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以高速磨机为中心的微粉技术 |
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作者：上海索微粉碎机械有限公司 赵佳群 |
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微粉碎机可分为轧辊式、高速回转式、媒体式、气流式、摩擦剪切式等多种。其中，告诉回转粉碎机主要是用高速回转的转子产生冲击、剪切、摩擦作用，实现粒子的微细化。
这种形式的粉碎最早为捶击式，是一种历史悠久的典型粉碎机。但是，近年来，由于从不同角度进行研究，逐渐开发了许多新机种。特别是对于新材料的出现，已经开发出许多更高性能、更高效率的粉碎机。例如：作为静电复印的显像粉剂，为了实现这种调色图来噢的精密级粉碎、过去大多采用气流式粉碎机，但最近已开发出新结构的机械式高速回转粉碎机，实现了能耗低、效率高的微粉碎处理。 
AM系列冲击式超微粉碎机
1高速回转粉碎机的分类、特点和应用技术
高速回转粉碎机的粉方法有很多种。根据形状和结构可分为锤击式、转盘式、轴流式、环形式。另外，根据粉碎原理又可划分为冲击粉碎式和摩擦（压缩、剪切）式两大类。图1的分类还显示出了个中粉碎机的平均粒径和粉碎能力之间的关系。
1.1锤击式
锤击式是在回转转子上安装固定式或摇摆式的振锤或叶片。作为分级机构，多采用筛网进行从中碎到100µm的较粗粒子的粉碎。 在他的转子上，通常安装马镫状的摇摆锉，适合周速最高达100m/s的高速回转，因此也有高的粉碎能力。
1.2转盘式
转盘式如销磨机或涡轮式磨机。在转盘上固定着销或叶片等冲击元件，是一种直径方向比轴向更大的装置。这种形式的粉碎机一般比锤击式有更大的周速。所以可能进行更微细的粉碎。作为分级机，除了采用筛网之外，还采用截口点更小的风力分级机。另外，为了能使冲击时的相对速度更大，已设计了使用2个回转圆盘逆向回转的微粉化结构。
AM是这种微粉碎机的通用机型。图3示出AM粉碎机结构原理。它主要由冲击时粉碎室和气流分级室两部分组成。粉碎室由粉碎转子和带圆弧漕的定子构成。转子盘上面装有舒数量不等的锤头，其周速高达100m/s乃至更高。分级室由分流环和分级叶轮构成。粉碎和分级分别由各自电机带动，由于内装可调速的空气分级器，因而可得到所需的合适粒径分布均匀的制品。经分级后的粗粉，再度回到粉碎是室粉碎。AM粉碎机的特点是进风量大，可以抑制温度上升，非常适合各种粉体涂料、树脂原料和热弱性材料的粉碎。其应用范围也广泛。
近来对本机进行了新的开发。通过改进转子上的冲击元件，增加了物料粉碎过程中碰撞机率，因而提高一倍以上粉碎处理能力。另外，为适应用户便于清洁的需要，本机也采用开口式结构，使一种便于清洗的机型。
1.3轴流式
轴流式粉碎机物料在粉碎过程中一边回转，一边做轴向移动进行粉碎。为了控制产品粒度，在冲击元件和分级结构上进行改进，实现转速和风量的调节。
在2个粉碎室的出口处安装内经不同的环状物进行粒度控制。另外，在本装置中，没有被粉碎到一定尺寸的残留物，通过螺旋喷嘴排出。原料进入锥形料斗后，被装在粉碎室和衬套之间的小型冲击元件粉碎，更通过有效的压碎剪切效果，达到数m的最微小粉碎。另外，还开发出转子转轴的偏心回转，压缩效果更高的粉碎机。
JM立式高速回转粉碎机更是另一种高性能轴流式微粉碎机。 有加料器定量共给并与空气一起从下部吸气口进入机内的物料，经皮带拖动的高速旋转的转子沿圆周方向均匀分散后到达转子与定子衬套之间形成的粉碎区。转子和定子陈套的表面部分分别制成特殊形状的多沟槽，并于定子衬套壁面摩擦为主的粉碎。这种与通常依靠转子叶片棱角的冲击力进行粉碎机理很不相同。本机的基本上制品粒度范围d50=5-20µm，分布均匀，且有球状化效果，电能消耗省。图5示出这种机型的粉碎原理和外形。
1.4环形式
环形粉碎机是轴流式粉碎机的一种。其转子和衬套件留很小间隙，两者表面都加有许多沟槽。粉碎过程中在其中形成强烈的涡流，与这种有效粉碎密切相关。它比其他粉碎机更能得到均匀的剪切速度场。所以能保证粒度十分均匀的微粉产品。
通过粉碎带的流体模拟可以看出高速回转的多叶片和衬套周边的流体分布。在叶片的间隙部分发出小涡流，促进粒子的频繁撞击和粉碎。
这种粉碎原理不同于历来的高速回转粉碎机，也有别于气流粉碎机。从图7可以看出这种粉碎机的粉碎处理能力和产品平均粒径与过去高速回转粉碎机比较。例如：对纤维素来说，应对该机能将纤维粉碎到30µm以下，这一点是过去的高速回转粉碎机难以实现的。
由于本机能单独设定粉碎和分级部分转速，所以能将产品平均粒径控制在5-10µm较宽范围内随意变化。
环形粉碎机还可以用于粒子的球状化处理。如对静电照明用的调色涂料，不仅要求粒径，还要求形状和表面特性，这是因为这些特性对涂料粒子的带电性、流动性、清洗型具有很大影响。可以通过调节原料在机内的滞留时间或处理温度等方法来满足这些要求。
1.5刀片式
刀片磨机利用高速回转的锐利刀片和固定衬套之间产生空气涡流，使粉碎物之间发生碰撞、剪切来实现粉碎。
该机对难粉碎原料（纤维质、弹性质）粉碎特别有效。为了能清扫机内的残留物，采用了门盖方式，打开门盖，粉碎转子露出，很方便清洗，对于食品工业小批量多品种特别适合。
该机平均粒径可达10µm，粒度分布范围窄，其能量消耗仅为气流磨的一半。
2高速回转粉碎机的粉碎极限
高速回转粉碎机如上述可分为多种形式，即使在一种粉碎机中也复合了冲击、剪切、磨擦等不同粉碎机原理。所以应看成复合作用，但在冲击式粉碎机中，粒子和冲击元件的冲击速度是起决定性主要因素。
另外，粉碎效果不仅和粉碎机的机械条件相关，也和物料的物性相关。原料为脆性材料是，冲击远见给粒子最大的冲击力Pmax[N]，可以根据Hertz接触应力理论推算出大概值，然后根据这个冲击力，利用平松式算出粒子内部发生的抗拉力S[pa]。
另一方面，粒子（体积Vp)的破坏强度Ss和碎粒的裂纹的分布概率有关，所以能用威布尔式表示：通过实验，可以归纳成下式计算：
St=aVp-6(a、b：常数)
因此当粒子受到的皮坏力Sf避破坏强度Ss更大时，粒子就发生破坏，由此就能求出冲击引起的粉碎粒子的极限直径dpb(m)。以石灰石为例，冲击元件为钢制件时的物性值和实验常数。综合上述两式进行粉碎，就能获得石灰石在冲击速度为V时，相应的粉碎极限粒径。
3不同类型粉碎机的粉碎效果
（1）筛网分级式冲击式粉碎机 由于筛网的网眼比粉碎粒子极限粒径大，因此，未经充分粉碎的粒子也被送到系统外，粉碎效果不好。
（2）使用气流分级的冲击式粉碎机，有与直径达的粒子在磨机内反复循环，结果得到更细的粉碎，效果比筛网好。
（3）气流分级冲击磨碎机粉碎机，该类型机综合了剪切、磨擦等功能，能得到5-10µm的微粉，比冲击性粉碎细度效果显著。
但是，由于实际粉碎处理能力常和产品粒度成反比，所以必须按客观要求平衡选择机种。
4机型的选择和运行
4.1粒度
高速回转粉碎机是一种包括锤击式、压缩、剪切、磨料式的广谱型粉碎机，也是一种粉碎粒度范围广泛的封闭式粉碎机。当粉碎比大时，根据原料的粉碎性能，原料和产品的粒度，可选择普通粉碎机和特苏粉碎机的组合，构成高效率的多级粉碎。从上述介绍中，可知其粉碎粒度从锤击式、转盘式到轴流式、环形式逐渐变细。另一方面，磨碎式又比冲击式更能得到微细产品。如果为了直接从粉碎机中得到微细产品，使用没有筛网的气流分级机构有效的。
4.2形状控制
在冲击粉碎机中，由于原料特性（如结晶）和机械特性（如冲击元件硬度、速度）的不同，破坏粒子的形状而有所不同。通过反复粉碎，压缩剪切效果的微粉碎和一般冲击粉碎机相比，粒子纵宽尺寸要小，所以更易于形成球状化粒子。
4.3弱热性物质
虽然大多该种原料采用气流粉碎，但近年来使用冲击式粉碎机增多，由于AM机进风量大，冷却和细度好，非常适合这种粉碎；另一方面，可采用冷风乃至液氮冷却的粉碎机。
4.4其他
有些原材料对氛围要求苛刻，高速冲击粉碎机在真空中粉碎空难，为了防止氧化，引起材质劣化，防止燃烧，爆炸等危险，可选择在氮气等惰性气体的氛围中进行粉碎。
5 结语
高速回转粉碎机最近的动向是一面推进高速化，以免完成分解情况的简易化，并从提高耐磨性等观点出发，进行多种改进。在粉碎过程中如何能够充分利用能量避免作无用是一个课题。另外，附加冲击以外的机构使粉碎更加有效。
参考文献
(1) 《粉体工业》VOL30 No.4 2001
(2) 《粉体工业》VOL34 No.2 2002
(3) 上海索微粉碎机械有限公司产品样本2002
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(3/27/2007) |
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