微粉的顆粒整形工藝研究

微粉的顆粒整形工藝研究

0磨料的形貌控制在項(xiàng)目中，不同的用途對(duì)顆粒的形狀有不同的要求。如工程陶瓷和高振實(shí)密度用碳化硼和碳化硅微粉要求顆粒為等積球形,而用于研磨和線切割的碳化硅微粉要求顆粒為多棱形。國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段的磨料微粉的超細(xì)制備,主要是材料的超細(xì)粉碎和分級(jí),很多微粉在顆粒細(xì)度、粒度分布上可達(dá)到國(guó)外產(chǎn)品的水平,但在顆粒形貌上存在明顯的差異,因而限制了產(chǎn)品的應(yīng)用,難以替代進(jìn)口產(chǎn)品。如果能再控制微粉的顆粒形貌,則能大大提高微粉的檔次與品質(zhì),從而滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)磨料微粉越來(lái)越高的需求,具有廣闊的應(yīng)用前景。目前,在磨料的形貌控制方面對(duì)F砂、P砂、噴射用砂、耐火砂、工程陶瓷用砂的整形研究開(kāi)展的較多,取得了較好的使用效果和經(jīng)濟(jì)效益。在整形設(shè)備上有巴馬克、階梯式離心整形機(jī)、液壓輪輾機(jī)等,而對(duì)磨料微粉的顆粒形貌控制研究和專用的整形設(shè)備卻鮮有報(bào)道。本文利用現(xiàn)有的球磨機(jī)和流化床氣流磨兩種粉碎設(shè)備,進(jìn)行了碳化硅和碳化硼兩種微粉的顆粒整形試驗(yàn)。1表面處理方法1.1振實(shí)密度的確定通過(guò)測(cè)定微粉整形前后的振實(shí)密度來(lái)評(píng)價(jià)整形的效果。振實(shí)密度是指盛在容器中的粉末在規(guī)定條件下被振實(shí)后的密度。如果粉末的棱角較多,其振實(shí)密度就低;粉末的形狀越接近球形,其振實(shí)密度越高。1.2振實(shí)密度的確定將一定量的粉末裝在容器中,通過(guò)振動(dòng)裝置振動(dòng),直至粉末的體積不再減少,粉末的質(zhì)量除以振實(shí)后的體積得到它的振實(shí)密度。振實(shí)裝置依靠凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)導(dǎo)桿上下滑動(dòng)沖擊砧座,使量筒內(nèi)的粉末逐漸被振實(shí),振幅為(3±0.2)mm,振動(dòng)頻率為(250±15)次/min,振實(shí)裝置示意圖見(jiàn)圖1。計(jì)算公式:ρt=mvρt=mvρt——振實(shí)密度,g/cm3m——粉末質(zhì)量,gv——粉末振實(shí)后的體積,cm32旋轉(zhuǎn)磨損機(jī)的顆粒雕塑技術(shù)2.1球磨機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)球磨機(jī)對(duì)物料的粉磨作用主要是磨球?qū)ξ锪系臎_擊與研磨。在不同的球磨機(jī)轉(zhuǎn)速下,磨球的運(yùn)動(dòng)形式有所不同,如圖2所示。(1)當(dāng)球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速很低時(shí),由于球體受到的離心力不大,靠與筒壁的摩擦力作用,隨筒體上升至與垂線成40°～50°角后,磨球一層層向下滾動(dòng)滑落,對(duì)磨球間的物料產(chǎn)生研磨作用,此時(shí)球磨機(jī)主要以研磨方式進(jìn)行工作,稱之為瀉落式運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。(2)若球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速較高,磨球附于筒壁上升到一定高度后,離開(kāi)筒壁沿拋物線軌跡以自由落體下落,使物料受到?jīng)_擊和研磨作用而粉碎,此為拋落式運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。(3)當(dāng)球磨機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步提高,磨球在離心力的作用下,貼附于筒壁一起回轉(zhuǎn)。磨球與筒壁及磨球之間不再有相對(duì)運(yùn)動(dòng),對(duì)物料無(wú)任何粉碎作用,這時(shí)稱為“離心狀態(tài)”。在離心狀態(tài)時(shí)筒體的最低轉(zhuǎn)速一般稱為臨界轉(zhuǎn)速。通常情況下,球磨機(jī)的正常工作轉(zhuǎn)速應(yīng)低于臨界轉(zhuǎn)速。2.2微粉顆粒整形根據(jù)以上分析可知,對(duì)微粉物料能起到粉碎作用的狀態(tài)主要是瀉落式和拋落式。對(duì)于較粗物料的粉碎,磨球的沖擊及磨球間的滑動(dòng)摩擦對(duì)物料能起到很好的粉碎作用,但對(duì)于微粉物料沖擊研磨作用已不明顯。要實(shí)現(xiàn)這一目的,關(guān)鍵在于如何提高磨球間的研磨效果。微粉顆粒整形要盡可能減少物料的破碎強(qiáng)度,避免原有粒度群含量的過(guò)多損失。因此通過(guò)減小破碎強(qiáng)度,增加介質(zhì)與粉末之間的摩擦作用,利用研磨方式來(lái)達(dá)到整形的目的。在此基礎(chǔ)上,采取如下措施:(1)使研磨介質(zhì)處于瀉落狀態(tài)。降低球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速率,轉(zhuǎn)速率為57%～63%;(2)增加磨球間相互研磨作用力。減小磨球直徑,增加磨球個(gè)數(shù),球料比(4～5)∶1,填充率0.4～0.45。試驗(yàn)產(chǎn)品的技術(shù)要求:碳化硼微粉45～75μm,振實(shí)密度≥1.5g/cm3碳化硅微粉6～25μm,振實(shí)密度≥1.78g/cm3微粉整形后細(xì)粉和鐵含量增加,經(jīng)酸洗、水洗、分級(jí)和干燥處理后,出品率平均為75%。整形前后的產(chǎn)品的振實(shí)密度檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。2.3顆粒生長(zhǎng)的顆粒球磨料的顆粒形貌見(jiàn)圖3,從圖中可以清晰地看出顆粒有較尖銳的棱角,長(zhǎng)條狀顆粒較多。經(jīng)球磨機(jī)整形后的物料的顆粒形貌見(jiàn)圖4,從圖中可以看出顆粒的棱角比較光滑,長(zhǎng)條狀顆粒明顯減少,振實(shí)密度較整形前有較大提高。3流離失所建3.1磨擦力是顆粒顆粒氣流磨主要是通過(guò)超音速氣流使顆粒相互之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊、碰撞、磨擦,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的超細(xì)粉碎。氣流粉碎的強(qiáng)度越高,顆粒碰撞的次數(shù)越少,球形度越差;反之則越好。此外,顆粒間也存在著摩擦力,這是由于顆粒之間的摩擦研磨運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的。磨擦力能磨削掉顆粒表面的棱角,獲得較多的球形顆粒。氣流磨是國(guó)內(nèi)超細(xì)粉生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛,能夠達(dá)到的產(chǎn)品質(zhì)量最好的設(shè)備?？梢愿墒郊庸じ鞣N物料的超細(xì)粉體,且具有加工工藝簡(jiǎn)單,產(chǎn)品粒度細(xì),粒度分布較窄,純度高,全負(fù)壓操作無(wú)鐵雜質(zhì)的污染,并且對(duì)團(tuán)聚的微粉有很好的解聚效果。3.2氣流破除術(shù)同球磨整形工藝一樣,控制氣流破碎的粉碎強(qiáng)度,通過(guò)研磨除去顆粒的棱角,提高顆粒的球形度。(1)產(chǎn)品內(nèi)多發(fā)酵粒度粉碎強(qiáng)度越高,一次粉碎至合格粒度顆粒的數(shù)量越多,產(chǎn)品中多棱形的顆粒越多;反之則球形度好的顆粒增多。試驗(yàn)中通過(guò)降低入口空氣的壓力為正常壓力的50%～60%來(lái)控制粉碎的強(qiáng)度。(2)顆粒碰撞時(shí)多發(fā)球形狀顆粒的變化,空當(dāng)粉碎腔的氣固濃度較高時(shí),氣流對(duì)物料的加速度能力減弱,同時(shí)顆粒碰撞時(shí)的相對(duì)速度降低(追趕碰撞變多),獲得的球形狀顆粒增加;當(dāng)氣固濃度減少時(shí),則多棱形顆粒增加。調(diào)整氣固濃度為正常工作時(shí)的1.2～1.5倍。(3)微粉整形粉碎時(shí)間為正常工作時(shí)的1.5～2倍。試驗(yàn)產(chǎn)品的技術(shù)要求同1.2。微粉整形后細(xì)粉含量增加,經(jīng)水洗、分級(jí)和干燥處理。整形前后的產(chǎn)品的振實(shí)密度檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。3.3顆粒形狀和形狀氣流磨正常工藝粉碎后的微粉顆粒形貌見(jiàn)圖5,從圖中可以看出長(zhǎng)條狀顆粒較球磨料要少,形狀較規(guī)則,但有較尖銳的棱角。氣流磨整形后的物料的顆粒形貌見(jiàn)圖6,從圖中可以看出顆粒的外觀很光滑,長(zhǎng)條狀顆粒明顯減少,振實(shí)密度要高于球磨整形后的物料。4紡粘法工藝參數(shù)的影響(1)通過(guò)調(diào)整微粉的粉碎工藝,可以對(duì)磨料微粉的顆粒形貌進(jìn)行控制,關(guān)鍵是控制粉碎的強(qiáng)度、顆粒間相互作用的機(jī)理、碰撞摩擦的次數(shù)、顆粒在粉碎區(qū)的停留時(shí)間。(2)球磨機(jī)整形時(shí),其轉(zhuǎn)速、研磨介質(zhì)的大小、球料比、介質(zhì)填充率、球磨時(shí)間等工藝參數(shù)對(duì)物料的出品率和振實(shí)密度有直接影響,合理搭配將獲得理想的結(jié)果。優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品的出品率高,缺點(diǎn)是后續(xù)處理工作較繁瑣。(3)流化床氣流磨整形時(shí),降低噴嘴入口空氣的壓力、加大氣固濃度、延長(zhǎng)物料在粉碎區(qū)的停留時(shí)