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工业应用中使用的5种特定于产品的铣削技术

寻找实现产品目标的最佳减小尺寸的方法

ACM工厂。所有图片均由Hosokawa Micron International Inc.提供。
ACM工厂。 所有图片均由Hosokawa Micron International Inc.提供。

炭黑,香料,颜料,碳化钨和碳酸钙有什么共同点? 他们的生产代表了如今用于生产粉末材料的尺寸缩减方法的90%:空气分级,销钉,锤子,喷射和球磨机。

随着产品和技术在当今市场上变得越来越先进,对于具有特殊性能的特殊应用材料的需求变得越来越重要。 由于要求范围广泛,因此认为一种铣削技术可以满足所有需求是不切实际的。 本文概述了当今许多工业应用中使用的五种特定于产品的铣削技术。

许多过程工程师知道他们想要的材料特性,但不熟悉他们可能需要的特定尺寸缩小技术。 本文介绍了五种不同的材料以及实现产品目标的最佳尺寸减小方法之一。

确定饲料原料和产品规格

选择减小尺寸技术的最重要方面是要了解有关要加工产品的一些基本信息:进料粒度材料特性,所需粒度和所需粒度分布。 基于产品特性,仅某些铣削技术可能适用于给定的应用。 开始了解这些基本要求的项目将产生一种经济且无故障的铣削系统解决方案。

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进料粒度

较大的进料意味着在工厂中需要更长的停留时间,并且对于给定的生产能力将需要更大的设备。

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材料特性

重要的是要了解进料的特性。

  • 粘性和粘性产品可能会在磨粉机内部堆积并扰乱气流,并增加磨粉机上的压降。
  • 低熔点材料对高能量输入敏感。 热敏产品可能需要冷却以有效处理它们。
  • 吸湿性材料吸收水分会导致堆积和堵塞,并且可能需要除湿的空气才能进行处理。
  • 含有水分的产品可能会进行高能处理; 产品中的水分将吸收研磨的热量,从而在加工过程中提供冷却。
  • 材料的硬度可能会导致较高的组件磨损并增加维护量。
  • 在加工易碎材料时,高能量输入会导致产生太多的罚款。
  • 冲击力倾向于产生尖锐的角颗粒。
  • 压缩力和剪切力倾向于产生更多的圆形颗粒。
  • 高纵横比的材料会被某些尺寸减小的技术所破坏。
  • 危险,有毒或潜在爆炸性材料也需要特殊的系统设计考虑。

尺寸缩小技术

用于减小干粉尺寸的四种基本技术是冲击力,剪切力,磨损力和压缩力。 在某些情况下,可以在单个轧机类型中找到这些的组合。 减少撞击和磨损的方法包括空气分级机,针磨机,锤磨机和喷射磨。 剪切,冲击和压缩方法用于介质或球磨机。

本文讨论的五种铣削技术涵盖了主要化学,食品,制药,化妆品和矿物行业中90%以上的缩小尺寸应用。 讨论了每种方法的特色材料,以阐明每种方法的主要配置。

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1.空气分级机,用于生产优质炭黑

对于需要清洁,低粒度产品的炭黑应用,空气分级机(ACM)是最佳选择。 ACM拥有良好的业绩记录,成功替代了其他研磨技术,对于许多等级的炭黑,在-325目下的砂砾含量低至百万分之一到2(ppm),在-500目下的砂砾含量低至10 ppm。 ACM转子配备了特殊的板锤和混合式多重导流板衬套。

ACM如何工作

ACM采用两种机械应力机制来减小颗粒尺寸。 主要的应力机制是锤/击打器刀片直接接触流化粉末所引起的机械冲击。 次级作用力是由板锤的通过尖端靠近多个导流板衬板所产生的涡流引起的颗粒间磨损。 组合的压力机制造成约80%的影响和20%的损耗。

这种类型的磨粉机的主要原理是:使用空气将物料输送到磨粉机,使用锤子旋转的圆盘以减少物料,使用空气将产品分为细小颗粒和粗颗粒,并使用空气将细粉从磨粉机中排出。 粗料返回研磨室以进一步减小尺寸。 连续重复该过程。

ACM配置

ACM是许多类型的冲击式粉碎机的总称,该冲击式粉碎机还将动态分类器技术纳入粉碎机设计的一部分。 ACM是当今粉末加工行业中使用最广泛的铣削技术,可用于精细化学品和食品的一般尺寸减小。 这些磨机的基本优点是它们可以一步一步地进行粉碎和分类。

2.用于香料生产的针磨机

宽腔对转冲击式针磨机最初是为加工可可粉而设计的,但此后在该行业发现了许多用途。 宽腔磨机即使在连续运行中也可以对困难的产品进行无故障的超细研磨。

针磨机非常适合减少制药和食品行业中发现的晶体或针状颗粒以及脂肪或油性饲料原料的尺寸。 针磨机的宽腔室可防止内部涂层和堵塞问题。 与某些其他铣削技术相比,该设备的功率要求更低,在某些情况下,视产品而定,最高可降低50%。

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针磨机的工作方式

最常见的针磨机设计是具有固定门盘和狭窄研磨腔的单旋转针盘设计。 旋转圆盘产生的离心力使材料径向穿过排列成圆形行的迷宫式销钉。 穿过针排时,材料会因撞击而减小尺寸。 当物料从磨机中重力排出时,使用底部出口;当物料从磨机中输送出空气时,使用切向出口。 针磨机中没有使用筛网来控制颗粒顶部尺寸。

针磨机还可以设计有反向旋转圆盘,非常适合各种油脂含量高的香料。 它们无需冷却即可进行处理。 带有反向旋转销的宽腔设计用于处理粘性物料。 宽大的腔室有助于消除磨机内的任何物料堆积。

针磨机配置

在针磨机中,颗粒大小由三个参数控制:进料速度,转子速度和气流。 更改这些参数将具有以下效果:

  • 增加进料速度将导致较粗的粒度,而降低进料速度将产生相反的效果。
  • 增加转子速度和冲击力将产生更细的粒度,而降低速度将产生相反的效果。
  • 气流增加将产生较粗的产品,而气流减少将产生较细的产品。

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3.锤子和丝网磨,用于精细研磨颜料

用于细粉研磨的最佳尺寸减小系统之一是锤磨机和丝网磨机。 该粉碎机使用带有可互换筛网的回转锤来生产50至100微米的多种产品。 与ACM相比,锤磨和丝网磨需要的空气更少(辅助设备更少),是颜料加工的低成本选择。

锤磨机如何工作

锤式粉碎机的设计包括一个带有锤子的转子组件,该锤子在圆柱形壳体内旋转。 外壳的顶部包含多个导流板衬套。 锤子的冲击力使颗粒加速进入衬套。 撞击会将颗粒破碎成较小的碎片,衬板减慢了其圆周速度,并将其偏转回锤击路径,以进一步减小尺寸。

外壳的底部包含一个筛网。 该筛网用于控制离开磨机的颗粒的尺寸。 各种筛孔类型和孔尺寸用于更改最终产品的粒径。

锤磨机配置

锤子设计的三种基本类型是:马rup锤或LFS锤子,摆杆锤和刚性杆锤。 马rup锤具有最大的表面积,可以高速使用以产生最细的颗粒。 摆杆锤用于对冲击反应不太好的材料。 使用这种锤子,需要切割或切碎的纤维材料可以很好地工作。 当需要最小量的细屑产生时,刚性锤锤用于减小粒度和粗粒度的应用,并用于产生较窄的粒度分布。 这些锤子中的每一种都增加了防磨损的烙铁头,以延长使用寿命。

控制粒度和粒度分布可以通过采用多种不同的筛类型和锤设计来实现。 筛孔和狭缝的尺寸有很多尺寸。 圆孔筛可产生最细的磨料,但采用人字形和十字槽筛处理粘性或纤维状物料。

4.喷射铣削碳化钨

由于其工作原理,当颗粒相互碰撞而不是与研磨机的内部组件碰撞时,喷射磨可以处理极具磨蚀性的材料。 它适用于莫氏硬度为9.5的超硬材料(如碳化钨)的超细尺寸减小。

为了加工极具研磨性的材料,这些磨机可以衬以陶瓷或聚氨酯。 新技术允许使用碳化硅或完全铸造的氧化铝砂轮制成高磨损部件,尤其是分级机,从而在加工研磨材料时提供数千小时的使用寿命。

气流粉碎机的工作原理

喷射磨机的设计在磨机底部设有一个研磨区。 分类区位于工厂的顶部。 进料通过顶部重力进料口引入磨机。

这些工厂通过加速气体通过指向中心焦点的喷嘴来工作。 使用多个喷嘴在磨机中心产生一个磨削区。 这些磨机中的物料床高度将在运行期间完全覆盖喷嘴。 只有气体而不是产品通过喷嘴。 高速气体在床中夹带物料,混合的气体/物料混合物被引导至中央研磨区。 粒子间碰撞是导致尺寸减小的原因。 细小物料通过向上的空气流输送到分级轮,在那里被细细粉碎的物料离开磨机,超大物料通过重力返回床。

喷射磨配置

所有喷射式磨机的设计都采用了径向喷嘴结构,所使用的喷嘴数量随磨机尺寸而变化。 通常,磨机越大,用于引入研磨所需的正确空气量的喷嘴数量就越大。 根据应用需求,也可以使用不同类型的喷嘴。

气流粉碎机中的分级机用于改变粒度。 但是,当需要超过分级速度时,还有其他选择可实现所需的粒度。 例如,在保持研磨气压和分级机速度的同时,使用较小直径的研磨喷嘴将产生更精细的产品。

超细碳酸钙球磨机

随着时间的推移,球磨分级机系统得到了改进,现在可以实现更精细的产品。 过去,D97只能达到10微米。 现在可以实现D97小于3.5微米的粒度,D50在1.5微米范围内。

通过优化所有球磨机系统的参数(包括并入高性能分级机,改进的控制系统和研磨助剂),可以提高性能。

闭环球磨机/分级机回路可放置在称重传感器上,用于称量介质和物料的总磨碎机含量。 合并称重传感器代表了控制球磨机进料速度的最新技术。 通过控制研磨机的重量,最佳的物料量始终位于研磨床中,并且不会因填充不足或过量而优化了研磨效率。 通过使用热质量流量计和控制装置来测量分类的空气量并使其保持恒定,以确保始终如一的产品质量。

球磨机如何工作

球磨机通过旋转一个装有介质(通常是金属或陶瓷球)的圆柱体来研磨材料,该介质与连续的进料和回收材料流混合。 在较低的转速下,研磨介质会产生级联运动,其中介质主要是滚动运动,并产生用于研磨的剪切力。 当磨机的速度增加时,会产生白内障运动(级联或破碎波作用),当介质被提升并落回到介质/产品床上时,冲击力会增大。

理想的条件是在磨机中这两种流型之间的过渡点进行操作,以利用两种效果。 在离心机的离心力足够高以防止介质完全落回到物料床上的临界速度的大约60%至80%的情况下达到此条件。

球磨机配置

球磨机使用剪切和冲击铣削技术。 当沿相反方向移动的两个表面之间的粒子受到应力时,球磨使用剪切力。 粒子落在介质上时会受到冲击力。 许多处理参数会影响球磨机分级系统的性能和效率,其中包括:

  • 可以通过使用变频器来改变速度以优化性能。
  • 较长的滚筒会导致产品的细粉含量更高。
  • 选择研磨介质,包括钢或陶瓷制成的圆柱形或球形介质。
  • 圆筒形或球形介质的尺寸取决于最终产品的细度以及进料尺寸。
  • 选磨衬里; 对于软矿物,通常使用钢衬里,有时会选择较高的铬含量,以减少材料变色。 在某些情况下,如果需要最高的白度或亮度或用于消除铁污染,则使用陶瓷衬里。

结论

世界各地的许多供应商都提供许多减小尺寸的技术。 有些是多功能的,可以处理多种材料。 使用所有这些选项,了解一些可解决最广泛的材料以及最广泛的粒度和容量的铣削系统将很有帮助。

Rob Voorhees是Hosokawa Micron International Inc.的总裁。Voorhees的职业生涯始于MikroPul Corporation,一家空气污染控制和环境公司,于1985年被Hosokawa收购。他后来担任Research-Cottrell Corp.的区域销售经理。1994年,他重新加入细川美光集团。 Voorhees担任过各种销售和管理职务,直到1998年成为总经理。他在Montclair State University获得了工业技术学士学位,并参加了Dartmouth University的高管管理课程。 可以通过rvoorhees@hmps.hosokawa.com或908-273-6360与他联系。

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