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四川瑞馳拓維機械制造有限公司 2011-05-20 點擊5148次
大型臥式砂磨機最新發展及在鈦白生產中的應用
北京瑞馳拓維科技有限公司 馮平倉 (pingcang@vip.sina.com)
一：超細研磨技術發展過程中碰到的三個技術難題
傳統超細研磨設備在加工超細，超硬，超純【三超】物料時碰到的三個技術難題為；
磨不細是傳統超細研磨設備最難解決的問題之一。因為，在介質磨設備中，要將物料破碎的更細，必須使用更小的研磨介質，而小尺寸介質的質量也小。要提高介質的動能，只有增大其運動速度，由于受漿料阻尼及介質加速距離小的限制，介質很難在密閉容器中獲得大的運動速度。
分不離是傳統超細研磨設備又一個難題。一般所研磨產品最終平均細度約為所用介質尺寸1/1000。如果研磨產品細度為100納米，應該使用介質的尺寸為0.1mm。 如此小尺寸介質與物料的機械分離(通過縫隙網)是十分困難的。
純不夠在特定情況下產品純度是判斷產品質量合格的唯一標準。否則，即就是細度達到了，介質與物料也分離了，但被污染了的物料還是屬于廢品！
傳統超細研磨設備分為干法和濕法研磨設備，濕法超細研磨主要是 球磨機，攪拌磨和砂磨機。
二：濕法超細研磨設備發展概述
在高檔鈦白粉生產過程中超細研磨是一個不可缺少的重要工藝。砂磨機屬于超細研磨設備用于鈦白生產工藝中的后處理。由于立盤式砂磨機效率低，啟動困難諸多缺點，鈦白粉行業越來越多的使用臥盤式砂磨機。
1：球磨機, 攪拌磨, 砂磨機的特點
砂磨機是在球磨機(Ball Mill )的基礎上發展成為立式攪拌磨(Attritor)，然后再逐步發展成為砂磨機(Agitator Ball Mill )球磨機，如圖1所示。
圖-1：球磨機 / 攪拌磨 / 砂磨機結構原理比較
攪拌磨和砂磨機共同點是利用研磨介質之間的碰撞，擠壓，摩擦等原理破碎物料，所以三者都屬于介質研磨設備，但是三者又有以下本質上的區別；
球磨機：筒體低速旋轉，筒體內無攪拌器，使用大尺寸研磨介質，利用磨球升高而產生的重力勢能破碎物料。研磨細度最小可達10-30微米。
攪拌磨：筒體固定不轉，筒體內有銷棒式攪拌器，使用較小磨球，利用攪拌器給予介質的動能破碎，一般為立式結構。研磨細度最細可達1-3微米級。
砂磨機：筒體一般固定不轉，筒體內有不同型式的攪拌器，使用較小或很小的研磨介質，利用攪拌軸給予介質的動能破碎物料。根據砂磨機的結構形式不同可分為立式和臥式，盤式或銷棒式。研磨細度最細可達0.1- 0.3微米（100納米）。
2：球磨機, 攪拌磨和砂磨機能量密度及介質球的動能
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。為達到所需細度必須使用小尺寸的研磨介質，而小尺寸介質的動能相應減小，所以必須通過提高介質的運動速度（砂磨機攪拌器轉速）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。能量密度是砂磨機單位筒體容積的裝機功率。砂磨機能量密度最高，攪拌磨次之，球磨機最低（圖-2）。
圖-2：球磨機/攪拌磨/砂磨機介質尺寸, 能量密度, 產品細度比較
3: 臥盤式砂磨機研磨介質分離系統：
介質分離系統是砂磨機的重要組成部分，其作用是將已磨過的物料與研磨介質分開。常用的介質分離原理如圖-3 所示,結構1-3為為靜態分離結構, 在使用小研磨介質是容易出現堵塞,結構4屬于動態離心分離原理, 可以使用很小的介質, 研磨效率高，砂磨機出口不堵塞。
1 | 2 | |||
3 | 4 | |||
圖-3：研磨介質分離器的結構形式
4：研磨介質對研磨效果的影響
介質是砂磨機研磨過程中傳輸能量的中介體，所有【介質磨】研磨效率及產品質量都與介質的種類，尺寸，比重有關。
介質的尺寸砂磨機一般使用球型介質。直徑越小，單位體積中裝填的數目越多，磨球之間接觸點越多，在研磨時間相同情況下產品細度愈好(如圖- 4所示)。過小的研磨介質往往引起設備出口分離器的堵塞。分離器縫隙寬度決定研磨介質尺寸大小，一般情況下研磨介質直徑為砂磨機分離器縫隙寬度的2 -3倍。
介質裝填率設備近似最佳研磨效果時介質填加量，臥式砂磨機的裝填率一般為80-90%。立式設備的裝填率一般75-80%。研磨介質裝填率過高，容易引起砂磨機溫升過高或者出口堵塞。研磨介質裝填率過低，研磨效率低，磨損加劇,研磨時間延長
研磨介質比重介質比重越大，動能越大，研磨效率越高。
物 料 細 度 (mm) | |
研磨時間（min） | |
圖-4: 研磨介質尺寸與產品細度的關系（相同研磨時間）
三：國外進口砂磨機在鈦白生產中存出現問題
國內鈦白企業從2001年開始引進了40多臺德國產砂磨機，筒體容積有500和1000升。設備經過8年多的運行逐步進入備件更換及故障頻發期。
1：選錯重要部件材質（見圖-5）
機械密封機械密封是砂磨機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線的運行。早起進口砂磨機機械密封進料側法蘭未作耐磨包覆，磨損嚴重。
內襯材質進口砂磨機筒體內襯材質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，磨損比較嚴重且引起鐵污染，使用壽命約3-4萬小時。更換一個原裝進口內襯價格在30萬人民幣！
進料法蘭 初期進口砂磨機進料法蘭與軸承座設計成一體結構，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生水解和化學腐蝕，最終剝落至解體。
排料口排料口金屬篩網受介質和物料沖刷磨損，一般壽命僅為 6個月左右。
磨損的機械密封 | 磨損的研磨內筒 | 磨穿的排料篩網 |
磨損的進料法蘭 | 沖刷磨損的進料口 | 遭化學腐蝕的PU磨盤 |
圖-5: 進口砂磨機選錯材質舉例
2：介質分離系統結構不合理（見圖-6）
A: 德國PM600 SuperTex 砂磨機最初采用靜態介質分離系統（見圖3-3），結構為彈夾式陶瓷過濾筒，生產中出口經常堵塞引起停機，后來改造成動態轉子結構才正常運行。
B：美國PMH1000TEX/ RF砂磨機最初也是采用靜態介質分離系統（見圖3-3），雖然經常堵塞但還能勉強運行！后來采用錐形散射轉子+ 動態縫隙環結構后堵塞的根本不能運行！ 如今由北京瑞馳公司改造成動態渦輪分離系統(DTS)正常運行。
C：德國LME1000K系列砂磨機介質分離系統為動態離心分離原理（見圖3-4），結構為一個組合式徑向空心轉子，雖然出口不易堵塞，但轉子外周圍不產生研磨作用，卻要消耗約20%的輸入能量。另外該轉子的橫梁布置為徑向散射結構，與渦輪轉子理論磨損軌跡不一致，所以，當磨損到一定程度是會出現轉子不平衡引起振動。
A-彈夾式分離系統 | B-錐形轉子分離系統 | C-DCC分離系統 |
圖-6: 三種典型介質分離系統
四：瑞馳HDM臥盤式砂磨機特點及在鈦白生產中應用。
總結了目前鈦白行業砂磨機使用中存在的問題，北京瑞馳拓維科技有限公司開發的HDM系列砂磨機具有以下優點；
1：重要部件采用特殊耐磨材料
A -設備磨損件耐磨保護進口設備出現的故障主要是機械密封，進出法蘭，排料篩網，研磨內筒磨損。所以，HDM砂磨機對以上薄弱點均做了特殊聚氨酯(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，降低了設備運行成本。
B-新型介質分離系統不論是靜態介質分離系統出現的堵塞停機故障還是動態分離系統磨損后出現的振動均屬于砂磨機本身設計缺陷。必須從理論上分析其原因后才能找出正確的解決方案。瑞馳公司新開發的動態渦輪介質分離系統(Dynamic Turbo Separation)為整體結構，周邊外緣葉片切向分布。與進口設備分離系統比較，重量減輕30%，能耗降低20%左右。
PU-包覆機械密封 | PU-耐磨筒體內襯 | 陶瓷排料篩網 |
PU-包覆進料法蘭 | PU-包覆筒體端蓋 | DTS-動態渦輪分離系統 |
圖-7: 瑞馳砂磨機結構改進及材質選擇
2： HDM砂磨機主要技術數據
HDM系列砂磨機已形成規模化，系列化并出口印度，伊朗等國家。國內鈦白粉生產廠家，如 四川龍蟒，山東魯北化工，淮安飛揚等已經采用，其主要技術參數見圖表-8.
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圖-8：HDM系列砂磨機研磨鈦白粉產量明細表