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砂磨機的使用日益廣泛,砂磨機用研磨珠種類也比較多,如何選擇適合自身生產工藝和條件的研磨珠,是值得去探討分析的。下面就以下幾方面作簡單的分析。
一、研磨珠的物理性能:
研磨珠的密度
各種研磨珠材質的分子量和百分組成決定了研磨珠的密度,常用的研磨珠的密度如下表所示。
通常情況下,比重越大的研磨珠,沖量越大,研磨效率越高,而對砂磨機的接觸件(內缸、分散盤等)磨損相對比較大,所以漿料的粘度和流量的配合成為關健。低密度研磨珠適合低粘度的漿料,高密度的研磨珠適合高粘度的漿料。
研磨珠的硬度
莫氏硬度(Mohs)為常用的指標,硬度越大的研磨珠,珠子的磨損率理論上越低。常用的研磨珠及其他材料的硬度如下所示。
如從研磨珠對砂磨機的接觸件(分散碟、棒銷和內缸等)磨損情況來看,硬度大的研磨珠對接觸件的磨耗性雖大些,但可通過調節珠的填充量,漿料的粘度、流量等參數以達最佳優化點。
研磨珠的粒徑
研磨珠的大小決定了研磨珠和物料的接觸點的多少,粒徑小的珠子在相同的容積下接觸點越多,理論上研磨效率也越高;另一方面,在研磨初試顆粒比較大的物料時,例如對于100微米的漿料,D=1mm的珠子未必勝用,原因是小珠子的沖量達不到充分研磨分散的能量,此時應采用粒徑較大的珠子。
二、研磨珠的材質成分
研磨珠按材料的不同可分為玻璃珠,陶瓷珠(包括硅酸鋯珠、二氧化鋯珠,二氧化鋁珠,稀土金屬穩定的二氧化鋯珠等)、鋼珠等。
由于化學組成及制造工藝的差異決定了研磨珠的晶體結構,致密的晶體結構保證了珠子的高強度,高耐磨性和低吸油墨等。
各種成份的百分比含量的不同決定了研磨珠的比重,高比重為研磨高效率提供了保證;研磨珠的化學組成在研磨過程中的自然磨損對漿料的性能會有一定的影響,所以除了考慮低磨損率外,顧忌的化學元素也是要考慮的因素。
如研磨磁帶粉或其他電子元件漿料,金屬Fe、Cu 等元素應避免,含有Fe2O3 或CuSO4 等成份的研磨珠就不在選擇之列,故選擇鋯珠往往是此行業的普遍選擇;
如研磨農藥、醫藥和生化方面,重金屬為顧忌元素,而PbO為最常見的成分。總之,珠子的化學組成所決定的一些物理性能(硬度、密度、耐磨性)和本身的磨耗對漿料的污染情況是選擇研磨介質要考慮的因素。
三、選擇研磨珠的基本原則
依物料的粘度高低選擇不同密度材質的研磨珠。
依原料顆粒大小和產品所要求的細度選擇合適尺寸的珠子。
檢查研磨機的分離器或篩網孔徑選擇合適尺寸研磨珠,間隙應為最小珠子直徑的三分之一。例如:使用 1.2~1.4 mm 的珠,間隙應為 0.4 mm。
不同品牌珠子不可混合使用,盡量避免大小珠子的混合使用。
如何確定鋯珠的粒徑:
5.1、研磨設備的要求:
A篩網分離:珠子的最小直徑=篩網的縫隙/1.5;
B環式分離:珠子的最小直徑=環的縫隙/3;
5.2、工藝要求:
A物料的初始直徑:珠子的最小直徑=物料初始直徑*30~50;
B物料的最終直徑=珠子的直徑。
四、研磨珠破碎問題淺析
我們選擇好研磨珠后,如何正確使用它,避免研磨珠的破碎,盡量延長研磨介質和砂磨機接觸件的壽命。
1、研磨珠自身的缺陷
市場上現流行的玻璃珠、硅酸鋯珠和純鋯珠,就生產工藝來說,基本上為電熔法和燒結法兩種。珠子在熱空氣、冷空氣或電解液中成型,如在某一關健技術參數沒控制好,就會產生四類有缺陷的研磨珠:易碎珠:氣泡珠、雪人珠、尾巴珠、扁平(橢圓)珠。以上珠子因帶有應力集中區域,在研磨當中容易破碎,故選擇珠子時,應盡量避免此類珠子。
2、珠子的正常磨耗和破碎的判斷
通常情況下,工作一段時間的研磨珠變小,表面圓滑而不帶棱角,這應是正常珠子的磨耗;相反,如珠子當中出現帶棱角、片狀異形珠時這應是產生了碎珠。
3、碎珠產生原因
就珠子本身而言,一方面是珠子的質量問題,另一方面或者是此種材料的珠子強度不能勝用某種型號的砂磨機。如瑞士的Dyno-mill ECM臥式砂磨機和德國Drais的DCP立式砂磨機,因輸入的能量密度比較高,通常建議使用純鋯珠。
另外,研磨珠在砂磨機正常工作下,以受到大約1公斤的壓力,相對玻璃珠能承受約5000公斤力和硅酸鋯珠9000公斤而言,研磨珠在砂磨機中的受力是微不足道的,所以碎珠的原因應集中在設備上和工藝上,而采取相應的解決辦法
4、碎珠問題解決思路
4.1 檢查設備狀態
檢查分散盤,看是否存在分散盤裝反、松動或裂損等問題。
檢查分離裝置,觀察動態篩圈是否有缺口,篩網是否破損。
檢查進料泵,有可能存在齒輪泵突然關掉后,砂磨機內壓力將珠子反壓到泵內的情況。這種情況可以通過加裝單向閥盡量避免,同時保持定期清洗進料泵。
檢查內缸是否有缺陷。
4.2 檢查生產操作流程
看是否有大小珠子混合情況。此種情況剛開始有提高研磨效率的跡象,但隨著研磨時間的加長,產生了大珠磨小珠的情形,最后加快小珠的變形以至破碎。解決方法是盡量使用粒徑均一的珠子。
檢查是否不同品牌珠子的混合使用。因各種珠子的硬度、密度等不一致,容易產生硬珠子吃軟珠子的情形,故應杜絕此種形式。
檢測漿料的粘度是否過稀或過凋。相對一定密度的研磨珠而言,粘度過高容易造成珠子的堆積和直接接觸砂磨機的磨損件而加快珠子的磨損和破碎。
檢測物料的流量是否過快。流量過快會造成珠子積壓在物料出口處,而加快此處的珠子與砂磨機配件的磨損。解決方法是先采用間歇開機的方法將積壓研磨珠弄松,并重新分布均勻,再調節物料的流量。
由于珠子的自然損耗,珠子的粒徑會越來越小,為了保持統一的填充量和避免細珠子堵塞或進入分離裝置,應依研磨珠的壽命和用戶本身工藝的條件來篩珠和補充一定量的研磨介質。建議 100 — 200 工作小時后篩珠和添加適量的新珠子。
五、研磨珠發展趨勢
1、研磨珠粒徑愈用愈小
砂磨機設備從全球第一臺使用粒徑較大研磨球的攪拌式球磨機誕生,發展到使用粒徑較小的研磨珠的立式砂磨機、臥式砂磨機以及各種帶改良功能的超細研磨新一代砂磨機,使用的研磨珠的粒徑愈來愈小。其主要有兩個推動原因:
物料研磨最終細度微米甚至亞微米化 :由于研磨機內的物料是通過運動中的研磨介質的接觸作分散和研磨,研磨介質粒徑越小而接觸點越多,最后達到較高的研磨效果及較小的研磨細度。實踐數據告訴我們,當改用粒徑較小的研磨珠時,研磨物料細度得到明顯的提高。
砂磨機分離裝置的改進使用超細研磨珠成為可能。允許使用的最小研磨珠粒徑已成為評衡砂磨機質量檔次的一重要指標。分離裝置設計和制作材料的每一次革命,都帶來了使用研磨珠顆粒變小的一次飛躍。分離裝置從靜止傳統的扁平Nickel網到帶三角橫梁的Johnson網以及到動態的環式分離器和套筒式Cartridge網,除使用壽命延長之外,能使用研磨介質的粒徑越來越小,而同時又不明顯影響物料的流量。
2、比重愈用愈大
從動力學公式P=mv可知,珠子的沖量P與珠子的質量m成正比,密度越大的珠子運動能量就越大,研磨效率也相對越高。由于韌性較高的無機顏料(如碳黑、酞青藍、氧化鐵等)需要超細研磨,加之要追求更高的研磨效率和理想的光澤度,使用高密度的研磨珠業已成為一條解決途徑。
砂磨機生產制造技術的提升也使得高密度研磨珠的廣泛使用成為可能:
高輸入能量密度砂磨機的產生:現代砂磨機的發展趨勢之一是研磨缸的體積變小,而配置的馬達功率變大,所輸入能量密度就急劇增大。現代砂磨機的能量密度為傳統砂磨機的4倍甚至更多。這就使得有效帶動高密度的研磨珠(如純鋯珠)成為可能。同時因研磨區域的高能量分布,只有高抗壓強度和耐磨的研磨介質才能勝用。
砂磨機接觸件材質質量的提高 :砂磨機的接觸件(如內缸、分散碟、棒銷和分離裝置等)采用了堅硬耐磨的硬質合金(如碳化鎢)及陶瓷(如碳化硅、氧化鋯等)等高性能的材料,可抵擋因如純鋯珠本身高能量和高硬度的沖擊和摩擦所帶來的磨損。
3、珠的粒徑偏差愈來愈小
對于砂磨機,均勻粒徑的研磨珠體現出其優越性,一方面是對物料細度的狹窄分布有一定貢獻,另一面是大大減小碎珠的產生而減少砂磨機接觸件的磨損和避免對產品的污染。如今市場上通用的耐諾研磨介質粒徑偏差保持在0.2mm。均勻的珠子因制作工藝較復雜,所以市場價格也相對較高。