研磨珠及其他材料的硬度如下所示。

      如从研磨珠对砂磨机的接触件(分散碟、棒销和内缸等)磨损情况来看,硬度大的研磨珠对接触件的磨耗性虽大些,但可通过调节珠的填充量,浆料的粘度、流量等参数以达最佳优化点。

      研磨珠的粒径

      研磨珠的大小决定了研磨珠和物料的接触点的多少,粒径小的珠子在相同的容积下接触点越多,理论上研磨效率也越高;另一方面,在研磨初试颗粒比较大的物料时,例如对于100微米的浆料,D=1mm的珠子未必胜用,原因是小珠子的冲量达不到充分研磨分散的能量,此时应采用粒径较大的珠子。

     二、研磨珠的材质成分

     研磨珠按材料的不同可分为玻璃珠,陶瓷珠(包括硅酸锆珠、二氧化锆珠,二氧化铝珠,稀土金属稳定的二氧化锆珠等)、钢珠等。

    由于化学组成及制造工艺的差异决定了研磨珠的晶体结构,致密的晶体结构保证了珠子的高强度,高耐磨性和低吸油墨等。各种成份的百分比含量的不同决定了研磨珠的比重,高比重为研磨高效率提供了保证;研磨珠的化学组成在研磨过程中的自然磨损对浆料的性能会有一定的影响,所以除了考虑低磨损率外,顾忌的化学元素也是要考虑的因素。如研磨磁带粉或其他电子元件浆料,金属Fe、Cu 等元素应避免,含有Fe2O3 或CuSO4 等成份的研磨珠就不在选择之列,故选择锆珠往往是此行业的普遍选择;如研磨农药、医药和生化方面,重金属为顾忌元素,而PbO为最常见的成分。总之,珠子的化学组成所决定的一些物理性能(硬度、密度、耐磨性)和本身的磨耗对浆料的污染情况是选择研磨介质要考虑的因素。

      三、选择研磨珠的基本原则

      1、依物料的粘度高低选择不同密度材质的研磨珠。

      2、依原料颗粒大小和产品所要求的细度选择合适尺寸的珠子。 

      3、检查研磨机的分离器或筛网孔径选择合适尺寸研磨珠,间隙应为最小珠子直径的三分之一。例如:使用 1.2~1.4 mm 的珠,间隙应为 0.4 mm 。 

      4、不同品牌珠子不可混合使用,尽量避免大小珠子的混合使用。

      5、如何确定锆珠的粒径:

      1、研磨设备的要求:

       A筛网分离:珠子的最小直径=筛网的缝隙/1.5;

       B环式分离:珠子的最小直径=环的缝隙/3;

       2、工艺要求:

      A物料的初始直径:珠子的最小直径=物料初始直径*30~50;

       B物料的最终直径=珠子的直径。

       四、研磨珠破碎问题浅析

       我们选择好研磨珠后,如何正确使用它,避免研磨珠的破碎,尽量延长研磨介质和砂磨机接触件的寿命。

      1、研磨珠自身的缺陷

      市场上现流行的玻璃珠、硅酸锆珠和纯锆珠,就生产工艺来说,基本上为电熔法和烧结法两种。珠子在热空气、冷空气或电解液中成型,如在某一关健技术参数没控制好,就会产生四类有缺陷的研磨珠:易碎珠:气泡珠、雪人珠、尾巴珠、扁平(椭圆)珠。以上珠子因带有应力集中区域,在研磨当中容易破碎,故选择珠子时,应尽量避免此类珠子。

      2、珠子的正常磨耗和破碎的判断

     通常情况下,工作一段时间的研磨珠变小,表面圆滑而不带棱角,这应是正常珠子的磨耗;相反,如珠子当中出现带棱角、片状异形珠时这应是产生了碎珠。

      3、碎珠产生原因
      就珠子本身而言,一方面是珠子的质量问题,另一方面或者是此种材料的珠子强度不能胜用某种型号的砂磨机。如瑞士的Dyno-mill ECM卧式砂磨机和德国Drais的DCP立式砂磨机,因输入的能量密度比较高,通常建议使用纯锆珠。另外,研磨珠在砂磨机正常工作下,以受到大约1公斤的压力,相对玻璃珠能承受约5000公斤力和硅酸锆珠9000公斤而言,研磨珠在砂磨机中的受力是微不足道的,所以碎珠的原因应集中在设备上和工艺上,而采取相应的解决办法

      4、碎珠问题解决思路

      4.1 检查设备状态

A 检查分散盘,看是否存在分散盘装反、松动或裂损等问题。

B 检查分离装置,观察动态筛圈是否有缺口,筛网是否破损。

C 检查进料泵,有可能存在齿轮泵突然关掉后,砂磨机内压力将珠子反压到泵内的情况。这种情况可以通过加装单向阀尽量避免,同时保持定期清洗进料泵。

D 检查内缸是否有缺陷。

     4.2 检查生产操作流程

 A 看是否有大小珠子混合情况。此种情况刚开始有提高研磨效率的迹象,但随着研磨时间的加长,产生了大珠磨小珠的情形,最后加快小珠的变形以至破碎。解决方法是尽量使用粒径均一的珠子。

B 检查是否不同品牌珠子的混合使用。因各种珠子的硬度、密度等不一致,容易产生硬珠子吃软珠子的情形,故应杜绝此种形式。

C 检测浆料的粘度是否过稀或过凋。相对一定密度的研磨珠而言,粘度过高容易造成珠子的堆积和直接接触砂磨机的磨损件而加快珠子的磨损和破碎。

D 检测物料的流量是否过快。流量过快会造成珠子积压在物料出口处,而加快此处的珠子与砂磨机配件的磨损。解决方法是先采用间歇开机的方法将积压研磨珠弄松,并重新分布均匀,再调节物料的流量。

   由于珠子的自然损耗,珠子的粒径会越来越小,为了保持统一的填充量和避免细珠子堵塞或进入分离装置,应依研磨珠的寿命和用户本身工艺的条件来筛珠和补充一定量的研磨介质。建议 100 — 200 工作小时后筛珠和添加适量的新珠子。

       五、研磨珠发展趋势

       1、研磨珠粒径愈用愈小

       砂磨机设备从全球第一台使用粒径较大研磨球的搅拌式球磨机诞生,发展到使用粒径较小的研磨珠的立式砂磨机、卧式砂磨机以及各种带改良功能的超细研磨新一代砂磨机,使用的研磨珠的粒径愈来愈小。其主要有两个推动原因:

      A 物料研磨最终细度微米甚至亚微米化 :由于研磨机内的物料是通过运动中的研磨介质的接触作分散和研磨,研磨介质粒径越小而接触点越多,最后达到较高的研磨效果及较小的研磨细度。实践数据告诉我们,当改用粒径较小的研磨珠时,研磨物料细度得到明显的提高。

      B砂磨机分离装置的改进使用超细研磨珠成为可能。允许使用的最小研磨珠粒径已成为评衡砂磨机质量档次的一重要指标。分离装置设计和制作材料的每一次革命,都带来了使用研磨珠颗粒变小的一次飞跃。分离装置从静止传统的扁平Nickel网到带三角横梁的Johnson网以及到动态的环式分离器和套筒式Cartridge网,除使用寿命延长之外,能使用研磨介质的粒径越来越小,而同时又不明显影响物料的流量。

      2、比重愈用愈大

       从动力学公式P=mv可知,珠子的冲量P与珠子的质量m成正比,密度越大的珠子运动能量就越大,研磨效率也相对越高。由于韧性较高的无机颜料(如碳黑、酞青蓝、氧化铁等)需要超细研磨,加之要追求更高的研磨效率和理想的光泽度,使用高密度的研磨珠业已成为一条解决途径。

      砂磨机生产制造技术的提升也使得高密度研磨珠的广泛使用成为可能:

A高输入能量密度砂磨机的产生:现代砂磨机的发展趋势之一是研磨缸的体积变小,而配置的马达功率变大,所输入能量密度就急剧增大。现代砂磨机的能量密度为传统砂磨机的4倍甚至更多。这就使得有效带动高密度的研磨珠(如纯锆珠)成为可能。同时因研磨区域的高能量分布,只有高抗压强度和耐磨的研磨介质才能胜用。

B砂磨机接触件材质质量的提高 :砂磨机的接触件(如内缸、分散碟、棒销和分离装置等)采用了坚硬耐磨的硬质合金(如碳化钨)及陶瓷(如碳化硅、氧化锆等)等高性能的材料,可抵挡因如纯锆珠本身高能量和高硬度的冲击和摩擦所带来的磨损。

     3、珠的粒径偏差愈来愈小

均匀粒径的研磨珠

      对于砂磨机,均匀粒径的研磨珠体现出其优越性,一方面是对物料细度的狭窄分布有一定贡献,另一面是大大减小碎珠的产生而减少砂磨机接触件的磨损和避免对产品的污染。如今市场上通用的耐诺研磨介质粒径偏差保持在0.2mm。均匀的珠子因制作工艺较复杂,所以市场价格也相对较高。

(粉体圈 作者:梧桐)


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