随着高端技术和纳米材料产业的迅猛发展,传统产业技术步伐不断加快,各行各业对超细粉体产品的产量与质量的需求不断增大和提高,迫切需要与之相匹配的超细粉碎技术与设备。而气流粉碎以其生产能力大、自动化程度高、产品粒度细、粒度分布较窄、纯度高、活性大、分散性好等特点,得到广泛应用。
气流粉碎机与旋风分离机、除尘器、引风机组成一整套粉碎系统。压缩空气经过滤干燥后,通过拉瓦尔喷嘴高速喷射入粉碎腔,在多股高压气流的交汇点处物料被反复碰撞、磨擦、剪切而粉碎,粉碎后的物料在风机抽力作用下随上升气流运动至分级区,在高速旋转的分级涡轮产生的强大离心力作用下,使粗细物料分离,符合粒度要求的细颗粒通过分级轮进入旋风分离器和除尘器收集,粗颗粒下降至粉碎区继续粉碎。
我国工业上应用的气流粉碎机主要有一下几种类型:对喷式气流粉碎机、扁平式气流粉碎机、循环管式气流粉碎机、流化床式气流粉碎机、靶式气流粉碎机。这几种类型气流粉碎机中又以扁平式气流粉碎机、循环管式气流粉碎机、流化床式气流粉碎机应用较为广泛。
一、对喷式气流粉碎机
物料通过螺旋进料器进入粉碎腔后,由数个相对设置的喷嘴喷汇出高速气流冲击能,及气流急速膨胀呈流化床悬浮沸腾而产生的碰撞、摩擦力对物料进行粉碎。粗细混合粉在负压气流带动下通过顶部设置的涡轮分级装置,细粉强制通过分级装置,并由旋风收集器及布袋除尘器捕集,粗粉受重力以及高速旋转的分级装置产生的离心力甩向四壁并沉降返回粉碎腔继续粉碎。
工作原理:物料通过定量加料装置进入粉碎室,压缩空气经过干燥、冷却、除油除水后通过特殊配置的超音速喷嘴喷向粉碎室高速喷射,物料在超音速喷射流中加速,并在喷嘴交汇处反复冲击、碰撞、粉碎。被粉碎后的物料随上升气流进入分级区,由于分级转子的高速旋转,粒子既受到分级转子产生的离心力,又受到气流粘性作用产生的向心力,当粒子受到的离心力大于向心力,即分级粒径以上的粗粒子返回粉碎室继续冲击粉碎,分级粒径以下的超微粒子随气流进入旋风分离器、除尘器收集,气体由风机排出。
适用物料:可加工无铁质污染的粉体产品和莫氏硬度达9~10级的物料。如石英砂、石榴石、碳化硅、金属硅、金刚石、碳化硅、金刚砂、铝钒土、碳化硼、碳化钨、特种陶瓷等。
优点:能量利用率高,避免了气流对冲击部件的磨损,解决了被粉碎颗粒污染的问题。
缺点:撞击力度大,生产能耗低。
主要生产厂家:细川密克朗、正远粉体工程、巨子、绵阳流能、极速动力、上海锦化、青岛世纳、青岛德瑞科、天佳粉体工程等。
二、扁平式气流粉碎机
作为粉碎动能的高压气流进入粉碎腔外围的稳压储气包作为气流分配站,该气流经过拉瓦尔喷嘴加速成超音速气流后进入粉碎磨腔,同时物料经文丘里喷嘴加速导入粉碎磨腔内进行同步粉碎。由于拉瓦尔喷嘴与粉碎腔安装成一锐角,因此该高速喷射流在粉碎腔内带动物料做循环运动,颗粒之间以及颗粒与固定靶板壁面产生相互冲击、碰撞、摩擦而粉碎。微细颗粒在向心气流带动下被导入粉碎机中心出口管道进入旋风分离器进行收集,粗粉在离心力的作用下被甩向粉碎腔周壁做循环运动并继续粉碎。
工作原理:通过喷嘴把压缩空气或过热蒸汽变为高速气流,当物料通过加料器送入粉碎室时受到高速气流的剪切作用,强烈的冲击和剧烈的摩擦使物料粉碎成超细产品。
适用物料:适于干性、脆性物料的超细粉碎,很容易获得数微米的料子。如高岭土、滑石粉、石墨、轻质碳酸钙、云母、蛭石、碳化硅、刚玉、氧化锆、碳化硼、电气石、氧化硅、氧化铝、石榴石、锆英砂、金刚石、氢氧化铝、硅胶、白炭黑等。
优点:结构简单,操作方便,而且自身具有自动分级功能。
缺点:当被粉碎的物料硬度较高时,物料随气流高速运动会与磨腔内壁产生剧烈冲击、摩擦、剪切,导致磨腔磨损,并且对产品造成一定的污染。
主要生产厂家:上海细创、四川巨子、绵阳流能、极速动力、上海化三、太仓金溪、宏达通用、宜兴清新、新而立、无锡新而立、潍坊埃尔派、天佳粉体工程等。
三、循环管式气流粉碎机
原料由文丘里喷嘴加入粉碎腔,高压气流经一组喷嘴喷入不等径变曲率的跑道形循环管式粉碎腔,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颗粒沿管道向上进入分级区,在分级区离心力场的作用下使密集的料流分流,细颗粒在内层经百叶窗式惯性分级器分级后排出。粗颗粒在外层沿下行管返回继续循环粉碎。
工作原理:压力气体通过加料喷射器产生的射流,使粉碎原料被吸入混合室,并经文丘里管射入“O”形环道下端的粉碎腔,在粉碎腔外围粉碎喷嘴高速射流的作用下,相互间发生猛烈的碰撞、摩擦实现粉碎。粉碎的微粉随气流经上升管导入一次分级腔,粗粒子由于有较大的离心力,经下降管返回粉碎腔循环粉碎,细粒子随气流进入二次分级腔,质量很小的微粉从分级旋流,由中心出口进入捕集系统而排出。
适用物料:干式脆性物料的超微粉碎,很容易获得微米级和亚微米级的粒子。如石灰石、白云岩、页岩、砂岩、煤、石棉、石墨和岩盐、合金、碳化硅、冶金炉渣等。
优点:“O”形结构既能加速颗粒运动,又能增加离心力场的作用,从而提高了粉碎和分级效率;分级区的弯曲管壁设计,使磨损大大减轻。
缺点:管道内壁磨损严重,不适用于硬度较高的材料的超细化。
主要生产厂家:上海细创、上海锦化、宜兴清新等。
四、流化床式气流粉碎机
流化床式气流磨是压缩空气经拉瓦尔喷咀加速成超音速气流后射入粉碎区使物料呈流态化(气流膨胀呈流态化床悬浮沸腾而互相碰撞),因此每一个颗粒具有相同的运动状态。在粉碎区,被加速的颗粒在各喷咀交汇点相互对撞粉碎。粉碎后的物料被上升气流输送至分级区,由水平布置的分级轮筛选出达到粒度要求的细粉,未达到粒度要求的粗粉返回粉碎区继续粉碎。合格细粉随气流进入高效旋风分离器得到收集,含尘气体经收尘器过滤净化后排入大气。
适用物料:可适用粉碎莫氏硬度九级以上物料,粉碎范围广,在d97=2-15um范围选用。该机广泛应用于制药、中药、农药、化工、冶金、非金属矿、滑石、重晶石、高岭土、石英、石墨、阻燃材料、高级材料、陶瓷等干粉类物料的超细粉碎。
优点:分散效果好,产品粒度可通过分级机进行调整,磨损小,能耗低,适用于大规模工业化。
缺点:粉碎腔边缘不能流态化,高密度、纤维状、片状物料粉碎效果差等。
主要生产厂家:密友集团、正远粉体工程、上海细创、NETZSCH、沈飞粉体、细川密克朗、巨子、绵阳流能、极速动力、德维微纳(DW)、上海化三、上海锦化、厦门力扬、四川丰能、四川坤森、太仓正信、太仓金溪、宜兴清新、宜兴精新、昆山强威、新而立、无锡新而立、永昌药化、潍坊埃尔派、潍坊迈泰克、营口鑫源、青岛世纳、青岛德瑞科、青岛迈科隆、天佳粉体工程等。
五、靶式气流粉碎机
靶式气流磨,一种气流磨物料在喷管巾与输人的气流相棍合并得到加速,混合元流经喷嘴射出后,冲士到设置在前方的冲击靶二而使物料粉碎。
适用物料:滑石、重晶石、方解石、高岭土、重钙、硅灰石、凹凸棒石、云母、氢氧化铝、磷酸二氢钾、聚磷酸铵、磷酸氢钙、石英、氧化镁等。
优点:磨损面减小,物料不易沉积,冲击力强,提高了粉碎设备效率和粉碎的颗粒细度。
缺点:设备冲蚀严重。
主要生产厂家:细川密克朗、上海细创、巨子、绵阳流能、上海锦化、四川坤森等。
气流粉碎机主要适用于的粉碎机理决定了其适用范围广、成品细度高等特点,典型的物料有:超硬的金刚石、碳化硅、金属粉末等,高纯要求的:陶瓷色料、医药、生化等,低温要求的:医药、PVC。通过将气源部份的普通空气变更为氮气、二氧化碳气等惰性气体,可使本机成为惰性气体保护设备,适用于易燃易爆、易氧化等物料的粉碎分级加工。
气流粉碎机的种类很多,结构各不相同,每种机型都有其优缺点。自年以来,粉碎设备在以前的基础上有了较大的改进,其结构不断完善,粉碎性能不断提高。为了满足信息技术、生物技术和新材技术发展对分体产业的粒度、纯度和粒度分布提出的更高要求,超细气流粉碎技术研究中应注意以下几个方面的发展:在现有的基础上,完善、优化超细气流粉碎设备,开发新型设备,并重视粉碎、分级系统的匹配设计,大型设备不多。
在上述的气流粉碎机中,相比较而言,流化床式气流粉碎机具有明显的优势,因此,应加强理论研究,以指导粉碎设备的设计。由于气流粉碎机最大的缺点是能量利用率低,所以应当寻求降低能耗、增加能量利用率的途径等。
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