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走進微觀世界6 | 物料的粉碎方式及模型
2021年11月16日 發布 分類:粉體入門 點擊量:688
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粉體在粉碎機中粉碎具有隨機性,會生成大小不一的細微粉體顆粒。隨著顆粒粒度不斷變小,其比表面積和比表面能都在不斷增大,進而增加了細微顆粒間的團聚趨勢。當顆粒達到粉碎極限(粉體粉碎與團聚為動態平衡狀態)時,物料粉體中包含粗顆粒和細顆粒,但無法通過破碎的方法將其粒徑再減小。為了解決粉碎極限問題、提高粉碎效率和降低能耗,其最重要的方法是將分級設備與粉碎設備相互配合,即在粉碎過程中及時分離出合格的細粒級產品,不僅可提高粉體產品質量,而且能避免粉碎過程中合格粒度的產品在磨機中過度粉碎。

物料粉碎方式

采用機械法對物料進行超細粉碎的過程中,物料在切割和粉碎過程中通常受到剪切力、沖擊力和擠壓力的聯合作用。根據物料粉碎過程中工件對物料作用方式的不同可將物料粉碎方式分為以下幾個。

①擠壓法。如圖1(a)所示,物料在沖擊力P的作用下被兩個工作面擠壓粉碎,擠壓力大于物料的壓碎強度。該方法適用于脆性、堅硬物料的粗碎。

②劈裂法。如圖2(b)所示,物料在兩個楔形工件的作用下受到擠壓,物料與楔尖接觸面受到強烈的張應力,當張應力達到材料的抗壁強度時物料被壁裂。該方法適用于低腐蝕性、脆性材料的破碎。

③折斷法。如圖3(c)所示,物料受到彎曲作用,可視作承受集中載荷的二支點梁或多支點梁。當物料的抗彎強度達到極限時,物料被折斷。

④磨削法。如圖4(d)所示,工作面與物料之間或物料與物料之間發生相對運動時因摩擦引起的剪切作用使物料被磨肖粉碎。該方法適用干小塊物料的細磨。

⑤沖擊法。如圖5(e)所示,運動的工件作用于物料或運動的物料撞擊到固定面上而使物料受到沖擊粉碎。該方法適用于松脆性材料的破碎。

 

1物料粉碎方式

物料在粉碎過程中,不是單純地只受到一種作用力作用,往往在多種力的綜合作用下發生粉碎。一般來說,較大或中等粒度的堅硬顆粒在破碎時主要采用擠壓和沖擊方式,粉碎工具表面帶有不同形狀的齒牙;較小粒度的堅硬物料主要通過擠壓或沖擊方式,粉碎工具表面光滑;粉末狀物料主要通過研磨、沖擊或擠壓等;腐蝕性較弱的物料破碎時采用沖擊、打擊、劈碎、研磨等,粉碎工具表面帶有尖利的齒牙;腐蝕性強的物料以擠壓為主,粉碎工具表面光滑;強度大的物料粗碎時適宜采

用擠壓法;脆性物料宜采用沖擊破碎或壁裂破碎;韌性大的物料宜采用磨削或擠壓等。

一種粉碎機械的施力方式并不唯一,往往是多種粉碎方式的組合,如在球磨機中粉碎方式有∶顆粒與顆粒之間的摩擦引起的剪切力、顆粒與襯板之間的摩擦引起的剪切力以及顆粒拋落時受到的沖擊作用等,其區別在于機械粉碎時主導的作用力不同。

物料粉碎模型

Rosin-Rammler等學者認為,物料粉碎后其粒度分布具有二成分性,即粒度合格的顆粒和粒度不合格的顆粒。不合格顆粒的分布取決干破碎機排料口間隙的大小,稱之為過度成分;合格顆粒與破碎機的結構無關,只取決干原材料的物料,稱之為穩定成分。由二成分性可推斷出,顆粒的破壞和粉碎并不是僅由—種粉碎方式形成的,而是兩種及以上不同破壞形式的組合。目前認為物料粉碎過程中有以下三種粉碎模型,如圖2所示。

①體積粉碎模型。顆粒整體破碎,粉碎生成的多為粒度大的中間物,并且隨粉碎的進行,這些中間物被進一步粉碎為具有一定粒度分布的微粒,最后累積成細粉成分,即穩定成分。

②表面粉碎模型。外力作用于顆粒時,僅在顆粒的表面發生破壞,且不斷地從顆粒表面削下微細粉,只作用于顆粒表面。

③均一粉碎模型。顆粒在外力作用下產生分散性破壞,直接被粉碎成微細粉。在以上三種模型中,均一粉碎模型適用干物料結合非常松散的情況(比如藥片等),一般不考慮這種模型。因此,實際上物料的粉碎模型是前兩種模型的疊加,第一種構成過度成分,第二種構成穩定成分,從而形成二成分分布。這兩種粉碎模型對應的粒度分布隨時間的變化情況如圖3所示。從圖中可以看出,在體積粉碎模型中,顆粒的粒度分布范圍窄,但細顆粒占比小;在表面粉碎模型中,顆粒的粒度分布范圍寬,粗顆粒占比大。

   

2三種粉碎模型(左)  3體積粉碎和表面粉碎的粒度分布(右)


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