粉体技术及设备现状与发展

矿物加工工程XXXX学院矿物加工XXXX班XXX08XXXX4粉体技术及设备现状与发展【摘要】综述了粉碎技术及设备的发展历史，从工作原理、结构特点及作用机理出发介绍了几种典型的粉碎设备，分析了中国粉体工业发展现状及存在的巨大潜力，针对目前粉碎设备与技术研究中存在的问题，提出了今后应注重解决和努力的方向。【关键词】粉体技术破碎机超细粉碎设备粉体加工是过程工业生产中不可缺少的工艺流程，主要包括破碎、粉磨、均化、分级、干燥、收捕、混合、存储、装运以及某些粉体产品的改性造粒等工序，各工序间还有输送(计量)作业。如图l所示。当然，对不同的粉体产品生产，上述工序有不同的取舍与组合。每一道工序，都必须配置具有相应功能的设备，从而形成了庞杂的粉体加工设备。[1]粉碎机械是应用机械力对固体物料进行粉碎作业，使之变为小块、细粒或粉末的机械。粉碎机械是破碎机械和粉磨机械的总称。比较传统的分类是：排料中粒度大于3mm的含量占总排料量50%以上者称为破碎机械；小于3mm的含量占总排料量50%以上者则称为粉磨机械。随着科学技术的进步，粉体工业发展进入到了纳米级领域，对于粉碎设备的分类也将更加细化。一、典型粉体加工机械：要是靠机械力的作用，最常见的破碎方法有五种：压碎、劈碎、折碎、磨碎、击碎，而超细粉碎则要通过对物料的冲击、碰撞、剪切、研磨、分散等手段而实现，传统粉碎中的挤压粉碎方法不能用于超细粉碎，否则会产生造干燥改性混合造粒存储装运破碎粉磨均化分级收捕原料产品图l粉体加工典型流程示意图粒效果。由于粉碎方法的不同也使得传统的粉碎设备和超细粉碎设备有所不同，下面就对一些典型设备进行介绍。1、传统的破碎机械破碎机械根据结构和工作原理的不同可分为下列几种类型：（1）颚式破碎机——是由于活动颚板对固定颚板作周期性的往复运动，物料在两颚板之间被压碎。适用于粗、中破硬质料或中硬质料。（2）圆锥式破碎机——外锥体是固定的，内锥体被安装在偏心轴套里的立轴带动作偏心回转，物料在偏心回转，物料在两锥体之间受到压力与弯曲力而被破碎。适用于粗、中、细碎硬质料或中硬质料。近年来，在结构形式上最具代表性的圆锥破碎机仍是瑞典B45ED3G集团的液压圆锥破碎机和芬兰metso集团的symons体系之圆锥破碎机。发展特点是高能化，即达到更高的输入能量/质量比，目标是获得更高的破碎比和更细的产品粒度。A、瑞典B45ED3G集团的第三代H和S1800系列液压圆锥破碎机具有国际领先水平，其传统特点是陡锥、高摆频、小偏心距、主轴简支梁支承形式、底部单缸液压支承和顶部星型架结构。近年来的发展包括：（1）高能化，大幅度提高了功率I体积（质量）比；（2）采用先进的自动控制系统；（3）S系列有特粗和粗两种、H系列有特粗到超细7种腔型衬板，使同一台设备可用于不同给料和产品粒度要求。超细腔形利用了料层粉碎原理；（4）可以简单地通过转动偏心套改变偏心距；（5）采用恒定衬板特性破碎腔形；（6）采用特殊合金衬板，延长衬板寿命；（7）小齿轮轴系为一整体部件，调整、安装、维修方便；（8）采用重型主轴，结构坚固；（9）所有检查和维护都可以从设备上部完成，操作简捷方便；（10）主轴上端用衬套保护，延长了轴的使用寿命。B、芬兰metso集团最新推出了GP550型NordbergGP系列底部单缸液压圆锥破碎机。其最大功率为351kw，质量为24t。特点有：（1）特粗型破碎腔最大给料口尺寸为300mm，可用于第二段破碎；（2）新的优化破碎腔型可具有更高的破碎性能；（3）排料口有较宽的调整范围，闭边最大可达50mm，具有更高的处理能力；（4）专利活塞设计使设备安装高度只有2.796m；（5）用于细碎时压力和功率之间的更好平衡；（6）新型润滑系统、更大的油泵和新的顶部支承结构提高了工作可靠性；（7）每个衬套具有两个偏心距，提高了对不同工况的适应能力。C、Symons系列圆锥破碎机（ee）芬兰Metso集团的HP系列圆锥破碎机(原属Metso集团Nordberg公司)具有国际领先水平。该破碎机是在Omni圆锥破碎机的基础上发展而成,在Symons圆锥破碎机基础上加大了动锥直径、给料口尺寸和偏心距,加快了主轴转速,提高了零部件机械强度,使安装功率和生产能力大幅度提高,其结构见图3,系列规格有HP200、HP300、HP400、HP500和HP800。其传统特点是缓锥、高摆频、大偏心距、周边多缸液压锁紧、主轴悬臂梁支承形式和球面瓦支承结构。最新的进展包括:(1)采用高能化原理设计,大幅度提高了功率/质量比和功率/体积比;(2)有六种从粗到细的不同破碎腔形衬板可供选用,仅通过更换不同衬板就可以使同一台设备在粗碎到超细碎之间变换。超细碎腔形利用料层粉碎原理,要求充满给料;(3)采用液压马达旋转定锥,快速调整排料口或拆卸定锥,可以在负荷状态下调整排料口；(4)自动控制系统可以远程控制液压站;(5)所有主要部件均可以从破碎机顶部或侧面进行维修;(6)采用超声波料位计。D、HP列圆锥破碎机较Symons圆锥破碎机的零碎比达到2～10,可以用于第二段到第四段破碎其最新发展是HPSX型,该型号增加了从给料端更换动锥之功能,用以改进HP系列圆锥破碎机的生产能力。最新、最大规格为HP800圆锥破碎机,我国包钢(集团)公司选矿厂、鞍钢集团鞍山矿业公司齐大山选矿厂以及太钢尖山铁矿等矿山已使用了该设备。E、北京矿冶研究总院与俄罗斯Mxahoop技术有限公司合资成立的北京凯特破碎机有限公司从20世纪90年代初开始制造惯性圆锥破碎机。目前已形成了GYP-60、GYP-100、GYP-200、GYP-300GYP-450、GYP-600、GYP-900、GYP-1200的系列规格。F、法国FivesLille集团FCB公司根据俄罗斯惯性圆锥破碎机原理,对其结构进行改进,开发了Rhodax惯性圆锥破碎机。其特点是外锥为主动锥,内锥是从动锥,不平衡偏心配重安装在外锥上,具有破碎力调整方便的优点。东北大学研制了一种新型振动圆锥破碎机,该设备根据闻邦椿院士的双电机驱动同向回转的自同步理论,采用双电机驱动同步振动的全新方案,结构简图见图5。工作时,电动机通过轮胎联轴器驱动激振器,激振器产生离心力,带动可动的内破碎锥绕中心线作圆运动,从而沿内、外锥(固定锥)之间的物料层滚动,物料受到强烈挤压、振动和冲击而被粉碎,破碎力可以通过调整激振器的偏心块加以改变。该设备除具有惯性圆锥破碎机的破碎比大、可加工高强度物料、带负荷启动和停车、有过载自保护能力、不需庞大基础等优点外,还具有整机高度低、不需要加工复杂的球面滑动轴承、结构简单等优点。样机型号为PYDZ-300,动锥直径为300mm,单振幅为5mm,频率为960min,安装功率为4kW×2。用鹅卵石和青岩石进行了试验,给料粒度≤50mm,排料粒度中-3mm含量≥80%,-5mm含量≥90%。（3）辊式破碎机——物料在两个作相互旋转的辊筒之间被压碎。适用于中、细碎硬质、软质料。（4）锤式破碎机——物料被快速旋转的锤子所击碎，锤子自由悬挂在转盘上，并被其带动。适用于中、细碎中硬质料。（5）反击式破碎机——物料被快速旋转的转子上刚性固定的打击板打碎，并且撞击到反击板上而进一步被破碎。适用于中、细破碎硬质料和中硬质料。2、传统的粉磨机械由于粉碎方法的不同，而且被处理物料的性质也差异很大，为了满足需要，按结构和工作原理的不同，粉磨机械可分为下列类型：（1）笼式破碎机——简称笼磨机，它利用快速旋转的笼子对物料进行冲击粉碎。适用于细碎和粗磨脆性及软质材料，一般在玻璃工业中应用比较多。（2）轮碾机——物料在旋转碾盘上被滚动的圆柱形碾轮所压碎及磨碎。适用于细碎和粗磨中硬及软质料。（3）立式磨——又称环辊磨，磨辊受到弹簧的作用紧压在旋转磨盘上，物料即在磨盘及磨辊之间被压、研碎，然后被空气带走。适用于细磨软、中硬质料。（4）球磨机——物料与研磨体在旋转的筒体中，由于研磨体被筒体带起，然后从一定的高度下落，能将物料击碎和磨碎适用于粗、细磨硬质料和磨蚀性料。（5）自磨机——又称无介质磨机，它基本上不用研磨体，物料在旋转筒体中被带起，然后从一定高度下落，物料相互间产生连续不断的碰撞而被击碎和磨碎。适用于细碎、粗、细磨中硬和硬质料。（6）锤击磨物料被高速度旋转的锤头击碎，锤头是自由地悬挂或固定在转盘上，击碎后的物料被下面的空气带走，若使用热空气时，还可以同时进行物料的干燥。适用于细碎和粗磨软、中硬质料。（7）辊压机物料在一对相向转动的轧辊中被压碾碎，平滑高压轧辊的直径是长度的倍。一个轧辊具有固定可调底座，粉碎所需的压力由液压系统施加于另一个轧辊上，轧辊通过万向轴由安装在轴上的行星减速装置驱动，物料从漏斗喂入两个轧辊的缝隙中，被压出来的物料成片状，压片中含有粗粒和细粒，所以必须通过二次粉磨把压片松散开。适用于粗磨和细磨脆性物料。[2][3]二、超细粉体制备设备1、超细粉碎设备。我们通常采用的粉碎方法主物料细微状态下，其物理及化学性质均会有明显的变化并出现许多优良性能。由于超细粉体粒度细、表面积大、分布均匀而且缺陷小：大大加快化学反应的速度；充分释放可燃性固体物料所含的能量；使药品的生化作用更趋向有效；使油漆、油墨的色彩更亮泽；使涂料粘合更为牢固等等。为了利用这些特殊的性能，现代化工、电子技术等对其所用物料的细度提出了更高的要求，因此，超细粉碎技术应运而生。从二十世纪40年代起国外就开始注重以超细粉碎、分级及改性为基础的深加工技术。目前，国外的超细粉碎设备已经可以加工细度为0.5——10μm任意窄级别的粉体。超细粉碎通过对物料的冲击，碰撞，剪切，研磨，分散等手段而实现。超细粉碎设备按不同的粉碎方式可分为：机械冲击式粉碎机、振动磨、气流粉碎机、搅拌磨等。（1）机械超细粉碎机A、搅拌球磨机——搅拌球磨机是超细粉碎机中最有发展前途，而且能量利用率最高的一种超细粉碎设备。在搅拌球磨机中设有搅拌装置，它使球介质和物料在整个筒体内不规则地翻滚，使球介质与物料之问产生相互撞击和研磨的双重作用，致使产品磨得很细，并达到均匀分散的效果。基于这一原理，研制了适用于不同产品粒度和物料性质的各种类型的搅拌球磨机。并大都已商业化。特别是立式搅拌式磨机，以其构造简单、操作容易、维护方便等优点成为目前工业上应用最广泛的细磨设备之一。[4]B、冲击式粉碎机——高速冲击式粉碎机按转子的布置方式和锤头的个数、形式分为多种，其特点是粉碎效率高、粉碎比大、结构简单、运转稳定，适合于中、软硬度物料的粉碎，广泛应用在矿业、化工、建材、食品、药物等行业。冲击式粉碎机借助于转子上锤头以50m／s—100m／s的高速对物料施行打击而将其粉碎。处于定子和转子间隙处的物料被剪切和反弹到粉碎室内，与后续高速飞来的颗粒相撞，使粉碎过程反复进行。这类冲击式粉碎机不仅具有冲击和摩擦两种粉碎作用，而且还具有气流粉碎作用。冲击式粉碎机种类较多，还有CZM型系列冲击式粉碎机等。芬兰Metso集团的NordbergBarbacB系列立式冲击粉碎机［9］该设备是最全面的自衬和高强度自破碎，工作时有两股给料：转子给料和破落给料，通过改变转子转速和破落给料比例，可以适用于各种物料和应用条件。图3立式冲击粉碎机结构图（2）气流式超细粉碎机A、圆盘式气流粉碎机——这类气流粉碎机的腔体成圆盘状，故而得名，如图6所示。圆周上的多个气流入口与固定的喷射环管成一定角度，使喷射气流所产生的旋转涡流既能使粒子得到良好的冲撞、摩擦，又能在离心力的作用下达到分级的目的．喷嘴喷射出来的空气膨胀的作用能降低粉碎室的温度。B、O型环气流粉碎机——O型环(循环管式)气流粉碎机。原料由文丘里喷嘴加入粉碎区，气流经一组喷嘴喷入不等径变曲率的O型循环管式粉碎室，并加速颗粒使之相互冲击、碰撞、摩擦而粉碎．同时旋流还带动被粉碎的颗粒沿上行管向上运动进入分级区．在分级区离心力场的作用下，使密集的料流分流，细粒在内层经百叶窗式惯性分级器分级后排出，即为产品；粗粒在外层沿下行管返回继续循环粉碎。C、冲击靶式气流粉碎机——冲击靶式气流粉碎机的结构原理：压缩空气从下部空气