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1、超细粉碎设备的现状及发展趋势Feigeoer摘要：本文综述了国内外超细粉碎设备的现状，描述了超细粉碎设备的类型、工 作原理、特点、性能及适用范围，并基于现存问题对其主要发展趋势进行了展望。关键词：超细粉碎；设备；工作原理1前言超细粉碎技术被看作是支持高新技术工业最重要的基础技术之一，现代工 程技术的发展要求呈粉体状态的原料和制品具有细而均匀的粒度和尽可能低的 污染程度。颗粒粒度细化后，比表面积增大，可在各种领域，如填料、染料、颜 料、医药、催化剂、磁记忆元件、高级磨料、固体润滑剂、精细陶瓷、化妆品等 方面都表现出很好的性能。随着此技术的发展,超细粉碎的设备也在不断地创新, 以满足生产的需要。2
2、超细粉碎设备目前，国内外超细粉碎设备的主要类型有气流磨、机械冲击式超细磨机、搅 拌球磨机、振动球磨机、旋转筒式球磨机、塔式磨、旋风自磨机、离心磨、高压 射流粉碎机等。其中气流磨、机械冲击式超细磨机旋风自磨机等为干式超细粉碎 设备；高压射流粉碎机、搅拌球磨机、振动球磨机、旋转筒式球磨机、塔式磨等 既可以用于干式也可以用于湿式超细粉碎。2.1 气流磨气流粉碎机是利用高速气流(300500m/s)或过热蒸汽(300-400)的 能量，使颗粒相互产生冲击、碰撞、摩擦而实现超细粉碎的设备口。其一般原理: 将干燥无油的压缩空气通过拉瓦尔喷管加速成超音速气流，喷出的射流带动物料 作高速运动，使物料碰撞、摩擦
3、而粉碎。被粉碎的物料随气流到达分级区，达到 细度要求的物料，最终由收集器收集，不合格的物料返回重新粉碎，直到达到要 求为止。此种设备广泛应用于化工、非金属矿的粉碎。它所加工的产品具有粒度 细、分布窄，颗粒表面光滑、形状规整，活性大、纯度高、分散性好等特点。气 流粉碎机自20世纪30年代问世以来，经过许多研究者的努力，其结构不断更 新，种类不断增多，先后出现了扁平(或圆盘)式气流磨、循环式气流磨、对撞式 气流磨、流化床气流磨、靶式气流磨、超音速气流磨等。扁平（圆盘）式气流粉碎机工作原理是，将压缩空气（空气、过热蒸汽或惰 性气体）通过加料喷射器的高速射流所产生的负压，使物料吸入混合室，通过与 粉碎
4、室半径方向成一定角度并分布在同一水平上的喷嘴，被高速射流喷入粉碎 室，喷气流夹带着物料以极高的速度旋转，在粉碎室半径上形成流体动力特性梯 度，物料颗粒之间以巨大的动量相互碰撞（约占粉碎量的80%左右），又与粉碎 室的内壁碰撞（占20%左右）而粉碎。被粉碎粒子随旋转流高速旋转获得很大的 离心力，又受到气流向粉碎室中心排出的向心力，两个力的方向相反，颗粒在这 两个力的作用下分级。因此，在圆盘式气流粉碎机内，粉碎和分级是同时进行的。与其他气流粉碎机相比，圆盘式气流粉碎机结构简单，操作方便，而且自身 具有自动分级功能。其缺点是，当被粉碎的物料（如氧化硅、碳化硅等）硬度较 高时，物料随气流高速运动会与磨
5、腔内壁产生剧烈的冲击、摩擦、剪切，导致磨 腔磨损，并且对产品造成一定的污染。此类粉碎机多用于较软、较脆的物料。2.1.2 循环式气流磨循环式气流磨的工作原理是，压缩气体通过加料喷嘴产生高速射流，在加 料混合室内形成负压，使原料自动吸入混合室，并被射流送入下部的粉碎区，气 流经过一组喷嘴进入粉碎室，并将物料颗粒加速，使颗粒相互冲击、碰撞、摩擦 而粉碎。底部的高压气体经喷嘴加速后高速射入管道，挟带粉碎后的颗粒沿上行 管向上运动进入分级区。该机的优点是既能加速颗粒运动，又能增强离心力场的 作用，从而提高了粉碎和分级效率。但是，与其它气流粉碎机相比，气流及物料 对管道内壁的冲刷、磨损太严重，不适用于硬
6、度较高的材料的超细化。常用于热 敏性化学品、纤维、金属、药物、食品、颜料、填料等的粉碎，其粉碎细度可达 30.2|im。2.1.3 冲击式气流磨冲击式气流磨的粉碎动力源主要是颗粒与冲击部件（如冲击板、冲击环等） 的冲击力，目前，常见的有靶式气流磨、超音速冲击板式气流粉碎机、冲击环式 气流粉碎机等。2.1.3.1 靶式气流磨靶式气流磨是最早发明的气流磨之一，其靶子结构有固定和活动的两种形 式。固定靶式气流磨的工作原理是，高速气流挟带物料冲击到前方的靶上进行冲 击粉碎，粉碎后的物料随气流经出口排出，进入后序的分级器中。活动靶式气流 磨中的靶呈圆柱形，且缓慢转动，因此，物料冲击倾斜的圆柱形靶而得到粉
7、碎。 靶式气流磨常用于处理较粗的粒子，冲击力很大，冲蚀非常严重。因此，靶式气 流磨的工业化应用受到一定的限制。2.1.3.2 超音速冲击板式气流粉碎机超音速冲击板式气流粉碎机的工作原理为：原料从料斗进入，右上方设置螺 旋推料器以防止粉料架桥,高压气体从下部空气管进入，与物料在混合室内混合, 并以超音速与斜置的冲击板相冲击，物料得到粉碎。其最大的缺点是冲击板的冲 蚀非常严重，颗粒对喷管内壁以及喷嘴的磨蚀也很严重，从而严重影响了这种粉 碎机的推广应用。常用于纤维状物料、金属粉末和各种延展性物料等的粉碎。2.1.4 对撞式气流粉碎机对撞式气流粉碎机又称对喷式气流粉碎机。它是以两股高速气流挟带颗粒 相
8、互对撞而粉碎，能量利用率高，避免了上面三种气流粉碎机高速气流对冲击部 件的磨损，解决了被粉碎颗粒的污染问题。美国Majac公司早期研制的对撞式气 流粉碎机的工作原理是，两股相同压力和相同速度的压缩空气从两侧呈一直线进 入粉碎区，同时物料由螺旋加料器送入粉碎区，在混合后碰撞而粉碎，粉碎后的 颗粒随气流向低压区运动，细粉通过上部排出，粗粉回落入粉碎区再次粉碎。2.1.5 流化床气流粉碎机流化床气流粉碎机（螺杆加料式），其工作原理是：物料加入后利用二维（或 三维）设置的数个喷嘴喷汇的冲击能，以及气流膨胀呈流化床悬浮翻腾而产生的 碰撞、摩擦进行粉碎，同时在交汇点周围向上的气流，在负压气流带动下通过顶
9、部设置的分级装置分级，细粉排出，粗粉受重力作用而返回粉碎区继续粉碎。与 对撞式气流粉碎机相比，具有分散效果好、产品粒度可通过分级机进行调整、磨 损小（因为通过喷嘴的介质只有空气）、能耗小、适合于大规模工业化生产等优 点。常用于医药、化妆品、高级陶瓷、磁粉等生产。机械冲击式粉碎机比较适于各行业通用超细粉的生产，其作用机理是：利用 围绕水平或垂直轴高速旋转转子上的冲击元件（叶片、刀片、锤头、棒等）对物 料施以激烈的冲击，并使其与定子间以及物料与物料之间产生强烈的冲击，从而 以强大力量进行粉碎。近年来，国内外研制生产高速冲击式粉碎机的厂家很多，主要有立式和卧式 两种。立式的主要有ACM型冲击式粉碎机
10、、CZM型冲击式粉碎机、ZPS型机 械冲击式粉碎机、JTM冲击式粉碎机、立式高速离心超细粉碎机、旋风自磨机、 高速旋风超细粉碎自磨机等；卧式的有SU-PER-MICRON型冲击式粉碎机、CW 型超细粉碎机等。该机在国外较为流行，有美国、日本几家公司生产，国内也有几家工厂在生 产类似的机型。物料由螺旋给料机强制送入粉碎区域，在高速旋转的锤头打击 和与定子壁面的冲击研磨下被粉碎，粉碎产品在导向环的引导下进入中心分级区 分级。微粉作为产品从中心管排出机外，粗粉返回粉碎区再次粉碎。根据被粉碎 物料的不同，粉碎机的锤头有多种选择。它具有结构简单、加工造价低、适应物 料范围广的特点，加上大风量输送物料，传
11、热效果好、粉碎区域温度较低，可用 于某些热敏性物料的粉碎，这是其它设备所难于比拟的。1.1.2 CZM型系列冲击式粉碎机该机是清华大学与沈阳重型机械厂开发的多段冲击式粉碎机。特点：（1）将 粉碎室和粉磨室两大部分组合一体，依次完成物料的破碎、粉碎和超细粉碎。（2） 粉碎室由装有锤头的中速圆盘、定子板所组成，腔体呈扩大型的锥体，可容纳较 多的物料滞留。下部中速圆盘边缘线速度为1030m/s,装有612只锤头。块 状物料在这里受到中速圆盘端部锤头的冲击而被粉碎，块状物料之间产生强烈的 自磨而成为细粉。（3）粉磨室由装有小锤头的高速圆盘、上定子板组成，高速圆 盘边缘锤头的线速度为60150m/s。粉
12、碎室产出的细粉在空气的挟带下，通过 上部圆盘和定子板之间的缝隙时，又受到强涡流的剪切作用被粉碎成微细粉体。 上下两个粉碎圆盘同时固定在主轴上旋转，采用同一电机做动力。该设备适 合于中等硬度矿物及建材物料的粉碎，如方解石、滑石、石膏、石墨、高岭土等。 小型装置也用于食品和塑料制品的粉碎。1.1.3 ZPS型冲击式粉碎-分级机该机是美国、德国数家公司的产品，它将冲击粉碎机和卧式离心转子分级机 组合为一体，具有结构简单、整体性好的特点。分级部用法兰与粉碎部相连，借 助于液压装置可方便地将设备打开检修。被粉碎物料通常从管道给入磨机内部， 给料中的合格产品在气流的夹带下可直接进入分级机进行预先分级；给料
13、中的粗 大颗粒在冲击粉碎区域完成粉磨过程后进入分级机分级，细粉作为产品而被捕 集，粗粉返回粉碎区域再度粉碎。若给料已达到一定的细度，可将给料口改为下 部风送给料，强化定子和转子间缝隙的气流剪切粉碎作用。1.1.4 SUPER-MICRON型冲击式粉碎机该机最早是由日本开发生产的，国内也有几家工厂生产类似的机型O其原理: 粉碎轴上风机叶片旋转，在进料口产生负压，给料在重力和负压的作用下进入粉 碎机内腔，在粉碎锤头的打击、剪切和与外壁的碰撞摩擦作用下而被粉碎。同轴 上还装有分级叶片，可调整产品的细度。不纯的杂质可从排渣口由螺旋输送机排 出机外。若与分级机组成闭路循环系统,其产品细度和处理能力都有较
14、大的提高。 最大装机功率为55kW。针对中、软质物料，该机的粉碎能力强、细度调节容易、 运转平稳、结构简单，可广泛应用化工、矿山、食品、医药等行业。根据物料性 质的不同，产品细度从数微米到数十微米不等图。2.3 机械磨介式粉碎机介质超细研磨机有搅拌球磨机、振动球磨机、旋转筒式球磨机和研磨剥片机、 塔式磨、砂磨机等几种类型。2.3.1 振动磨振动磨是由磨机筒体、驱动电机、激振器、支架弹簧等部件组成的一种超细 粉碎设备。它是以球或棒为介质，介质在磨机内振动可使小于2mm物料粉碎至 数微米。国产振动磨近年来最主要的典型代表之一是西安理工大学研制开发的 WGM-3型双电机驱动自同步激振超细振动磨机。该
15、振动磨机采用三维动力有限 元法，对磨机结构进行了三维振形分析，实现了对磨机振动参数的有效控制，使 该设备在研磨产品细度、产量、单位产品能耗低、耐磨性等方面有较大进步。这 种新型振动磨机已在高岭土、重质碳酸钙、矿渣、水泥熟料、重晶石等物料的超 细粉磨中得到应用。但振动磨也有一些缺点，如为了减少磨损、延长寿命，大规 格振动磨机对弹簧、轴承等机器零件的技术要求非常高，而且在生产超细粉体时, 一般只能采用间歇式作业，无法连续生产。2.3.2 搅拌磨搅拌磨主要由一个静止的内填小直径研磨介质研磨筒和一个旋转搅拌器构 成。搅拌磨的研磨作用是通过搅拌器把动力直接施加于研磨介质上而实现的。研 磨介质受到如下三种
16、力的作用：研磨介质之间相互撞击产生的冲击力；研磨介质 转动产生的剪切力；搅拌棒与磨介间形成空间所产生的撞击力。在这些摩擦、撞 击、剪切力的相互作用下，物料受到超细粉碎或混匀、分散。因此，搅拌磨机既 可作超细粉碎机，又可作分散机使用。2.3.3 挤压磨机挤压磨机又称高压辐磨机，主要由辐子、轴承、液压系统、传动装置及机架 等几部分组成。在工作中，挤压磨机是以压应力为主要粉碎力，开始加压时压力 较小，料层体积缩小变密实，颗粒间相互紧密靠近，同时传递应力，压力随之上 升；当压力超过颗粒抗压强度时，颗粒便发生粉碎。挤压磨机具有许多优点：(1) 降低粉碎能耗，提高粉碎系统处理能力，球磨机能量利用率仅有3%
17、,而挤压粉 碎系统可可节能10%-20%,产量提高20%-40%； (2)大量节约钢耗，球磨机粉 碎物料的钢耗为l-5kg/t ,而挤压磨系统的钢耗仅为其10%； (3)适应性强，给 料范围宽，其粒度一般为根子直径的5%-10%。2.4 其它设备高压辐式磨机、胶体磨、雷蒙磨也是几种常用的超细粉碎设备。随着科技的 发展，技术人员开发出几种新型的超细粉碎设备，比如干湿两用偏心搅拌球磨机、 卧式双筒连续超微磨机、立式双筒连续磨机、MICROS型超微式粉碎机、离心磨、 新型干式塔磨等。这些设备会逐渐在超细粉生产领域普及。3发展趋势随着现代工程技术的进步与发展，越来越多的高纯超细粉碎和超细分级技术 在高
18、新技术研究及开发中起着重要作用。未来矿物材料加工的总趋势是高纯化、 超细化、功能化。为了节能和降低成本，矿物深加工的超细化在相当长的一段时 间里仍然会采用机械法。但是随着科学技术的发展，对矿物超细粉碎产品的要求 会更高，技术难度也会更大。作为与高新材料产业发展及传统产业技术进步和产 品升级密切相关的超细粉碎技术将在现有基础上发展新技术、新设备、新工艺以 及在线粒度大小和粒度分布的监控技术。参考文献：1曾凡，胡永平.矿物加工颗粒学M.中国矿业大学出版社，1995：253-269 陈文梅.超细气流粉碎设备的现状及发展趋势J.化工装备技,2005,1：27-31 3宋海兵.机械冲击式超细粉碎设备J.
19、佛山陶瓷，2003, 10：34-354盖国胜，马正先.超细粉碎与分级设备进展J.金属矿山，2000, 5：30-35 5郑水林.超细粉碎技术与设备的新进展及发展趋势J.中国粉体技术，2000, 106黄明福，张文军.超细粉碎设备的研究进展J.辽宁工程技术大学学报，2002, 8Abstract: This paper reviews the status of the ultrafine grinding equipment, described the type, the principle, the features and the performance and scope of application of ultrafine grinding equipment, and Outlooked the major development trends in the future based on the existing problem-S.Key words: ultrafine grinding; equipment; principle