和砂磨机匹配的磨珠.doc

砂磨机的种类和匹配的磨珠

传统的卧式滚动球磨机和立式搅拌球磨机：为砂磨机的最初原型，现代的砂磨机都是在此基础发展起来的。球磨机因在物料处理量大和最终粒径均匀度高的特点而在某些领域被继续使用。缺点是能耗高和噪音大；经典优点是处理的初始物料的粒径范围宽，在某些领域粗磨和细磨都可胜用。通常使用直径为3-100mm研磨球（如陶瓷球NanorAl, 氧化锆球NanorZr-95, 玛瑙球NanorAg等）。
敞开立式砂磨机：从立式搅拌式球磨机改进而来，采用底部进料和顶部敞开出料的方式实现了大流量的连续生产，被广泛用在涂料和非矿等工业的研磨。容积可达5000L，研磨珠通常使用大小为2.0-30mm。对珠子抗压强度较低，推荐使用耐诺玻璃珠(Nanorsi) 、耐诺硅酸锆珠(CZS-64)和耐诺复合锆珠(NanorZr-30)等。
密闭立式砂磨机：把敞开立式砂磨机顶部的出料口限流而成，带压工作，可处理粘度相对较高的物料，搅拌器采用分散盘或棒销，机型相对较小，0.6-3mm的研磨珠是通常使用尺寸。可配置赛诺硅酸锆珠(CZS-64)和耐诺复合锆珠(NanorZr-76)。
传统的卧式砂磨机：可认为将密闭立式砂磨机的研磨缸横卧后而成，增加了珠子的填充量，可提高研磨效率。另方面，要解决珠子在出口处的积压问题，对轴封要求高。轴小、盘深和直桶，通常采用外缸冷却的方式，可处理中低粘度的浆料，使用珠子的尺寸1.0-3.0mm。推荐使用耐诺玻璃珠(NanorSi)和赛诺硅酸锆珠(CZS-64)。
棒销卧式砂磨机：为传统卧式砂磨机改版之一，将分散盘改成棒销。如要增加珠子的剪切能量，可加大轴的直径，从而减小研磨腔的深度。同时可另加一套轴的冷却系统，更好控制物料的温度而提高浆料的处理量。适合处理高粘度的物料，但对珠子质量要求高。通常使用0.6-2.0mm的粒径珠子。对珠子的强度要求较高，建议使用赛诺氧化锆珠(CZC-80和CZY-95)。
涡轮卧式砂磨机：为传统卧式砂磨机改版之一，将片状的分散盘改成带内腔的厚涡轮。通过转动的涡轮产生珠子内循环来减少珠子的在研磨缸的堆积形象，从而提高研磨效率。实现了大流量打循环的方式生产。0.4-2.0mm的研磨珠是通常使用的尺寸。建议使用赛诺硅酸锆珠(CZS-64)和赛诺氧化锆珠(CZC-80, CZY-95)。
异形缸砂磨机：通常有锥形卧式和八角形立式两种，通过改变珠子和浆料的流量梯度和方向来提高珠子有用功比率。在某些特殊行业有用场，使用珠子的尺寸通常为1.0-2.0mm。可使用赛诺硅酸锆珠(CZS-64)和耐诺复合锆珠(NanorZr-30)。
异形分散盘砂磨机：通过使用不同形状的分散器，如齿轮形、偏心轮和塔形等来改变传递能量的方式，最终目的是改变珠子的运动方向和回流率，借此减少珠子的堆积和分层的产生。可用0.6.0-2.5mm直径的珠子。根据剪切力的不同可选择赛诺硅酸锆珠(CZS-64)和赛诺氧化锆珠(CZY-95)。
环式砂磨机：利用转子(轴)和静子(特殊结构的研磨缸)组成”W”研磨通道，一方面通过增长研磨通道来增加物料在研磨缸内的停留时间，另一方面增加冷却系统的面积来提高研磨效率。转子和静子可根据研磨浆料的粘度镶上棒销。0.4-1.5mm的研磨珠是通常使用尺寸。推荐使用赛诺氧化锆珠(CZC-80和CZY-95)。
离心式砂磨机：高速转动的研磨缸和低速从转的轴产生径向的离心力迫使物料在远离轴心分离器的剪切区完成分散和研磨，这样密度较大的珠子接触分离器的机会等于零而达到可使用直径很小的研磨珠。可处理超细低粘度的物料，珠子的粒径可在0.05-0.80mm。建议使用赛诺氧化锆珠(CZC-80和CZY-95)。
篮式砂磨机：带搅拌器的研磨篮浸入封闭式的拉缸中，高速转动的涡桨产生涡流作用使物料不断的经过篮内运动的研磨珠来得到研磨。此系统换色方便，但可处理物料粘度有限，珠子的粒径可在1.0-3.0mm之间选择。可选用赛诺硅酸锆珠(CZS-64)、赛诺氧化锆珠(CZC-80和CZY-95)。
纳米级砂磨机：通过改进设备里面的结构使珠子在研磨腔内作均匀分布，能量使用率得到充分的提高，同时改进珠子的分离装置而可使用0.3mm以下的氧化锆珠，从而达到对物料纳米级细度的研磨的现代砂磨机的统称。理想选择是赛诺氧化锆珠(CZC-80和CZY-95)。

砂磨机研磨珠的选择
一、研磨珠的选择：
        1、化学组成
        研磨介质按材料的不同可分为玻璃珠，陶瓷珠（包括硅酸锆珠、二氧化锆珠，二氧化铝珠，稀土金属稳定的二氧化锆珠等）、钢珠等。
        由于化学组成及制造工艺的差异决定了研磨珠的晶体结构，致密的晶体结构保证了珠子的高强度，高耐磨性和低吸油等。各种成份的百分比含量的不同决定了研磨珠的比重，高比重为研磨高效率提供了保证；研磨珠的化学组成在研磨过程中的自然磨损对浆料的性能会有一定的影响，所以除了考虑低磨损率外，化学元素也是要考虑的因素。如研磨磁带粉或其他电子元件浆料，金属Fe、Cu 等元素应避免，含有Fe2O3或CuSO4等成份的研磨珠就不在选择之列，故选择锆珠往往是此行业的普遍选择；如研磨农药、医药和生化方面，重金属为顾忌元素，而PbO为最常见的成分。珠子的化学组成所决定的一些物理性能（硬度、密度、耐磨性）和本身的磨耗对浆料的污染情况是选择研磨介质要考虑的因素。
        2、物理性能：
        2.1研磨珠的密度
        密度在通常的文件中是以比重（真比重）和散重（假比重）来表示，各种氧化物的分子量和百分组成决定了研磨的密度，常用的研磨的密度如下表所示。

类 型
玻璃珠
硅酸锆珠
纯锆珠
氧化铝珠
钢珠
稀土锆珠
比重
2.5
4.3
5.5
5.7
7.8
6.1
散重
1.5
2.5
3.2
3.4
4.
3.7

        通常情况下，比重越大的研磨珠，冲量越大，研磨效率越高，而对砂磨机的接触件（内缸、分散盘等）磨损相对比较大，所以浆料的粘度和流量的配合成为关健。低密度研磨珠适合低粘度的浆料，高密度的研磨珠适合高粘度的浆料。
        2.2 研磨珠的硬度
        莫氏硬度（Mohs）为常用的指标，硬度越大的研磨珠，珠子的磨损率理论上越低。如从研磨珠对砂磨机的接触件（分散碟、棒销和内缸等）磨损情况来看，硬度大的研磨珠对接触件的磨耗性虽大些，但可通过调节珠的填充量，浆料的粘度、流量等参数以达最佳优化点。
        2.3 研磨珠的粒径
        研磨珠的大小决定了研磨珠和物料的接触点的多少，粒径小的珠子在相同的容积下接触点越多，理论上研磨效率也越高；另一方面，在研磨初试颗粒比较大的物料时，例如对于100微米的浆料，D=1mm的珠子未必胜用，原因是小珠子的冲量达不到充分研磨分散的能量，此时应采用粒径较大的珠子。
        3、首次使用研磨介质的注意事项
        3.1.依物料的粘度高低选择锆珠或玻璃珠
        3.2.依原料颗粒大小和产品所要求的细度选择合适尺寸的珠子。
        3.3.检查研磨机的分离器或筛网孔径是否设定选择合适，间隙应为最小珠子直径的三分之一。例如：使用1.2～1.4 mm 的珠，间隙应为0.4 mm 。
        3.4.尽量避免在干态下开启研磨机，造成珠子和配件的不必要损耗。
        3.5.不同品牌珠子不可混合使用。
        3.6.尽量避免大小珠子的混合使用。
        4、如何确定锆珠的粒径：
        4.1.研磨设备的要求：
        1）筛网分离：珠子的最小直径=筛网的缝隙*1.5；
        2）环式分离：珠子的最小直径=环的缝隙*3；
        4.2.工艺要求：
        1）物料的初始直径：珠子的最小直径=物料初始直径*30~50；
        2）物料的最终直径=珠子的直径。
        4.3.珠子直径1.5mm是较佳的选择。
        二、研磨珠的破碎
       1、碎珠产生的原因
        市场上现流行的玻璃珠、硅酸锆珠和纯锆珠，就生产工艺来说，基本上为电熔法和烧结法两种。珠子在热空气、冷空气或电解液中成型，如在某一关健技术参数没控制好，就会产生如下的易碎珠：
        1.1、气泡珠
        1.2、雪人珠
        1.3、尾巴珠
        1.4、扁平（椭圆）珠
        2、珠子的正常磨耗和破碎的判断
        工作一段时间的研磨珠变小，表面圆滑而不带棱角，这应是正常珠子的磨耗；如珠子当中出现带棱角、片状异形珠时这应是产生了碎珠。
        3、碎珠产生原因
        一方面是珠子的质量问题，另一方面或者是此种材料的珠子强度不能胜用某种型号的砂磨机。如瑞士的Dyno-mill ECM卧式砂磨机和德国Drais的DCP立式砂磨机，因输入的能量密度比较高，通常建议使用纯锆珠。
        研磨珠在砂磨机正常工作下，以受到大约1公斤的压力，相对玻璃珠能承受约5000公斤力和硅酸锆珠9000公斤而言，研磨珠在砂磨机中的受力是微不足道的，所以碎珠的原因应集中在设备上和工艺上，而采取相应的解决办法。
        4、碎珠解决途径
        A. 设备方面
        1）. 分散盘：分散盘装反、松动或裂损。
        2）. 分离装置：动态筛圈有缺口，筛网破损。
        3）. 进料泵：齿轮泵突然关掉后，砂磨机内压力将珠子反压到泵内。可以通过加装单向阀尽量避免，同时保持定期清洗进料泵。
        4）. 内缸：内缸有缺陷点。
        B. 生产操作方面：
        1）. 大小珠子混合使用：此种情况刚开始有提高研磨效率的迹象，但随着研磨时间的加长，产生了大珠磨小珠的情形，最后加快小珠的变形以至破碎。解决方法是尽量使用粒径均一的珠子。
        2）. 不同品牌珠子的混合使用：因各种珠子的硬度、密度等不一致，容易产生硬珠子吃软珠子的情形，故应杜绝此种形式。
        3）. 浆料的粘度过稀或过稠：相对一定密度的研磨珠而言，如此容易造成珠子的堆积和直接接触砂磨机的磨损件而加快珠子的磨损和破碎。
        4）. 物料的流量过快：这样会造成珠子积压在物料出口处，而加快此处的珠子与砂磨机配件的磨损。解决方法是先采用间歇开机的方法将积压研磨珠弄松，并重新分布均匀，再调节物料的流量。
        5、如何解决研磨珠的破碎
        如果颗粒较为圆滑，而不是象碎玻璃片那样有尖棱角的，这其实是自然磨损的珠子。这些珠子可能会被磨成各种形状如盘状，椭圆形，或者是变小的球形。这种情况可称作磨耗，只是磨损程度不同而已。
        从受力角度来看，分散盘传递能量给珠子时，如果液体粘度很低，例如当用溶剂或水清洗砂磨机时，物料的推力不够大，而珠子便有可能接触到分散盘而产生破碎。这便是我们建议尽量缩短清洗时间的一重要原因。如果是用低粘度液体清洗机器的话，珠子也会磨损别的珠子或砂磨机的接触部件。为使研磨珠、砂磨机获得最长的使用寿命，最好使用树脂进行清洗并在生产过程中维持足够的物料粘度。许多人碰到倒掉旧珠子装入新珠试车后碎珠。下面就这个问题进行分析并探讨解决办法。
        1）. 砂磨机内部接触件安装不正确：分散盘松动或分散盘边缘有尖角，砂磨机内部有异物，阀门内部松动等，这些情况都可能造成研磨珠破碎。
        2）. 砂磨机接触件磨损或未正确安装：动态分离器或筛网可能已磨损、筛网可能破开了或装反了，如果因此研磨介质通过了分离器而进入送料泵内，泵在被堵死或停机之前便会将珠子压碎。
        3）. 背压：当送料泵关掉时，砂磨机内的残余压力将珠子压入泵内，这样当泵再次启动时，它便会压碎这些珠子。单向阀不一定可靠且有时允许珠子在阀门关闭之前通过。
        4）. 研磨珠积压：如果研磨珠堆积在砂磨机底部或工作泵过快的转速导致研磨珠都被集中到卧式砂磨机的出口处，便会导致这种情况。解决办法是启动砂磨机时以开—关—开—关的点动方式先把积压的研磨珠弄松。
        5）. 分散盘磨损：这种情况可能会较难确定。磨损的分散盘边缘被磨得很凹凸不平，而分散盘边缘是分散盘转动线速度最大的地方且可能会形成较强的涡流。
        另外对于立式研磨机，研磨珠因自重集中到下部分散盘的边缘附近。所有这些因素综合起来，便有可能造成研磨珠破碎。分散盘的磨损过大很大程度由于送料泵转速过慢、研磨珠密度过大造成。可以通过更换磨损厉害的部件，再装入同一批次的研磨珠来解决这个问题。
        6）. 将不同厂家生产的研磨珠混用。在密度方面不同厂家的产品可能是不同的。这样做便会加剧珠子之间的互相磨损。解决的办法就是绝对不要混用不同厂家的研磨珠。如果怀疑已有混用，那就只能将它们全部倒掉。
        7）. 因为不小心将用过的旧珠子添加到砂磨机中。
        8）. 垃圾或一些小的已磨损珠子：经常会有垃圾或一些细小的已磨损的珠子附在筛网上、轴上、支架上，或其它一些机器内角落里。当加入新研磨珠时，这些小东西可能会从附着位置松脱混入到新添的珠子里。这样便会造成新珠子马上就有破碎的错觉，而其实您看到的只是以前的一些自然磨损的珠子。如果问题不是太大的话，可以让这些小东西在一定时间后自然排出。否则，您就必须彻底倒掉旧珠子，换入新的研磨珠。
        9）.清洗珠子可依配方选择水、溶液或树脂清洗；清洗时应保持低速，应按研磨机“启动－关闭”键作间歇式清洗。
        6、添补研磨介质的原理
        如发现研磨机的研磨效率降低，是添加珠子的可能信号。用户可依本身的工艺条件，掌握珠子的实际的损耗率，而作定期的筛珠和添加。将过细的珠子用筛子筛出，筛网大小为珠子直径的三分之二。(例如：使用 1.2～1.4 mm 的珠筛网应为 0.8 mm)， 再添加上差额珠子。
        7、如何添补研磨介质
        由于珠子的自然损耗，珠子的粒径会越来越小，为了保持统一的填充量和避免细珠子堵塞或进入分离装置，应依研磨介质的寿命和用户本身工艺的条件来筛珠和补充一定量的研磨介质。建议 100-200 工作小时后筛珠和添加适量的新珠子。
        三、研磨介质发展趋势： 
        1、粒径愈用愈小
        研磨设备从全球第一台使用粒径较大研磨球的搅拌式球磨机（Attritor）诞生，发展到使用粒径较小的研磨珠的立式砂磨机、卧式砂磨机以及各种带改良功能的超细研磨新一代砂磨机，使用的研磨介质的粒径愈来愈小。其主要有两个推动原因：
        ◆ 物料研磨最终细度微米化 ：由于研磨机内的物料是通过运动中的研磨介质的接触作分散和研磨，研磨介质粒径越小而接触点越多，最后达到较高的研磨效果及较小的研磨细度。如某品牌粒径为2mm硅酸锆珠，每升约为20,000颗，而粒径为1mm的颗粒达到约80,000，后者是前者的4倍。当使用较大粒径锆珠对某一产品进行研磨时，无论经过多少道的砂磨，物料的粒径始终未能达到要求的细度；而当改用粒径较小的研磨珠时，效果即得到明显的提高。
        ◆ 砂磨机分离装置的改进使用超细研磨珠成为可能：允许使用的最小研磨珠粒径已成为评衡砂磨机质量档次的一重要指标。分离装置设计和制作材料的每一次革命，都带来了使用研磨珠颗粒变小的一次飞跃。分离装置从静止传统的扁平Nickel网到带三角横梁的Johnson网以及到动态的环式分离器和套筒式Cartridge网，除使用寿命延长之外，能使用研磨介质的粒径越来越小，而同时又不明显影响物料的流量。套筒式Cartridge网的代表（如美国Premier的速宝磨）所用的最小珠子达到0.2mm; 环式分离器的代表（如瑞士的Dyno-mill实验室型）可用珠子粒径也可达到0.2mm。而瑞士Buhler公司开始研制的离心式分离装置，使分离原理从区分珠子粒径大小转为区分珠子密度大小，而使研磨珠的最小粒径推向新的极限。
        2、比重愈用愈大
        通用研磨珠比较

种 类
玻璃珠
石 珠
硅酸锆珠
纯锆珠
铬钢珠
比 重
2.5kg/dm3
2.9kg/dm3
4.5kg/dm3
6.1kg/dm3
7.8kg/dm3
莫氏硬度
6
6.5
7.7
9
7
抗压强度
0.45KN
0.50KN
0.75KN
2.0KN
0.6KN

        通用的研磨珠如玻璃珠、石珠、硅酸锆珠、纯锆珠和铬钢珠的比重依次递增，而它们的硬度、抗压强度和耐磨性除铬钢珠外也依次增大。从动力学公式P=mv可知，珠子的冲量P与珠子的质量m成正比，密度越大的珠子运动能量就越大，研磨效率也相对越高
        由于韧性较高的无机颜料（如碳黑、酞青蓝、氧化铁等）需要超细研磨，加之要追求更高的研磨效率和理想的光泽度，使用高密度的研磨珠业已成为一条解决途径。而砂磨机生产商又配合了这一要求，主要有以下两点原因使之成为可能：
        ◆ 高输入能量密度砂磨机的产生：现代砂磨机的发展趋势之一是研磨缸的体积变小，而配置的马达功率变大，所输入能量密度就急剧增大。相关对照参数如下表所示。

 项  目
传统砂磨机代表
现代砂磨机代表
品牌
美国Premier
瑞士
型号
HM-15
Buhler K60
研磨缸体积
15L
4.8L
马达功率
15KW

20KW
能量密度
1KW/L
4.2KW/L

        现代砂磨机的能量密度为传统砂磨机的4倍甚至更多。这就使得有效带动高密度的研磨珠（如纯锆珠）成为可能。同时因研磨区域的高能量分布，只有高抗压强度和耐磨的研磨介质（如纯锆珠）才能胜用。
        ◆ 砂磨机接触件材质质量的提高 ：砂磨机的接触件（如内缸、分散碟、棒销和分离装置等）采用了坚硬耐磨的硬质合金（如碳化钨）及陶瓷（如碳化硅、氧化锆等）等高性能的材料，可抵挡因如纯锆珠本身高能量和高硬度的冲击和摩擦所带来的磨损。
        3、珠的粒径偏差愈来愈小
        对于砂磨机，均匀粒径的研磨珠体现出其优越性，一方面是对物料细度的狭窄分布有一定贡献，另一面是大大减小碎珠的产生而减少砂磨机接触件的磨损和避免对产品的污染。如今市场上通用的耐诺研磨介质粒径偏差保持在0.2mm。均匀的珠子因制作工艺较复杂，所以市场价格也相对较高。
        四、其他
        1、锆珠的标准： 

项  目
指  标
成分
ZrO2 58%，SiO2 37%，其他 5%
比重
4.0 g/cc
散重
2.4 g/cc
莫氏硬度
>7
球形度
>90%
空气含量
0
挤压强度
>9710巴

        2、锆珠的粒径规格：

0.6～0.8 mm
1.2～1.4 mm
1.8～2.0 mm
0.8～1.0 mm
1.4～1.6 mm
2.0～2.2 mm
1.0～1.2 mm
1.6～1.8 mm
2.2～2.4 mm

        3、安全装置
        进口处装有接触式压力计，出口处装有接触式温度计，邻近感应开关防止在没有安装研磨缸或前盖的情况下将机器开动。邻近电容开关用于监察机械密封中的清洗液液面，接触式压力计用于监察轴密封的压力。