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大型臥式砂磨機(jī)最新發(fā)展及在鈦白生產(chǎn)中的應(yīng)用

北京瑞馳拓維科技有限公司   馮平倉 (pingcang@vip.sina.com)

一：超細(xì)研磨技術(shù)發(fā)展過程中碰到的三個技術(shù)難題

傳統(tǒng)超細(xì)研磨設(shè)備在加工超細(xì)，超硬，超純【三超】物料時碰到的三個技術(shù)難題為；

磨不細(xì)是傳統(tǒng)超細(xì)研磨設(shè)備最難解決的問題之一。因?yàn)椋诮橘|(zhì)磨設(shè)備中，要將物料破碎的更細(xì)，必須使用更小的研磨介質(zhì)，而小尺寸介質(zhì)的質(zhì)量也小。要提高介質(zhì)的動能，只有增大其運(yùn)動速度，由于受漿料阻尼及介質(zhì)加速距離小的限制，介質(zhì)很難在密閉容器中獲得大的運(yùn)動速度。

分不離是傳統(tǒng)超細(xì)研磨設(shè)備又一個難題。一般所研磨產(chǎn)品最終平均細(xì)度約為所用介質(zhì)尺寸1/1000。如果研磨產(chǎn)品細(xì)度為100納米，應(yīng)該使用介質(zhì)的尺寸為0.1mm。 如此小尺寸介質(zhì)與物料的機(jī)械分離(通過縫隙網(wǎng))是十分困難的。

純不夠在特定情況下產(chǎn)品純度是判斷產(chǎn)品質(zhì)量合格的唯一標(biāo)準(zhǔn)。否則，即就是細(xì)度達(dá)到了，介質(zhì)與物料也分離了，但被污染了的物料還是屬于廢品！

傳統(tǒng)超細(xì)研磨設(shè)備分為干法和濕法研磨設(shè)備，濕法超細(xì)研磨主要是 球磨機(jī)，攪拌磨和砂磨機(jī)。

二：濕法超細(xì)研磨設(shè)備發(fā)展概述

在高檔鈦白粉生產(chǎn)過程中超細(xì)研磨是一個不可缺少的重要工藝。砂磨機(jī)屬于超細(xì)研磨設(shè)備用于鈦白生產(chǎn)工藝中的后處理。由于立盤式砂磨機(jī)效率低，啟動困難諸多缺點(diǎn)，鈦白粉行業(yè)越來越多的使用臥盤式砂磨機(jī)。

1：球磨機(jī), 攪拌磨, 砂磨機(jī)的特點(diǎn)

砂磨機(jī)是在球磨機(jī)(Ball Mill )的基礎(chǔ)上發(fā)展成為立式攪拌磨(Attritor)，然后再逐步發(fā)展成為砂磨機(jī)(Agitator Ball Mill )球磨機(jī)，如圖1所示。

圖-1：球磨機(jī) / 攪拌磨 / 砂磨機(jī)結(jié)構(gòu)原理比較

攪拌磨和砂磨機(jī)共同點(diǎn)是利用研磨介質(zhì)之間的碰撞，擠壓，摩擦等原理破碎物料，所以三者都屬于介質(zhì)研磨設(shè)備，但是三者又有以下本質(zhì)上的區(qū)別；

球磨機(jī)：筒體低速旋轉(zhuǎn)，筒體內(nèi)無攪拌器，使用大尺寸研磨介質(zhì)，利用磨球升高而產(chǎn)生的重力勢能破碎物料。研磨細(xì)度最小可達(dá)10-30微米。

攪拌磨：筒體固定不轉(zhuǎn)，筒體內(nèi)有銷棒式攪拌器，使用較小磨球，利用攪拌器給予介質(zhì)的動能破碎，一般為立式結(jié)構(gòu)。研磨細(xì)度最細(xì)可達(dá)1-3微米級。

砂磨機(jī)：筒體一般固定不轉(zhuǎn)，筒體內(nèi)有不同型式的攪拌器，使用較小或很小的研磨介質(zhì)，利用攪拌軸給予介質(zhì)的動能破碎物料。根據(jù)砂磨機(jī)的結(jié)構(gòu)形式不同可分為立式和臥式，盤式或銷棒式。研磨細(xì)度最細(xì)可達(dá)0.1- 0.3微米（100納米）。

2：球磨機(jī), 攪拌磨和砂磨機(jī)能量密度及介質(zhì)球的動能

隨著被破碎物料顆粒尺寸的減小，將其小顆粒破碎所需要的動能(E=1/2 x MV²)急劇增加。為達(dá)到所需細(xì)度必須使用小尺寸的研磨介質(zhì)，而小尺寸介質(zhì)的動能相應(yīng)減小，所以必須通過提高介質(zhì)的運(yùn)動速度（砂磨機(jī)攪拌器轉(zhuǎn)速）來提高其動能。另外能量密度也是影響研磨效率的一個重要因素。能量密度是砂磨機(jī)單位筒體容積的裝機(jī)功率。砂磨機(jī)能量密度最高，攪拌磨次之，球磨機(jī)最低（圖-2）。

圖-2：球磨機(jī)/攪拌磨/砂磨機(jī)介質(zhì)尺寸, 能量密度, 產(chǎn)品細(xì)度比較

3: 臥盤式砂磨機(jī)研磨介質(zhì)分離系統(tǒng)：

介質(zhì)分離系統(tǒng)是砂磨機(jī)的重要組成部分，其作用是將已磨過的物料與研磨介質(zhì)分開。常用的介質(zhì)分離原理如圖-3 所示,結(jié)構(gòu)1-3為為靜態(tài)分離結(jié)構(gòu), 在使用小研磨介質(zhì)是容易出現(xiàn)堵塞,結(jié)構(gòu)4屬于動態(tài)離心分離原理, 可以使用很小的介質(zhì), 研磨效率高，砂磨機(jī)出口不堵塞。

圖-3：研磨介質(zhì)分離器的結(jié)構(gòu)形式

4：研磨介質(zhì)對研磨效果的影響

介質(zhì)是砂磨機(jī)研磨過程中傳輸能量的中介體，所有【介質(zhì)磨】研磨效率及產(chǎn)品質(zhì)量都與介質(zhì)的種類，尺寸，比重有關(guān)。

介質(zhì)的尺寸砂磨機(jī)一般使用球型介質(zhì)。直徑越小，單位體積中裝填的數(shù)目越多，磨球之間接觸點(diǎn)越多，在研磨時間相同情況下產(chǎn)品細(xì)度愈好(如圖- 4所示)。過小的研磨介質(zhì)往往引起設(shè)備出口分離器的堵塞。分離器縫隙寬度決定研磨介質(zhì)尺寸大小，一般情況下研磨介質(zhì)直徑為砂磨機(jī)分離器縫隙寬度的2 -3倍。

介質(zhì)裝填率設(shè)備近似最佳研磨效果時介質(zhì)填加量，臥式砂磨機(jī)的裝填率一般為80-90%。立式設(shè)備的裝填率一般75-80%。研磨介質(zhì)裝填率過高，容易引起砂磨機(jī)溫升過高或者出口堵塞。研磨介質(zhì)裝填率過低，研磨效率低，磨損加劇,研磨時間延長

研磨介質(zhì)比重介質(zhì)比重越大，動能越大，研磨效率越高。

圖-4: 研磨介質(zhì)尺寸與產(chǎn)品細(xì)度的關(guān)系（相同研磨時間）

三：國外進(jìn)口砂磨機(jī)在鈦白生產(chǎn)中存出現(xiàn)問題

國內(nèi)鈦白企業(yè)從2001年開始引進(jìn)了40多臺德國產(chǎn)砂磨機(jī)，筒體容積有500和1000升。設(shè)備經(jīng)過8年多的運(yùn)行逐步進(jìn)入備件更換及故障頻發(fā)期。

1：選錯重要部件材質(zhì)（見圖-5）

機(jī)械密封機(jī)械密封是砂磨機(jī)最重要的也是最昂貴部件，其可靠性，使用壽命直接決定整個生產(chǎn)線的運(yùn)行。早起進(jìn)口砂磨機(jī)機(jī)械密封進(jìn)料側(cè)法蘭未作耐磨包覆，磨損嚴(yán)重。

內(nèi)襯材質(zhì)進(jìn)口砂磨機(jī)筒體內(nèi)襯材質(zhì)有離心澆注耐磨鑄鐵(GX280CrMo24)和特耐磨鑄鋼（1.4571或 316Ti）壁厚15-30毫米，磨損比較嚴(yán)重且引起鐵污染，使用壽命約3-4萬小時。更換一個原裝進(jìn)口內(nèi)襯價(jià)格在30萬人民幣！

進(jìn)料法蘭 初期進(jìn)口砂磨機(jī)進(jìn)料法蘭與軸承座設(shè)計(jì)成一體結(jié)構(gòu)，未作聚氨酯包覆。磨損后必須與軸承座一起更換。

研磨盤由于選用了不合適的PU原料及制造工藝，磨盤隨著時間逐步發(fā)生水解和化學(xué)腐蝕，最終剝落至解體。

排料口排料口金屬篩網(wǎng)受介質(zhì)和物料沖刷磨損，一般壽命僅為 6個月左右。

圖-5: 進(jìn)口砂磨機(jī)選錯材質(zhì)舉例

2：介質(zhì)分離系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不合理（見圖-6）

A: 德國PM600 SuperTex 砂磨機(jī)最初采用靜態(tài)介質(zhì)分離系統(tǒng)（見圖3-3），結(jié)構(gòu)為彈夾式陶瓷過濾筒，生產(chǎn)中出口經(jīng)常堵塞引起停機(jī)，后來改造成動態(tài)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)才正常運(yùn)行。

B：美國PMH1000TEX/ RF砂磨機(jī)最初也是采用靜態(tài)介質(zhì)分離系統(tǒng)（見圖3-3），雖然經(jīng)常堵塞但還能勉強(qiáng)運(yùn)行！后來采用錐形散射轉(zhuǎn)子+ 動態(tài)縫隙環(huán)結(jié)構(gòu)后堵塞的根本不能運(yùn)行！ 如今由北京瑞馳公司改造成動態(tài)渦輪分離系統(tǒng)(DTS)正常運(yùn)行。

C：德國LME1000K系列砂磨機(jī)介質(zhì)分離系統(tǒng)為動態(tài)離心分離原理（見圖3-4），結(jié)構(gòu)為一個組合式徑向空心轉(zhuǎn)子，雖然出口不易堵塞，但轉(zhuǎn)子外周圍不產(chǎn)生研磨作用，卻要消耗約20%的輸入能量。另外該轉(zhuǎn)子的橫梁布置為徑向散射結(jié)構(gòu)，與渦輪轉(zhuǎn)子理論磨損軌跡不一致，所以，當(dāng)磨損到一定程度是會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子不平衡引起振動。

圖-6: 三種典型介質(zhì)分離系統(tǒng)

四：瑞馳HDM臥盤式砂磨機(jī)特點(diǎn)及在鈦白生產(chǎn)中應(yīng)用。

總結(jié)了目前鈦白行業(yè)砂磨機(jī)使用中存在的問題，北京瑞馳拓維科技有限公司開發(fā)的HDM系列砂磨機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)；

1：重要部件采用特殊耐磨材料

A -設(shè)備磨損件耐磨保護(hù)進(jìn)口設(shè)備出現(xiàn)的故障主要是機(jī)械密封，進(jìn)出法蘭，排料篩網(wǎng)，研磨內(nèi)筒磨損。所以，HDM砂磨機(jī)對以上薄弱點(diǎn)均做了特殊聚氨酯(PU)包覆措施，徹底解決了與物料接觸部件的磨損難題，大大延長了磨損件的使用壽命，降低了設(shè)備運(yùn)行成本。

B-新型介質(zhì)分離系統(tǒng)不論是靜態(tài)介質(zhì)分離系統(tǒng)出現(xiàn)的堵塞停機(jī)故障還是動態(tài)分離系統(tǒng)磨損后出現(xiàn)的振動均屬于砂磨機(jī)本身設(shè)計(jì)缺陷。必須從理論上分析其原因后才能找出正確的解決方案。瑞馳公司新開發(fā)的動態(tài)渦輪介質(zhì)分離系統(tǒng)(Dynamic Turbo Separation)為整體結(jié)構(gòu)，周邊外緣葉片切向分布。與進(jìn)口設(shè)備分離系統(tǒng)比較，重量減輕30%，能耗降低20%左右。

圖-7: 瑞馳砂磨機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)及材質(zhì)選擇

2： HDM砂磨機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù)

HDM系列砂磨機(jī)已形成規(guī)模化，系列化并出口印度，伊朗等國家。國內(nèi)鈦白粉生產(chǎn)廠家，如 四川龍蟒，山東魯北化工，淮安飛揚(yáng)等已經(jīng)采用，其主要技術(shù)參數(shù)見圖表-8.

                                圖-8：HDM系列砂磨機(jī)研磨鈦白粉產(chǎn)量明細(xì)表