福建省圣昌制粒机有限公司
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混合制粒机机理及材料选择

理及混合制粒机衬里进行了详细分析,并对工程中所采用的各种内衬材料及使用状况进行了比较。指出:理想的内衬是在生产过程中,其表面能吸附一薄层混合料,但此薄层不会逐渐粘结增厚,从而使所衬圆筒具有较好的混匀制粒效果和较长的使用寿命;选择合适的内衬材料,对提高筒体填充率,改善混合物料的透气性,提高烧结矿的产量有着重要意义。

1 前 言

混合制粒是有色冶炼烧结系统原料制备的重要环节,混合制粒机是将不同品位和成分的精矿、适当的水分及熔剂均匀混合并制成烧结用颗粒料的重要设备。为了提高烧结料的质量和产量,生产中通常把圆筒混合与制粒分开进行。一次圆筒机主要完成原料混合,二次圆筒机则主要用作混合料制粒。分析改进混合、制粒过程,选择合适的圆筒内衬材料,是研究烧结备料设备的重要课题之一。

2 制粒机理及粘料原因分析

2.1 制粒机理

2.1.1 主要影响因素

烧结物料制备的好坏,直接影响着物料的透气性,而只有在物料透气性好、颗粒均匀且小颗粒或粉料含量极少的条件下,才能使烧结效果得到保证。干燥的混合料不能制粒,一定的水分含量是制粒的先决条件,好的混合制粒机能使水分均匀分布在颗粒物料中,以吸附水、薄膜水、毛细水、重力水等形式存在。吸附水和薄膜水在颗粒表面形成水膜(在力学过程中可看作是颗粒料的外壳),在外力作用下与颗粒一起变形。细颗粒物料表面的水膜(包括颗粒料表面的吸附水和薄膜水)彼此联结,使颗粒相互粘结成球(制粒),并保持一定的强度。混合料中的毛细水形成毛细引力,将已经润湿的细颗粒聚集成小球,小球在圆筒转动中逐渐长大、压实,同时毛细水被挤压到球的表面,并再次聚集细颗粒混合料重复上述造球(制粒)过程。

2.1.2 制粒过程的状态分析

物料在圆筒混合制粒过程中,其运动状态主要有滑动、翻动、滚动这三种方式。以混匀为目的的圆筒混合机应以翻动和滚动为主,此时混匀和制粒作用并存;以制粒为目的的圆筒混合制粒机,混合料应以滚动为主。物料的运动方式与摩擦因数有密切关系。当圆筒的直径、转速、倾角一定时,不同粒径的物料小球与筒壁的脱离角是不同的,物料颗粒的粒径越大,其脱离角就越大,颗粒上升的高度就越小;反之,粒径越小的颗粒,其上升的高度就越大。物料按粒径大小在回转筒体中发生偏析:较大颗粒物料在筒底壁附近形成滑动区;中等颗粒物料呈螺旋线状随筒体转动,形成翻动区;小颗粒物料或没有成粒的物料则沿筒壁形成滚动。在圆筒直径、转速均不变的条件下,摩擦因数减小时,小颗粒物料的脱离角随之增大,制粒效果变差;当摩擦因数进一步减小时,物料在筒体内只能滑动,而不能翻动和滚动,失去制粒的作用。

由此可见,圆筒混合制粒机内衬材料的选择,是影响提高烧结物料质量的一个重要因素。

2.2 粘料原因

在工程设计中曾采用钢板作为圆筒混合制粒机内衬。由于钢板表面为亲水的极性分子,吸附混合过程中添加的水和物料表面的薄膜水在钢板表面形成水膜,当这些水膜与混合料颗粒表面的水膜彼此粘结时,物料被相当牢固地粘结在筒体内表面,而在颗粒物料表面水膜的循环作用下,该粘结层逐渐增厚。由此可见,混合制粒机内衬材质的亲水性是形成筒壁粘料的根本原因。

3 内衬材料的选择

3.1 基本性能对比

多年来,我院在混合制粒机工程设计中,采用过多种材质的衬板。现将常用衬板材料的主要物理、机械性能指标列于表1和表2。

表1 常用内衬材料的有关物理性能、价格比较

表2 常用内衬材料的机械性能比较

3.2 使用情况分析

为防止混合制粒机粘料,可采用憎水材料作圆筒内衬,因憎水材料的吸水率很低,其表面不会形成水膜,可使内衬“绝对”不粘料。但在这种情况下,混合料直接靠近内衬表面运动,增加了对内衬的摩擦。工程设计中曾用过耐磨钢作内衬,但由于钢材表面吸附水后发生锈蚀,形成疏松多孔的氧化铁,吸收更多的水分,更加剧了筒壁对料的粘结。为解决这一问题,在后来的工程设计中采用不锈钢(1Cr13或1Cr18Ni9Ti)材料作衬板,虽解决了衬板锈蚀问题,但不锈钢板材质因磨擦因数偏小,物料在其表面只能作滑动,达不到混匀和制粒的目的。尽管设计上采用在不锈钢表面焊接扬料装置来克服磨擦因数偏小的问题,但因不锈钢板材质的衬板磨损厉害,材料费用高,且每年的维修费用和维修时间不断增加,严重影响生产的正常进行。因此,选择一种混合与制粒效果好、制造成本较低的衬板材料,是设计新型混合制粒机的成败关键。

3.3 综合考虑选择

通过以上对比分析,不难看出在选择混合制粒机的圆筒内衬时,要考虑内衬材料对混合料的摩擦因数和内衬材料的吸水性这两个方面。摩擦因数过小,物料在圆筒内的脱离角过大,只能沿内衬表面滑动,不能造成滚动和抛落,而适当的摩擦因数即使在没有料衬或料衬被破坏的情况下,也可依靠内衬板与混合料的摩擦力来实现物料的提升和滚动,维持圆筒的混匀和制粒效果;内衬材料还应具有适当的吸水率,而不是要求其绝对不粘料,较理想的情况是:依靠吸附水膜能在内衬板表面形成薄薄一层混合料,为混合制粒提供较好的摩擦、滚动条件。当上述两个方面的选择相宜时,在生产过程中内衬表面能始终形成薄薄一层混合料衬,但不会逐渐粘结增厚。这时混合制粒机不但具有较好的混匀、制粒效果和较长的使用寿命,而且能避免因过多粘料所造成的麻烦。因此,在工程设计中宜采用耐磨橡胶板、高分子聚乙烯、稀土含油尼龙等作为混合制粒机的内衬材料。

此外,为了进一步提高圆筒的混匀制粒效果,合理调整混合制粒机的倾角,适当延长混合制粒时间,在筒体内衬板上配置有助制粒的设施也很有必要,这样可使衬板表面保持薄料衬,维持内表面摩擦力,强化制粒效果,从而使所制备的烧结物料其粒度分布更为合理,为提高烧结矿产量创造有利条件。

4 结束语

混合制粒机筒体的粘料是冶炼生产中普遍存在的问题。粘料过多,严重影响烧结物料的混匀与制粒效果,对设备的正常运行也具有很大危害,且人工清理筒体条件恶劣,安全性差,劳动强度大。通过对衬板材料性质的研究探讨和实用情况的对比分析,证明合理地选择圆筒衬板材料,能使筒壁的粘料量得到有效控制,明显改善制粒效果,对提高烧结矿产量有着深刻意义。

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