超細(xì)鈷粉粉碎系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)用*

李明光

(金川集團(tuán)股份有限公司工程監(jiān)理咨詢公司，甘肅 金昌 737100)

0 引 言

超細(xì)鈷粉大量應(yīng)用于硬質(zhì)合金、高溫合金、金屬陶瓷、金剛石工具制造等，也用于二次電池中作為添加劑以改善材料的性能。用草酸鈷還原的鈷粉，呈海綿狀，粒度在25～100 μm，分散性差，含氧量在0.25%～0.30%，必須經(jīng)過后續(xù)處理后才能應(yīng)用。傳統(tǒng)的粉碎方法粒度可以滿足要求，但在粉碎過程中含氧量增加，易造成鈷粉“著火自燃”，嚴(yán)重制約鈷粉的質(zhì)量產(chǎn)量，且存在安全隱患，無法滿足超細(xì)鈷粉規(guī)?；a(chǎn)要求。傳統(tǒng)的粉碎設(shè)備功能單一，自動化程度低勞動強(qiáng)度大，與包裝工序銜接不流暢，作業(yè)現(xiàn)場粉塵大金屬回收率低，制約著超細(xì)鈷粉的生產(chǎn)能力。

筆者通過對采用氣氛保護(hù)，用氣流粉碎技術(shù)對塊狀的“海綿態(tài)鈷粉”進(jìn)行粉碎，利用變頻分級設(shè)備、旋風(fēng)分離器、褶皺筒除塵器進(jìn)行粉碎后鈷粉的分級和超微金屬粉塵進(jìn)行回收等技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐，解決了常態(tài)下超細(xì)鈷粉粉碎中易著火自燃的問題，提高了鈷粉的質(zhì)量、產(chǎn)量，同時采用分級技術(shù)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的多樣化，選用過濾精度高的收塵材料，到達(dá)了提高鈷粉的金屬回收率的目的，系統(tǒng)設(shè)備采用PLC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自動化生產(chǎn)，改善了工作環(huán)境，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 超細(xì)鈷粉粉碎系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)選擇原則

傳統(tǒng)的粉碎設(shè)備利用機(jī)械機(jī)構(gòu)在常態(tài)下使大塊的物料受到擠壓、切削力而使得物料顆粒變小，此法容易造成鈷粉自燃著火，產(chǎn)量低、效率低，亟待改進(jìn)。

通過對超細(xì)鈷粉粉碎工藝的深入研究，認(rèn)為常態(tài)下被粉碎后的鈷粉比表面積高、化學(xué)反應(yīng)性能好在空氣中容易氧化著火自燃，故粉碎系統(tǒng)設(shè)備選擇設(shè)計(jì)時必須采用氣氛保護(hù)，使得超細(xì)鈷粉在粉碎的過程中和空氣中的氧隔絕，從而徹底避免鈷粉的氧化自燃問題。

超細(xì)鈷粉的粉碎方法的選擇對鈷粉的粉碎質(zhì)量起決定性的影響，傳統(tǒng)的粉碎方法不適用。目前生產(chǎn)線采用氣流粉碎技術(shù)，具體是鈷粉通過螺旋加料器進(jìn)入粉碎室，高壓惰性氣體通過特殊配置的粉碎噴嘴向粉碎室高速噴射，物料在超音速噴射流中加速，并在噴嘴交匯處反復(fù)沖擊、碰撞，達(dá)到粉碎[1]。

故針對超細(xì)鈷粉的粉碎系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)選擇時，必須用氣氛保護(hù)氣流粉碎系統(tǒng)設(shè)備。

1.2 構(gòu)成和功能

如圖1所示，粉體生產(chǎn)線所用超細(xì)鈷粉粉碎系統(tǒng)設(shè)備主要由以下部分構(gòu)成：①氣氛壓縮機(jī)：提供粉碎動力及保護(hù)氣氛動力；②氣流粉碎主機(jī)，如圖2所示：完成超細(xì)鈷粉的粉碎；③分級裝置：對粉碎后的鈷粉進(jìn)行分級；④旋風(fēng)分離器：對粉碎后的鈷粉進(jìn)行分離；⑤收塵器:對氣氛中的金屬物料進(jìn)行回收，如圖3所示；⑥原料料倉、過度料倉：收容物料；⑦各類氣動閥門及管道系統(tǒng)：控制氣氛走向；⑧控制系統(tǒng):實(shí)現(xiàn)整套粉碎系統(tǒng)設(shè)備的自動化控制。

圖1 鈷粉粉碎系統(tǒng)

圖2 粉碎主機(jī) 圖3 旋風(fēng)收塵裝置

1.3 超細(xì)鈷粉粉碎系統(tǒng)設(shè)備工作流程

如圖4所示，超細(xì)鈷粉粉碎系統(tǒng)設(shè)備開機(jī)時首先用氣氛不斷充入系統(tǒng)中將空氣趕走，直至全系統(tǒng)達(dá)到氧探測儀設(shè)定的數(shù)值，然后自動啟動加料裝置將料倉中的原料均勻加入粉碎主機(jī)的粉碎室，經(jīng)壓縮的氣氛通過特殊配置的超音速噴嘴向粉碎室高速噴射，物料在超音速噴射流中加速，并在噴嘴交匯處反復(fù)沖擊、碰撞，達(dá)到粉碎效果。被粉碎的物料隨上升氣流進(jìn)入分級室，滿足要求的細(xì)粒子進(jìn)入分級輪隨氣流被旋風(fēng)分離器、捕集器收集，進(jìn)不了分級輪返回粉碎室繼續(xù)沖擊粉碎，氣氛返回壓縮機(jī)吸氣口循環(huán)使用，節(jié)省氣氛及能源[2]。

圖4 超細(xì)鈷粉粉碎系統(tǒng)設(shè)備的流程1.氣氛氣源 2.儲氣罐 3.氣氛壓縮機(jī) 4.氣流粉碎主機(jī) 5.過渡原料倉 6.原料倉 7.旋風(fēng)分離器 8.收塵器 9，10.過度倉料 11，12.成品料倉

2 設(shè)備實(shí)踐運(yùn)行測試

超細(xì)鈷粉粉碎系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行主要通過對粉碎后的產(chǎn)品的粒度、含氧量進(jìn)行檢測，符合合格產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，得到了下游用戶的認(rèn)可。目前，在粉體生產(chǎn)線上，超細(xì)鈷粉粉碎系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行效果良好。

測試1：采用草酸鈷還原的鈷粉，以惰性氣體為保護(hù)氣氛，粉碎壓力控制在0.6 MPa，粉碎前后結(jié)果見表1所列。

表1 鈷粉粉碎前后結(jié)果對照

從表1可以得到，粒度在20～130 μm之間的鈷粉粉碎后，粒度、氧含量可以滿足要求，而且含氧量最大增加400 ppm。

測試2：采用草酸鈷還原的鈷粉，以氮?dú)鉃楸Ｗo(hù)氣氛，粉碎壓力控制在0.45 MPa，粉碎前后結(jié)果見表2所列。

從表2可以得到，粒度在25～65 μm之間的鈷粉粉碎后，粒度、氧含量可以滿足要求，而且含氧量最大增加400 ppm。

從實(shí)例可以看出，只要粉碎過程中氣氛的壓力達(dá)到一定值，鈷粉的粉碎質(zhì)量很好，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，含氧量小于0.5%，且不用篩分即可進(jìn)行成品包裝，具體流程圖如圖5所示。

表2 鈷粉粉碎前后結(jié)果對照

圖5 超細(xì)鈷粉粉碎工藝流程圖

通過使用氣氛保護(hù)閉路循環(huán)超細(xì)鈷粉粉碎系統(tǒng)設(shè)備，大幅度提高了超細(xì)鈷粉的生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量，目前達(dá)到年產(chǎn)500 t的能力。

3 設(shè)計(jì)選擇主要事項(xiàng)

(1) 氣氛壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)選擇，應(yīng)盡可能選擇螺桿式壓縮機(jī)，可以避免活塞式壓縮機(jī)易磨損、維護(hù)量大的弊病。

(2) 收塵器的設(shè)計(jì)選擇，要合理設(shè)計(jì)收塵過濾面積，最好留有余量，這樣既有利于系統(tǒng)壓力的控制又有利于有價金屬的回收；濾料材質(zhì)的選擇應(yīng)根據(jù)要粉碎物料特性進(jìn)行，防止透濾發(fā)生，造成有價金屬流失。

(3) 分級裝置的設(shè)計(jì)選擇，分級裝置設(shè)計(jì)時要考慮采用變頻調(diào)速，以實(shí)現(xiàn)不同粒徑金屬粉的生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多樣化[3]。

(4) 各類氣動閥門、傳感器的設(shè)計(jì)選擇，因?yàn)檎自O(shè)備的自動化程度高，且系統(tǒng)設(shè)備帶壓力運(yùn)行，所以各類氣動閥門、傳感器必須選用質(zhì)量可靠的高端配置，以控制保證指令的正確快速執(zhí)行，防止系統(tǒng)設(shè)備壓力事故的出現(xiàn)。

(5) 系統(tǒng)設(shè)備材質(zhì)：因?yàn)檫M(jìn)行的是超細(xì)金屬粉末的粉碎，所以對產(chǎn)品中雜質(zhì)要求高，系統(tǒng)設(shè)備材質(zhì)應(yīng)盡可能選用優(yōu)質(zhì)不銹鋼以保證粉碎后產(chǎn)品質(zhì)量。

(6) 超細(xì)鈷粉粉碎系統(tǒng)設(shè)備可在其他超細(xì)金屬粉生產(chǎn)中應(yīng)用，要根據(jù)金屬粉的特性選擇合適的氣氛。

4 結(jié) 語

在超細(xì)鈷粉的生產(chǎn)工藝流程中，鈷粉粉碎是一個非常重要的工藝環(huán)節(jié)，在選擇粉碎設(shè)備、工藝路線時一定要將安全性放在首位，防止“著火自然”，同時兼顧產(chǎn)品的產(chǎn)量、粒度、含氧量。

此文采用氣氛保護(hù)，用氣流粉碎技術(shù)對塊狀的“海綿態(tài)鈷粉”進(jìn)行粉碎，利用變頻分級設(shè)備、旋風(fēng)分離器、褶皺筒除塵器進(jìn)行粉碎后鈷粉的分級和超微金屬粉塵進(jìn)行回收等設(shè)計(jì)應(yīng)用方法，提高了鈷粉的質(zhì)量、產(chǎn)量、鈷粉的金屬回收率，粉碎系統(tǒng)設(shè)備采用PLC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自動化生產(chǎn)，改善了工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目投資經(jīng)濟(jì)效益的最大化。