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Robert E.Schilling，P.E.和Margaret Yang 

Union Process股份有限公司

俄亥俄州阿克倫

簡(jiǎn)介

在本文中，我們將討論與化學(xué)應(yīng)用和化學(xué)工業(yè)相關(guān)的介質(zhì)研磨技術(shù)?；瘜W(xué)應(yīng)用包括材料、化學(xué)工藝和化學(xué)工業(yè)中使用的操作(包括介質(zhì)研磨技術(shù))的廣泛物理化學(xué)知識(shí)。介質(zhì)研磨技術(shù)在固體化學(xué)加工的三個(gè)主要領(lǐng)域具有重要意義。第一個(gè)領(lǐng)域是研磨物料的粒度減小;第二種是混合和研磨幾種物質(zhì)以形成新的混合物;第三個(gè)領(lǐng)域是原料的活化或釋放。隨著研磨在化工行業(yè)的廣泛應(yīng)用，正確選擇研磨設(shè)備變得至關(guān)重要。

有許多不同類(lèi)型的研磨設(shè)備，如球研磨設(shè)備，更適合原材料的粗磨處理。這些工廠(chǎng)使用的“大”介質(zhì)的尺寸從20毫米不等，并且可以生產(chǎn)大約10微米到網(wǎng)目尺寸的材料。其他研磨設(shè)備，如Attritors(立式攪拌磨)，更適合“中等”粒度的顆粒。使用3至10mm的磨介可生產(chǎn)出粒度約為1至10微米的材料。研磨技術(shù)的最新進(jìn)展是針對(duì)超細(xì)粒度亞微米或納米級(jí)的應(yīng)用。這些高性能小磨介砂研磨設(shè)備通過(guò)使用0.1至1mm大小的磨介生產(chǎn)亞微米級(jí)的粒度。

第一臺(tái)小型、中型磨粉機(jī)是20世紀(jì)50年代杜邦公司開(kāi)發(fā)的立式砂研磨設(shè)備。從那時(shí)起，出現(xiàn)了新的研磨技術(shù)，從球研磨設(shè)備到臥式磨，到窄間隙研磨設(shè)備，再到近幾年開(kāi)發(fā)的高速循環(huán)砂研磨設(shè)備。

2、磨介和研磨設(shè)備選擇

如前所述，不同類(lèi)型的研磨設(shè)備適用于不同的加工要求。在選擇研磨設(shè)備類(lèi)型和磨介尺寸時(shí)，需要考慮幾個(gè)重要因素。一般來(lái)說(shuō)，進(jìn)料越粗，研磨介質(zhì)就應(yīng)該越大、越致密。由于可能產(chǎn)生更大的沖擊力，因此需要更大、更重的介質(zhì)。還應(yīng)考慮最終粒徑，所需的末端粒度越細(xì)，研磨介質(zhì)應(yīng)越小。由于可用于進(jìn)行精細(xì)研磨的表面積較大，因此小磨介對(duì)更細(xì)的端部顆粒尺寸更有效。

一些高效的生產(chǎn)工藝是利用、結(jié)合兩種研磨技術(shù)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行互補(bǔ)。高效研磨的一個(gè)例子是使用諸如Attritor(立式攪拌磨)之類(lèi)的研磨設(shè)備進(jìn)行第一階段研磨，最后的超細(xì)研磨使用小磨介砂研磨設(shè)備進(jìn)行的。這兩個(gè)階段的過(guò)程最大限度地提高了兩種研磨技術(shù)的效率。

研磨設(shè)備和磨介選擇過(guò)程中需要考慮的另一個(gè)重要方面是與物料接觸的結(jié)構(gòu)材料。加工高純或高活性材料時(shí)，通常需要研磨設(shè)備接觸部件盡可能純度一致、惰性和無(wú)污染。在這些情況下，研磨設(shè)備接觸零件和研磨介質(zhì)可以由各種類(lèi)型的不銹鋼或陶瓷制成。一些研磨設(shè)備部件也可以?xún)?nèi)襯或涂覆不同類(lèi)型的聚合物。

3、高循環(huán)研磨設(shè)備(ATTRITOR和新型、小磨介砂磨機(jī)GT-MILL)

立式循環(huán)研磨設(shè)備—Q系列

近年來(lái)，許多涂料、氮化硅、氧化鋁等材料供應(yīng)商將他們的注意力集中在一種“新”類(lèi)型的“高速循環(huán)研磨”上，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的分散性。實(shí)際上，這種“高速循環(huán)研磨”并不是一種“新”技術(shù)。1976年，Andrew Szegvari博士(UNION PROCESS的創(chuàng)始人)獲得了這種快速循環(huán)研磨的專(zhuān)利?；诖思夹g(shù)，設(shè)計(jì)并制造了Q系列設(shè)備(圖1)。多年來(lái)，數(shù)百個(gè)不同行業(yè)在其研磨過(guò)程中成功應(yīng)用了Q系列設(shè)備。

Q系列 Attritor(立式攪拌磨)將研磨主機(jī)與配備了高速分散器和低速掛壁攪拌的大型預(yù)混缸結(jié)合在一起。(圖2)。研磨設(shè)備設(shè)計(jì)用于高速循環(huán)研磨，預(yù)混缸中的所有研磨物料每7-8分鐘通過(guò)研磨室1次或每小時(shí)通過(guò)大約8次。這種泵速度高，物料分散均勻、粒度分布窄以及更快的研磨。Q系列中使用的磨介大小范圍為3mm到10mm。

GT系列

GT是小磨介砂磨機(jī)家族的最新成員。它可將部分物料研磨到100nm以下甚至更細(xì)，特殊設(shè)計(jì)的“TEETH”研磨結(jié)構(gòu)多組排列。這種專(zhuān)有設(shè)計(jì)消除了軸擺動(dòng)和研磨振動(dòng)，同時(shí)提供了更大的隨機(jī)磨介運(yùn)動(dòng)，以提高研磨效率。GT系列設(shè)計(jì)使用0.2mm至2.0mm的磨介。

與Deltamill一樣，研磨齒可在整個(gè)研磨腔中提供定向均勻的磨介分布。研磨設(shè)備可用于連續(xù)和循環(huán)模式。所有研磨設(shè)備都可以使用無(wú)金屬部件生產(chǎn)，用于某些陶瓷應(yīng)用，這可能是一個(gè)考慮因素。

GT系列砂磨機(jī)采用研磨缸四周環(huán)形分離器設(shè)計(jì)。它由一系列圓環(huán)組成，環(huán)之間有適當(dāng)尺寸的墊片，這種新設(shè)計(jì)消除了分離器堵塞。

由于這一位于研磨缸末端的堅(jiān)固且大的開(kāi)放式篩網(wǎng)區(qū)域，與其他研磨設(shè)備相比，維護(hù)和清潔要容易得多。將蓋子從研磨缸端部拉開(kāi)是一件簡(jiǎn)單的事情，這很容易將分離器取出來(lái)以便維修。

GT系列優(yōu)勢(shì)

4.分批或連續(xù)模式下的干式研磨設(shè)備(SD系列和HSA 系列ATTRITORS)

干磨加工是出料粒度平均為2至3微米或更大的產(chǎn)品的理想選擇。

干磨具有許多潛在的成本節(jié)約效益。

干法加工可以降低運(yùn)輸成本，因?yàn)椴牧峡梢栽诓辉黾右后w重量的情況下運(yùn)輸;

它還可以降低生產(chǎn)成本和能源，因?yàn)椴恍枰獜淖罱K產(chǎn)品中除去液體;

干磨還可以消除與廢液處理相關(guān)的成本，由于更嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)，廢液處理成本越來(lái)越高。

SD系列 ATTRITORS(立式攪拌磨)可以在批處理或連續(xù)模式下操作。該系列設(shè)備適用于較難研磨的材料，如金屬粉末、金屬碳化物和玻璃熔塊。SD系列使用的磨介尺寸通常為5-13mm，進(jìn)料尺寸可粗至1/2英寸。如果以分批方式操作，最終產(chǎn)品的尺寸可以達(dá)到2-3微米。

SD系列也用于制造彌散強(qiáng)化金屬(DSM)。在這一過(guò)程中(稱(chēng)為機(jī)械合金化或冷焊)，運(yùn)動(dòng)孔隙導(dǎo)致研磨介質(zhì)首先將金屬和添加劑破碎成小顆粒，然后將它們攪拌在一起形成團(tuán)聚體。通過(guò)重復(fù)該過(guò)程，各種金屬均勻混合并分散，形成新的合金成分(DSM)。

顏料行業(yè)也使用SD系列Attritors(立式攪拌磨)干粉研磨一些顏料，以進(jìn)行顏色開(kāi)發(fā)。

HSA系列-(高速干磨)

HSA系列使用2-3mm小磨介，運(yùn)行速度更高，通常從400-2000 RPM。具有獨(dú)特的專(zhuān)利設(shè)計(jì)概念，包括新的軸/臂配置和側(cè)卸料濾網(wǎng)。這種特殊的設(shè)計(jì)組合允許研磨設(shè)備連續(xù)生產(chǎn)細(xì)粉，這些細(xì)粉通過(guò)離心 力從研磨設(shè)備中排出。然而，由于使用的磨介尺寸較小，進(jìn)料僅限于40目和更細(xì)，出料通常在2-5微米范圍內(nèi)。

SD和HSA研磨設(shè)備都可以設(shè)置空氣分級(jí)機(jī)或篩分機(jī)，以形成閉合的研磨工藝回路。通過(guò)不斷對(duì)細(xì)料進(jìn)行分類(lèi)，并將過(guò)大的材料重新送回研磨設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)非常高效和細(xì)致的粒度分布研磨。

干磨常見(jiàn)應(yīng)用：

5.總結(jié)

除了全系列的生產(chǎn)型研磨設(shè)備外，Union Process股份有限公司還生產(chǎn)許多不同類(lèi)型的研究和實(shí)驗(yàn)室型研磨設(shè)備。這些實(shí)驗(yàn)室型研磨設(shè)備是在各種研磨條件下確定可行性和測(cè)試不同配方的非常有用的工具。

Union Process不僅可以提供廣泛的研磨設(shè)備，還可以提供“專(zhuān)有技術(shù)”和支持，以滿(mǎn)足客戶(hù)的具體要求。

1945年作為立式攪拌磨的發(fā)明人，在美國(guó)俄亥俄州的Akron成立了Union Process Inc.，攪拌研磨技術(shù)成為Union Process 公司的起點(diǎn)。

2005年，美國(guó)Union Process進(jìn)入了中國(guó)成立外資企業(yè)：青島聯(lián)瑞精密機(jī)械有限公司，致力于設(shè)計(jì)研發(fā)生產(chǎn)“立式攪拌磨&臥式砂磨機(jī)”，可提供真空、惰性氣體保護(hù)、低溫液氮、防爆等特殊工況研磨分散混料和自動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)，在硬質(zhì)合金、先進(jìn)陶瓷、納米材料、片狀金屬粉、磁性材料等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。