粉体工程课件:2013粉体第3章课件(第一章).ppt
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- 工程 课件 2013 粉体第 第一章
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1、第三章第三章 粉碎粉碎 第一节第一节 定义、粉碎阶段的划分定义、粉碎阶段的划分粉碎法粉碎法是借用各种外力,如人力、爆破、机械力、是借用各种外力,如人力、爆破、机械力、流能力、化学能、声能、热能等使现有的固体块流能力、化学能、声能、热能等使现有的固体块料粉碎成粉体的方法。其过程称为料粉碎成粉体的方法。其过程称为粉碎粉碎。粉碎阶段的划分粉碎阶段的划分 根据粉碎机械施加外力的方式差异分为:根据粉碎机械施加外力的方式差异分为:(1 1)挤压挤压(图(图a a) 由于缓慢增长的挤压力作用,使夹在两块工作面之间由于缓慢增长的挤压力作用,使夹在两块工作面之间的物料粉碎。的物料粉碎。(2 2)磨剥磨剥(图(图
2、b b) 靠运动的工作面对物料摩擦时所施的剪切力,或者靠靠运动的工作面对物料摩擦时所施的剪切力,或者靠物料之间磨擦时的剪切作用而使之粉碎。物料之间磨擦时的剪切作用而使之粉碎。(3 3)劈裂劈裂(图(图c c) 物料因楔形工作体的劈力作用而粉碎。物料因楔形工作体的劈力作用而粉碎。第二节第二节 机械粉碎法机械粉碎法一、粉碎方式一、粉碎方式 (4 4)冲击冲击(图(图d d) 由于冲击力作用使物料粉碎。由于冲击力作用使物料粉碎。 冲击力的产生是由于运动着的工作体对物料冲击力的产生是由于运动着的工作体对物料的冲击;高速运动的工作体向悬空的物料冲击;的冲击;高速运动的工作体向悬空的物料冲击;高速运动的物
3、料向固定的工作面冲击高速运动的物料向固定的工作面冲击; ;高速运动高速运动的物料互相冲击。的物料互相冲击。 根据物料的根据物料的性质性质、粒度粒度及需要及需要粉碎的程度粉碎的程度来来选择粉碎方式。选择粉碎方式。 (1)粒度较大或中等的坚硬物料采用压碎、冲击,粉碎工)粒度较大或中等的坚硬物料采用压碎、冲击,粉碎工具上带有形状不同的齿牙;具上带有形状不同的齿牙; (2)粒度较小坚硬的物料采用压碎、冲击、碾磨,粉碎工)粒度较小坚硬的物料采用压碎、冲击、碾磨,粉碎工具的表面无齿牙,是光滑的;具的表面无齿牙,是光滑的; (3)粉状或泥状的物料采用研磨、冲击、压碎;)粉状或泥状的物料采用研磨、冲击、压碎;
4、 (4)磨蚀性弱的物料采用冲击、劈碎、研磨,粉碎工具上带)磨蚀性弱的物料采用冲击、劈碎、研磨,粉碎工具上带有锐利的齿牙;有锐利的齿牙; (5)磨蚀性强的物料采用压碎为主,粉碎工具的表面是光)磨蚀性强的物料采用压碎为主,粉碎工具的表面是光滑的;滑的; (6)韧性材料采用剪切或快速打击;)韧性材料采用剪切或快速打击; (7)多成分的物料采用冲击作用下的选择粉碎,也可将多)多成分的物料采用冲击作用下的选择粉碎,也可将多种力场组合使用。种力场组合使用。力学性质不均匀的物料在粉碎过程中强度力学性质不均匀的物料在粉碎过程中强度小的组分粉碎速度快于强度大的组分,因此强度小的被粉碎小的组分粉碎速度快于强度大的
5、组分,因此强度小的被粉碎较细,强度大的则较粗,这种现象称选择性粉碎。较细,强度大的则较粗,这种现象称选择性粉碎。 有三种表示形式:有三种表示形式: 平均粉碎比:粉碎前后物料的平均粒径之比。平均粉碎比:粉碎前后物料的平均粒径之比。它是物料粉碎前后粒度变化程度的指标,并能反映它是物料粉碎前后粒度变化程度的指标,并能反映机械的作业情况。机械的作业情况。 公称粉碎比:粉碎机的最大进料口宽度与最大公称粉碎比:粉碎机的最大进料口宽度与最大出料口宽度之比。出料口宽度之比。它是用来表示和比较粉碎机械的它是用来表示和比较粉碎机械的这一特征。这一特征。 极限粉碎比:物料粉碎前后的最大粒度之比。极限粉碎比:物料粉碎
6、前后的最大粒度之比。 一般地,破碎机的粉碎比为一般地,破碎机的粉碎比为3100;粉磨机的粉碎;粉磨机的粉碎比可达比可达5001000或更大。或更大。二、粉碎比二、粉碎比 若原始物料粒度为若原始物料粒度为D D,经过某台粉碎机械粉碎经过某台粉碎机械粉碎后的粒度为后的粒度为d d,则比值则比值I=D/dI=D/d,称为粉碎比。称为粉碎比。 粉碎比与单位电耗是粉碎机械的基础技术经粉碎比与单位电耗是粉碎机械的基础技术经济指标。前者用以说明粉碎过程的特征及粉碎质济指标。前者用以说明粉碎过程的特征及粉碎质量;后者用以衡量粉碎作业动力消耗的经济性。量;后者用以衡量粉碎作业动力消耗的经济性。 物料的粉碎往往需
7、要多台粉碎机串联起来进物料的粉碎往往需要多台粉碎机串联起来进行粉碎。行粉碎。 几台粉碎机串联起来进行粉碎的作业叫做多几台粉碎机串联起来进行粉碎的作业叫做多级粉碎,粉碎机串联的台数叫做粉碎级数。级粉碎,粉碎机串联的台数叫做粉碎级数。 三、粉碎级数三、粉碎级数原始物料的粒度与最后粉碎产品的粒度之比叫做原始物料的粒度与最后粉碎产品的粒度之比叫做总粉碎比。总粉碎比。各级粉碎比各级粉碎比i1、i2、i3、in与总粉碎比与总粉碎比i0有如下关系:有如下关系: nii ii210如果已知各粉碎机的粉碎比,即可根据要求的如果已知各粉碎机的粉碎比,即可根据要求的总粉碎比求得所需粉碎机的级数。总粉碎比求得所需粉碎
8、机的级数。四、粉碎基础理论概述四、粉碎基础理论概述 ( (一)一) 粉碎模型粉碎模型 Rosin- Rosin-RammlerRammler等认为:粉碎产物的粒度分布具等认为:粉碎产物的粒度分布具有二分性,即合格细粉和不合格粗粉。有二分性,即合格细粉和不合格粗粉。 (1)体积)体积粉碎模型。整个颗粒受到破坏,粉碎后生成物多为粉碎模型。整个颗粒受到破坏,粉碎后生成物多为粒度大的中间颗粒。随着粉碎过程进行,颗粒粉碎为细粒。粒度大的中间颗粒。随着粉碎过程进行,颗粒粉碎为细粒。冲击粉碎和挤压粉碎与此模型接近。冲击粉碎和挤压粉碎与此模型接近。(2 2)表面粉碎模型。在粉碎的某一时刻,仅是颗粒的表面产)表
9、面粉碎模型。在粉碎的某一时刻,仅是颗粒的表面产生破坏,被磨削下微粉,这一破坏作用基本不涉及颗粒内部。生破坏,被磨削下微粉,这一破坏作用基本不涉及颗粒内部。这种情形是典型的研磨和磨削粉碎形式。这种情形是典型的研磨和磨削粉碎形式。(3 3)均一粉碎模型。施加于颗粒的作用力使颗粒产生均匀的)均一粉碎模型。施加于颗粒的作用力使颗粒产生均匀的分散性破坏,直接粉碎成微粉。分散性破坏,直接粉碎成微粉。 三种模型中,均一模型仅符合结合不紧密的颗粒集合三种模型中,均一模型仅符合结合不紧密的颗粒集合体如药片等的特殊粉碎情形。一般可不考虑这种模型。体如药片等的特殊粉碎情形。一般可不考虑这种模型。实际粉碎过程往往是前
10、两种过程的综合。前者构成过实际粉碎过程往往是前两种过程的综合。前者构成过渡成分,后者形成稳定成分。渡成分,后者形成稳定成分。体积粉碎与表面粉碎产物的粒度分布不同:体积粉碎与表面粉碎产物的粒度分布不同: ( (二)二) 裂缝与断裂的基本理论裂缝与断裂的基本理论a)a) 理想状态下,所施加力没有超过颗粒的应变极限,物料理想状态下,所施加力没有超过颗粒的应变极限,物料作弹性变形,不会被破碎。作弹性变形,不会被破碎。 b)b) 实际上,物料虽未被破碎,但产生裂缝和扩展原有的小实际上,物料虽未被破碎,但产生裂缝和扩展原有的小裂缝。裂缝。 c)c) 粒子形状不规则,施加力首先作用在粒子的突出点,形粒子形状
11、不规则,施加力首先作用在粒子的突出点,形成应力集中成应力集中。 d) )裂缝的扩展裂缝的扩展稳定扩展:是指在一次加载过程中,裂缝随载荷上升而稳定扩展:是指在一次加载过程中,裂缝随载荷上升而缓慢延长,载荷停止,裂缝扩展停止。缓慢延长,载荷停止,裂缝扩展停止。失稳扩展:当外力达到一定程度,超过断裂参量临界值失稳扩展:当外力达到一定程度,超过断裂参量临界值时,裂纹以高达时,裂纹以高达15001500200m/s200m/s增长,直至断裂,称失稳增长,直至断裂,称失稳扩展。扩展。断裂强度和应变的关系断裂强度和应变的关系 脆性材料的断裂破坏是由于已经存在裂缝扩展的结果脆性材料的断裂破坏是由于已经存在裂缝
12、扩展的结果; ;断裂强度取决于施加载荷前就已存在的裂缝的大小。断裂强度取决于施加载荷前就已存在的裂缝的大小。e)e)颗粒断裂物理学颗粒断裂物理学 英国科学家格里菲斯(英国科学家格里菲斯(GriffithGriffith)提出了微裂纹理提出了微裂纹理论,为脆性断裂的主要理论基础。论,为脆性断裂的主要理论基础。 格里菲斯微裂纹理论认为,实际材料中总是存在许格里菲斯微裂纹理论认为,实际材料中总是存在许多细小的裂纹和缺陷,在外力的作用下,这些裂纹和缺多细小的裂纹和缺陷,在外力的作用下,这些裂纹和缺陷附近产生应力集中现象。当应力达到一定程度时,裂陷附近产生应力集中现象。当应力达到一定程度时,裂纹开始扩展
13、而导致断裂。纹开始扩展而导致断裂。 表面能裂缝长度之半弹性模量断裂应力raEaErff2/12 奥罗万奥罗万( OrowanOrowan )在格里菲斯理论的基)在格里菲斯理论的基础上,引入延性材料的塑性功来描述延性材料础上,引入延性材料的塑性功来描述延性材料的断裂。的断裂。的塑性变形功裂缝扩展单位面积所需表面能裂缝长度之半弹性模量断裂应力PraEaPrEff2/1)(2 。 韧性材料抗压性能较差,抗拉和抗冲击性能好。韧性材料抗压性能较差,抗拉和抗冲击性能好。 学说学说 研究物料在破碎过程中能量消耗与哪些因研究物料在破碎过程中能量消耗与哪些因素有关,并确定外力破碎物料时所做的功的学素有关,并确定
14、外力破碎物料时所做的功的学说。说。粉碎机械的能量消耗粉碎机械的能量消耗 粉碎发生前颗粒本身产生的弹性变形粉碎发生前颗粒本身产生的弹性变形产生非弹性变形而导致粉碎产生非弹性变形而导致粉碎使粉碎机械本身发生弹性扭变使粉碎机械本身发生弹性扭变 克服粒子间及粒子与机件之间的摩擦阻力克服粒子间及粒子与机件之间的摩擦阻力 粉碎中产生的噪音、发热和机械振动粉碎中产生的噪音、发热和机械振动 粉碎机械运转部分的摩擦损失粉碎机械运转部分的摩擦损失只有只有1010的功被有效利用于破粉碎。的功被有效利用于破粉碎。 该假说该假说认为,粉碎能耗和粉碎后物料的新生认为,粉碎能耗和粉碎后物料的新生表面积成正比,或粉碎单位重量
15、物料的能耗与新表面积成正比,或粉碎单位重量物料的能耗与新生表面积成正比。生表面积成正比。A S或或A/S = k1式中式中 A粉碎能耗;粉碎能耗;S粉碎后物料表面积的增加;粉碎后物料表面积的增加; k1比例常数。比例常数。 该假说由德国学者该假说由德国学者P PR R雷廷格(雷廷格(P PR RRittingerRittinger)于)于18671867年提出。年提出。(1)RittingerRittinger的表面积假说的表面积假说 (2)Kick等等的体积假说的体积假说 由俄国学者吉尔皮切夫与德国学者基克(由俄国学者吉尔皮切夫与德国学者基克(kickkick)提出。提出。 该假说认为,该假
16、说认为,外力作用于物体时,物体首先发生外力作用于物体时,物体首先发生弹性变形,当外力超过该物体的强度极限时该物体就弹性变形,当外力超过该物体的强度极限时该物体就发生破裂,故粉碎物料所需的功与它的体积成正比。发生破裂,故粉碎物料所需的功与它的体积成正比。粉碎后颗粒的粒度也成正比粉碎后颗粒的粒度也成正比减小。减小。粉碎能耗粉碎能耗A与给料与给料及粉碎后产品粒度之间的关系为:及粉碎后产品粒度之间的关系为:dDkAlg D 颗粒群的调和平均粒度;颗粒群的调和平均粒度; d 粉碎产品的调和平均径;粉碎产品的调和平均径; k常数。常数。 例题例题用粉碎机粉碎平均粒径为用粉碎机粉碎平均粒径为160mm的矿的
17、矿石,制得平均粒径为石,制得平均粒径为60mm的粉体,加工能力为的粉体,加工能力为14t/h,所需动力为所需动力为8(HP)。)。用同一粉碎机粉碎同用同一粉碎机粉碎同一种矿物而得粉体粒径为一种矿物而得粉体粒径为40mm时,加工能力为时,加工能力为7(t/h),),所需动力为多少?所需动力为多少? 若据若据kick公式,得到公式,得到 由上两式解得:由上两式解得:P=5.7(HP) 40160lg760160lg148kpk(3)Bond的裂缝假说的裂缝假说 F FC C榜德(榜德(F FC CBondBond)于)于19521952年提出年提出了了介于介于“表面积假说表面积假说”和和“体积假说
18、体积假说”之间的之间的“粉碎粉碎能耗的裂缝假说能耗的裂缝假说”。 该假说认为:该假说认为: 物料在破碎时外力首先使其在局物料在破碎时外力首先使其在局部发生变形,一旦局部变形超过临界点时则产生裂部发生变形,一旦局部变形超过临界点时则产生裂口,裂口的形成释放了物料内的变形能,使裂纹扩口,裂口的形成释放了物料内的变形能,使裂纹扩展为新的表面。输入的能量一部分转化为新生表面展为新的表面。输入的能量一部分转化为新生表面积的表面能,与表面积成正比;另一部分变形能因积的表面能,与表面积成正比;另一部分变形能因分子摩擦转化为热能而耗散,与体积成正比。两者分子摩擦转化为热能而耗散,与体积成正比。两者综合起来,将
19、物料粉碎所需要的有效能量设定为与综合起来,将物料粉碎所需要的有效能量设定为与体积和表面积的几何平均值成正比。体积和表面积的几何平均值成正比。 裂缝假说计算能耗裂缝假说计算能耗A的公式为:的公式为: A破碎破碎1吨物料的能耗(吨物料的能耗(kWh/t); w1功指数功指数,即将,即将“理论上无限大的粒度理论上无限大的粒度”粉碎到粉碎到80%通过通过0.01筛孔宽(或筛孔宽(或65%通过通过0.075筛孔宽)时所需的功。筛孔宽)时所需的功。 d80,D80产品及给料中产品及给料中负累积含量为负累积含量为80% 的粒度(的粒度( m)。)。808011110DdwA三种假说的统一公式三种假说的统一公
20、式(Lweis公式公式)如下:如下:式中式中 dA颗粒粒度减小颗粒粒度减小dd时的粉碎能耗;时的粉碎能耗; C,a系数;系数; d颗粒粒径。颗粒粒径。 将上式积分,并使将上式积分,并使a值分别取值分别取2、1、1.5,可分别得到可分别得到Rittinger定律、定律、kick定律和定律和Bond定律三种假说的表示式。定律三种假说的表示式。表面积假说适合于细粉碎,体积假说适合表面积假说适合于细粉碎,体积假说适合于粗粉碎,裂缝假说适用范围介于以上两者于粗粉碎,裂缝假说适用范围介于以上两者之间。之间。 addCAdd四、粉碎设备四、粉碎设备 根据处理物料的粒度不同,粉碎设备可以粗根据处理物料的粒度不
21、同,粉碎设备可以粗略地分为破碎机和粉磨机两大类。略地分为破碎机和粉磨机两大类。 破碎机又可分为粗碎机、中碎机和细碎机;破碎机又可分为粗碎机、中碎机和细碎机;粉磨机又可分为粗磨机、中磨机、细磨机和超细粉磨机又可分为粗磨机、中磨机、细磨机和超细磨机。磨机。 按照结构及工作原理不同,破碎机和粉磨机按照结构及工作原理不同,破碎机和粉磨机可以分为多种类型。可以分为多种类型。粗碎机粗碎机:颚式破碎机、粗碎圆锥式破碎机颚式破碎机、粗碎圆锥式破碎机(旋回破旋回破碎机);碎机);中、细碎机中、细碎机:反击式破碎机、标准圆锥破碎机、:反击式破碎机、标准圆锥破碎机、中型圆锥破碎机、短头圆锥破碎机和辊式破碎机中型圆锥
22、破碎机、短头圆锥破碎机和辊式破碎机等;等;粉磨机:粉磨机:各种类型的球磨机及超细粉碎设备各种类型的球磨机及超细粉碎设备(如,如,砂磨机、气流磨、高速机械冲击式磨机及振动砂磨机、气流磨、高速机械冲击式磨机及振动磨)磨)。常用的破碎机械常用的破碎机械(一)(一)破碎设备破碎设备1、颚式破碎机、颚式破碎机 颚式破碎机是应用广泛的一种粗破碎机。颚式破碎机是应用广泛的一种粗破碎机。 常用的颚式破碎机按动颚的运动特征主要有常用的颚式破碎机按动颚的运动特征主要有简单摆动型、复杂摆动型和综合摆动型。简单摆动型、复杂摆动型和综合摆动型。颚式破碎机工作示意图颚式破碎机工作示意图 颚式破碎机结构简单,机体重量轻,维
23、颚式破碎机结构简单,机体重量轻,维修方便,破碎比修方便,破碎比35,价格便宜,适合于各,价格便宜,适合于各种硬度原料的粗碎,特别适用于中、小型厂。种硬度原料的粗碎,特别适用于中、小型厂。 颚式破碎机的规格用进料口的宽度颚式破碎机的规格用进料口的宽度( mm)和长度(和长度( mm)来表示。来表示。 例如:例如:PEJ15002100颚式破碎机。颚式破碎机。 2、 旋回破碎机、圆锥破碎机旋回破碎机、圆锥破碎机 这两种破碎机的结构基本相同,工作原这两种破碎机的结构基本相同,工作原理也一致。理也一致。旋回破碎机 旋回破碎机给料圆锥破碎机(a)旋回破碎机(粗碎圆锥破碎机旋回破碎机(粗碎圆锥破碎机) 旋
24、回破碎机是连续碎矿和排矿的,故生产能力旋回破碎机是连续碎矿和排矿的,故生产能力较高,单位电耗较低,破碎比可达较高,单位电耗较低,破碎比可达3 35 5。 缺点是:结构复杂,造价较高,检修较困难,缺点是:结构复杂,造价较高,检修较困难,机身较高。机身较高。 适合于各种硬度原料的粗碎,常用于生产能力适合于各种硬度原料的粗碎,常用于生产能力较大的工厂。较大的工厂。 (b) 圆锥破碎机圆锥破碎机 分为分为标准、中型标准、中型、短头短头三种类型。它们与三种类型。它们与旋回破碎机不同之处有二:一是锥体形状不同。旋回破碎机不同之处有二:一是锥体形状不同。二是两锥体的放置方式不同。二是两锥体的放置方式不同。
25、圆锥破碎机的生产能力大,破碎比圆锥破碎机的生产能力大,破碎比i=35,产品粒度均匀。适合于各种硬度物产品粒度均匀。适合于各种硬度物料的中碎(料的中碎(标准型、中型)、细碎(短头标准型、中型)、细碎(短头型、中型)。型、中型)。 旋回破碎机旋回破碎机以给料口宽度表示,例如,以给料口宽度表示,例如,500mm的旋回破碎机的旋回破碎机。 圆锥破碎机圆锥破碎机用可动锥底直径表示,如,用可动锥底直径表示,如,1200 mm规格的圆锥破碎机规格的圆锥破碎机。规格的表示方法规格的表示方法:3、 辊式破碎机辊式破碎机 按辊的数目分,有单辊,对辊和多辊三种。按辊的数目分,有单辊,对辊和多辊三种。辊面有光滑的,齿
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