Лабораторна робота

Тема: Дослідження процесу одержання порошку подрібненням в кульовому млині

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА

1 Дослідження процесу одержання порошку подрібненням в кульовому млині

1.1 Теоретична частина

Подрібнення в кульових млинах є одним з найбільш по-ширених і простих методів одержання порошків. Основним елементом кульового млина є циліндричний барабан, в який завантажується порошок, що потребує подрібнення, і розмоль-ні тіла (рис.1.1). Розмольні тіла (кулі), завантажені в цилінд-ричний барабан, який обертається відносно горизонтальної осі, підіймаються в напрямі обертання під впливом відцентро-вої сили і сили тертя по внутрішній поверхні барабана до тих пір, поки кут підйому не перевищить кут природного нахилу.

1 - барабан; 2 – валки рольганга; 3 – електродвигун;

4 - механічна передача; 5 – розмольні

тіла.

Рисунок 1.1 – Схема кульового млина:

Висота підйому куль і кут нахилу a верхнього рівня куль залежать від швидкості обертання барабана Vоб. При цьому в залежності від швидкості обертання барабана можуть мати місце декілька режимів руху куль (рис.1.2).

1 2 3 4

1 – ковзання; 2 – перекочування;

3 – вільне падіння; 4 – кругове обертан-

ня при критичній швидкості

Рисунок 1.2 – Режими руху розмольних тіл у кульо-

вому млині

При повільному обертанні барабана кулі піднімаються на невелику висоту і, досягнувши верхньої точки, ковзають і скочуються один по одному вниз. При такій траєкторії руху куль вони спричиняють, в основному, стираючу дію на матеріал, що подрібнюється.

Зі збільшенням швидкості обертання кулі піднімаються на більшу висоту і, падаючи, викликають подрібнювальний ефект за рахунок удару.

При деякій швидкості, яку називають критичною (Vкр), відцентрова сила притискає розмольні тіла разом з матеріалом до стінок барабана і вони обертаються разом з ним. В цьому випадку подрібнення не відбувається.

Критична швидкість виражена через число обертів барабана залежить від його діаметра і дорівнює:

.

Як правило, розмол в кульових млинах проводять при швидкості обертання барабана (0,75-0,85) Nкр. При цьому до-сягається найбільш ефективне подрібненя за рахунок ударної і стираючої дії куль на матеріал, що подрібнюється.

На ступінь та інтенсивність подрібнення в кульовому млині впливає загальна вага куль і співвідношення між розмі-рами куль і частинами матеріалу. Максимальна вага куль ви- значається виразом:

(кг),

де j - коефіцієнт заповнення млина (0,5); m - коефіцієнт розпушування куль (0,65); g - питома вага матеріалу куль; R - радіус барабана, м; L - довжина барабана, м. Важливе значення також має розмір розмольних тіл. Для інтенсивного подрібнення розмір куль повинен бути в межах:

,

де D – діаметр барабана. При цьому співвідношення діаметрів куль 4:2:1 при їх ваговому співвідношенні 10:3:1.

В залежності від геометрії млина (відношення розмірів барабана) змінюється співвідношення між розтираючою і дробильною дією куль. При співвідношенні D:L=35 переважає здрібнювальна дія куль, а при D:L < 3 - стираюча. В зв’зку з цим для подрібнення твердих і крихких матеріалів відношення D:L повинно бути більше 3, а для подрібнення пластичних матеріалів це відношення повинно не перевищувати цю величину.

Форма частин порошку після розмолу у планетарних млинах, в більшості випадків ізометрична багатогранна. Насипна маса порошку досягає 30-40 % внаслідок слабо розвинутої поверхні.

Як вже відзначалося, найбільш зручно подрібнювати в кульових млинах тверді і крихкі матеріали (вуглецева сталь, феросплави, чавун, тугоплавкі сполуки – карбіди, бориди, нітриди та інш.). Деколи крихкості матеріалу, що подрібнюється, надають штучно, наприклад, шляхом насичення порошку залі-за воднем при електролізі, добавки сірки (якщо це не впливає на кінцеві властивості порошку і виробів з нього). Для підвищення крихкості можна скористатися також нагріванням, яке викликає послаблення міжкристалітних зв’язків. Так, наприклад, алюміній легко подрібнити при нагріванні його до температури 400 0С.

Часто для інтенсифікації процесу розмолу крихких матеріалів у кульових млинах застосовують рідке середовище. Останнє повинно бути інертним по відношенню до порошку, що подрібнюється, а також до матеріалу куль і стінок барабана. Найчастіше використовують воду, ацетон, спирти, вуглеводи. Наявність рідини в барабані інтенсифікує процес за рахунок проникнення макро- і мікротріщин і, як наслідок, ви-никнення розклинюючих напружень, які можуть досягати значних величин. Інтенсифікувати процес розмолу можна та-кож шляхом введення в барабан поверхнево-активних речовин (олеїнова кислота), кількість яких повинна бути достатня для утворення на поверхні порошка мономолекулярного адсорбційного шару.

Розглянуті режими розмолу (при розтираючому або ударному механізмі руйнування) часто виявляються мало-ефективними для одержання високодисперсних порошків (розмір частин dч 1 мкм). У цьому випадку найбільш сприя-тливим режимом подрібнення є режим перекочування. У зв’з-ку з тим, що при надтонкому подрібненні велика сила удару не потрібна, найбільш значний ефект досягається при безперервній дії на матеріал куль, що перекочуються, при невеликих механічних зусиллях. Такий режим розмолу досягається тоді, коли число обертів барабана Nроб = 0,6 Nкр.

При розмолі матеріалів необхідно попередити попадання в них домішок. При сухому розмолі металеві порошки окислюються внаслідок взаємодії з киснем повітря. При подрібненні у воді має місце корозія під впливом електрохімічного впливу. Хоча органічні рідини і діють слабше, однак при роз-молі вони можуть розпадатися з утворенням речовин, які викликають корозію (розпад трихлоретилену з утворенням соляної кислоти). Ступінь окислення залежить від природи матеріалу, що подрібнюється, тривалості розмолу і розміру частин кінцевого продукту. Для всіх металів спостерігається збіль-шення вмісту кисню при збільшенні тривалості розмолу.

Зниження окислення матеріалу при розмолі є першочерговою задачею, оскільки цей процес