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粉体设备论文

粉体工艺设备综述

摘要：

本文简单介绍了粉体的加工工艺流程、粉碎的意义、粉碎的分类，重点阐述了几种常用的破碎机械及其工作原理并附图，如：

颚式破碎机、圆锥式破碎机、辊式破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机，还有粉磨机械及其原理如：

笼式破碎机、轮碾机、立式磨、球磨机、自磨机、锤击磨等。

简单介绍了超细粉体制备设备。

此外，还阐述了目前粉体工艺设备存在的问题、发展方向和发展前景。

关键词：

工艺流程破碎机械粉磨机械超细粉体设备原理问题发展前景

Abstract:

Inthispaper,abriefintroductionoftheprocessflowofthepowder,crushedsignificance,crushedclassification,focusingonseveralcommonlyusedcrusherandhowitworksanddrawings,suchas:

jawcrusher,conecrusher,rollcrusher,hammercrusher,impactcrushermachine,aswellasgrindingmachineryandprinciplessuchas:

cagecrusher,roller-mill,verticalmill,ballmill,sincethemill,hammermill.Abriefintroductiontothepreparationofultrafinepowdersdevice.Alsoaddressedaretheproblemsofthepowderprocessequipment,directionanddevelopmentprospects.

Keywords:

brokenprocessultra-finepowderofmechanicalgrindingmachineryequipmentprincipledevelopmentprospectsAlpha

一、简介：

粉体加工是过程工业生产中不可缺少的工艺流程，主要包括破碎、粉磨、均化、分级、干燥、收捕、混合、存储、装运以及某些粉体产品的改性造粒等工序，各工序间还有输送（计量）作业。

如图l所示。

当然，对不同的粉体产品生产，上述工序有不同的取舍与组合。

每一道工序，都必须配置具有相应功能的设备，从而形成了庞杂的粉体加工设备。

粉碎机械是应用机械力对固体物料进行粉碎作业，使之变为小块、细粒或粉末的机械。

粉碎机械是破碎机械和粉磨机械的总称。

比较传统的分类是：

排料中粒度大于3mm的含量占总排料量50%以上者称为破碎机械；小于3mm的含量占总排料量50%以上者则称为粉磨机械。

随着科学技术的进步，粉体工业发展进入到了纳米级领域，对于粉碎设备的分类也将更加细化。

粉碎的分类：

根据处理物料要求的不同，一般可将粉碎分为破碎和粉磨两个阶段。

破碎又可分为粗碎、中碎和细碎三类。

粉磨又可分为粗磨、细磨、超细磨三类。

二、物料粉碎的定义、意义、目的和方法

1、粉碎的定义

固体物料在外力作用下克服其内聚力使之破碎的过程称之为粉碎。

2、粉碎的意义

一般来讲，每生产1t水泥，大约需要粉磨的各种原、燃材料达4t左右。

在粉碎作业中所消耗的电量占整个水泥生产总电耗的70％左右。

所消耗的钢材占全厂钢材耗量的50％左右。

粉碎成本占水泥生产总成本的35％以上。

其中，破碎物料的电耗约占10％～12％。

3、粉碎的目的：

1）提高物料的流动性，便于输送和储存。

2）便于物料的均化，提高物料的均匀性。

3）降低入磨物料的粒度，提高磨机产量，降低粉磨电耗。

4）增加物料的比表面积，提高烘干效率。

4、粉碎方法

1）击碎：

物料在瞬间受到外来冲击力的作用被破碎。

2）压碎：

在两个工作面之间的物料，受到缓慢增长的压力作用而被破碎的方法称为压碎。

此破碎方法适用于破碎大块硬质物。

3）磨碎：

物料受到两个相对移动的工作面的作用，或在各种形状的研磨体之间的摩擦作用而被粉碎的方法称为磨碎。

4）劈碎：

物料在尖棱工作面之间，受到尖棱的劈裂作用而被破碎的方法。

此法多适用于破碎脆性物料。

5）折碎：

物料在受到两个相互错开的凸棱工作面间的压力作用而被破碎的方法。

此法主要适用于破碎硬脆性物料。

三、典型粉体加工机械：

要是靠机械力的作用，最常见的破碎方法有五种：

压碎、劈碎、折碎、磨碎、击碎，而超细粉碎则要通过对物料的冲击、碰撞、剪切、研磨、分散等手段而实现，传统粉碎中的挤压粉碎方法不能用于超细粉碎，否则会产生造粒效果。

由于粉碎方法的不同也使得传统的粉碎设备和超细粉碎设备有所不同，下面就对一些典型设备进行介绍。

破碎机械根据结构和工作原理的不同可分为下列几种类型：

（一）、颚式破碎机——是由于活动颚板对固定颚板作周期性的往复运动，物料在两颚板之间被压碎。

适用于粗、中破硬质料或中硬质料。

（1）工作原理

颚式破碎机依靠活动颚板对固定额板作周期性的往复运动，当靠近时，物料在两块颚板间被压碎，当离开时，已被破碎的物料由于自重从破碎腔卸出。

（2）类型及构造

a.简单摆动颚式破碎机

活动颚板以悬挂轴为支点作往复摆动，其运动行程以活动颚板的底部，即卸料口处为最大。

b.复杂摆动颚式破碎机

活动颚板悬挂在偏心轴上，而活动颚板的底部则支撑在推力板上。

当偏心轴转动时，活动颚板在其带动下作上下、左右的复杂的运动，故称复杂摆动式。

颚式破碎机的规格用进料口的宽度和长度（B×Lmm）表示，如PEF600×900颚式破碎机，表示进料口宽度为600mm，长度为900mm的复杂摆动式颚式破碎机。

其中P为破碎，E为颚式，F为复杂，J为简单。

（3）主要零部件

a.机架

机架在工作中承受很大的冲击载荷，要具有足够的强度和刚度。

中、小型破碎机一般整体铸造，大于1200mm×1500mm的颚式破碎机都采用上、下机架的组合形式。

b.支承装置

支承装置主要用于支承偏心轴和悬挂轴，使它们固定在机架上。

目前，支承装置一般都采用滚动轴承，以减小摩擦、方便维修和保证润滑。

c.破碎部件d.传动机构e.调节装置f.保险装置

（二）、圆锥式破碎机——外锥体是固定的，内锥体被安装在偏心轴套里的立轴带动作偏心回转，物料在偏心回转，物料在两锥体之间受到压力与弯曲力而被破碎。

适用于粗、中、细碎硬质料或中硬质料。

主要工作件：

动锥和固定锥。

动锥做偏心旋转运动，使物料受到挤压、弯曲、剪切作用而破碎。

连续破碎，生产能力较颚式破碎机大，功耗低。

外锥体是固定的，内锥体被安装在偏心轴套里的立轴带动作偏心回转，物料在两锥体之间受到压力和弯曲力的作用而破碎。

近年来，在结构形式上最具代表性的圆锥破碎机仍是瑞典B45ED3G集团的液压圆锥破碎机和芬兰metso集团的symons体系之圆锥破碎机。

发展特点是高能化，即达到更高的输入能量/质量比，目标是获得更高的破碎比和更细的产品粒度。

A、瑞典B45ED3G集团的第三代H和S1800系列液压圆锥破碎机具有国际领先水平，其传统特点是陡锥、高摆频、小偏心距、主轴简支梁支承形式、底部单缸液压支承和顶部星型架结构。

B、芬兰metso集团最新推出了GP550型NordbergGP系列底部单缸液压圆锥破碎机。

其最大功率为351kw，质量为24t。

C、Symons系列圆锥破碎机（ee）芬兰Metso集团的HP系列圆锥破碎机（原属Metso集团Nordberg公司）具有国际领先水平。

该破碎机是在Omni圆锥破碎机的基础上发展而成,在Symons圆锥破碎机基础上加大了动锥直径、给料口尺寸和偏心距,加快了主轴转速,提高了零部件机械强度,使安装功率和生产能力大幅度提高。

D、HP列圆锥破碎机较Symons圆锥破碎机的零碎比达到2～10,可以用于第二段到第四段破碎其最新发展是HPSX型,该型号增加了从给料端更换动锥之功能,用以改进HP系列圆锥破碎机的生产能力。

最新、最大规格为HP800圆锥破碎机,我国包钢（集团）公司选矿厂、鞍钢集团鞍山矿业公司齐大山选矿厂以及太钢尖山铁矿等矿山已使用了该设备

E、北京矿冶研究总院与俄罗斯Mxahoop技术有限公司合资成立的北京凯特破碎机有限公司从20世纪90年代初开始制造惯性圆锥破碎机。

目前已形成了GYP-60、GYP-100、GYP-200、GYP-300GYP-450、GYP-600、GYP-900、GYP-1200的系列规格。

F、法国FivesLille集团FCB公司根据俄罗斯惯性圆锥破碎机原理,对其结构进行改进,开发了Rhodax惯性圆锥破碎机。

其特点是外锥为主动锥,内锥是从动锥,不平衡偏心配重安装在外锥上,具有破碎力调整方便的优点。

（三）、锤式破碎机——物料被快速旋转的锤子所击碎，锤子自由悬挂在转盘上，并被其带动。

适用于中、细碎中硬质料。

锤式破碎机的主要工作部件为带有锤头的转子。

当物料进入破碎机中，受到高速旋转的锤头的冲击而被破碎。

物料获得能量后又高速撞向衬板而被第二次破碎。

较小的物料通过箅条排出，较大的物料在箅条上再次受到锤头的冲击被破碎，直至能通过箅条而排出。

（1）构造、工作原理、类型及性能

锤式破碎机的主要工作部件为带有锤头的转子。

当物料进入破碎机中，受到高速旋转的锤头的冲击而被破碎。

物料获得能量后又高速撞向衬板而被第二次破碎。

较小的物料通过箅条排出，较大的物料在箅条上再次受到锤头的冲击被破碎，直至能通过箅条而排出。

锤式破碎机的优点是生产能力高，破碎比大，单位产品电耗低，结构简单，紧凑轻便，操作维护方便；其缺点是遇坚硬物料，锤头、衬板和箅条磨损大，检修频繁，另外，不适宜破碎含水分超过15％的黏湿性物料。

（四）、反击式破碎机——物料被快速旋转的转子上刚性固定的打击板打碎，并且撞击到反击板上而进一步被破碎。

适用于中、细破碎硬质料和中硬质料。

特点：

破碎脆性、纤维性及中硬以下物料。

破碎比大，过粉碎少，破碎效率高，能

耗低，结构简单紧凑，维修方便。

工作原理如图：

反击式破碎机的破碎作用主要分为3个方面：

①自由破碎

②反弹破碎

③铣削破碎其中，以物

（五）、辊式破碎机——物料在两个作相互旋转的辊筒之间被压碎。

适用于中、细碎硬质、软质料。

辊式破碎机的结构简单，容易制造，适用于破碎中、低硬度、脆性、黏性和松软的物料。

常用来破碎黏土、煤、混合材等。

这种破碎机的缺点是生产能力低，辊齿磨损快，破碎比小，维修频率高。

（六）、粗碎旋回破碎机

（1）动锥正置，固定锥倒置，支承装置结构简单。

（2）产品粒度通过升、降主轴和动锥来改变排料口宽度进行调节。

性能和应用：

粗碎圆锥破碎机和鄂式破碎机都可以用作粗碎机械，二者相比较，粗碎圆锥破碎机的特点是：

破碎过程是沿着圆环形破碎腔连续进行的，因此生产能力较大，单位电耗较低，工作较平稳，适于破碎片状物料，破碎产品的粒度也较均匀。

粗碎圆锥破碎机缺点是：

结构复杂，造价较高，检修较困难，机身较高因而使厂房及基础构筑物的建筑费用增加。

适合于生产能力较大的工厂中使用。

四、传统的粉磨机械

由于粉碎方法的不同，而且被处理物料的性质也差异很大，为了满足需要，按结构和工作原理的不同，粉磨机械可分为下列类型：

（1）笼式破碎机——简称笼磨机，它利用快速旋转的笼子对物料进行冲击粉碎。

适用于细碎和粗磨脆性及软质材料，一般在玻璃工业中应用比较多。

（2）轮碾机——物料在旋转碾盘上被滚动的圆柱形碾轮所压碎及磨碎。

适用于细碎和粗磨中硬及软质料。

（3）立式磨——又称环辊磨，磨辊受到弹簧的作用紧压在旋转磨盘上，物料即在磨盘及磨辊之间被压、研碎，然后被空气带走。

适用于细磨软、中硬质料。

（4）球磨机——物料与研磨体在旋转的筒体中，由于研磨体被筒体带起，然后从一定的高度下落，能将物料击碎和磨碎适用于粗、细磨硬质料和磨蚀性料。

（5）自磨机——又称无介质磨机，它基本上不用研磨体，物料在旋转筒体中被带起，然后从一定高度下落，物料相互间产生连续不断的碰撞而被击碎和磨碎。

适用于细碎、粗、细磨中硬和硬质料。

（6）锤击磨物料被高速度旋转的锤头击碎，锤头是自由地悬挂或固定在转盘上，击碎后的物料被下面的空气带走，若使用热空气时，还可以同时进行物料的干燥。

适用于细碎和粗磨软、中硬质料。

（7）辊压机物料在一对相向转动的轧辊中被压碾碎，平滑高压轧辊的直径是长度的倍。

一个轧辊具有固定可调底座，粉碎所需的压力由液压系统施加于另一个轧辊上，轧辊通过万向轴由安装在轴上的行星减速装置驱动，物料从漏斗喂入两个轧辊的缝隙中，被压出来的物料成片状，压片中含有粗粒和细粒，所以必须通过二次粉磨把压片松散开。

适用于粗磨和细磨脆性物料。

五、超细粉体制备设备

我们通常采用的粉碎方法主物料细微状态下，其物理及化学性质均会有明显的变化并出现许多优良性能。

由于超细粉体粒度细、表面积大、分布均匀而且缺陷小：

大大加快化学反应的速度；充分释放可燃性固体物料所含的能量；使药品的生化作用更趋向有效；使油漆、油墨的色彩更亮泽；使涂料粘合更为牢固等等。

为了利用这些特殊的性能，现代化工、电子技术等对其所用物料的细度提出了更高的要求，因此，超细粉碎技术应运而生。

从二十世纪40年代起国外就开始注重以超细粉碎、分级及改性为基础的深加工技术。

目前，国外的超细粉碎设备已经可以加工细度为0.5——10μm任意窄级别的粉体。

超细粉碎通过对物料的冲击，碰撞，剪切，研磨，分散等手段而实现。

超细粉碎设备按不同的粉碎方式可分为：

机械冲击式粉碎机、振动磨、气流粉碎机、搅拌磨等。

（1）机械超细粉碎机

A、搅拌球磨机——搅拌球磨机是超细粉碎机中最有发展前途，而且能量利用率最高的一种超细粉碎设备。

B、冲击式粉碎机——高速冲击式粉碎机按转子的布置方式和锤头的个数、形式分为多种，其特点是粉碎效率高、粉碎比大、结构简单、运转稳定，适合于中、软硬度物料的粉碎，广泛应用在矿业、化工、建材、食品、药物等行业。

（2）气流式超细粉碎机

A、圆盘式气流粉碎机——这类气流粉碎机的腔体成圆盘状，故而得名，如图6所示。

圆周上的多个气流入口与固定的喷射环管成一定角度，使喷射气流所产生的旋转涡流既能使粒子得到良好的冲撞、摩擦，又能在离心力的作用下达到分级的目的．喷嘴喷射出来的空气膨胀的作用能降低粉碎室的温度。

B、O型环气流粉碎机——O型环（循环管式）气流粉碎机。

原料由文丘里喷嘴加入粉碎区，气流经一组喷嘴喷入不等径变曲率的O型循环管式粉碎室，并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的颗粒沿上行管向上运动进入分级区．在分级区离心力场的作用下，使密集的料流分流，细粒在内层经百叶窗式惯性分级器分级后排出，即为产品；粗粒在外层沿下行管返回继续循环粉碎。

C、冲击靶式气流粉碎机——冲击靶式气流粉碎机的结构原理：

压缩空气从下部空气管送入，为了达到强制给料的目的，右上方安装有螺旋加料器，空气和物料在混台室内混合并以超音速与冲击板相冲击，从而将颗粒粉碎。

气流连续喷射，颗粒经过一次冲击之后进入上升管，并在湍流作用下相互间撞击摩擦，从而达到超微粉碎的目的。

D、对撞式气流粉碎机——它是利用两股相对运动的高速气流夹带着颗粒对撞在一起，从而达到粉碎的目的。

颗粒之间在混合气流作用下元规则的碰撞中向低压区移动，大量的混合粉体经连通管向上移动。

细粉从上部排出；粗粉向下落，并在二次空气的夹带下通过料管重新进入粉碎区。

（3）气力超细分级典型设备

A、离心转子式分级机——该分级机是分级设备中的主导产品，现有多家公司生产，其关键部件略有不同。

分级机工作部件主要是一高速旋转的转子，当气固两相流通过转子间隙由外向内运动时，颗粒在离心力场作高速旋转。

较大的颗粒在强大离心力的作用下，被抛向器壁而失去动能，并在重力作用下，由排料口排出；较小的颗粒则在气体粘滞力的作用下，随气流向转子内部运动，成为产品而由出料口排出。

B、多次分散超微粉分级机——针对微细粉体的精密分级，在传统转子式分级机的基础上发展了带有多次分散风的分级机，这是一种切割粒径小至1“m的精密分级机。

原料在一次空气的夹带下切向进入转子分级区域，沿器壁流动的同时被径向三次风吹散，空气与合格的细粉经过叶轮和细颗粒出口作为产品而收集；粗颗粒和团聚颗粒在下落的过程中，通过一个导向叶片环被分级区底部切向导入的二次空气再次分散。

其处理能力为50一1500kg／h，空气耗量为15—150m3／min，转子转速为800—2300r／min。

C、多转子微粉分级机——本分级机是由上部多个转子构成的分级腔和底部分散装置组成的大处理量分级机，原料在分级机的底部被流化分散，然后被上升气流带入分级区。

细粉通过转子叶片后在上部提出，进入收集器。

粗粉及团聚颗粒在下落过滤中。

与切向导入的二次气流相遇再次分散后，通过底部的出口阀卸出。

该机专门为高细度、大处理量的分级过程而设计。

其能力为1—6t／h，空气耗量为15—600m3／min，转子的转速为300—2300r／min。

分级切割粒径为5—15µm。

D、DS型分级机——这也是一种无转子的半自由涡式分级机，舍有微细颗粒的两相流，在负压的作用下旋转进入分级机。

经沿上部筒体壁旋转分离后，部分空气和微粉通过插入管离开分级机；剩余部分需要进一步分级的物料，通过中心锥体进入到分级区，由于离心力的作用被分成粗粉和细粉。

二次空气经过可调整角度的叶片进入分级室，以使颗粒充分分散。

提高其分级效率。

粗粉经过环形通道进入卸料仓，细粉从中心锥体下部排出机外．还有其它几种型式，如：

SPC型涡轮分级机等。

六、粉体加工工程的发展

了满足“节能降耗”与“资源有效利用”的社会要求，粉体加工设备必须在技术上不断进步，近20年中主要体现在下列四个方面：

从常规设计向优势设计的进化；粉体设备技术数字化；耐磨材料的多样化；设备功能组合的个性化。

（1）粉体加工设备从常规设计向优势设计进化

所谓“常规设计”，就是按照已有的知识和规划，进行一般机器的设计。

（2）粉体设备技术数字化

“数字化”是提高粉体加工设备技术水平的有效途径之一，它综合运用信息技术、计算机技术及控制技术的方法与成果，与粉体加工设备的设计、制造、模拟实验、运行相结合，更利于达到优化功能、提高性能和节省制造成本与运行费用的目的。

（3）抗磨技术与耐磨材料的多样化

抗磨技术与耐磨材料是摩擦学与材料工程所研究的问题，也是粉体加工设备的发展所必须面对的问题。

（4）粉体加工设备功能的个性化

粉体加工设备的功能，不同于通常的制造业，其个性化要求高得多。

特别是近20年来，功能个性化的趋势日益明显，除了受粉体加工原料与产品的多变性影响之外，还有一个市场争夺的因素。

七、存在问题及需要注重的方面

随着高新技术和新材料产业的发展，对超细粉体产品粒度、纯度及粒度分布等各项精度要求也相应提高，今天的纳米技术就像世纪四五十年代的晶体管一样，其技术发展和工业化应用将进一步促进经济发展，同时又面临着节约能源、保护自然环境等资源可持续发展战略的严峻挑战，超细粉碎技术面临的问题也越来越大。

为了满足今后社会生产的需要，在今后超细粉碎技术研究中应注重以下方面：

加强粉碎与超细粉碎基础理论的研究。

（2）在深入研究超细粉碎理论和技术的基础上，注重学科交叉，积极借鉴其他学科知识。

（3）加强超细粉碎过程中的机械化学研究。

（4）改进现有超细粉碎设备，发展新型设备。

（5）寻求解决超细粉碎过程中磨损的有效途径。

（6）加强专用设备的研究，特别是超细粉碎设备，如有形状（球形、片状等）等特殊要求的粉体加工设备等。

（7）注重粉碎与分级的有机结合。

（8）粉碎是一个概率过程，其产物具有一定的粒度分布。

应加强超细粉碎粒子的在线测试、监控及其相应监测仪器设备的研究。

（9）超细粒子的分散是制备高性能复合材料地基础，

研究超微细粉的团聚机理，探索消除硬团聚的有效途径，将有助于制备纳米相均匀的纳米复合材料，充分发挥其性能。

（10）粉体特别是纳米粉体的表面改性在粉体制备和性能优化方面也具有十分重要的意义。

为此，应加强改性机理的研究，针对改性需要研究改性的方法、技术、测试手段及其相应仪器设备。

八、超微粉体技术的前景

进入新世纪后的信息技术、生物技术和新材料技术的发展带动了粉体技术研究内容的深入和应用开发水平的提高。

超微粉体技术不再仅仅是粉碎分级等简单的物理单元作业，而是在新的科学氛围和新的技术平台上与材料科学、化学、现代物理学、生物学、医学等学科的交融。

即使是在那些简单的物理单元作业中，新材料、计算机和测控技术的应用，也在不断使这些技术和设备推陈出新，更新换代。

超微粉体技术对资源和废气物的最小化，再利用和再循环具有技术上的重要作用，因此粉体产业是发展循环经济重要技术支撑产业。

当前党中央、国务院对发展循环经济非常重视。

因此超微粉体技术具有巨大的发展空间和广阔的应用前景。

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