郭力老師上料裝置方案設計

① 沖擊式超細粉碎分級成套設備的應用與發展

尹小冬 亓豐源 郭力 王長會 譚涌 馬亮 楊戰厚 王新江

（咸陽非金屬礦研究設計院，咸陽 712021）

摘要 通過對CXF 系列沖擊式超細粉磨機原理與應用情況的介紹，結合國內外相關技術的發展提出了沖擊式超細粉磨機的發展目標與趨勢。

關鍵詞 超細粉體；沖擊式磨；發展方向。

第一作者簡介：尹小冬，男，1960年出生，咸陽非金屬礦研究設計院院長，教授級高級工程師。電話：029-33343053；E-mail：[email protected]。

一、概述

迄今為止，超細粉碎方法主要是機械力方法，包括利用高速氣流沖擊的氣流磨；利用高速機械回轉沖擊及剪切作用的沖擊式超細粉碎機；利用摩擦研磨作用的攪拌球磨機、振動球磨機、旋轉球磨機、行星磨；利用剪切力的膠體磨；利用壓應力的高壓輥磨機；以及利用高壓射流沖擊的射流粉碎機等。

咸陽非金屬礦研究設計院作為國內開展超細粉碎技術研究最早的幾家單位之一，開發出CXF系列沖擊式超細粉碎分級成套設備，該設備憑借其較低的能耗，較高的粉碎效率以及產品質量穩定等特點，受到廣大用戶的認可。目前已經有300餘台售出，遍及全國各地，並出口非洲，廣泛應用於滑石、高嶺土、碳酸鈣、蛇紋石、氧化鎂、重晶石等非金屬礦物的超細粉碎^［1～5］。

二、結構原理

CXF51 A型超細粉碎成套設備由CM51A型超細粉磨機、QF5A型渦輪式分級機、布袋收塵器、集料器以及高壓風機等組成。

（一） CM51A型超細粉磨機

CM51A型超細粉磨機的構造如圖1 所示。小於8～10mm的物料由給料斗經雙螺旋給料器給入，給料速度的快慢根據粉碎機的實際負荷自動調節，並可控制給料粒度。兩個粉碎室互相直列配置，二室直徑比一室略大，中間由可調換的圓形擋料環隔開。在第二粉碎室的排出口，也裝有形狀相同的擋料環與風扇隔開。每一粉碎室均設有兩列轉子。在所有轉子頂部，均裝有高硬度耐磨合金鋼製成的可替換錘頭，與其平行相對的是鑲在殼體內側經特殊處理的高耐磨襯板，其間留有很小的間隙。物料在粉碎室隨著旋轉的氣流移動，顆粒間相互沖擊、碰撞、摩擦、剪切；同時受旋轉體離心力的作用，顆粒受到粉碎室內壁的撞擊、摩擦、剪切等作用被連續粉碎。粉碎室具有沖擊兼氣流顫振粉碎作用，最有效的粉碎區間發生在每個粉碎室的兩排轉子間。物料進入第一粉碎室後即被粉碎成數百微米大小的粉體，而第二粉碎室轉子的線速度比一室要大，經過該區間的粉體受到沖擊粉碎作用更強。由於第二粉碎室的直徑增大，此時粉體的粉碎時間延長，而且該粉碎室的轉子還具有分級功能，通過這里的粉體細度達到數微米。物料經兩級粉碎後，由風扇送至空氣分級機分級。未通過分級機的較粗顆粒，經回轉卸料器返回粉碎機再粉碎。物料中的難磨礫子和殘留雜質，可通過機內特設的排渣裝置自動排出機外。通過分級機的微細顆粒，進入微粉收集系統而成為最終產品。

圖1 CM型超細粉磨機構造圖

1—機座；2—排渣裝置；3—主軸；4—進風口；5—給料機；6—料斗；7—一室轉子；8—一室擋料環；9—襯板；10—二室轉子；11—二室擋料環；12—風扇

（二） QF5型渦輪分級機（圖2-）

QF5型渦輪分級機是依靠轉子產生的慣性離心力與氣流對顆粒的作用力使粗細顆粒分開，達到分級的目的。其工作原理是：從粉碎機或物料分散設備中來的含固相工質氣流通過進料管1 進到分級機，與從二次進風口6導入的氣流混合到轉子區，如圖2所示。帶有葉片的轉子依某個轉速旋轉使該區的氣流做回轉運動，形成離心力場，從而使粗細物料分開。粗顆粒通過返料管7排出。而細顆粒通過轉子葉片之間的間隙，被氣流帶出分級機而成為分級產品。分級機轉子橫斷面如圖3所示。該轉子裝有若干個葉片，徑向有一定的前傾角，上下葉盤具有不同的直徑。QF5型渦輪分級機的轉速是可調節的，可根據不同物料及對產品細度的要求選擇。

表3 部分物料超細粉碎應用的生產實踐

（五） CM51A型對超細粉碎設備可避免粉碎過程中對產品的污染

採用由CM51A型超細粉碎機組成的工藝，對山東某地產出的50 t二級滑石進行了超細粉碎試驗生產，在原礦Fe含量為1.37%時，經超細粉碎後，-10μm通過率85.5%的產品中Fe含量為1.27%，排渣中Fe含量為1.43%，說明原礦部分鐵質通過粉碎機特設的排渣裝置排出，滑石經過超細粉碎後自身純度得到了提高。而對於高純度石墨的超細粉碎，如內蒙古某廠高碳石墨，規格為LG100—96。碳品位為96.28%，灰分3.08%，揮發分1.14%，水分0.57%。在不同分級機轉速條件下的超細粉碎產品經檢測可知：產品-500目通過率97.93%～99.90%，Fe 含量均≤100×10^-6，碳品位96.88%～97.68%，灰分1.67%～2.05%，揮發分0.65%～1.16%，水分0.3%～0.6%。本試驗研究結果完全滿足了外商的要求，產品現已批量出口日本、韓國、瑞士等國家。由此可見，高碳石墨經過CM51A型超細粉碎機粉碎後，產品的純度沒有發生明顯變化，僅僅是細度變得更細了。

（六） CM51A型超細粉碎設備可用於物料的打散

CM51A型超細粉磨機還具有解聚、打散的功能。對於輕質碳酸鈣來說，由於輕質碳酸鈣採用化學法生產，生產過程中往往有部分條件發生變化，造成產品諸如炭化不完全，部分顆粒過大，另有部分超細顆粒團聚，導致其最終產品不穩定的現象；而對於煅燒高嶺土而言，產品經過煅燒後，形成團聚現象，影響其使用效果。通過改進CM51A型超細粉碎機的工況參數，完全解決了輕鈣產品的不穩定性和煅燒高嶺土超細粉的團聚現象。現已成功地應用於上海某輕質碳酸鈣企業和國內煅燒高嶺土的解聚打散。

四、發展趨勢

（一）設備技術參數的優化

為滿足非金屬礦市場對粉碎設備日益增長的需求，充分挖掘CXF51 A型沖擊式超細粉碎分級成套設備的潛力，在分析該設備技術性能的基礎上，進行了技術改造，通過對粉碎作用力、轉子線速度、進料粒度、CM51型超細粉碎機內部風扇的作用等進行綜合分析與研究，並結合我們對於沖擊式超細粉碎機內所應選用的耐磨材料的研究，確定了技術改造的方案，將CXF51 A型沖擊式超細粉碎分級成套設備成功改造為CXF51 C型沖擊式超細粉碎分級成套設備，並採用內蒙古中部煤系高嶺土作為原料進行了工業試驗，取得了較為滿意的結果。

通過技術改造，CM51A型沖擊式超細粉碎機轉子的線速度在原有的基礎上提高了8%～12%，給料粒度增大為0～15mm，並對系統風量做適當調整，產量最終提高了20%～30%，產品粒度d97減小至2.03μm，產品顆粒形貌去除了稜角和平整解理面，形狀比較均一，在後續應用中，使得表面改性效果良好，顯著降低了改性劑用量，並且避免了這些部位在微觀上都是復合材料內部的應力集中點，而對非金屬礦填料的使用效果所產生的不良影響，改善了超細煤系高嶺土粉體在使用中的應用效果。

改造後的CXF51 C型設備目前已銷售20餘台套，用戶反映良好。

（二）產品的系列化

在充分發掘現有設備潛力的同時，我們也注重新產品的系列化開發，在51型設備成功經驗的基礎上，我們通過承擔國家科研院所技術研究開發專項資金項目，成功開發出CXF61型沖擊式超細粉碎分級成套設備，在產品主要性能指標不變的情況下單機產量比CXF51型提高了一倍，達到0.4～0.6 t/h，獲得了中國中材集團公司科技進步二等獎，目前該設備已完成產品的定型工作，投入批量生產，並將馬上進入市場。

（三）新型設備的進一步開發

隨著科技的進步，非金屬礦物材料的應用范圍越來越廣，作為非金屬礦物深加工重要手段之一的超細粉碎技術也有了長足的進步。目前超細粉碎設備的發展趨勢是大型化、自動化、節能化。國外目前的大型干法超細粉碎設備近年來在大型化、節能化方面取得了很大的進步，單機的產量已經能夠達到4～5 t/h，單位產品的能耗≤120（kW·h）/t，設備自動化水平較高，各參數的調整非常方便。

咸陽非金屬礦研究設計院目前也在進行這一方面的研發工作，在原有的研究基礎上結合對國外先進技術設備的研究，將沖擊式超細粉碎機與氣流磨的工作原理進行合理的集成與創新，從而形成新的對撞式超細粉碎機。與沖擊式超細粉碎機相比，對撞式超細粉碎機吸收了氣流磨的特點，物料在粉碎腔內的撞擊更猛烈，頻次增多，提高了粉碎效率；與單純的氣流磨相比，由於融入了沖擊式粉碎機的特點，所以物料的入料粒度大大增加，一次粉碎比很大，粉碎能量的利用率顯著提高。對撞式超細粉碎機的單機產量得以大幅度的提高，產品1250目，90%通過率，產能＞1.5 t/h。目前該設備的設計工作正在進行。

五、前景展望

沖擊式超細粉碎作為超細粉碎的一種重要組成形式，由於具有工藝簡單，設備性能穩定，產品便於包裝運輸，環保性能良好等優勢，有著良好的發展前景。

參考文獻

［1］王新江，亓豐源，吳治林.沖擊式超細磨對方解石類礦物的超細粉碎實踐及工藝技術研究［J］.非金屬礦，2000（3）

［2］王長會，譚涌，馬亮.微細分級機轉子結構參數對分級點的影響分析［J］.中國粉體技術，2006（3）

［3］朱瀛波，龔國華.一種具有粉碎和提純雙重功能的超細粉碎設備［J］.非金屬礦，2003（4）

［4］王新江.沖擊式超細粉碎機對功能性非金屬礦物材料的加工利用［J］.中國非金屬礦工業導刊，2003（4）

［5］馬亮，亓豐源，譚涌.CXF51A 型沖擊式超細粉磨機的技改與應用［J］.非金屬礦，2005（4）

Application and Development of Impact Ultrafine Mill

Yin Xiaodong，Qi Fengyuan，Guo Li，Wang Zhanghui，Tan Yong，Ma Liang，Yang Zhanhou，Wang Xinjiang

（Xian Yang Research ＆ Design Institute Of Non-Metallic Minerals，Xian Yang 712021）

Abstract：Through analysing the working principle and application condition of CXF series impact ultrafine mill，integrating the development of relative technology at home and abroad，the article put forward the development objective and trend of the impact ultrafine mill.

Key words：ultrafine-powder，impact type mill，development direction.