第四章 粉碎过程

石英玻璃
理论强度（GPa） 200 1.4 96 40 37 4.3 16
实测强度(MPa) ～1800 来自百度文库15
3000(拉伸的硬丝) 2000（高张力用钢丝）
100 ～10 50
46
F）影响因素 （1）强度是随施载速度而变化的动物理量 （2）具有明显的尺寸效应 （3）随测试环境的改变而改变
各组成成分对强度的作用不是叠加的，支配整个体 系的不是各组分的平均值，而是最小值
相对易磨性系数
Km
q物 q标
物料单位功率的产量 标准物料单位功率的产量
54
易磨性系数的表示方法：
干法开路粉磨：以一定量物料被磨到一定细度时 所需的粉磨时间t（min）；
湿法开路粉磨：以一定量物料被磨到一定细度时 所需试验磨机的千转数Kr。
干法闭路粉磨：以系统达到平衡状态时，磨机每 转动一转能够磨得细度合格的产品质量GR（g/r）
破碎
52
7.2 易碎性
表征物料对粉碎的阻抗（物料粉碎的难易程度）
粉碎过程所消耗能量的判据：
单位质量物料从一定粒度粉碎至某一指定粒度 所需的能量；
施加一定能量能使一定物料达到的粉碎细度。
易碎性系数
Km
Eb E
粉碎标准物料的单位电 耗（kW • h / t） 粉碎干燥状态下某物料 的单位电耗
53
7.3 易磨性 表示粉磨的难易程度 。
普通混凝土 0.012 ； 低碳钢 0.053 ； 松木 0.069
44
D） 理论强度：无缺陷的完全均质材料的强度
1
( th E ) 2 a
式中，γ－表面能； E－弹性模量； a－晶格常数
离子键(共价键)>金属键>氢键>范德华键
45
E）实际强度 材料的理论强度和实测强度
材料名称 金钢石 石墨 钨 铁 氧化镁 氧化钠
780
局部变形所需的 黄晶 8
3434
1080
能量
刚玉
9
金刚石 10
3740 4000
1550
-
48
矿物硬度的大小，主要取决于内部结构中质点的联 结力的强弱
共价键：键力很强，如金刚石是硬度最大的晶体； 分子键：键力很弱，如石墨和滑石 金属键：键力不很强，金属晶格的硬度一般不很高； 离子键：键力较强，随离子半径下降，电价上升，密度增
适合于：脆性物料的中、细碎和磨碎 锤式、反击式、冲击式破碎机、管磨机
14
锤式破碎机 依靠高速旋转的工件撞击和打击颗粒，并使其在转 子与定子间、物料颗粒与颗粒间产生高频度的相互 强力冲击、剪切而粉碎。（中、细碎中硬质物料）
15
锤式破碎机
16
2.1 碰撞理论适用于冲击机理分析
两物体碰撞 （粉碎体－物料、物料－物料） 碰撞前： v1 , v2 (v1 v2) 碰撞结束：u1 , u2 （沿质心连线）
c———成品细度 （能通过指定筛的含量) ，％
ca
K
ab
33
说明 E c a b a cb
在c、b不变时： 选粉效率E 随着a的加大而提高； 随着a 的减小而降低 出磨越细，选粉效率越高；反之，选粉效率越低 回粉越粗，选粉效率越高；反之，选粉效率越低 成品愈粗，选粉效率愈高；反之，选粉效率愈低
10
4、粉碎产品的粒度特性
11
四、粉碎方法
粉碎机械的施力作用
压碎 劈碎 折断 磨碎 冲击
12
1、挤压法 将物料置于两破碎表面之间并施加压力，使被破碎 的物料达到它的压碎强度极限而被破坏
适合于： 硬质和大块物料的粗、中碎 挤压磨、颚式破碎机
13
2、冲击法 使物料在瞬间受到外来的冲击力作用而破碎。
55
二、 粉碎过程机理
● 物质同分子间的引力（内聚力）
内聚力不同
不同的性能
● 粉碎是利用外加机械力部分破坏物质分子间的
内聚力,达到粉碎的目的
56
● 机械粉碎的过程：用机械方法增加表面积
机械能
转变 表面能
部分 热能 影响 粉碎效率
57
三、格里菲斯(Griffith)强度理论 格里菲斯：脆性材料断裂的起因是分布在材料
34
【例】某连续磨机为保证产品粒度不大于50微米，采用 闭路粉磨系统，系统流程如下图所示，已知：磨机喂 料量G1=15吨/时；磨机出料量G3中＞50微米的颗粒含 量为70%；选粉机回料量G2中＞50微米的颗粒含量为 90%。
试求：
（1）选粉机回料量G2，磨机 出磨量G3和最终产品量G4。
（2）选粉机选粉效率和循环
47
矿物 莫氏 晶格能
表面能
2. 硬度（莫氏硬度） 名称 硬度 （kcal/mole）（erg/cm2）
滑石
1
-
-
表示材料抵抗其 石膏 2
620
40
方解石 3
648
80
它物体刻划或压
萤石
4
638
150
入其表面的能力； 磷灰石 5
1050
190
在固体表面产生 长石 6
2700
360
石英
7
2990
第四章 粉碎过程
粉碎基本概念 粉碎原理 机械力化学 粉碎设备
1
引言 粉体的制备一般可以分为两类： 物理方法——颗粒从大到小的粉碎过程
机械制备法：破碎、粉磨、超细粉碎 物理合成法： 蒸发－冷凝、溅射法 化学合成法——颗粒从小到大的生成过程 化学液相法、化学气相法、化学固相法
2
第一节 机械制粉的基本概念 一、粉碎 1.1 粉碎：固体物料在外力作用下，克服内聚力，
加，硬度增加。 在矿物中如有水分子或氢氧离子时，矿物硬度显著下降。
49
3. 弹性 材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，能 完全恢复原形状的性质。
4. 塑性 材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，仍 保持变形后的形状和尺寸的性质。
50
5. 脆性 材料在外力作用下，直到破坏前无明显的塑性变 形而发生突然破坏的性质。 玻璃、混凝土、水泥等
有超过颗粒的应变极限，
表
b) 实际物上料，作物弹性料变虽形未，被不会破被碎， 面
负荷率。
35
联合粉磨工艺
36
联合粉磨工艺
37
6.5 粉碎流程的选择 开路：粉体细度要求不严格，生产规模较小的粗、
中碎 闭路：粉体细度要求严格，生产规模大，电耗大
的细磨 过程
38
七、粉碎方式
（1）干式粉碎： 被粉碎物料含水量在4%以下的粉 碎作业
特点： 粉尘飞扬， 流动性差， 含水量高时，细粉会粘结 工艺简单
从而使颗粒的尺寸减小，表面积增加的过程。
粉碎过程的实质：克服物料表面质点的表面张力和 克服物料内部质点间的内聚力
3
1.2 破粉碎 破碎：使大块物料破裂成小块物料的加工过程 粉磨：使小块物料破裂成细粉末物料的加工过程
粗碎－将物料破碎到100mm左右 破碎 中碎－将物料破碎到30mm左右
粉
细碎－将物料破碎到3mm左右
6. 韧性 材料在冲击或震动荷载的作用下，能吸收较大能 量，并产生较大变形而不发生破坏的性质。 钢材、木材、橡胶等
51
7. 易碎性和易磨性
7.1 粉碎的难易程度 强度和硬度难以表示物料粉碎的难易程度 粉碎难易的决定因素是物料的强度 物料的性质、粉碎工艺 硬度大强度小 的物料比强度大硬度小的物料易于
(v1
u1
)(
v1
u1
)
1 2
m2
(v2
u2
)(
v2
u2
)
对于塑性碰撞（k
=0）：
u1
u2
u
m1v1 m2v2 m1 m2
T
T1
T2
m1m2 2(m1 m2 )
(v1
v2 )2
19
3、磨碎法 物料在两个相对滑动的工作面间，受一定的剪切力 的作用而被粉碎，或者在研磨体的摩擦作用下被粉 碎。
选粉设备出口中某一粒级的细粉量
M 与选粉机喂料量中该粒级的含量之比
m
32
选粉设备分选出合格的物料质量
m
=E=
进入选粉设备的全部合格物料的总质量 M
32
E m c ab M a cb
式中：
a
b
K———循环负荷率，％； E———选粉效率，％；
c
33
a———出磨细度（能通过指定筛的含量) ，％；
b———回粉细度（能通过指定筛的含量) ，％；
39
2、湿式粉碎 被粉碎物料的含水量达50%以上而且有流动性的粉 碎作业
特点： 被粉碎物料直接粉碎 无粉尘 筛分较简单 工艺复杂
40
第二节 粉碎理论 一、被粉碎物料的基本物性
强度：弹性极限应力 硬度：弹性模量 脆度：塑变区域长短（抗冲击力） 韧性：抵抗裂缝扩展（抗断裂阻力） 易磨性：
41
1. 强度：主要取决于组成、结构和构造 A）材料的强度是指其对外力的抵抗能力。
碎 粉磨 粗磨－将物料粉磨到0.1mm左右 细磨－将物料粉磨到60μm左右
超细磨－将物料粉磨到5μm左右 4
二、粉碎的目的和意义（粉体化）
减小粒径，增大表面积 改善粉体的物理化学性能 提高粉体混合的均化效果 有利于运输、储存 有利于提高制品的性能
5
三、粉碎比 粉碎比：定量描述固体物料经某一粉碎机械粉碎后，
颗粒尺寸大小变化的参数。
粉碎比表示方法：平均粉碎比、公称粉碎比、 多级粉碎比
6
1、平均粉碎比 （i）
粉碎前物料的平均直径为D，粉碎后物料的平均直
径为d ：
i＝D/d
破碎机：3～30；粉磨机：500～1000
评价粉碎设备性能的指标：单位电耗、粉碎比 粉碎作业程序 选择粉碎机械类型 设备大小
7
2、公称粉碎比 （ i公称） 破碎机的最大进料口宽度与最大出料口宽度之比。 i公称= Dmax / dmax
适合于：韧性物料和小块物料的粉磨 振动磨、搅拌磨、球磨机
20
21
4、劈裂法 物料受到两个楔形工作体的作用而粉碎（在支点间 施力）
适合于：粉碎脆性物料 齿辊破碎机
22
五、粉碎方法的选择
被破碎物料的尺寸和所要求的破碎比 物料的物理机械性质
粉碎高强度物料宜采用压碎和击碎 韧性物料宜采用研磨 脆性物料宜采用劈碎和击碎
冲量定量：设质点的质量为 m，碰撞开始时的速
度 v ，结束瞬时的速度 u ，碰撞冲量 S ，不计
普通力的冲量，则质点动量定理的积分形式为
mu mv S 17
动量守恒：
(m1u1 m2u2 ) (m1v1 m2v2 ) 0
k u2 u1 v1 v2
恢复系数
k=1 理想情况 完全弹性碰撞：系统动能守恒
Dmax—破碎机的最大进料口宽度； dmax—破碎机的最大出料口宽度。
i=（0.7~0.9）i公称
8
3、多级粉碎比（ i总） 多级粉碎：多台粉碎机串联起来的粉碎过程； 粉碎级数：串联的粉碎机台数称为粉碎级数。 多级粉碎比（总粉碎比）：原料粒度与最终粉碎产
品的粒度之比。
i总=i1．i2……in
9
【例】 今有一套破碎粉磨系统，一破为颚式破碎机，进料 平均粒度为350mm，出料平均粒度为80mm，从二 破反击式破碎机卸出的平均粒度为20mm，经球磨 机粉磨得细粉平均粒度为0.05mm，试分别计算平 均粉碎比i1、i2、i3 和总粉碎比i。
F
G
Q
27
28
闭路粉碎特点： 物料经过的路线复杂； 使用较多的附属设备； 常用于最后一级粉碎流程
29
30
6.3 循环负荷率K： 选粉机粗粉(G)与细粉(Q)之比
31
G F
粗颗粒回料的质量
Q G
=K=
该级粉碎（磨）产品的质量
Q
循环负荷率的高低代表着物料
在球磨机内的停留时间的长短
31
6.4 选粉效率E ：
材料的强度是指材料在外力作用下 不破坏时所能承受的最大应力（N/m2或Pa） 42
B） 材料的强度等级 材料强度等级划分的标准： a)脆性材料 主要根据其抗压强度来划分 如混凝土的强度等级划分为9级：C15，20~C55; b)韧性材料 主要根据其抗拉强度来划分强度
如钢材等；
43
C） 比强度 材料的强度与其表观密度的比值。 比强度的意义： 衡量材料轻质高强性能的指标
23
六、粉碎流程 6.1 开路粉碎 物料只通过粉碎机一次即达到要求的粒度； 卸出的物料全部作为产品； 不带分级设备的粉碎流程
优点：流程比较简单、设备简单 缺点：粉碎效率较低、部分物料粒度不合格
24
25
26
6.2 闭路（圈流）粉碎 物料经粉碎机粉碎后，通过分级设备将其中合乎要 求的细粒物料分出作为产品，而把其中粗粒部分重 新送回粉碎机与后来加入的物料一起再进行粉碎
中的微小裂纹尖端有应力集中。
σ 3
P P
σ 3
σ 1
平面压缩的Griffith裂纹
58
3.1 应力集中的概念 由于截面的尺寸、形状突然变化而产生的局部应力 显著增大的现象
max
max
max
59
a) 理想裂状缝态与下断，裂所的施基加本力理没论有
超过颗粒的应变极限，物料
作a)弹理性想变状形态下，，不所会施被加力破没碎。
k=0 极限情况 非弹性碰撞或塑性碰撞：系统动能不守恒 碰撞后系统以相同的速度运动
一般0<k<1 18
碰撞过程中的动能损失
碰撞开始：
T1
1 2
m1v12
1 2
m2v22
碰撞结束：
T2
1 2
m1u12
1 2
m2u22
动能损失：
T
T1
T2
1 2
m1
(v12
u12
)
1 2
m2
(
v22
u22
)
1 2
m1