球磨參數(shù)對(duì)磁性材料粒徑分布的影響

陳 靜 王 凡 錢有軍

(中鋼集團(tuán)安徽天源科技股份有限公司)

球磨參數(shù)對(duì)磁性材料粒徑分布的影響

陳 靜 王 凡 錢有軍

(中鋼集團(tuán)安徽天源科技股份有限公司)

通過對(duì)磁性材料鐵氧體球磨工藝中球磨參數(shù)的研究，分析了球磨機(jī)轉(zhuǎn)速、球磨時(shí)間、磨球直徑、球料比等球磨參數(shù)對(duì)粒徑分布的影響。分析研究結(jié)果表明：自制等比例縮小球磨機(jī)的較優(yōu)球磨磁性材料參數(shù)磨機(jī)轉(zhuǎn)速為75 r/min，球磨時(shí)間為14 h，磨球直徑為6.0 mm，球料質(zhì)量(裝球量為10 kg)比為12.5∶1。

球磨 磁性材料 粒徑分布 磨機(jī)轉(zhuǎn)速 球磨時(shí)間 磨球直徑

球磨機(jī)在球磨過程中由于參數(shù)與變量較多，加上不易對(duì)筒體內(nèi)球磨工況進(jìn)行觀察，對(duì)該工藝的研究一直存在困難[1-2]。長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者在球磨機(jī)理上做了很多研究，但由于大多數(shù)研究都是基于一定的假設(shè)之下，且命題都存在一定的局限性，如對(duì)磨球介質(zhì)的瀉落過程研究，磨球被當(dāng)做一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的質(zhì)點(diǎn)，如基本的磨球最佳球徑都只能靠一些經(jīng)驗(yàn)公式來求解，這些現(xiàn)狀都為球磨研究帶來了挑戰(zhàn)，球磨的研究仍然任重而道遠(yuǎn)。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)備主要有自制球磨機(jī)(0.2 m×0.25 m)、Mastersizer 2000激光粒度儀，其中自制球磨機(jī)按生產(chǎn)球磨機(jī)等比例縮小。

1.1 球磨轉(zhuǎn)速對(duì)粒徑分布的影響

球磨機(jī)轉(zhuǎn)速直接影響磨球在筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速過快，磨球附著在磨筒內(nèi)壁，失去粉碎作用；轉(zhuǎn)速太慢，低于臨界轉(zhuǎn)速太多，磨球在磨筒內(nèi)上升不高就下落，粉碎作用很小；當(dāng)轉(zhuǎn)速適當(dāng)時(shí)，磨球緊貼在筒壁上，經(jīng)過一段距離，磨球離開筒壁下落，給粉料以最大的沖擊與研磨作用，具有最高的粉碎效率。

表1 球磨轉(zhuǎn)速對(duì)粒徑分布的影響

由表1可知，隨著球磨轉(zhuǎn)速提高，磁性鐵氧體粉料整體粒徑呈下降趨勢(shì)，分布寬度也呈現(xiàn)出相對(duì)下降趨勢(shì)，但當(dāng)球磨轉(zhuǎn)速為85 r/min(90%臨界轉(zhuǎn)速nc)時(shí)，分布寬度卻隨之上升，分析主要原因?yàn)?，隨著球磨轉(zhuǎn)速達(dá)到80 r/min后，粗顆?；疽淹瓿闪思?xì)磨工作，轉(zhuǎn)速再提升使得細(xì)顆粒更細(xì)，而相對(duì)的D90下降幅度細(xì)微，導(dǎo)致粒徑分布相對(duì)變寬。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，并依據(jù)磁性材料鐵氧體整體工藝條件，考慮能耗、后段壓型工藝、器件磁性能方面等選定最佳球磨轉(zhuǎn)速為75 r/min，后續(xù)試驗(yàn)均采用球磨轉(zhuǎn)速75 r/min。

1.2 球磨時(shí)間對(duì)粒徑分布的影響

球磨時(shí)間是影響粒徑分布的關(guān)鍵指標(biāo)，更是控制能耗的重要參數(shù)，試驗(yàn)采用10 kg直徑6.0 mm鋼球，球料質(zhì)量比為12.5∶1，料水質(zhì)量比為1∶1.4，分別進(jìn)行8、10、12、14、16 h球磨，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 球磨時(shí)間對(duì)粒徑分布的影響

由表2可知，當(dāng)球磨時(shí)間達(dá)到14 h時(shí)，粒徑分布呈現(xiàn)出轉(zhuǎn)折性下降，當(dāng)繼續(xù)延長(zhǎng)球磨時(shí)間，粒徑分布受球磨時(shí)間影響不大，考慮到能耗問題，后序試驗(yàn)最佳球磨時(shí)間為14 h。

1.3 磨球粒徑對(duì)粒徑分布的影響

磨球的破碎力決定著解離粉料的程度，磨球的尺寸是球磨的關(guān)鍵因素之一。試驗(yàn)采用直徑分別為 4.8、6.0、8.0 mm以及混合鋼球(鋼球質(zhì)量均為10 kg)，球料質(zhì)量比為12.5∶1，料水質(zhì)量比為1∶1.4進(jìn)行14 h球磨，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 磨球粒徑對(duì)粒徑分布的影響

由表3可知，磨球直徑越大，顆粒球磨效果越差，綜合平均粒徑D50及分布寬度考慮，較優(yōu)磨球粒徑為6.0 mm及4.8 mm+8.0 mm(1∶1)混合球，現(xiàn)場(chǎng)放大前有必要繼續(xù)探討混合磨球的影響，以找尋到能耗小、球磨效果好的最佳磨球參數(shù)適應(yīng)生產(chǎn)，該試驗(yàn)室項(xiàng)目后期球磨參數(shù)探討采取6.0 mm為最佳磨球直徑。

1.4 球料比對(duì)粒徑分布的影響

裝料量的多少直接影響球磨效率，試驗(yàn)采用10 kg直徑 6.0 mm鋼球，球料質(zhì)量比分別為100∶6、100∶7、100∶8、100∶9、100∶10，料水質(zhì)量比為1∶1.4進(jìn)行14 h球磨，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 球料比對(duì)粒徑分布的影響

由表4可知，并不是裝料量越少球磨就越充分，裝料量過少會(huì)導(dǎo)致整個(gè)球磨罐腔體填充率不夠，球料整體運(yùn)動(dòng)路徑變長(zhǎng)，球磨時(shí)間一定路徑增長(zhǎng)導(dǎo)致料粉顆粒球磨周期相對(duì)減少，當(dāng)裝料量過多，外界提供能量固定，能量達(dá)不到所需時(shí)，效率必然下降，所以存在最佳的裝料量；根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定最佳球料比為100∶8。

1.5 較優(yōu)參數(shù)試驗(yàn)

根據(jù)試驗(yàn)室探索的各球磨參數(shù)的較優(yōu)條件組合進(jìn)行了四組平行試驗(yàn)，試驗(yàn)采用10 kg直徑為6.0 mm鋼球，球料質(zhì)量比為12.5∶1，料水質(zhì)量比為 1∶1.4進(jìn)行14 h球磨。試驗(yàn)結(jié)果見表5，Mastersizer 2000測(cè)試結(jié)果見圖1。

表5 較優(yōu)參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知，最優(yōu)參數(shù)可以較穩(wěn)定的復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果，且D50穩(wěn)定在1.1 μm左右、分布寬度穩(wěn)定在1.2左右，使得D50在滿足需求的基礎(chǔ)上，同時(shí)保證了分布寬度，此試驗(yàn)條件可選定為較優(yōu)試驗(yàn)參數(shù)。

試驗(yàn)較優(yōu)參數(shù)的激光粒度測(cè)試結(jié)果見圖1。

圖1 Mastersizer 2000測(cè)試結(jié)果

由圖1可知，測(cè)試結(jié)果峰型較好，D50在1.1 μm左右、分布寬度在1.2左右。

2 結(jié) 語

通過試驗(yàn)室級(jí)別的球磨參數(shù)探討，得到了自制等比例縮小球磨機(jī)(0.2 m×0.25 m)的較優(yōu)球磨磁性材料參數(shù)，其磨球直徑為6.0 mm，球磨時(shí)間為 14 h，球料質(zhì)量比為12.5∶1，料水質(zhì)量比為1∶1.4，為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，后期將做放大試驗(yàn)，做到節(jié)能降耗提高球磨效率。

[1] 嚴(yán) 密，彭曉領(lǐng).磁學(xué)基礎(chǔ)與磁性材料[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2006.

[2] 蔡小舒，蘇明旭，沈建琪，等.顆粒粒度測(cè)量技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

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[4] 許 偉，吳照銀，唐新民.半自磨加球磨改造方案的研究[J].冶金設(shè)備，2007，164(4)：38-43.

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2015-09-08)

陳 靜(1986—)，女，工程師，碩士，243000 安徽省馬鞍山市霍里山大道南段9號(hào)。