双向旋转球磨机的粉碎机理及应用研究

李立奎（莱芜钢铁集团粉末冶金有限公司，山东　莱芜　271104）

双向旋转球磨机的粉碎机理及应用研究

李立奎
（莱芜钢铁集团粉末冶金有限公司，山东莱芜271104）

摘要：作为一种运行速度较低的细磨机，双向旋转球磨机在很多领域都有着广泛的应用，对常规材料实施超细化或者是对金属粉末进行合金化等，对现代工作的发展具有重要的意义。但是当前，学界的相关研究主要集中于工程应用方面，对于双向旋转球磨机的运行机理等研究较少，对于其进一步发展与推广而言不利，本文就球磨机的结构机理等进行探讨。

关键词：双向旋转球磨机；超细化；粉碎机理

颗粒的粒径小于30μm的粉质成为超细粉体，物质在通超细化之后，其分子的排列、晶体与电子的分布结构等都发生很大的变化，具有大颗粒物质不具有的纳米材料的小尺寸等效应，这些性能的存在能够在各行各业中得到应用。抄袭粉体的制备在我国主要通过机械粉碎与合成两种方式，前者应用与制备原料在1μm以上的粉体，其产量大、成本低、工艺简单，但是纯度与细度相对于第二种方法而言要差；合成法主要是通过粉体之间的离子等发生化学反应形成抄袭粉体，具有纯度高、细度好、颗粒的均匀性高等优点，但是其产量较低、工艺复杂且成本相对高昂。本文中探讨的双向旋转球磨机就是一种典型的机械粉碎方式，其效率高，能耗较其他机械粉碎方式更低，同时保证粉碎研磨产品的纯度。

1　双向旋转球磨机的机理研究

1.1双向旋转球磨机的结构与工作原理。本文中研究的双向旋转球磨机的主要结构为：筒体、空腔、搅拌装置以及在筒体内壁中的衬板。双向旋转球磨机的内酯和筒体的反方向旋转搅拌轴经过空腔以及断面的盖板，在空腔中有搅拌棒进行粉体的搅拌，和断面的盖板相连的筒体支撑件在空腔外部的旋转轴上对称设置，轴承与传动及同样在内旋转轴上。该结构的优点为，与普通卧式球磨机相比，增设了搅拌装置，容易实现，同时有效的提高魔球的运转速度，筒体的内部摩擦、碰撞等相互作用增强，改善装置中的有效粉碎区域，提高生产效率。其中通体比与旋转轴的中控设计，便于球磨机键入冷水进行散热，提高机器的安全性能。

1.2双向旋转球磨机的机理分析

1.2.1球磨机中内磨球的运动区域。如果球磨机的筒体中为纯液体，基于相关原理能够知道筒体当中不同区域的运行速度梯度，可以将旋转球磨机的内部划分成为四大区域，磨球的碰撞频率高度与强度主要取决于流体的速度梯度，通过这样的区域划分能够让磨球通过这些区域，从而获得更优的研磨效果。

1.2.2筒体的理论临界转速。通常，筒体中外层的球磨随着内壁进行圆周运动的速度就是临界速度，基于相关公式与影响滑动的相关理论知识，临界的转速与磨球的摩擦系数有着明显的相关关系，摩擦系数的区别，实际的临界转速也会有区别。要让磨球的工作效率更高，则球磨机的筒体转速要适当小于临界转速，相关研究证实，双向旋转球磨机筒体的转速在70r/min～84r/min更好。

1.2.3球磨机的最小填充率。研究中的介质为物料与磨球混合之后形成的均匀密度的物体，介质的填充率对球磨机的工作效率影响也很大，对于本文中研究的球磨机，要实现最佳的工作状态应该具有一个最小的介质填充率，通过研究论证，当介质的填充率在14%以下时，搅拌棒不能够发挥出作用，这样球磨机的状态与常规的球磨机类似，搅拌棒还会产生无用的功耗造成浪费，因此，填充率至少要高于理论值。

1.3双向旋转球磨机的粉碎机制。双向旋转球磨机根据不一样的作用力具有三种粉碎机制，分别是摩擦粉碎、冲击粉碎和挤压粉碎。摩擦粉碎是指基于颗粒的表面切线方向上发挥剪切作用，让细小颗粒能够脱落，颗粒呈现两种峰值状态；冲击粉碎则是让颗粒受到强烈快速的冲击，同样让颗粒变小，相对粒径在20%～70%之间；挤压粉碎为颗粒受到缓慢且强烈的挤压作用，然后发生破碎，颗粒会变小，相对粒径在50%～80%之间。总之，双向球磨机的粉碎以摩擦为主，挤压粉碎方式为辅。

2　双向旋转球磨机的应用

2.1双线旋转球磨机的测试。应用试验分为量大部分，首先对样品进行研磨，然后对得到的成品进行测试。首先是研磨试验：首先将双线旋转球磨机清洗干净，确保产品的纯度不会受到残留物的干扰；将双向旋转球磨机启动，空转运行约10min，检查机器运转是否稳定、正常；确认无异常之后将称重完成的锆珠放入到筒体当中，倒入溶液浸润，开机继续运行10min；称取实验用的物料以及量取溶液，与烧杯当中将两者混合均匀倒入筒体中进行混合，将球磨机启动运行约5min，让筒体中的锆珠、物料等混合均匀，关闭机器后检查混合状态，没有异常的情况下设置好研磨的工艺参数开始研磨；在试验过程中间隔一段时间进行取样，同时要密切注意筒体当中物料的变化，当出现严重的粘连筒体内壁的情况时，需要添加一定量的溶液。其次是进行研磨样品的测试：首先对锆珠实施超声清洗，将其表面的附着物清除；将上层液体中加入分散剂和蒸馏水；实施超声分散约10min；将微米与纳米粒度仪启动并预热30min；首先进行微米的测量，如果样品的粒径达到纳米界别，则使用纳米粒度仪进行测定，对结果进行验证和保存，以便于后期的分析。

2.2试验结果与分析。通过对碳酸钙使用干法粒度仪实施测试发现，物料的粒度普遍在1μm～40μm之间，粒度分析仪结果限制D50=8.9μm，D90=25.27μm；通过SEM测试分析得到原料的粒度和粒度测试的结果是基本相同的，而粒子的外表面多呈现不规则的形状；通过粒度与研磨时间的关系探究，发现产品的粒度随着时间的增长不断变小，在0h～1h之间的变化关系最为明显，当研磨时间超过4h之后，变化则非常小，根据这一趋势，研磨在6h之后趋于稳定，考虑到研磨时间不足会造成力度下降，而实践过长会造成较大的能耗、工作效率也下降，在此建议研磨的最佳时间为5h～7h之间。通过两种粒度测试仪的交过，发现使用微米粒度仪测试的结果较大，这主要是因为离子产生团聚现象造成的，使用SEM则能够清晰的现实出纳米级的粒度。

结语

本文对双向旋转球磨机的工作原理、机理以及粉碎机制进行探讨，然后分析其在碳酸钙粉碎中的应用，具有成本较低、工作效率高以及生产工艺简单等特点，为相关的工业化生产提供一定的指导。随着科技的进步，双向旋转球磨机还会出现更大的进步，研究也需要对工艺参数进行深化改进。

参考文献

[1]鲍克伟.双向旋转球磨机的粉碎机理及应用研究[D].南京理工大学，2013.

中图分类号：TD453

文献标识码：A

作者简介：李立奎，毕业于青岛化工学院机械工程及自动化专业，现为莱芜钢铁集团粉末冶金有限公司工程师。