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走进微观世界6 | 物料的粉碎方式及模型
2021年11月16日 发布 分类:粉体入门 点击量:153
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粉体在粉碎机中粉碎具有随机性,会生成大小不一的细微粉体颗粒。随着颗粒粒度不断变小,其比表面积和比表面能都在不断增大,进而增加了细微颗粒间的团聚趋势。当颗粒达到粉碎极限(粉体粉碎与团聚为动态平衡状态)时,物料粉体中包含粗颗粒和细颗粒,但无法通过破碎的方法将其粒径再减小。为了解决粉碎极限问题、提高粉碎效率和降低能耗,其最重要的方法是将分级设备与粉碎设备相互配合,即在粉碎过程中及时分离出合格的细粒级产品,不仅可提高粉体产品质量,而且能避免粉碎过程中合格粒度的产品在磨机中过度粉碎。

物料粉碎方式

采用机械法对物料进行超细粉碎的过程中,物料在切割和粉碎过程中通常受到剪切力、冲击力和挤压力的联合作用。根据物料粉碎过程中工件对物料作用方式的不同可将物料粉碎方式分为以下几个。

①挤压法。如图1(a)所示,物料在冲击力P的作用下被两个工作面挤压粉碎,挤压力大于物料的压碎强度。该方法适用于脆性、坚硬物料的粗碎。

②劈裂法。如图2(b)所示,物料在两个楔形工件的作用下受到挤压,物料与楔尖接触面受到强烈的张应力,当张应力达到材料的抗壁强度时物料被壁裂。该方法适用于低腐蚀性、脆性材料的破碎。

③折断法。如图3(c)所示,物料受到弯曲作用,可视作承受集中载荷的二支点梁或多支点梁。当物料的抗弯强度达到极限时,物料被折断。

④磨削法。如图4(d)所示,工作面与物料之间或物料与物料之间发生相对运动时因摩擦引起的剪切作用使物料被磨肖粉碎。该方法适用干小块物料的细磨。

⑤冲击法。如图5(e)所示,运动的工件作用于物料或运动的物料撞击到固定面上而使物料受到冲击粉碎。该方法适用于松脆性材料的破碎。

 

1物料粉碎方式

物料在粉碎过程中,不是单纯地只受到一种作用力作用,往往在多种力的综合作用下发生粉碎。一般来说,较大或中等粒度的坚硬颗粒在破碎时主要采用挤压和冲击方式,粉碎工具表面带有不同形状的齿牙;较小粒度的坚硬物料主要通过挤压或冲击方式,粉碎工具表面光滑;粉末状物料主要通过研磨、冲击或挤压等;腐蚀性较弱的物料破碎时采用冲击、打击、劈碎、研磨等,粉碎工具表面带有尖利的齿牙;腐蚀性强的物料以挤压为主,粉碎工具表面光滑;强度大的物料粗碎时适宜采

用挤压法;脆性物料宜采用冲击破碎或壁裂破碎;韧性大的物料宜采用磨削或挤压等。

一种粉碎机械的施力方式并不唯一,往往是多种粉碎方式的组合,如在球磨机中粉碎方式有∶颗粒与颗粒之间的摩擦引起的剪切力、颗粒与衬板之间的摩擦引起的剪切力以及颗粒抛落时受到的冲击作用等,其区别在于机械粉碎时主导的作用力不同。

物料粉碎模型

Rosin-Rammler等学者认为,物料粉碎后其粒度分布具有二成分性,即粒度合格的颗粒和粒度不合格的颗粒。不合格颗粒的分布取决干破碎机排料口间隙的大小,称之为过度成分;合格颗粒与破碎机的结构无关,只取决干原材料的物料,称之为稳定成分。由二成分性可推断出,颗粒的破坏和粉碎并不是仅由—种粉碎方式形成的,而是两种及以上不同破坏形式的组合。目前认为物料粉碎过程中有以下三种粉碎模型,如图2所示。

①体积粉碎模型。颗粒整体破碎,粉碎生成的多为粒度大的中间物,并且随粉碎的进行,这些中间物被进一步粉碎为具有一定粒度分布的微粒,最后累积成细粉成分,即稳定成分。

②表面粉碎模型。外力作用于颗粒时,仅在颗粒的表面发生破坏,且不断地从颗粒表面削下微细粉,只作用于颗粒表面。

③均一粉碎模型。颗粒在外力作用下产生分散性破坏,直接被粉碎成微细粉。在以上三种模型中,均一粉碎模型适用干物料结合非常松散的情况(比如药片等),一般不考虑这种模型。因此,实际上物料的粉碎模型是前两种模型的叠加,第一种构成过度成分,第二种构成稳定成分,从而形成二成分分布。这两种粉碎模型对应的粒度分布随时间的变化情况如图3所示。从图中可以看出,在体积粉碎模型中,颗粒的粒度分布范围窄,但细颗粒占比小;在表面粉碎模型中,颗粒的粒度分布范围宽,粗颗粒占比大。

   

2三种粉碎模型(左)  3体积粉碎和表面粉碎的粒度分布(右)


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