粉碎过程及设备

3.易碎(磨)性—可碎(磨)性
• 定义：在一定粉碎条件下将物料从一定 粒度粉碎至某一指定粒度所需要的比功 耗。也即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。 • （1）易碎性系数f：破碎机在同样条件 下粉碎指定矿石的生产率与粉碎中硬矿 石的生产率之比。
硬： 硬度大于石英 易碎性系数f<1 矿石分类 中硬： 等于石英 f=1 软： 硬度小于石英 f>1
5.韧性
• 指在外力作用下，塑性变形过程中吸收 能量的能力。材料的断裂韧性是从开始 受到载荷作用直到完全断裂时外力所做 的总功，常用冲击实验来测定。 • 韧性材料的抗冲击性较好，但抗压性能 较弱。因而采用挤压粉碎的方法可有效 地使其粉碎。
应力－应变曲线
4.3 粉碎的基本理论
1.Griffith强度理论
讨论，并说明你的观点依据。
硬颗粒对软颗粒的屏蔽作用:
• 硬质物料对软质物料 的粉碎起到阻碍作用, 结果是软质物料的粉 碎速度减缓,其粗粒 级产率比单独粉碎时 高,而细粒级产率比 单独粉碎时低,这种 现象为“屏蔽”作用。
软颗粒对硬颗粒的催化作用:
• 软物料的混杂使物料 的粉碎速度加快,这 种作用称软质物料对 硬质物料的催化作用, 其结果是硬质物料粗 粒级产率低于其单独 粉碎情形,而细粒级 产率高于其单独粉碎 情形。
3、从能量利用角度来说
• 并非冲击或碰撞 速度越高越好。 不同种类和不同 粒度的物料都有 一个最佳的冲击 速度。
4.1.6 粉碎模型
• Rosin-Rammler认为：粉碎产物的粒度分布 具有二成分性，即合格的细粉和不合格的粗粉。 其中粗粒部分分布取决于破碎机排料口间隙的 大小，称为过渡成分；而细粉部分与破碎机的 结构无关，它取决于原材料物性，这部分称为 稳定成分。
1、破碎的基本方式
(a)挤压破碎 (b)劈裂破碎 (c)折断破碎
(d)研磨破碎（e）冲击粉碎
（a）挤压粉碎
• 粉碎设备的工作部件对物料施 加挤压作用，物料在压力作用 下发生粉碎。如挤压磨、鄂破 等。 • 特点：施加于物料上的压力作 用较缓慢和均匀，固粉碎过程 较均匀，多用于粗碎；磨出的 物料有时会呈片状粉料，固常 作为细粉磨前的预粉磨设备。
2）研磨介质的填充率、 尺寸及形状
填充率：指介质的表观体积与磨机的 有效容积之比。理论上讲介质的填充率 应以其最大限度地与物料接触而又能避 免自身的相互碰撞为佳。其与物料的粒 度、密度和介质的运动特点有关。 一般地：振动磨介质填充率为50~70%， 球磨机为30~40%，搅拌磨为40~60%。
• 研磨介质的形状:球形、柱状、棒状及椭 圆状等， 异形研磨体
• （2）易碎性参数——Bond粉碎功 指数wi • Wi值越小，则物料的易碎性越好； 反之亦然。
4.脆性
• 与塑性相反的一种性质，受力破坏时只出 现极小的弹性变形而不出现塑性变形。陶 瓷材料缺乏象金属那样在受力状态下发生 滑移引起塑性变形的能力，容易产生缺陷， 存在裂纹易于导致应力集中。
• 脆性材料的抗冲击性较弱，因而采用冲击 粉碎的方法可有效地使其粉碎。
• 异形研磨体比表面积大，与物料接触为线 接触或面接触所以研磨效率较球形研磨体 的高。一般在振动磨和球磨机的细磨仓中 使用；搅拌磨中由于研磨体做不规则三维 运动，因而一般使用球形研磨体。
（e） 冲击粉碎
• 包括高速运动的粉碎体对粉碎 物料的冲击和高速运动的物料 向固定壁或靶的冲击。 • 特点：粉碎过程可在较短的时 间内发生多次冲击碰撞，而每 次碰撞的粉碎时间在瞬间完成， 固粉碎体与被粉碎物料的动量 交换非常迅速。
2 2
E
• σ—颗粒的破碎强度 • E—杨氏模量
• 对于脆性材料，碰撞后的总动能减小了， 而这部分减小的能量是克服了颗粒间的 结合能使之发生粉碎，所以碰撞冲击的 速度越快，时间越短，则在单位时间内 施加于颗粒的粉碎能量也就越大，越易 于将颗粒粉碎。
2、冲击粉碎能耗与冲击速度
• 由此可见，冲 击粉碎比能耗 与冲击碰撞的 速度成正比。 只有连续碰撞 后，颗粒才被 粉碎。
第四章 粉碎过程及设备
• • • • • 4.1 粉碎的基本概念 4.2 物料的基本特征 4.3 物料的粉碎机理 4.4 粉碎机械 4.5 粉磨机械
4.1.1 粉碎的基本概念
1.粉碎:固体物料在外力作用下克服其内聚 力使之破碎的过程 （外力：人力、机械力、电力和化学力 等，多指机械力） • 破碎:使大块物料碎裂成小块物料的 加工过程 • 粉磨:使小块物料碎裂成细粉末状物 料的加工过程.
1 2
th : 裂纹尖端集中的拉应力 ：比表面能
E : 杨氏弹性模量 a：裂纹尖端半径
• 2.各种粉碎粒度大致范围 • 粗碎___ 破碎至-100mm • 破碎 中碎___- 30mm • 细碎___ -3mm • 粉碎 • 粗磨___ -0.1mm • 粉磨 细磨___ -60μm • 超细磨__ -5μm
4.1.2 粉碎比*
• 平均粉碎比：物料粉碎前的平均粒径D 与粉碎后的平均粒径d之比.是衡量物料 粉碎前后粒度变化程度的一个指标. • i=D/d • 公称粉碎比:对破碎机而言,允许的最大进 料口尺寸与最大出料口尺寸之比。能够 容易表示及比较破碎设备这一主要性能。 用于破碎设备选型计算中。 • 平均粉碎比=(70~90%)公称粉碎比
th
a
1 2
：表面能
E : 杨氏弹性模量 a ：晶格常数
(2) 实际强度
• 实际强度: 为理论强度的1/100 ~1/1000
(3)实测强度的影响因素
• 1.强度的尺寸效应： 即随着实验片尺 寸的减小实测强度 增大。 • 这是由于大的实验 片中含有更多的缺 陷的原因。
产物粒度特征
• 体积粉碎后的粒度较 集中，细颗粒比例较 小；—过渡成分
• 表面积粉碎后粒度分 布范围较宽，细粉和 粗颗粒均较多；—稳 定成分
2、混合物料粉碎
• 一种观点：认为无论单独粉碎还是混合 粉碎，混合物料中每一组分的粒度分布 本质上都遵循同样的各自的粒度特性分 布函数。 • 另一种观点：认为混合物料间存在相互 影响，存在某种物料优先粉碎的特点。
• 固体材料内部质点实际 上并非严格地规则排布， 而是存在许多微裂纹， 当材料受拉时，这些微 裂纹会逐渐扩展，于是 在尖端附近发生高度的 应力集中，使之进一步 扩展，直到使材料破坏。 该理论适合于脆性材料。
• 所以裂纹的产生与扩展必须 满足两个条件： • 力的条件和能量的条件。
th a
基本粉碎流程
• (1)简单的粉碎流程 开路（开流）流程 • (2)带预筛分的粉碎流程 • (3)带检查筛分的粉碎流程 • (4)带预筛分和检查筛分的粉碎流程 • 闭路（圈流）流程 • 循环负荷率C：粗颗粒回料质量与该级粉碎产品质 量之比。 • 选粉效率E：检查筛分或选粉设备分选出的合格物 料质量与进该设备的合格物料总质量之比。
• 极限粉碎比：物料破碎前后的最大粒径之 比。
• 名义破碎比：用破碎机给矿口的有效宽度 0.85B(mm)和排矿口宽度S(mm)的比值。
破碎机械的粉碎比3~100 粉磨机械的粉碎比500~1000.
4.1.3 粉碎级数
• 几台粉碎机串联起来的粉碎过程称为多级 粉碎；串联的粉碎机台数为粉碎级数. • 总粉碎比:原料粒度与最终粉碎产品粒度之 比。 • 若串联的各级粉碎机的粉碎比分别为 i1， i2，…in 则总粉碎比 io=i1i2…in
• 若碰撞后两个颗粒具有相同的速度u，根据颗粒碰 撞原理得粉碎能：
E E0 Eu 1 m1m 2 2 m1 m 2
v1 v2 2
• 但对于物料与固定转子的冲击或气流磨情形时， 有一方的速度可以假设为0.因此冲击能量须大 于物料粉碎所需要的能量才能使其粉碎，即：
1
m mv v 2 2E
（b）劈裂破碎
• 用一个尖棱（或平面）和一个 带有尖棱的工作面挤压物料时， 物料将沿压力作用线方向劈裂。 由于物料的拉伸强度极限比抗 压强度极限小很多，在其他情 况相同的情况下，劈裂破碎比 挤压破碎需要的压力小。
(c )折断破碎
• 物料受弯曲作用而破碎。 被破碎的物料被视为承受 集中载荷的两支点梁或多 支点梁。当物料的弯曲强 度达到极限时，物料即被 折断。
3、选择性粉碎—多颗粒层
• 实际上：混合粉碎时，易碎的物料比 单独粉碎时来得细，而难碎的物料比 单独粉碎时来得粗是普遍现象。 • 选择性粉碎——多种物料共同粉碎时 某种物料被优先粉碎的现象。
• 硬颗粒对软 颗粒起“催 化”作用； • 硬颗粒对软 颗粒起研磨 介质作用。
4.1.7.粉碎流程---基本流程
• 2.强度随加荷速 度而变化 • 加荷速度增大， 材料的变形阻抗 也增大，其破坏 应力即强度增大。
• 3.测定时材料所处环境：材料强度在真 空中、空气中或水中亦不相同。 • 如直径2cm的硅石在水中的抗张强度比 在空气中减小12%；长石在相同条件下 减小28%。
2.硬度
• 表示材料抵 抗其它物体刻 划或压入其表 面的能力. • 或在固体表面 产生局部变形 所需的能量. （见图）
1、冲击粉碎原理：
• 设有两个质量为m1、m2的颗粒，碰撞前和碰撞 后的速度分别为v1、u1和v2、u2，根据力学原理：
m1v1 m1u1 t0 p dt ; m 2 v 2 m 2 u 2 t0 pdt m1 (u1 v1 ) m 2 ( v 2 u 2 )
• 若已知粉碎机的粉碎比，即可根据总 粉碎比要求确定合适的粉碎级数； • 若已知粉碎级数，也可根据总粉碎比 要求确定合适的各级粉碎比，选择合 适的粉碎机。
粉碎机械的重要技术经济指标
• 粉碎比 • 单位电耗(单位质量粉碎产品的 能量消耗)
4.1.5 破碎的基本方式
• 根据消耗能量：机械能粉碎和非机械能粉碎 • 根据施加外力作用方式：挤压破碎、劈裂破 碎、折断破碎、研磨破碎和冲击粉碎； • 根据粉碎过程所处的环境：干式粉碎和湿式 粉碎； • 根据粉碎工艺流程：开路粉碎和闭路粉碎； • 根据产品细度：一般细度粉碎和超细粉碎；