Механическое измельчение

Механическое измельчение компактного материала применяется достаточно широко: технологическую и экономическую целесообразность способа определяют в каждом конкретном случае.

Действие механического измельчения основано на использовании кинетической энергии движения, реализуемой в рабочем объеме размольного агрегата. Эта энергия создает механические напряжения в кристаллитах размалываемых тел, которые, с учетом физических свойств обрабатываемого материала, приводят к его разрушению. Возникающие микро- и макротрещины в частицах способствуют их разрушению и повышению дисперсности материала.

Наиболее технологично подвергать размолу хрупкие материалы. Порошки, полученные механическим измельчением, приобретают наклеп или неэффективную форму частиц, что осложняет их использование.

Измельчение материала реализуется двумя способами:

• обработкой металлов резанием с получением крупки или опилок;
• дроблением материала в мельницах (шаровых, молотковых, вихревых и др.).

Первый из этих методов дополняется измельчением, поскольку крупность опилок или стружки слишком велика для частиц порошка.

Метод резания используют для получения порошков из хрупких материалов, таких как сурьма, висмут, сплавы алюминия, магния.

Схема переработки компактного магния в порошок включает следующие операции: круглые заготовки магния марки МГ-1, МГ-2 обрабатывают при больших скоростях (2000-2500 об/мин) на фрезерном станке специальной конструкции, при этом получается порошок с размерами частиц 100 мкм; размер частиц можно менять в небольших пределах, варьируя скорость вращения фрезы. Порошки поступают на виброгрохот и разделяются на фракции. Отходы от фрезерования плавят и вновь вводят в схему передела.

Простейшим агрегатом для измельчения металла является шаровая мельница (рис.2.1), представляющая собой закрытый механический цилиндр, футерованный изнутри, с приводом, позволяющим вращать этот цилиндр с заданной скоростью. Внутри цилиндра находятся, размольные тела (шары стальные или из твердого сплава). Изменяя соотношение длины барабана (L) к его диаметру (D), регулируют характер воздействия шаров на материале при D/L = 3/5 преобладает дробящее воздействие шаров, при D/L < 3 — истирающее. Для хрупких материалов следует выбирать D/L > 3, а для пластичных и вязких D/L < 3. Показатели измельчения зависят от скорости вращения барабана, массы, размера и формы размольных тел, продолжительности размола. При увеличении скорости вращения барабана дробящее действие шаров усиливается. Однако, при достижении критической скорости вращения (W_кр) шары перестают падать и вращаются вместе с барабаном. Для максимальной эффективности дробления поддерживают скорость вращения не более (0,75-0,80) W_кр. Оптимальное заполнение мельницы составляет 1,9 кг на 1 л объема мельницы, коэффициент заполнения мельницы — 0,4-0,5; соотношение диаметра шаров d к диаметру барабана D выбирают с учетом D/d ≥ 18 ÷ 24.

Для интенсификации процесса размол ведут в жидкой среде, что препятствует коагуляции частиц и распылению материала.

Форма частиц порошка при размоле обычно неправильная, порошки имеют большую насыпную массу и мало развитую поверхность, поэтому обработку порошков в шаровой мельнице часто используют для повышения насыпной массы порошка.

Измельчение в вибрационных мельницах обеспечивает быстрое и достаточно тонкое измельчение материала. Эти мельницы успешно применяют для измельчения карбидов титана, вольфрама, кремния, хрома, ванадия, а также алюминия и бронзы. Во избежание пироэффекта размол алюминия ведут в жидкой среде. Вибромельница представляет собой металлическую емкость, загруженную рабочими телами (риc. 2.2). Вибратор, работающий от дебаланса, заставляет корпус мельницы вибрировать на пружинах. В результате воздействия на частицы измельчаемого материала различных по направлению ударного, сжимающего и срезывающего усилий переменной величины, достигается интенсивное измельчение.

Помол в вибромельнице осуществляют в сухом или мокром, в непрерывном или периодическом режимах. Заполнение барабана составом на 75-80 %. Объем измельчаемого материала не должен превышать объема свободного пространства между мелющими телами.

Измельчение в вихревых мельницах применяют для обработки ковких и пластичных металлов; осуществляется оно за счет интенсивных соударений частиц измельчаемого материала друг с другом. При этом исключается загрязнение порошка материалом шаров и стенок мельницы. В торцах рабочей камеры мельницы (рис. 2.3) находятся два пропеллера, вращающихся с большой скоростью (3000 об/мин) в противоположных направлениях: образуемые встречные воздушные потоки увлекают за собой частицы. Сталкиваясь между собой на высоких скоростях, частицы измельчаются. В качестве исходного материала используют обрезки проволоки. В рабочую камеру нагнетают газ (воздух), с потоком которого удаляют из камеры готовый порошок. Скорость потока подбирают такой, чтобы удалялись частицы размером 50-100 мкм.

Частицы имеют угловатую, хлопьевидную, реже округлую форму. Порошки наклепаны и требуют низкотемпературного отжига. Расход электроэнергии составляет до 3 кВт на 1 кг порошка. Вихревое измельчение эффективно для получения порошков меди, бронзы, латуни.

На измельчение в молотковой дробилке (рис. 2.4) направляют спеки, губки, губчатые электродные осадки. Дробление в этом аппарате осуществляется за счет, ударного действия вращающихся молотков (бил) со скоростью 1500 об/мин.

Дробилка работает следующим образом: куски губки загружаются в приемный бункер, а оттуда поступают в рабочую камеру, где измельчаются вращающимися билами. В нижней части камеры находится разгрузочное отверстие, затянутое сеткой. Та часть порошка, которая проходит через сетку, поступает в сборник; остальное продолжает измельчаться. Размол длится несколько минут, поэтому материал почти не наклепывается.

Использование металлорежущих станков для получения стружки с последующим доизмельчением ее в порошок является доступным, но дорогостоящим способом; его применяют для получения небольших партий порошков из редких металлов, для которых стоимость передела существенно не влияет на стоимость порошка.