Механическое измельчение компактных материалов » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Механическое измельчение компактных материалов

29.06.2021

Основными методами, обеспечивающими получение дисперсных порошков, принято считать истирание, раздавливание или ударное воздействие (возможна комбинация этих методов), в результате которых исходный полупродукт измельчается до требуемой дисперсности (эффективного диаметра). Совмещение методов истирания и ударного воздействия на измельчаемые твердые тела реализуется в аттриторах.

Кинетика механического диспергирования твердых тел зависит от константы скорости изменения эффективного диаметра порошков (К0 = ddэф/dт).

Механическое измельчение складывается из: 1) предварительного грубого дробления шихты; 2) размола в шаровых, вибрационных, вихревых мельницах; 3) плазменного диспергирования материалов.

Тонкий размол обычно осуществляют в жидкой среде, которая предохраняет порошок от окисления; иногда в нее вводят поверхностно-активные вещества, которые вызывают адсорбционное понижение прочности материала.

Длительность размола зависит от массы загрузки, размера барабана, массы шаров и т.д. Обычно длительность размола не превышает 100 ч. Влияние длительности размола на дисперсность порошка для крупных и тонких фракций неодинаково: крупный порошок после длительного размола измельчается, тонкий — может укрупняться.

Для тонкого размола самых различных материалов применяют вибрационные мельницы. Их действие основано на энергичном высокочастотном воздействии на измельчаемую смесь размалывающих тел, перемещающихся в различных направлениях с переменными скоростями. Колебательные движения мельницы создаются вибратором, представляющим эксцентриковый вал, соединенный с электромотором через упругую муфту и вращающийся в двух опорах. Частота вибраций до 3000 колебаний в минуту. Амплитуда колебаний 2—3 мм. Барабан мельницы установлен на спиральных пружинах, а сама мельница крепится на деревянной подставке с резиновыми амортизаторами. Вибрационные мельницы целесообразно использовать для получения частиц до 60 мкм и меньше.

Измельчение в вибромельницах происходит значительно интенсивнее, чем в шаровых. В вибрационных мельницах объем загружаемой шихты может составлять до 50—70 % от объема барабана, остальное пространство занимают шары. В вибрационных мельницах возможен как сухой, так и мокрый размол, скорость которого по сравнению со скоростью размола в шаровых мельницах возрастает в 30 раз. Недостатком вибромельниц является быстрый износ барабана и размалывающих тел.

Оксиды, легко растворимые в кислотах, обычно измельчают в шаровых или вибрационных мельницах с футеровкой из вулканизированной резины, пластмассы или соответствующего оксида шарами, изготовленными из размалываемого оксида или металла этого оксида. Однако тонкий помол шарами из оксидов менее эффективен вследствие меньшей их плотности. Оксиды, не реагирующие с водой, например алюминия, бериллия, циркония, тория, размалывают в воде, а оксиды, реагирующие с водой, в органических жидкостях, не реагирующих с ними (светлых нефтепродуктах, углеводородах, спиртах и др.).

В последнее время широко применен так называемый «аттритор» - процесс для размола порошков. Суть его заключается в том, что размалываемая масса вместе с шарами перемешивается специальной мешалкой, расположенной по оси барабана, скорость вращения которой составляет 70—110 об/мин. При этом барабан остается неподвижным, что существенно облегчает процесс загрузки и разгрузки мельницы.

Рабочий объем мельниц может доходить до 480 л; в них размалывают до тонны порошков (например, твердых сплавов). Скорость размола порошков намного выше, чем во вращающихся или вибрационных мельницах: в производстве твердых сплавов длительность размола порошков составляет 6—8 ч, в то время как во вращающихся мельницах 96 ч.

Иногда для размола порошков тугоплавких материалов применяют вихревые мельницы, разрушение частиц в которых происходит за счет ударного и истирающего действия при встрече частиц друг с другом и со стенками рабочей камеры, с вращающимися или неподвижными билами. Билы укреплены на шарнирах на одном валу, вращающемся со скоростью 3000 об/мин.

В рабочей камере с помощью компрессора создается непрерывная циркуляция воздуха или инертного газа, так как разогрев внутренних частей мельницы может быть значительным. Газовый поток непрерывно удаляет размолотый порошок. Скорость потока регулируется так, чтобы удаляемые частицы имели размер от 60 до 400 мкм. Газовый поток с порошком проходит через первый отстойник, в котором осаждаются более крупные частицы, возвращаемые в мельницу на дополнительный размол. Более тонкий порошок осаждается в приемном бункере.

Тарелочная форма характерна для частиц порошка вихревого размола. При специальной обработке исходного сырья в вихревых мельницах можно получать порошки со сферической формой частиц. Частицы порошка наклепаны и, если размол порошка производится в воздушной атмосфере, окислены. Для снятия наклепа и восстановления оксидов вихревой порошок подвергают восстановительному отжигу. Существуют конструкции вихревых или инжекционных мельниц, работающих под действием струи газа (0,6 МПа) или водяного пара (1—2 МПа). При этом размалываемый материал получает вихревое движение в замкнутой камере. Например, при размоле в такой мельнице отожженного глинозема возможно получение 50 % частиц менее 0,75 мкм и 100 % частиц менее 3 мкм при размере поступающего в мельницу материала не более 1 мм.

Преимуществом инжекционных мельниц вследствие отсутствия трущихся частей можно считать почти бесшумную работу. По сравнению с шаровыми мельницами они более экономичны.

Распыление тугоплавких металлов и соединений осуществляется с помощью дуговой и высокочастотной плазмы. Этот метод применяется также для сфероидизации порошков тугоплавких металлов и соединений. Таким путем получены сферические порошки вольфрама, молибдена, хрома, тантала, оксидов урана и др.

При плазменном распылении обычно выделяют несколько стадий процесса:

1) перенос металла в плазменную струю и распыление;

2) сфероидизацию и разгон капель в струе;

3) коагуляцию и охлаждение капель;

4) удар капель о поверхность охлаждающей среды и затвердевание.

Каждая стадия процесса определяет форму и величину частиц получаемого порошка.

При распылении электрическая дуга обычно горит между вольфрамовым электродом и концом распыляемой проволоки, в результате этого на ее торце образуется жидкий металл. В зависимости от параметров процесса — тепловой мощности струи, скорости плазменного потока, скорости подачи проволоки, соотношения сил, действующих на каплю, — механизм переноса жидкого металла может быть капельным или струйным.

Гранулометрический состав получаемого порошка зависит от механизма переноса расплавленного вещества, от силы тока, напряжения дуги, величины дугового промежутка, расхода газа. С ростом силы тока максимум на кривой распределения обычно сдвигается в сторону увеличения содержания мелких фракций (для молибдена и ниобия). Ho при распылении вольфрама картина обратная. Это объясняется резким возрастанием теплопередачи от струи к торцу распыляемой проволоки, что приводит к перегреву металла в периферийной зоне струи.

Увеличение дугового промежутка сдвигает максимум на кривой распределения в сторону крупных фракций. Смещение максимума определяется уменьшением теплопередачи от струи к распыляемой проволоке, уменьшением скорости струи.

Влияние расхода газа на гранулометрический состав порошка более сложное. При его увеличении до определенного предела возрастает количество мелких фракций, а затем максимум кривой распределения смещается в сторону крупных фракций.

При слишком малой и слишком большой скорости подачи проволоки в струю увеличивается число крупных фракций.

Обычно размер частиц порошков при плазменном распылении колеблется от 60 до 250 мкм, но возможно получение и более мелких и более крупных фракций.

Низкотемпературная плазма широко используется для сфероидизации порошков, полученных другими методами. Обработка на обычных или многосекционных пламенных установках позволяет получал. сферические частицы рачмером от 1 до 200 мкм. Применение защитной среды позволяет сохранить исходный состав обрабатываемого материала. При сфероидизации карбидных порошков в аргоновой плазме содержание связанного углерода в карбидах снижается. В этом случае к порошку карбида добавляют определенное количество сажи.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: