粉碎機(jī)械英文名稱comminution machine,他是破碎機(jī)械和粉磨機(jī)械的總稱,這兩者通常安排料粒度的大小作區(qū)分:排料粒度大于3毫米的含量占總排料量50%以上者稱為破碎機(jī)械;小于3毫米的含量占總排料量50%以上者則稱為粉磨機(jī)械。有時(shí)也將粉磨機(jī)械稱為粉碎機(jī)械,這是粉碎機(jī)械的狹義含意。
利用粉碎機(jī)械進(jìn)行粉碎作業(yè)的顯著特征是:能量消耗大,耐磨材料和研磨介質(zhì)的用量多,粉塵嚴(yán)重,噪聲大。
應(yīng)用粉碎機(jī)械可以減小物料的粒度至一定大小;增加物料的表面積,以提高其物理作用的效果或化學(xué)反應(yīng)的速度;使物料中的不同組分在粉碎后單體分離,以便進(jìn)一步將其彼此分開等。例如,磨制面粉、粉碎飼料、磨細(xì)顏料和水泥的生熟料,研磨制備懸浮液的漿料,以及增加物料的流動(dòng)性、填充性;磨碎有待人工干燥的物料,以加快其干燥速度,磨細(xì)觸媒劑和吸附劑,以分別加強(qiáng)其觸媒效能和吸附作用,將煤塊磨成煤粉,以提高其燃燒速度和燃燒的完全程度等;將鐵礦石粉碎后,通過磁選或浮選來獲得精鐵礦粉,將鉛鋅礦石粉碎后分選出鉛礦粉和鋅礦粉等。
在中國,公元前兩千多年就出現(xiàn)了最筒單的粉碎工具—杵臼。杵臼進(jìn)一步演變?yōu)楣?00~前100年的腳踏碓。這些工具運(yùn)用了杠桿原理,初步具備了機(jī)械的雛形,不過,它們的粉碎動(dòng)作仍是間歇的。
最早采用連續(xù)粉碎動(dòng)作的粉碎機(jī)械是公元前四世紀(jì)由公輸班發(fā)明的畜力磨,另一種采用連續(xù)粉碎動(dòng)作的粉碎機(jī)械是輥碾,它的出現(xiàn)時(shí)期稍晚于磨。公元二百年之后,中國杜預(yù)等在腳踏碓和畜力磨的基礎(chǔ)上研制出了以水力為原動(dòng)力的連機(jī)水碓、連二水磨、水轉(zhuǎn)連磨等,把生產(chǎn)效率提高到一個(gè)新的水平。這些機(jī)械除用于谷物加工外,還擴(kuò)展到其他物料的粉碎作業(yè)上。
近代的粉碎機(jī)械是在蒸汽機(jī)和電動(dòng)機(jī)等動(dòng)力機(jī)械逐漸完善和推廣之后相繼創(chuàng)造出來的。1806年出現(xiàn)了用蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的輥式破碎機(jī);1858年,美國的布萊克發(fā)明了破碎巖石的顎式破碎機(jī);1878年美國發(fā)展了具有連續(xù)破碎動(dòng)作的旋回破碎機(jī),其生產(chǎn)效率高于作間歇破碎動(dòng)作的顎式破碎機(jī);1895年,美國的威廉發(fā)明能耗較低的沖擊式破碎機(jī)。
與此同時(shí),粉磨機(jī)械也有了相應(yīng)的發(fā)展,19世紀(jì)初期出現(xiàn)了用途廣泛的球磨機(jī);1870年在球磨機(jī)的基礎(chǔ)上,發(fā)展出排料粒度均勻的棒磨機(jī);1908年又創(chuàng)制出不用研磨介質(zhì)的自磨機(jī)。二十世紀(jì)30~50年代,美國和德國相繼研制出輥碗磨煤機(jī)、輥盤磨煤機(jī)等立軸式中速磨煤機(jī)。這些粉碎機(jī)械的出現(xiàn),大大提高了粉碎作業(yè)的功效。但是,由于各種物料的粉碎特性互有差異,不同行業(yè)對產(chǎn)品的粒度要求也彼此不同,于是又先后創(chuàng)制出按不同工作原理進(jìn)行粉碎作業(yè)的多種粉碎機(jī)械,如輪碾機(jī)、振動(dòng)磨、渦輪粉碎機(jī)、氣流粉碎機(jī)、風(fēng)扇磨煤機(jī)、砂磨機(jī)、膠體磨等。
到了70年代初期,已制造出每小時(shí)產(chǎn)量為5000噸、最大給料直徑達(dá)2000毫米的大型旋回破碎機(jī),和可將物料磨細(xì)到粒度小于0.01微米的膠體磨。用機(jī)械粉碎固體物料的主要方法有五種,即擠壓、彎曲、劈裂、研磨和沖擊。前四種都是使用靜力,最后一種則應(yīng)用動(dòng)能。在絕大多數(shù)粉碎機(jī)械中,物料常在兩種以上粉碎方法的作用下被粉碎,例如,在旋回破碎機(jī)中,主要應(yīng)用擠壓、劈裂和彎曲;在球磨機(jī)中,主要應(yīng)用沖擊和研磨。粉碎方法是根據(jù)物料的物理特性、料塊的大小和所要求的細(xì)化程度來選擇的。對于堅(jiān)硬物料,應(yīng)采用擠壓、彎曲和劈裂;對于脆性物料,應(yīng)采用沖擊和劈裂;料塊較大時(shí),應(yīng)采用劈裂和彎曲;料塊較小或排料粒度要求很小時(shí),則應(yīng)采用沖擊和研磨。粉碎方法如果選擇不當(dāng),就會出現(xiàn)粉碎困難或過度粉碎現(xiàn)象,兩者都會增大粉碎過程中的能量消耗。
粉碎機(jī)械的分類方法有多種,或按結(jié)構(gòu)形式或按粉碎方法,或按運(yùn)動(dòng)速度,或按受力種類,或按細(xì)化程度來劃分。
粉碎比是指粉碎前后物料粒度的大小變化程度。對于單臺粉碎機(jī)械來說,它等于給料的最大粒度與排料的最大粒度之比;對于由多臺粉碎機(jī)械所組成的粉碎系統(tǒng)來說,它等于最初給料粒度與最終排料粒度之比,或等于各單臺粉碎機(jī)械的粉碎比的連乘積。當(dāng)使用破碎機(jī)械破碎物料時(shí),粉碎比通常稱為破碎比。
當(dāng)粉碎比要求很大時(shí),粉碎作業(yè)往往要在由若干臺粉碎機(jī)械組成的粉碎系統(tǒng)中來完成。物料在這個(gè)系統(tǒng)中經(jīng)過各臺粉碎機(jī)械,其粒度逐步減小,最后達(dá)到所要求的粒度。在這種粉碎系統(tǒng)中,每個(gè)階段都應(yīng)選用適當(dāng)?shù)姆鬯闄C(jī)械和粉碎比,在各個(gè)階段之間保持相互配合的生產(chǎn)能力。同時(shí),為減少過度粉碎以提高粉碎效能和降低能耗,還須在每道粉碎作業(yè)之后進(jìn)行篩分或分級。
工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的大量粉碎工作消耗的能量很大,但在粉碎作業(yè)中,輸入粉碎機(jī)械中的能量的絕大部分都轉(zhuǎn)化為熱而由粉碎機(jī)械、循環(huán)空氣和被粉碎的物料等所吸收,直接用于物料粉碎上的卻為量極。涸谄扑闄C(jī)械中,一般不超過10%;在粉磨機(jī)械中,則常不足1%。因此,為了減少能耗,就必須選取適當(dāng)?shù)姆鬯闄C(jī)械、采用正確的操作方法、規(guī)定最佳的粉碎比和單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量。
以一般水泥廠為例,破碎機(jī)械的耗電量約占總耗電量的10%,而其粉磨機(jī)械的耗電量則占60%左右。因此,在粉碎過程中就必須采取降低過度粉碎的措施,以達(dá)到節(jié)能的目的。
粉碎理論主要是研究粉碎過程中能耗與細(xì)化程度之間的關(guān)系。由于粉碎作業(yè)是涉及多種因素的極其復(fù)雜的過程,因此在粉碎理論方面尚無公認(rèn)的統(tǒng)一結(jié)論。
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