振动磨连续粉磨工艺

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1997.s1.022 第19卷增刊 北京科技大学学报 Vol.19 1997年2月 Joumal of University of Science and Technology Beijing Feb.1997 振动磨连续粉磨工艺 尹忠俊 朱允言 北京科技大学机械工程学院，北京100083 摘要对物料在简体内滞留时间和数量进行了试验研究，同时探讨了工作条件对产品粒度和 处理量的影响. 关键词振动磨，连续粉磨，滞留时间 振动磨在我国的发展比较缓慢，目前尚停留在试验室间歇试验研究阶段，由于间 歇粉磨与连续粉磨存在较大差别，很难用一种工艺正确地指导生产，所以探讨连续粉磨工 艺显得尤为重要，这也正是振动磨从试验室研究转向大规模工业生产的关键， 本文是在大量试验的基础上，对振动磨连续生产工艺进行了探索性研究，试图为振动 磨投人工业化生产提供一份系统、详实的资料， 1连续粉磨试验 1.1试验原理 连续粉磨不同于间歇粉磨，最大区别在于连续粉磨时，物料充填率和粉磨时间很难控 制.实践证明，粉磨时间和物料充填率是影响产品粒度的主要因素，不能控制这二者，也 就无法控制产品粒度 粉磨时间和物料充填率分别由物料在磨筒中滞留时间和数量决定的，滞留时间短，物 料被磨的时间就短；滞留数量少，则物料的充填率低，然而磨筒内滞留的物料数量并不是 一个独立的变量，它是由工作条件决定的，各工艺参数都不同程度地对其产生影响，使它 的确定变得复杂化. 在磨机平稳运行状态下，即排料量等于给料量时，磨筒内存料量与物料滞留时间存在 如下关系： t。=M。/M (1) 式中，t,-物料滞留时间(min)；M。-物料滞留量(kg方M。-给料量kg/min). 可见，物料滞留数量确定之后，滞留时间也就可以利用(1)式计算出来，因此物料在 磨筒内滞留数量的确定成为解决总是的关键 199%-03-20收稿 第一作者男33岁博士

第 卷 增刊 北 京 科 技 大 学 学 报 卯 年 月 加 目 面饥句 苗 欣妇耽 回 记四加 欣场毛 诚 万划压 望刀 振动磨连续粉磨工 艺 尹 忠 俊 朱 允 言 北 京科技大学机械工 程 学院 ， 北 京 〕 犯 摘要 对物料在 筒体 内滞 留时 间和数量进行 了试验研究 ， 同时探 讨 了 工 作 条 件 对产 品粒 度 和 处理量 的影 响 关健词 振 动 磨 ， 连续 粉磨 ， 滞 留时间 振 动 磨 在 我 国 的 发 展 比较 缓 慢 ， 目前 尚停 留在 试 验 室 间 歇 试 验 研 究 阶 段 由 于 间 歇粉磨 与连续 粉磨存在 较大 差别 ， 很难 用 一种工 艺 正 确地 指 导生 产 ， 所 以 探讨连续粉磨工 艺显得尤 为重要 这也 正 是振 动磨从试验 室研究转 向大规模工 业生产 的关键 本文是在 大 量 试验 的基 础上 ， 对振 动磨 连 续生产 工艺进行 了探索性 研究 ， 试 图为振 动 磨投人工 业化 生产提 供 一份 系 统 、 详实的资料 连续粉磨试验 试验原理 连续粉磨不 同于 间歇 粉磨 ， 最大 区别在 于 连续粉磨 时 ， 物料充填 率和粉磨 时间很 难 控 制 实践证 明 ， 粉磨 时 间和 物料 充填率是影 响产 品粒度 的主要 因 素 ， 不 能 控 制 这 二 者 ， 也 就 无法控制 产 品粒度 粉磨时 间和物料 充填率分别 由物料在磨筒 中滞 留时 间和数量 决定 的 ， 滞 留时 间短 ， 物 料被磨 的时 间就 短 滞 留数量 少 ， 则物料 的充填率低 然而 磨筒 内滞 留 的物 料 数量 并 不 是 一个独立 的变量 ， 它 是 由工作条件决定 的 ， 各工艺参数都不 同程度地 对其产生影 响 ， 使它 的确定变得复杂化 在磨机平稳 运行状态 下 ， 即排料量等于 给料量 时 ， 磨筒 内存料量 与物料滞留时 间存 在 如下 关系 几二 。 式 中 ， 一 物料 滞 留时 间 而 一 物料 滞 留量 一 给料量 恤 而 · 可 见 ， 物料 滞 留数量 确 定 之后 ， 滞 留时 间也就可 以利 用 式 计 算 出来 因此 物 料 在 磨筒 内滞 留数量 的确定 成 为解 决总是 的关键 叩 一 一 收 稿 第一 作者 男 岁 博士 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1997．s1．022

Vol.19 尹忠俊等：振动磨连续粉磨工艺 ·85· 1.2试验设备及物料的准备 试验是在新乡太行振动机械总公司振动试验台上完成的.该试验台配有1台JZM一1 型工业振动磨、振动上料机、振动给料机、振动筛分机以及自动控制一整套辅助设施，另 外，还配备电烤箱，标准套筛，天平等分析仪器， 试验用的烧结镁砂、电熔镁砂、熟白云石3种原料由安阳耐火材料厂提供，粒度大部分 小于25mm,小部分大于30mm. 13试验方案的确定 影响粉磨效果的因素很多，本文选取振幅A、频率ω，磨介充填率J和给料量M。4个 主要因素作为研究对象.尽管如此，若每个因素取三水平进行完全性考察，共需进行 34=81次试验.对于这种不可逆的粉碎过程来说是不现实的，为此需要寻求另一种 试验方法 为了分析比较，并使回归数据具有代表性，采用正交试验法，并选用表L,(3),表1 合出了试验所考察的因素和水平， 表1连续试验正交表L,③) 考察因素 试验结果 序号 05↓A/cm M。/kg·h'J%) M。/kg p/min M/kg·h-l 11(78.5) 10.4 1378) 1(60) 55.2 8.76 853 21(78.5 20.) 2(520) 270 42.3 4.98 886 3178.5) 30.6 3(660) 3(80) 25.8 2.35 893 42104.7) 10.4) 24492) 3(80) 35.3 4.3 875 52104.7) 240.5月 3603) 1(60) 32. 3.17 866 62104.7) 30.6 1(34句 2970) 14.1 2.45 925 73157) 10.4) 3(592) 2(70) 93.9 9.51 753 83(15) 20.5月 2(499) 2480) 432 52 784 93157 30.0 1(390) 1(60 33.2 5.11 807 2试验结果分析 2.1物料滞留数量和时间 表1列出了9组连续试验的结果，给料量，物料滞留数量均为实测值，物料滞留时间 是利用(1)式的计算值.直观分析可以看出：随着给料量的增加，物料滞留数量随之增 加，而振幅、频率、磨介充填率的提高，反使物料滞留数量减少，在此分析的基础上，建立 经验公式的回归模型： M。=Z。w乙AJM径 (2) 式中：Z,Z,Z2,Z,Z为回归系数

试验设备及物料的准备 尹 忠俊等 振 动磨连续粉磨工艺 试验是在新 乡太行振动机械总公 司振 动 试 验 台 上 完 成 的 该试验 台配有 台 一 型工 业振 动磨 、 振 动上料机 、 振动给料机 、 振 动筛分机 以 及 自动控制一 整 套辅助设施 另 外 ， 还 配备 电烤箱 ， 标准套筛 ， 天平等分析仪器 试验用 的烧结镁砂 、 电熔镁砂 、 熟 白云石 种原料 由安阳耐 火材 料 厂 提 供 粒度大部分 小于 卫 ， 小部分大 于 试验方案的确定 影 响粉磨效果 的 因 素很多 ， 本 文 选取 振 幅 、 频率 田 、 磨 介 充 填 率 和 给料 量 ， 个 主 要 因素作 为研 究 对象 尽 管如 此 ， 若每 个 因 素取 三 水平 进 行 完 全 性 考 察 ， 共需 进 行 次 试 验 对于 这 种 不 可 逆 的粉 碎 过 程 来 说 是 不 现 实 的 ， 为 此 需 要 寻 求 另 一 种 试验方法 为 了分 析 比较 ， 并 使 回归数据 具 有 代 表性 ， 采用 正 交试验法 ， 并 选用表 气 勺 表 合 出 了试验所考察 的 因素和水平 表 连续试验正交表 甄口 序 号 考察因素 试验结果 田 ， 肠 呼八，‘矛几月︸ 匀 ︸口、悦 匀 双 以 乃 双 以 乃 双 以 乃 乃 乃 刀 珊习 句 珊 习 句 珊习 句 峡 地 · 一 ’ 网 印 夕拓 忘 · 一 ， 珊 ，‘内︸，二 峥气‘产月、 ，气﹄几，了只，‘︶ 试验结果分析 物料滞留数且和 时间 表 列 出了 组连续试验的结果 ， 给料量 ， 物料滞 留数量 均 为 实 测 值 ， 物 料 滞 留 时 间 是利 用 式 的计 算 值 直 观 分 析 可 以 看 出 随着 给料 量 的增 加 ， 物 料滞 留 数 量 随 之 增 加 ， 而振 幅 、 频率 、 磨介充填率的提高 ， 反 使物料 滞 留数量减少 在此 分 析 的基 础 上 ， 建立 经验公式 的 回归模型 。 二 。 。 乙 几 ， 乏 式 中 ， 乙 ， 凡 ， 砚 ， 为 回归系数

·86 北京科技大学学报 1997年 对上式取对数，有： InM =InZ +Z Ino +Z InA+Z InJ+ZnM (3) 则非线性回归简化为线性回归，表2列出了回归数据及回归结果和误差， 表2 hM。的回归结果及误差 序号 原始数据 回归数据 误差 4.011 4.069 0.058 2 3.745 3.647 -0.098 3 3.250 3.300 0.051 4 3.564 3.560 -0.004 3.490 3.510 0.019 6 2.646 2.612 -0.034 7 4.542 4.485 -0.057 8 3.765 3.820 0.055 9 3.504 3.515 0.011 回归结果nM。=6.5%-1.4inw-2.1n4-0.94nJ+0.63nMp 从表中所列出的误差可以看出，经验公式拟合得相当好.所以，磨筒内物料的滞留数 量和滞留时间可以用下面的经验公式求得. M。=732×A-21w-14Ja%M8s (4) t,=M/M。=732×A-21o-14JP4M,a7 (5) 利用(4)式，便可以推算出磨筒内物料的充填率：U=M。(PV) (6) 式中，p一物料的堆密度(g/cm);V。-磨简容积. 将(5)，(6)式以及相应的工艺参数代人文献[]中提供的振动磨粉磨动力学方程， Ro=Ro e-D+1.50x 10-5x A--(D/d(JU)(p)g (7) 便可以预测连续试验的产品粒度， 2.2产品粒度分析 产品粒度特性研究是粉磨过程的一个重要方面，产品粒度的分布及大小直接影响产品 的性能，也是振动磨在该领域能否被推广应用的判断依据. 表3给出了9组试验的产品各粒级的产率和加权平均粒度R。,并将其与()式计算 的加权平均粒度R进行比较.结果表明实测值与计算值基本吻合，在这里由于原料粒度的 波动，误差在所难免，因此(4)，(5)，(6)和(7)式在磨机设计和生产中具有重要的实用价值. 图1给出了连续试验与间歇实验在某一时刻产品粒度分布的比较，比较前提是二 者加权平均粒度相同，从图中产品粒度分布曲线可以看出二者基本吻合，说明连续粉磨具

北 京 科 技 大 学 学 报 卯 年 对上 式取 对数 ， 有 。 二 】刀 〕 乙 乙 】 刀通 乙 习 则非 线性 回归简化 为线性 回归 ， 表 列 出了 回归数据及 回归结果 和误差 表 材 。 的回归结果及误差 序号 原始数据 回归数据 误差 印 又抖 剑 翻石 舅 夕抖 一 的 一 洲碎 一 一 脚即翔劝 回 归结果 玩 一 书庄。 一 月一 仓 习叮 十 一 从表 中所列 出的误差 可 以看 出 磨 筒 内物 料 的滞 留 数 ， 经验公式拟合得相 当好 所 以 ， 量 和滞留时 间可 以 用下 面 的经验公式求得 二 ‘ 一 ，， 一 ’ ‘ 了洲 衅 心 几 ‘ 一 之，一 ” 沪抖 石 住，， 利用 式 ， 便 可 以 推算 出磨筒 内物料 的充填率 咐 式 中 ， 一 物料 的堆密度 。 一 磨筒容积 将 ， 式 以及相 应 的工 艺 参数代 人 文 献 【 中提 供 的 振 动 磨 粉 磨 动 力 学 方 程 ， 。 一 己 一 ’ 咖砂呵、 沁污 一 ， 通 一 ’ 。 一 ’ 一 ’“ ，伍 。 。 便可 以预测 连续 试验 的产 品粒度 产品粒度分析 产 品粒度特性研究是粉磨过程 的一个重要 方面 ， 产品粒度的分布及 大小直接影 响产 品 的性能 ， 也是振 动磨在 该领域能否 被推广应用 的判 断依据 表 给 出 了 组 试验 的产 品各粒级 的产率和 加权平均粒度 ， 并 将其 与 式计算 的加权平均粒度 尺 进行 比较 结果表 明实测值与计算值基本吻合 在 这 里 由于 原料粒度 的 波动 ， 误差在所难免 因此 ， ， 和 式在磨机设计和生产 中具有重要的实用价值 图 给 出了连 续试验 与间歇实验 在 某 一 时 刻 产 品 粒 度 分 布 的 比 较 ， 比 较 前 提 是 二 者加权平均粒度相 同 ， 从 图中产品粒度分布曲线可 以看出二者基本吻合 ， 说 明连续粉磨具

VoL19 尹忠俊等：振动磨连续粉磨工艺 ·87· 表3产品粒度分布 粒度等级 试验序号 (mm） 1 2 3 5 78 9 >0.45 8.6 8.6 28.16.1 16.802 5.6 7.5 02 0.45~0.076 51.155.8 47.359.340.134.557.057.5 41.9 <0.076 38.8 323 23.534.642.067.035.333.6 57.3 Rmm 0.2050.2390.3560.1930.3260.0760.2190.2010.086 R,/mm 0.2230.2510.3230.2010.2950.0880.2520.1740.092 有与间歇粉磨相同的产品粒度分布，并服从指数分布， 100 80 1-连续试验第4组，R.=0.193mm 2-间歇试验第13组，Rm=0.191mm 60 3-连续试验第9组，Rm=0.086mm 照 90 4-间歇试验第9组，Rm=0.089mm 20 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 粒度/mm 图1连续、间歇粉磨产品粒度分布对比 23振动磨的处理量 处理量是连续粉磨的另一项指标，对此有些资料给出了处理量与主要工艺参数之间的 关系，可以认为：在一定范围内，处理量等于给料量，即给多少，处理多少但是，存在一个最 大处理量.在试验过程中发现，当给料量超过一定量值时，出现“堵料”、“涨肚”现象，在表1 给出了每个组试验条件下的最大给料量Mx,最大处理量往往高出设计处理能很多，由 于当给料量接近最大值时，产品粒度很粗，所以当要求产品粒度时应予以避免.然而 换一个角度考虑，当振动磨用于粗磨时，使给料量接近最大值，处理量会大大增加.例 如，后来在ZDM-2型工业振动磨（简径D=500mm,设计处理能力为2000kg/h,电机 功率55kW)进行鉴定测试时，以石英砂为原料作一次极端试验，当磨介充填率取60%， 最大给料粒度为30mm,给料量达到4.3th时，粒度小于900m的产品达99.6%，小于 76m的产品达36.3%. 3结论 (1)振动磨的振幅、频率、磨介充填率、物料填充率是影响粉磨效果的主要因素，各参数

尹 忠俊等 振动磨连续粉磨工艺 表 产品粒度分布 粒度等级 试 验 序 号 田 兑 一 哪 有 与 间歇粉磨相 同的产 品粒度分布 ， 并服从指数分布 一 连续试验第 组 ， 一 间歇试验第 组 ， 凡 一 连续试验第 组 ， 。 一 间歇试验第 组 ， ‘ 忑烹车，一 一一 」 粒 度 劝 褂恢彩碳岁 图 连续 、 间歇粉磨产品粒度分布对 比 振动磨的处理 处理量是连续粉磨 的另一项指标 ， 对此有 些 资料给 出了处理 量 与 主要 工 艺 参数 之 间 的 关系 可 以 认为 在一定 范 围 内 ， 处理量等于 给料量 ， 即给多少 ， 处理 多少 但 是 ， 存 在 一 个 最 大处理量 在试验过程 中发现 ， 当给料量 超过一定量值 时 ， 出现 “ 堵 料 ” 、 “ 涨肚 ” 现 象 ， 在 表 给出了每个组试验条件下 的最大给料 量 最 大 处 理 量 往 往 高 出 设 计 处 理 能很多 ， 由 于 当给料 量接近最大值 时 ， 产 品 粒 度 很 粗 ， 所 以 当要 求 产 品 粒 度 时 应 予 以 避 免 然 而 换一个角度考虑 ， 当振动磨用于 粗磨时 ， 使给料量接近最 大 值 ， 处 理 量 会 大 大 增 加 例 如 ， 后来在 一 型 工 业 振 动磨 筒径 ， 设计处理 能力为 侧叉 爪 ， 电机 功率 进 行 鉴 定 测 试 时 ， 以 石 英 砂 为 原 料 作 一 次 极 端 试 验 ， 当磨介充填率取 ， 最大给料粒度为 ， 给料 量 达 到 小 时 ， 粒 度 小 于 户 的产 品 达 石 ， 小 于 “ 的产 品达 结论 振动磨的振 幅 、 频率 、 磨介充填率 、 物料填充率是影 响粉磨效果 的 主要 因 素 ， 各 参数

·88· 北京科技大学学报 1997年 的合理选择对提高粉磨效率、降低能耗有着重要的意义， (2)物料在简体内滞留的数量和时间，决定了物料充填率和粉磨时间.但是它们并不是 一个独立的变量，是由工作条件决定的， (3)连续粉磨的产品粒度呈指数分布，并且分布范围很窄，当加权平均粒度为76m 时，大于450um的物料已不足1%. (④)连续生产时，处理量和产品粒度是对矛盾.提高产品粒度是以牺牲处理量为代价 的，给料量的选择应以满足产品粒度为前提，尽量增加给料量，从而获得高产量 (5)在试验基础上回归出的经验公式对产品粒度预测和控制有着重要的参考价值.采 用的实验方法，为进一步研究提供了一种值得借鉴的新思路 参考文献 1尹忠俊.振动磨的结构优化和磨介动力学的研究[博士论文]北京：北京科技大学，1995 Exploration for Continuous Milling Process of Vibration Mill Ying Zhongjun Zhu Yongyan College of Mechanical Engineering.USTB,Beijing 100083,PRC ABSTRACT Measurement and analysis of resident quantity and time of material milled in mill tube are carried out By using orthogonal design method,the influence d operating conditions on product size and output is revealed. KEY WORDS vibration mill,continuous milling,residence time

北 京 科 技 大 学 学 报 卯 年 的合理 选择对提 高粉磨效率 、 降低能耗有着重要 的意义 物料在筒体 内滞 留的数量和 时间 ， 决定 了物料充填率和粉磨时间 但是它们并不是 一个独立 的变量 ， 是 由工作条件决定 的 连续粉磨 的产 品粒度呈 指数分布 ， 并且分 布范 围很 窄 当加 权 平 均 粒 度 为 户 时 ， 大于 拜 的物料 已 不足 连续 生产 时 ， 处理量 和 产 品粒度是 对矛 盾 提 高产 品粒 度 是 以 牺 牲 处 理 量 为代 价 的 ， 给料量 的选择应 以 满足 产 品粒度 为前提 ， 尽量 增加 给料量 ， 从而获得高产量 在试验基 础上 回归 出的经验公式对产品粒度 预测 和控制有着 重 要 的参 考 价 值 采 用 的实验方法 ， 为进一步研究 提供 了一种值得借鉴 的新思路 参考文献 尹 忠俊 振 动磨的结构优化和 磨介动力学 的研究 博士论文 北京 北京科技大学 ， 卯 璐 勿 罗 司 陀卿 ， ， ， 昭 ， 川硬汀 切 记 皿 】 芜 币 比吨 卯 此 义 ， 叨茸 田盆 创书 耐 云 嗡 吸 ， 。 。 因璐 ， 二 仆泥 二