Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Закономерности размола металлических порошков

01.05.2019


Размол является в ряде случаев одной из самых длительных и непроизводительных операций в технологии порошковой металлургии, поэтому исследования, посвященные механизму этого процесса и его интенсификации, очень актуальны.

Изучению этого вопроса посвящены работы В.А. Ивенсена с сотрудниками, Петрдлика и других авторов.

При вращении барабана шаровой мельницы можно представить себе несколько возможных случаев движения шаров (рис. 20).

Если загрузка мельницы и скорость ее вращения невелики, при вращении барабана происходит только скольжение размалывающих тел (рис. 20,а).
Закономерности размола металлических порошков

В этом случае перемещения шаров почти отсутствуют, а материал измельчается, проходя между поверхностью станка барабана и массой шаров.

При относительно большей загрузке наступает режим перекатывания (рис. 20,б). Шары поднимаются вместе с вращающейся стенкой мельницы и скатываются по наклонной поверхности. Материал измельчается при трении шаров между собой во время скатывания.

С увеличением скорости вращения шары поднимаются на некоторую высоту со стенкой барабана и падают (рис. 20,в). Размельчение материала в данном случае происходит вследствие ударного действия шаров. И наконец, при некоторой критической скорости, шары под действием центробежной силы остаются прижатыми к стенке барабана и не совершают падения (рис. 20,г). Шихта при этом не измельчается.

Критическое число оборотов, как это можно показать путем несложных расчетов, зависит от диаметра барабана по формуле

Наиболее эффективными режимами размола являются режимы перекатывания и свободного падения шаров.

Тонкий размол порошков осуществляется только при режиме перекатывания, ибо при ударном воздействии шаров дробление частиц, размер которых составляет несколько микронов, не происходит.

Число оборотов барабана для ударного воздействия шаров должно составлять 0,7—0,75 nкр. Режимы перекатывания и скольжения осуществляются при несколько меньшей скорости вращения барабана, равной 0,6 nкр. Исследование особенностей этих двух режимов размола на примере карбида вольфрама и твердосплавных смесей было сделано в работе.

Опыты показали, что применение режима перекатывания вместо режима скольжения позволяет резко увеличить загрузку мельницы и значительно интенсифицирует процесс размола. Была получена зависимость, устанавливающая критическую загрузку барабана, при которой начинается режим перекатывания.

Если сегмент ABC на рис. 20, а, представляет объем мельницы, заполненный шарами, то условие режима перекатывания будет sin в > u/cosu, где в — угол естественного откоса размалывающихся материалов (наибольший угол наклона, при котором материал не осыпается); u — коэффициент трения; а — половина угла дуги ABC. Для случая размола твердых сплавов в мельнице с гладкой твердосплавной футеровкой критическая загрузка составляет 0,4—0,5 от объема мельницы.

Протекание размола в шаровых мельницах зависит от нескольких параметров, а именно от величины загрузки, размера барабана, скорости вращения, длительности размола, соотношения количества шаров и размалываемой смеси, окружающей среды и диаметра шаров. Наиболее полно исследовано влияние этих факторов на интенсивность размола (скорость изменения дисперсности размалываемой смеси) в работах. Из опытов Петрдлика, в которых изучался размол в шаровой мельнице вихревых порошков железа и меди, а также восстановленных порошков кобальта и вольфрама, следует, что оптимальный диаметр мельницы составляет 250 мм. При большем размере барабана интенсивность размола не меняется, а при меньшем — снижается.

По данным, для измельчения твердых хрупких материалов следует выбирать отношение диаметра барабана к длине D:L>3, в этом случае преобладает ударное действие шаров. При отношении D:L<3 имеет место истирающее действие шаров: такие мельницы целесообразно использовать для измельчения пластичных материалов.

Опыты Петрдлика проводились по режиму свободного падения шаров, причем было показано, что изменение скорости вращения в пределах от 0,75 nкр до 0,9 nкр не сказывается на интенсивности размола.

Существенное влияние на размол оказывает величина загрузки и соотношение шары — смесь. По Петрдлику, оптимум объема загружаемой шихты равняется 10—20% От объема мельницы. При таком количестве шихты объем шаров должен быть 40—50% от объема мельницы.

Весовое соотношение шары— смесь обычно принимают равным 2,5. Наиболее интенсивный размол карбидов обеспечивается при мелких шарах диаметром 5 мм.

Как уже отмечалось, среда, в которой ведется размол, играет очень большую роль. Тонкий размол возможен только в жидкой среде, роль которой сводится к адсорбционному эффекту понижения прочности. Влияние окружающей среды сказывается и на окисляемость готового продукта. В качестве жидких сред обычно используется спирт. По данным, оптимальное количество спирта на 1 кг размалываемой смеси карбида вольфрама и кобальта составляет 220 мл.

Наконец, одним из важнейших параметров размола является длительность. Она зависит от рода материала и от всех перечисленных выше факторов (величины загрузки, размера барабана, шаровой нагрузки, диаметра шаров и др.). Обычно длительность размола не превышает 100 час., ибо при большем времени размола последний практически прекращается.

В работе показано, что влияние длительного размола на дисперсность медного порошка для крупных и мелких фракций не одинаково: крупный порошок после 48 час. размола измельчался, а мелкий — укрупнялся (рис. 21). Тот факт, что конечный гранулометрический состав для обоих видов порошка был почти одинаков, приписывался Хютигом и Салесом установлению как бы равновесного распределения порошка по фракциям в результате размола.

Предполагается, что причиной укрупнения мелкого порошка при размоле является стремление к равновесию между скоростью измельчения и скоростью обратного слияния в результате сил взаимного притяжения.

Укрупнение частиц карбида титана при мокром размоле в бензине и спирте наблюдалось также В.В. Григорьевой и С.С. Тучаком. Оптимальным режимом измельчения для данного материала оказался размол в течение 50 час. в спирте. Размол в бензине также давал хорошие результаты.

Механизм укрупнения тонких частиц при длительном размоле остается пока недостаточно выясненным, поскольку предположение о возможности сваривания частиц между собой применимо только к легкоплавким материалам.

Сокращение длительности размола без уменьшения производительности возможно путем использования мокрого размола, мелких шаров, применения оптимальной загрузки и оптимального соотношения шары—смесь, перехода на режим скольжения (для тонкого размола). Влияние величины шаров и их объема по отношению к объему мельницы, а также длительности процесса на интенсивность размола (эта величина отложена на оси ординат в условных единицах) вихревого железа показано на рис. 22. Как видно из этих данных, длительность размола до одной и той же степени дисперсности в результате применения шаров малого размера и использования оптимального соотношения шары—смесь можно сократить на 25—30%.

Применение вибрационных мельниц в порошковой металлургии пока не столь распространено, как использование шаровых, вихревых или молотковых мельниц. Сравнение интенсивности сухого размола вихревого порошка железа в вибрационной и шаровой мельницах было проделано Петрдликом. На рис. 23 показаны результаты этого исследования. Как видно из результатов ситового анализа грубых фракций, вибрационный помол привел к гораздо большему снижению содержания грубых фракций, чем размол в шаровой мельнице.

Из результатов работы В.А. Ивенсена и сотрудников, которые исследовали влияние величины шаров на интенсивность размола в вибрационных мельницах, также следует, что измельчение при вибрационном размоле твердосплавных смесей проходит гораздо интенсивнее, чем в шаровых мельницах. В вибрационной мельнице объем загружаемой шихты может составлять 50—70% от объема барабана, остальное пространство занимают шары. Производительность вибрационных мельниц выше, чем шаровых. Ho вопрос о возможности шарового размола вибрационным должен решаться в каждом конкретном случае с учетом характера размалываемых материалов, требуемой конечной зернистости и других факторов.

Изложенный выше материал в основном относился к экспериментальным результатам исследования размола. Теоретические работы в этом направлении еще не привели к существенным успехам, и мы на них останавливаться не будем. Обзор исследований, посвященных теоретическому описанию размола на основе термодинамического подхода, химической кинетики и других соображений, дан в монографиях Айзенкольба, С.Е. Андреева, В.В. Товарова и В.А. Перова.

Закономерности размола шихты в вихревых мельницах, несмотря на распространенность последних, изучены, по сравнению с размолом в шаровых мельницах, гораздо в меньшей степени. Изложению некоторых качественных соображений о механизме измельчения порошков при вихревом размоле посвящена работа Крамера.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: