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球磨机与分级机在硅微粉生产线中的应用与配合

作者: 日期:2014-6-9 15:45:35 人气:51

  进入二十一世纪,随着我国非金属矿产的超细加工,超细粉碎分级技术已成为最重要的深加工技术之一,对现代高新技术产业的发展具有重要意义。

  球磨加分级机成套生产线是指将物料采用干法粉碎、再分级的连续工作系统;其产量较大,设备操作简单,维修费用低,研磨介质及衬板选择灵活,对物料的高纯度加工污染小,设备整体运行可靠,产品质量稳定,粒度分布可控等特点显而易见。尤其适用于硅微粉的超细加工,产品白度高、形状光泽好、品质指标稳定、粒度分布调控性强等。但由于球磨机和分级机功能和侧重点不一样,因此在生产系统中的配合问题尤为重要,配合得当,可发挥各自特点,优势互补,效率很高,配合不好,形成功能制约,多耗能,效率低。

  其工艺流程一般是:

  粗料返回

提升机

分级机

球磨机

定量给料

料仓

原料经

引风机

布袋集尘器

旋风收集器

                          空气

  硅微粉     更细微粉

  由于球磨机和分级机通常是两家企业生产,往往在产量等概念上存在着差异。球磨机的产量受给料细度、磨体贴衬后的有效直径、长径比、球磨机的转速、球磨介质的选择及级配、装填量、磨体有效长度、给料量的大小等多种条件影响。

  分级机的产量受粉体浓度、涡轮分级器转速、风量风压、分级效率、粒度分布、产品细度等多种条件的影响,两种设备应该有以下关系:

  分级机的产量=分级机处理量—分级后的粗料量

  球磨机的产量=原料给料量+分级后的粗料返回量

  分级机的处理量=球磨机的产量

  所以在设备选型和设计时必须考虑二者的匹配。

  1、球磨机各种因素对硅微粉产量、质量的影响

  1.1 球磨机贴衬后的有效直径、长径比及球磨机转速

  球磨机所采用的衬板,一般情况多采用氧化铝衬板、球石衬板两种。球磨介质也多是氧化铝介球和球石两种。不管采用哪种衬板及衬球,球磨机的有效直径将减小。在磨机转速已定的情况下,有效直径越小,研磨效果越差,产量越低。所以在选择磨机筒体直径时,应充分考虑到贴衬板所减小的有效直径问题,防止导致物料在磨内抛物线减小,不利于物料研磨。

  在产能要求确定情况下,球磨机的长径比选择和分级机的工艺搭配是一个关键因素,直接关系到投资、能耗和产品质量,较小的长径比有利于节能和提高白度,但投资稍高,而粒度分布的调控主要取决于球磨机长径比和分级机的串并联搭配。

  1.2 研磨介质及衬板的选择问题

  研磨介质及衬板的选择问题,也是制约硅微粉质量、产量的一个很重要的因素。选用氧化铝衬板及介球,其优点在于氧化铝衬板薄,磨腔的内有效直径大,介球比重大,有利于物料的粉碎研磨。产量相应比球石衬板、介球产量高。其缺点是增大硅微粉品质指标中的Al2O3的百分含量。由于氧化铝衬板和介球不同程度的存在磨损,其使用寿命有限,所以增加成本费用。且在研磨时发热程度比球石衬板、介球的温度要高,容易使硅微粉因研磨温度的升高而白度降低,从而影响硅微粉的产品质量。

  而选用球石衬板及介球,因衬板厚度大,使球磨机的有效直径减小20多公分,而且各种球石介质之间的接触很不规则,甚至有些是面与面的接触,不利于物料的粉碎研磨,影响硅微粉的产量。由于介球和衬板采用球石,其使用寿命一般每吨球石小时磨损量30㎏,所以要定时定量往球磨机内追加介质球石,但磨损量可转化为硅微粉产品,所以基本没有成本费用。因球石本身的主要成份就是SiO2,所以不会导致物料品质指标的变化,且发热率要低于氧化铝衬板及介球,不会影响硅微粉的质量。另外,球石的价格低廉,投资少。

  1.3 研磨介质的级配和填充率

  球磨机研磨介质的级配和填充率也会影响硅微粉的产量,其级配、填充率大体应在以下范围。(以球石为例)

  φ80mm 25

  5 15 25 35 45(% )

45

35

φ90mm

25

15

(%)5


75

76

77

78

79

80

81

82

83

5

15

25φ70mm

35

45

(%)


74

75

76

77

78

79

80

81

82


73

74

75

76

77

78

79

80

81


72

73

74

75

76

77

78

79

80


71

72

73

74

75

76

77

78

79


70

71

72

73

74

75

76

77

78


69

70

71

72

73

74

75

76

77


68

69

70

71

72

73

74

75

76


67

68

69

70

71

72

73

74

75











  45 35 25 15 5 (%)

  φ60mm

  球磨机研磨体四级配图

  %

  90 10%

  80 66 20

  70 64 65 30

  60 62 63 64 40

  50 60 61 62 63 50 φ70mm

  φ80mm 40 58 59 60 61 62 60

  30 56 57 58 59 60 61 70

  20 54 55 56 57 58 59 60 80

  10 52 53 54 55 56 57 58 59 90

  90 80   70 60 50 40 30 20  10%

  φ60mm

  球磨机研磨体三级配图

H

球磨机填充率计算:

  H/D=0.64 0.63 0.62 0.61

  ¢=35.8 36.2 37.8 38.8

  D:有效直径

  ¢:填充率(%)

  上H

  研磨体装载计算:

  G=0.785D2L¢P

  G:研磨体装载量t

  L:球磨机有效长度

  P:研磨体容积密度

  根据介质球石的大小

  P平均=2.7K (K为空间系数 K≈0.7)

  P平均=2.7×0.7≈1.89

  平均球径:

  D1G1+D2G2+D3G3+…

  D球= G1+G2+G3+…

  D1-3 不同直径介质球

  G1-3 每个介质球质量

  2、分级机各种因素对硅微粉产量、质量的影响

  1.1 分级机的主要调节参数

  分级机的涡轮分级器通过旋转形成一个稳定的离心力场,通过调节分级器的叶轮片数、叶轮转速、引风机的风压、风量及二次风栅淘洗器的大小等来调节产品的粒度和产量,如果风量过小,则产品粒度容易变细,产量降低,叶轮片数过少,则易形成高转速,不利于分级,产品质量降低;二次风栅陶洗器开度过小,粗料中夹杂的细粉提取不干净,影响分级效率。

  1.2 分级机的耐磨损处理

  由于石英硬度高,对设备磨损严重,污染产品,必须对设备进行耐磨防护处理,尤其是电子级高纯硅微粉,对杂质含量要求在几个ppm以下,设备的防护方法是十分关键的。

  所有腔体及管道等静止件,采用陶瓷或有机耐磨材料作内衬是十分有效可靠的。但分级转子由于其高速旋转,构造复杂,磨损最严重,防护难度较大。目前立式分级机的转子由于体积较大,难以整体陶瓷化;而粘贴瓷片后的平衡性下降,高速运转下瓷片易脱落,运转寿命缩短,可靠性降低。卧式分级机转子尺寸较小,通常采用整体陶瓷轮或合金轮,但由于其转速相对更高,磨损仍然较重,对产品仍具有一定金属污染,而且叶轮价格昂贵,尤其是多转子结构,导致更换维修费用大,运行成本高。另外陶瓷轮的极限转速受其强度影响,限制了分级机的顶点切割和分选细度。

  潍坊埃尔派粉体技术设备有限公司采用特制的高分子耐磨材料制作分级叶轮,其良好的平衡运转下允许的极限磨损量大大提高,且只更换局部磨损部位,因而较合金叶轮和陶瓷叶轮制作成本大大降低,较表面喷涂叶轮和塑料叶轮等使用寿命大大提高,从而大大降低运行成本,对物料零金属污染,具有极高的性价比。目前已在安徽、江苏、山东、河北、陕西、辽宁等地得到广泛应用,并为几家原有分级机的用户进行了更新改造。通过长期运行对比,以结晶硅微粉为例,生产1万吨320目产品的维修消耗约为0.3万元,仅为其它叶轮的几十分之一,连续使用寿命超过两年。

  3、球磨机与分级机之间的配合

  在球磨机与分级机组成的干法超细粉碎分级生产系统中,因为球磨机的产量大、粉体浓度高,粉体完全依靠负压吸送,进入分级叶轮旋转形成的离心力场分级区进行分级;以及球磨机腔体内已研磨好的产品要及时排出磨外,所以空气耗量较大,压损增加。在选择引风机时应充分考虑风压指标,以形成所需要的稳定的风量。潍坊埃尔派粉体技术设备有限公司在为安徽凤城粉体材料厂、凤阳利达粉体材料厂等多家设计制造的球磨机加气流分级机的干式超细粉碎分级硅微粉生产线中,采用大过滤面积的脉冲布袋收集器,采用特殊材料的叶轮转子,耐磨损、无污染,提高了硅微粉的产量质量。正确调整整个系统的风量风压,使磨机内的合格产品能及时提走,提高了球磨机的研磨效率,产品分级的效率高,产量大。连续生产处理1000吨系统稳定,效果明显。

  4、正确的连接方法,可提高系统的工作效率及稳定性

  由于球磨机在连续工作时,排料管始终处于高浓度排料状态,而且球磨机在运行中,磨腔内一直处于半负压状态,因此分级机在与排料管连接时多采用“三通式直联”,留下一个二次进风口,并加风量调整阀,以调整磨机内的风量风压;以及分级机进料管内的物料分散。(如图所示)

球磨机出料管


分级机进料管


风量调节阀

  若调节阀开度过小,则易造成球磨机内的风量风压太大,形成“风扫磨”,影响球磨机内的研磨效果;也不利于分级机输送物料,易形成堵料。开度过大则易造成磨机内的物料过磨,降低产量。

  总之,在球磨加分级组成的干式超细粉碎分级生产系统中,二者的正确配合与协调尤为重要,若配合应用不合理,会形成功能制约,耗能高,效率低。配合得当,可发挥各自优势,使整个系统优势互补,事半功倍,效率很高。




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