粉碎设备

粉碎设备是破碎机械和粉磨机械的总称。两者通常安排料粒度的大小作大致的区分:排料中粒度大于3毫米的含量占总排料量50%以上者称为破碎机械;小于3毫米的含量占总排料量50%以上者则称为粉磨机械。有时也将粉磨机械称为粉碎机械,这是粉碎设备的狭义含意。应用机械力对固体物料进行粉碎作业,使之变为小块、细粉或粉末的机械。利用粉碎机械进行粉碎作业的特点是能量消耗大、耐磨材料和研磨介质的用量多,粉尘严重和噪声大等。

粉碎设备是破碎机械和粉磨机械的总称。两者通常安排料粒度的大小作大致的区分:排料中粒度大于3毫米的含量占总排料量50%以上者称为破碎机械;小于3毫米的含量占总排料量50%以上者则称为粉磨机械。有时也将粉磨机械称为粉碎机械,这是粉碎设备的狭义含意。应用机械力对固体物料进行粉碎作业,使之变为小块、细粉或粉末的机械。利用粉碎机械进行粉碎作业的特点是能量消耗大、耐磨材料和研磨介质的用量多,粉尘严重和噪声大等。

设备简介

粉碎设备的用途很广。应用粉碎机械可以达到下列几个主要目的:①减小物料的粒度至一定大小,例如磨制面粉,粉碎饲料,磨细颜料、染料和水泥的生、熟料,研磨制备悬浮液的浆料,以及增加物料的流动性、填充性和便于包装、储存、运输等;②将物料粉碎后筛分为不同粒度级别的小块、细粒或粉末,例如为混凝土和筑路工程制备块石、碎石和人造砂,将原煤按用户需要粉碎为中块、小块和煤粉等;③增加物料的表面积以提高其物理作用的效果或化学反应的速度,例如磨碎有待人工干燥的物料以加快其干燥速度,磨细触媒剂和吸附剂以分别加强其触媒效能和吸附作用,将煤块磨成煤粉以提高其燃烧速度和燃烧的完全程度等;④使物料中的不同组分在粉碎后单体分离,以便进一步将其彼此分开,例如将铁矿石粉碎后通过磁选或浮选来获得精铁矿粉,将铅锌矿石粉碎后分选出铅矿粉和锌矿粉等。

粉碎设备的分类方法有多种,或按结构形式,或按粉碎方法,或按运动速度,或按受力种类,或按细化程度来划分。附表粉碎机械类别和主要特点表列出了粉碎机械的类别和主要特点。粉碎比和粉碎系统粉碎比是指粉碎前后物料粒度的大小变化程度。对于单台粉碎机械来说,它等于给料的最大(或平均)粒度与排料的最大(或平均)粒度之比;对于由多台粉碎机械所组成的粉碎系统来说,它等于最初给料粒度与最终排料粒度之比,或等于各单台粉碎机械的粉碎比的连乘积。当使用破碎机械破碎物料时,粉碎比通常称为破碎比。当粉碎比要求很大时,粉碎作业往往要在由若干台粉碎机械组成的粉碎系统中来完成。物料在这个系统中经过各台粉碎机械,其粒度逐步减小,最后达到所要求的粒度。在这种粉碎系统中,每个阶段都应选用适当的粉碎机械和粉碎比,在各个阶段之间保持相互配合的生产能力。同时,为减少过度粉碎以提高粉碎效能和降低能耗,还须在每道粉碎作业之后进行筛分或分级。

发展历史

粉碎设备
在中国,公元前两千多年就出现了最筒单的粉碎工具—杵臼。杵臼进一步演变为公元前200~前100年的脚踏碓。这些工具运用了杠杆原理,初步具备了机械的雏形,不过,它们的粉碎动作仍是间歇的。

最早采用连续粉碎动作的粉碎机械是公元前四世纪由公输班发明的畜力磨,另一种采用连续粉碎动作的粉碎机械是辊碾,它的出现时期稍晚于磨。公元二百年之后,中国杜预等在脚踏碓和畜力磨的基础上研制出了以水力为原动力的连机水碓、连二水磨、水转连磨等,把生产效率提高到一个新的水平。这些机械除用于谷物加工外,还扩展到其他物料的粉碎作业上。

粉碎设备
近代的粉碎机械是在蒸汽机和电动机等动力机械逐渐完善和推广之后相继创造出来的。1806年出现了用蒸汽机驱动的辊式破碎机;1858年,美国的布莱克发明了破碎岩石的颚式破碎机;1878年美国发展了具有连续破碎动作的旋回破碎机,其生产效率高于作间歇破碎动作的颚式破碎机;1895年,美国的威廉发明能耗较低的冲击式破碎机。

与此同时,粉磨机械也有了相应的发展,19世纪初期出现了用途广泛的球磨机;1870年在球磨机的基础上,发展出排料粒度均匀的棒磨机;1908年又创制出不用研磨介质的自磨机。二十世纪30~50年代,美国和德国相继研制出辊碗磨煤机、辊盘磨煤机等立轴式中速磨煤机。

这些粉碎机械的出现,大大提高了粉碎作业的功效。但是,由于各种物料的粉碎特性互有差异,不同行业对产品的粒度要求也彼此不同,于是又先后创制出按不同工作原理进行粉碎作业的多种粉碎机械,如轮碾机、振动磨、涡轮粉碎机、气流粉碎机、风扇磨煤机、砂磨机、胶体磨等。到了70年代初期,已制造出每小时产量为5000吨、最大给料直径达2000毫米的大型旋回破碎机,和可将物料磨细到粒度小于0.01微米的胶体磨。

设备分类

粉碎设备
粉碎设备一般分为机械式粉碎机(machinemill)、气流粉碎机(pneumaticcracker)、研磨机(grindingmachine)和低温粉碎机(low-temperaturemill)四个大类:
1、机械式粉碎机是以机械方式为主,对物料进行粉碎的机械,它又分为齿式粉碎机、锤式粉碎机、刀式粉碎机、涡轮式粉碎机、压磨式粉碎机和铣削式粉碎机六小类:
(1)齿式粉碎机(toothmill):由固定齿圈与转动齿盘的高速相对运行,对物料进行粉碎(含冲击、剪切、碰撞、摩擦等)的机器。
(2)锤式粉碎机(hammermill):由高速旋转的活动锤击件与固定圈的相对运动,对物料进行粉碎(含锤击、碰撞、摩擦等)的机器。锤式粉碎机又分活动锤击件为片状件的锤片式粉碎机(paddlemill)和活动锤击件为块状件的锤块式粉碎机(blockmill)。
(3)刀式粉碎机(knifemill):由高速旋转的刀板(块、片)与固定齿圈的相对运动对物料进行粉碎(含剪切、碰撞、摩擦等)的机器。刀式粉碎机又分为:
a.刀式多级粉碎机(multi-stageknifemill):主轴卧式,刀刃与主轴平行并具有单级或多级粉碎功能的机器。
b.斜刀多级粉碎机(multi-stageinclined-knifemill):主轴卧式,倾斜刀式并具有单级或多级粉碎功能的机器。
c.组合立刀粉碎机(combinedvertical-knifemill):主轴卧式,多层立刀组合的粉碎器。
d.立式侧刀粉碎机(verticaltypeside-knifemill):主轴立式,侧刀转盘运动并带有分级功能的粉碎机器。
(4)涡轮式粉碎机(turbo-mill):由高速旋转的涡轮叶片与固定齿圈的相对运动,对物料进行粉碎(含剪切、碰撞、摩擦等)的机器。
(5)压磨式粉碎机(press-grindmill):由各种磨轮与固定磨面的相对运动,对物料进行碾磨性粉碎的机器。
(6)铣削式粉碎机(millingbreaker):通过铣齿旋转运动,对物料进行粉碎的机器。

2、气流粉碎机是通过粉碎室内的喷嘴把压缩空气(或其他介质)形成气流束变成速度能量,促使物料之间产生强烈的冲击、摩擦达到粉碎的机器。

3、研磨机是通过研磨体、头、球等介质的运动对物料进行研磨,使物料研磨成超细度混合物的机器。它又分为:
(1)球磨机(ballmill):由瓷质球体或不锈钢球体为研磨介质的机器。
(2)乳钵研磨机(mortarmill):由立式磨头对乳钵的相对运动,对物料进行研磨的机器。
(3)胶体磨(colloidmill):由成对磨体(面)的相对运动,对液固相物料进行研磨的机器。

4、低温粉碎机是经低温(最低温度-70℃)处理,对物料进行粉碎的机器。

粉碎理论

粉碎设备
被粉碎的物料受自身重力或外力作用,由进料口进入粉碎机后,经高速旋转的离心盘的作用,沿径向分布并获得离心动力,离开园盘后又高速飞向齿圈板,这样,物料与齿圈板、物料与物料之间不断地相互碰撞及摩擦,物料也就不断地被粉碎直至达到一定的细度,最后经筛网板被出粉碎机外,成为所需的产品。

粉碎方法用机械粉碎固体物料的主要方法有5种,即挤压、弯曲、劈裂、研磨和冲击前4种都是使用静力,最后1种则应用动能。在绝大多数粉碎机械中,物料常在两种以上粉碎方法的综合作用下被粉碎,例如粉碎机械,在旋回破碎机中,主要应用挤压、劈裂和弯曲;在球磨机中,主要应用冲击和研磨。粉碎方法是根据物料的物理特性、料块的大小和所要求的细化程度来选择的。对于坚硬物料,应采用挤压、弯曲和劈裂;对于脆性物料,应采用冲击和劈裂;料块较大时,应采用劈裂和弯曲;料块较小或排料粒度要求很小时,则应采用冲击和研磨。粉碎方法如果选择不当,就会出现粉碎困难或过度粉碎现象,两者都会增大粉碎过程中的能量消耗。

能量消耗和粉碎理论工、农业生产中的大量粉碎工作消耗的能量很大,但在粉碎作业中,输入粉碎机械中的能量的绝大部分都转化为热而由粉碎机械、循环空气和被粉碎的物料等所吸收,直接用于物料粉碎上的却为量极小:在破碎机械中,一般不超过10%;在粉磨机械中,则常不足1%。因此,为了减少能耗,就必须选取适当的粉碎机械、采用正确的操作方法、规定最佳的粉碎比和单位时间内的产量。在正常的工作条件下,不同细化范围的能耗水平大致如下:①碎到100毫米3~4千瓦小时/吨;②碎成100~10毫米5~6千瓦小时/吨;③碎成10~0.125毫米20~30千瓦小时/吨;④碎到0.125毫米100~1000千瓦小时/吨。以一般水泥厂为例,破碎机械的耗电量约占全厂总耗电量的10%,而其粉磨机械的耗电量则占60%左右。因此,在粉碎过程中就必须采取降低过度粉碎的措施,以达到节能的目的。

粉碎理论主要是研究粉碎过程中能耗与细化程度之间的关系。由于粉碎作业是涉及多种因素的极其复杂的过程,在粉碎理论方面尚无公认的统一结论,而只有3种比较重要的假说。分别是:德国的里特林格尔于1867年提出的面积假说,认为固体物料粉碎时,能耗与新产生的表面积成正比;德国的基克于1885年提出的体积假说,认为将几何形状相似的同类物料破碎成几何形状也相似的产品时,能耗与被破碎的料块的体积或重量成正比;美国的邦德和中国的王仁东于1952年提出的裂缝假说。

这三种假说在实用中都有其局限性,面积假说较适用于排料粒度为0.01~1毫米的粉磨作业,体积假说较适用于排料粒度大于10毫米的粗碎和中碎作业,而裂缝假说则介于两者之间,适用于从中碎到粗粉磨作业的比较广泛的范围内。

生产应用

随着历史在前进、生产在进步,粉碎机在各生产、科研、医疗等行业被广泛应用。在制药生产中,药品原料需要被粉碎成一定的细度,才能制粒,然后压制成药片或制成冲剂颗粒,有些甚至要研磨成微粉,制成眼科药剂,尤其中药生产中,有些原料药或是纤维类、或者坚固类、或者脂膏类,无所不有,因此,需要各种类型的粉碎机来加工这些原料药;在化工行业,除了液体和气体产品外,其他产品也都需要粉碎加工;食品厂生产巧克力,各种糖果点心,也都离不开粉碎机;在饲料行业内,粉碎机更是最重要的生产设备,粉碎机选用妥否,直接影响到饲料的产量和企业的经济效益,除了以上行业外还有矿产、涂料、冶金等行业,甚至科研单位都非常需要粉碎机。因此,如何设计出更符合各行各业生产需要的、先进的粉碎机是粉碎机生产单位的当务之急。

发展市场

粉碎设备
由于粉碎机在各行各业的普遍使用,因此国内外对粉碎机的研究与发展均很重视。日本细川公司研制的ACM型粉碎机,是典型的立轴内分级式微粉碎机,西班牙克拉维约机械制造公司和埃格斯曼特种饲料公司联合设计制造的立式粉碎机系统也大受欧洲各国普遍欢迎。

上海市药材有限公司中药机械厂新近研制的FCZ300和FCZK450粉碎机组不仅畅销上海和外地药厂及其他行业,解决了中药浸膏不易粉碎的难题,并得到了泰国等东南亚各国的青睐,江苏昆山密友实业有限公司的QYF系列流化床气流粉碎机也已问世,它填补了中国中草药材超微粉碎设备的空白,郑州金属涂塑料研究所设计制造的专门用于粉碎热塑性粉末涂料的二级闭路循环控温粉碎机,它攻克了粉碎过程中的升温难题,还有日本设计制造的气流粉碎机、德国研制的低温粉碎机均闻名于世。据笔者调研,目前中国粉碎机的市场还有很大潜力,但真正有生命力的拳头产品还不多,还有待广大科研人员和制造商们的发明创造,研制出既能解决实际难题,又具有高效率的粉碎机,来添补中国乃至世界的技术空白。

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