瑞思博-工业清洗剂专家
当前位置:首页 > 技术知识 > 喷射磨技术与高压水射流粉碎机理研究的新进展
喷射磨技术与高压水射流粉碎机理研究的新进展
  喷射磨,又称作喷射式粉碎机。传统上所说的喷射磨往往指的是气流喷射磨(简称气流磨)。气流磨具有可最小限度地混人杂质,得到高纯度产.b}u且保持颗粒的粒形以及设备简单可靠等特点。最近儿年,随着粉碎机理研究与高压水射流技术的进展,粉碎技术又出现厂一个新的分支,即高压水射流粉碎技术,从而喷射磨也相应出现厂一个新的家族水流喷射磨(简称水流磨),一般也称作高压水射流(超细)粉碎机水流磨除厂具备气流磨的大多数优点外,其独特之处在于:
  (1用水做介质,湿法生产,川一更好地保护粉体粒子的形状与表面光泽;
  (2)与气流磨相比,其设备更简单,造价更低,更易于保养和维护;
  (3)山于具有一定的粉碎压力(一般为3070MPa),因此其粉碎效率与产量远远高于气流磨。
  1水流喷射磨技术
  就已出现的水流磨来看,主要有以下儿个类型,即利用水射流开发出来的水流磨(以下称作水射流水流磨)、利用前混合磨料射流开发出来的水流磨(以下称作前混合磨料射流水流磨)以及利用后混合磨料射流开发出来的水流磨(以下称作后混合磨料射流水流磨)。
  1.1水射流水流磨
  美国Missoury- Rilla大学研制出r水射流双圆盘式粉碎机(见图1 j'其上圆盘和下圆盘分别山电机驭动,上下圆盘的速度可独立调整以保持所要求的相对速度。煤通过一个和顶部圆盘同轴安装的中心进料管给人。当煤进人两圆盘构成的破碎腔时,离心力将煤块朝外甩向旋转的圆盘表面,山电机驭动的旋转头上的喷嘴喷出的水射流直接射人两圆盘间的间隙,冲击正在两圆盘间受到机械破碎的煤。小于粒度要求的煤颗粒通过起分级作用的缝隙射出,大颗粒则在粉碎腔内进一步粉碎。
  意大利卡利亚里大学DI MM实验室研制的旋转射流磨机(图略)的工作原理为2,在破碎腔的环形壁和锥形中心形成的圆形漏孔上方有一套有两个喷嘴的喷枪在旋转。加人的物料靠自重下落到锥形体下部进人破碎腔并迫使破碎后的物料通过漏孔,再与位于下面的冲击板进行再一次冲击粉碎。
  1.2前混合磨料射流水流磨
  前混合磨料射流是将磨料先和水在高压输水管路中均匀混合成磨料浆水,然后经磨料喷距喷射形成的磨料射流。前混合磨料射流水流磨的典型产品是德国AKW公司,丹麦APVRASNNI EA/S公司和中国矿业大学生产的高压均化器(3,4)。AKW公司和APV RASNNI EA/S公司的高压均化器的共同特点是利用前混合原理首先将被处理的料浆加压,然后以很高的速度通过具有细小间隙的匀化阀,山此而崖生的摩擦剪一叨作用使物料匀化粉碎。
  中国矿业大学研制的均化器的特点是用一螺旋线型喷嘴取代厂崖生摩擦剪切作用的匀化阀。加压后的高压料浆快速在喷嘴的螺旋线流道中流动,从而崖生强大的剪切力和摩擦力来达到超细、匀化的目的。
  1.3后混合磨料射流水流磨
  与前混合磨料射流相比,后混合磨料射流设备结构简单、能连续作业、生崖操作简便;缺点就是磨料与水射流的混合效果不如前者。北京科技大学新近开发出来的高压水射流超细粉碎机(专利号:ZL96200441,3)是一种高效的后混合水射流粉碎机(靶式水流磨)。该机在吸取一般后混合磨料射流优点的基础上,优化厂结构参数,显着地提高厂水射流交换给颗粒的能量效率,其加速颗粒的速度是一般后混合磨料射流喷头的2-3倍。
  靶式水流磨主要山高压水泵、水射流喷嘴、进料装置、混合室、混合管以及粉碎室组成。来自泵的高压水通过喷嘴转化岛高速水射流,并在混合室崖生高真空,将进料装置的颗粒物料吸人混合室并混人水射流中,混合管将物料的颗粒加速,然后高速颗粒与挡靶强烈冲击碰撞发生粉碎。经内蒙占察右前旗石母制品有限公司的实际使用A明,与其他粉碎机械相比,该机运行可靠、生崖率高、川一连续生崖,生崖的石母粉表面光洁度高、径厚比大、质量好。
  2高压水射流粉碎机理的研究概况
  颗粒在外力的作用下,其内部的原生裂纹将沿著晶界的解理面等弱面扩展,从而引起粉碎。颗粒在高压水射流的冲击作用下,所受到的外力相当复杂,有水射流对颗粒的冲击作用和水楔作用,有颗粒之间以及与管壁之间的摩擦剪一叨作用,有颗粒相互之间以及颗粒与靶物之间的冲击作用等。这些作用都能引起颗粒粉碎。对于哪种作用是引起颗粒粉碎的最主要最有效作用这个问题,国内外学者看法不一,因此在研制设备时,川冬}发挥的作用也不相同。其中比较有代表性的观点主要有以下几种。
  2.1水射流对颗粒冲击和水楔作用粉碎机理
  Mazurkievvicz M等认为水射流的主要特点在于它的射束直径小和高速高能的射束直接射向目的物。射流的高能量密度集中在一个很小的冲击区域内,这样,横贯射流冲击区域的强烈压差导致微裂纹的崖生和扩展;射流冲击目标时崖生一个停滞压力,此压力把水压人原已有的裂隙中,形成逐渐增大的稠密裂隙停滞压力可表示为:

  式中,Ps为水射流的停滞压力,Pa; p为水射流密度,N/m;u为水射流速度,m/s。
  停滞压力作用在颗粒上时会导致颗粒的“压缩粉碎”和“水楔粉碎”。
  所谓压缩粉碎的机理为,被粉碎的颗粒山品粒组成,在品粒间的品界上存在着原生孔隙、原生裂纹、杂质等缺陷。原生裂纹的长度与品粒尺寸为同一数量级颗粒的压缩强度与原生裂纹长度的关系为:

  式中,v3为颗粒的压缩强度;f为原生裂纹表面上的摩擦系数;k。为原生裂纹尖端的且型应力强度因子,阿雨5.a为原生裂纹长度的一半,m。

  当水射流的停滞压力Ps超过颗粒的压缩强度v3时,使颗粒粉碎。
  水楔粉碎的机理为,当水射流的压力低于颗粒的压缩强度时,停滞压力虽然不能使颗粒压缩破坏,但能迫使水进人颗粒表面上的裂纹内,在裂纹内崖生水楔作用渗见图2)。当水楔作用于裂纹表面的压力足以克服裂纹尖端的粘着力时,就会使颗粒粉碎。
  2.2摩擦剪切作用的粉碎机理
  高压均化器的研制者们认为颗粒之间以及颗粒与管壁之间的摩擦剪作用会导致颗粒的粉碎。因此,高压均化器结构上的一个共同特点是都有一个崖生这种摩擦剪切作用的匀化阀或螺旋线型喷嘴。
  颗粒与管壁之间摩擦应力用下式表达:

  当颗粒在高压下通过匀化阀的小间隙时,可获得很高的速度,由(3)式知可产生很大的摩擦力,使颗粒得到粉碎。
  2.3颗粒与靶物之间冲击作用的粉碎机理
  靶式水流磨是基于冲击粉碎的原理设计的,即水射流对颗粒主要起加速作用,颗粒的粉碎主要是高速运动的颗粒与靶之间以及颗粒相互之间的冲击作用6:设颗粒的质量为Mp,密度为Pp,波速为c,冲击速度为炜则颗粒与靶物冲击前所具有动能为:

  假设颗粒的形状是柱状的,与靶物进行正碰撞(见图3)。撞击发生时,在撞击面产生一扰动,这扰动在靶物上是顺着方向传播的顺波,在颗粒中是逆着方向传播的逆波。根据连续性条件可知,在冲击面上颗粒与靶物的波后质点速度相同,因为靶物的质量、面积和刚性都远远大于颗粒,当颗粒与靶物冲击时,靶物表面质点的速度儿乎为零,所以颗粒的波后质点速度也为零根据动量守恒条件可得颗粒的冲击压力为:

  式中,Pp为颗粒与靶物的冲击压力。

  山式(5) 可知,颗粒与靶物的冲击力与颗粒速度、波速、密度成正比。一般非金属颗粒的波速在4000m/s左右,密度在3000kg/m3左右。如果压力为50MPa的水射流速度为300rnis,水射流加速颗粒使颗粒所达到的速度为水射流速度的70% 由式(5) 可得颗粒的冲击压力为2520MPa,比水射流的压力大50倍,比水射流在颗粒上的停滞压力及颗粒与管壁的摩擦应力就更大。颗粒在如此大的压缩应力作用下,会发生强烈粉碎。
  3结语
  利用高压水射流开发出来的水流磨则是90年代出现的新技术,人们已经对水流磨技术及其粉碎机理做厂许多有意义研究工作。但目前的水流磨还仅仅是处于其发展研制的初期,就已出现的水流磨来看,都还存在着一些问题。如双圆盘式粉碎机和旋转式射流磨机没有充分利用高压水射流的能量、机械运动机构较多,高压均质器不能连续作业、喷嘴容易堵塞和磨损,靶式水射流粉碎机当粉碎硬度高的矿物时靶板极易磨损等。
  随着现代工业对超细微粒质量要求的进一步提高以及相关技术的进步,水流磨技术及其粉碎机理的研究肯定会向着其深度和广度发展。如将更多种类的高压水射流(空化射流、摆振射流等)应用于粉碎。有学者认为:高压水射流技术与交叉交变料层粉碎、超声波粉碎和热粉碎是有可能出现在20世纪后期或21世纪的粉碎工程的新的革命。
走进瑞思博 | 工业清洗系列 | 维护保养清洗系列 | 轨道交通清洗系列 | 成功案例 | 人才招聘 | 联系瑞思博 | 站内地图
版权所有:江西瑞思博化工有限公司 电话:400-814-0333
投诉热线:18679500922 

地址:江西省宜春市环城南路585号 

网址:www.jxruisibo.com

ICP备案号:赣ICP备05002238号