破碎理论的研究现状及发展要求

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KT S∞ S
An =
ij
( 9)
式中 : A n — — — 形成新生表面积所需的功 , J; N1 — — — 构成 i组原子的数量 , 1; N2 — — — 构成 j组原子的数量 , 1; rij — — — 原子组间相互作用距离 , m; fij — — — 原子组间相互作用力 , N; r— — — 原子间的距离 , m。
[1]
- C dx / x ∫
d
N
(2)
式中 , D 为物料粉碎前的粒度 , mm; d 为物料粉碎后
硫磷设计与粉体工程 ・22・
S P & BMH RELATED ENGI N EER I NG
2006 年第 4 期
f ( r ) dr ∑∑ ∫
i =1 j =1 ij ij ij N1 N2 a
到一定细度时 ,颗粒会出现微塑性变形 。由于微塑 性变形的影响 ,颗粒会发生锻焊或焊合作用而相互 聚合长大 ,使颗粒变粗 。因此 ,把该细度范围称作粉 碎极限 。于是出现了极限表面理论 。田中达夫通过 研究 , 在 1954 年 提 出 了 有 界 粉 碎 能 耗 的 关 系 [ 1、 3] 式 : 1 S ∞ - S0 (6) A = ln
工业 , 2001, ( 2) : 23 ~26.
[ 11 ] 杨陆华 ,马新良 . 高纯度黄磷生产工艺研究初探 [ J ]. 无机盐
工业 , 2004, ( 2) : 24 ~26.
与粉体工程 , 2001, ( 5) : 3 ~6.
[2] 陈善继 ,章守陶 ,李信球 , 等 . 广西柳城磷肥厂建成投产 . 化肥
1 概述
随着矿产资源大量的开采利用 ,有色冶金 、 黑色 冶金 、 化工 、 轻工等矿产资源日趋贫化 , 开采量大幅 增加 ,建材 、 路、 桥、 坝用到的矿石量也迅猛增大 。使 物料加工的第一道工序 — — — 粉碎作业显得尤为重 要 。据统计 ,粉碎作业的耗电占到选矿厂总耗电量 的 50 %以上 。全国每年用在粉碎作业方面的耗电 9 总量在 2 × 10 kW ・h 以上 。如何合理利用能源 、 节 品的综合利用 , 如用黄磷电炉尾气生产苯乙酸 、 醋 酸、 甲醇 ,电炉炉渣生产硅肥 、 磷渣水泥 、 石膏磷渣水 泥、 低热矿渣硅酸盐水泥 、 SUF 微细粉和微晶玻璃 等 ,是实现黄磷产业循环经济的有效方法 。 7、 加强与科研院所 、 大专院校合作 ,进行科研开 发 ,以黄磷为重点发展精细和高纯磷产品及磷化物 , 进一步发展磷酸酯及亚磷酸酯产品 。 8、 加强科学管理 , 以人为本 , 提高人员素质 , 精 心操作 ,落实安全技术措施 , 以确保制磷电炉长周 期、 高产 、 低耗 、 稳定运行 。
CU — — — 与测量单位有关的常数 , 1; m— — — 与物料性质有关的常数 , 1。
R. 舒曼提出的粒度特性方程为 a W =来自百度文库100 ( x / dm ax )
( 4)
式中 : dm ax — — — 理论最大粒度 , mm; a— — — 与物料性质有关的常数 , 1; 2. 3 J. A. Holm s的贡献 J. A. Holm s (霍尔姆斯 ) 认为 , 岩矿是具有裂缝 和缺陷的非均匀固体 , 当应力未达到它的理论强度 时 ,便会发生破坏 。于是 ,根据脆性物料的尺寸效应 及韦布尔的统计推断 ,列出破碎一块直径为 D 0 的物 料实际需要的能量为 : 3- r r 3 K0 D 0 ( i - 1 ) ( 5) A = r 2 -1 式中 : r— — — 偏差指数 , 1; D0 — — — 物料未破碎前的直径 , mm; K0 — — — 与变形能有关的系数 , kW /mm; i— — — 总破碎比 , 1。 2. 4 田中达夫的极限表面理论 在粉碎理论的研究中 , 粉碎产物的粒度大小是 人们关心的问题 。粉碎是否有极限 ,若有 ,极限是多 少 。随着技术的发展 ,研究人员发现 : 当粉碎颗粒达
A =
D
的粒度 , mm。 当 N = 1 时满足 В . Л . К и р л и у е в 和 F. Kick 的 体积学说 ; 当 N = 1. 5 时满足 F. C. Bond 的裂缝学 说 ; 当 N = 2 时满足 P. R. Von R ittinger的面积学说 。 对整个粉碎过程来讲 : ① 开始阶段即弹性变形 阶段 ,由于体积的变化更为显著 ,而遵循 Kick 法则 ; ② 粉碎的中间阶段即开裂、 裂缝扩展阶段 ,遵循 Bond 法则 ; ③ 最终阶段即断裂形成新表面的阶段 , 细粉碎过程中表面积的增加更为突出 ,遵循 R itting2 er法则 。 由此可见 ,这三大破碎理论是相互补充的 。在 低破碎比时 , В . Л . К и р л и у е в 和 F. Kick 的体积学 说较适宜 ; 中等破碎比时 ,宜用 F. C. Bond 的裂缝学 说 ; 高破碎比时 ,以 P. R. Von R ittinger的面积学说较 好。 2. 2 高丁 - 舒曼的产品粒度特性方程 A. M. 高丁和 R. 舒曼先后研究了在不同粉碎方 式下 ,物料原始粒度和粉碎产物之间的内在联系 ,建 立了产品粒度特性方程 , 即高丁 - 舒曼方程式 (简 称 G - S方程式 ) 。它是研究粉碎理论的重要手段 。 A. M. 高丁提出的粒度特性方程为 ( 3) lg W = m lgx + lgCU 式中 : W — — — 一定筛比下的产率 ( %计 ) , 1;
作者简介 : 陈善继 ( 1935 - ) , 男 , 浙江永嘉人 , 高级工程师 , 注
册化工工程师 ,从事黄磷及磷化工工程设计与建设近 50 年 , 曾担任 国内外 20 多项工程设计总负责人 ,广西磷酸盐化工厂设计获原化工 部 20 世纪 70 年代优秀设计表扬奖 , 曾任“ 国家 30 kt/ a 黄磷设备测 绘研究 ” 负责人之一 ,获国家科技攻关项目奖 , 曾多次赴东德 、 伊朗 、 越南等国进行技术考察 、 交流和现场指导 。已发表论文约 50 篇 。
2 破碎理论的发展
粉碎作业可追溯到几千年以前 (我们的祖先制 陶、 冶炼 、 开山碎石等 ) ,甚至更远 ,但它作为大规模
[5 ] 刘 征 , 胡山鹰 , 陈定江 , 等 . 我国磷资源产业物质流分析 . [ A ] / /2005 ・ 中 国 (开 阳 ) 磷 化 工 高 峰 论 坛 论 文 集 . 开 阳 , 2005: 42 ~49. [6 ] 严 平 . 从世界磷化工贸易来看国内黄磷行业面临的挑战 [ A ] / /2005 ・ 中 国 (开 阳 ) 磷 化 工 高 峰 论 坛 论 文 集 . 开 阳 , 2005: 150 ~161. [7 ] 陈嘉甫 . 磷化工发展动态 [ J ]. 无机盐工业 , 2004, ( 2) : 1 ~3. [8 ] 宁 平 ,王学谦 ,陈 梁 . 黄磷尾气净化制甲醇 . [ A ] / /2005 ・
参考文献 :
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约能源 ,使能源利用保持可持续发展是我们研究的 重要课题 。为此 ,探索物料粉碎状态与能量消耗之 间的内在联系 ,指导制造更有利于粉碎 、 更节能的粉 碎设备对降低能耗 、 节约能源有重要的理论研究价 值和重大的现实意义 。
(收稿日期 : 2006 - 04 - 25)
工业 . 1980, ( 4) : 73.
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化工工业出版社 , 1978: 54 ~71, 199 ~205.
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母福生 1 破碎理论的研究现状及发展要求
的社会化行为 ,并提升到一定的理论高度是在第一 次工业革命以后 。 1867 年 , 学者 P. R. Von R ittinger 提出了一个崭新的概念 — — — 破碎理论 。它首次以定 量的方法揭示了物料粉碎状态与能量消耗之间的内 在联系 ,对物料粉碎领域的发展起着重要的指导作 用 。之后 ,很多学者在这方面做出了重大贡献 。 2. 1 三大粉碎功耗学说 1、 P. R. Von R ittinger的面积学说 1867 年 , P. R. Von R ittinger根据物料粉碎后的 比表面积较粉碎前增加 ,粉碎产品越细 ,比表面积也 越大 ,则输入的粉碎能量也越多这一现象 ,提出了著 名的面积学说 ,即粉碎能耗与粉碎时新生表面积成 正比 ,或粉碎单位质量物料的能耗 ,与新生的比表面 [ 1、 2] 积成正比 。该理论适用于数十微米到数百微米 粒度范围的细粉碎中 , 因为细碎中表面积的增加比 较显著 。 2、 В . Л . К и р л и у е в 和 F. Kick的体积学说 В . Л . К и р л и у е в 和 F. Kick ( 1885 年 ) 认为 , 外 力粉碎物料所做的功 ,完全用于使物料发生变形 ,到 了变形能储至极限 ,物料即被粉碎 。以此为基础 ,提 出了著名的体积学说 ,即使几何相似的同种物料 ,粉 碎成形状相同的产品 , 所需的功与它们的体积或质 [ 1、 2] 量成正比 。该理论适用于数十微米到数毫米粒 度范围的粗碎过程 , 因为粗碎时体积的变化较为显 著 。此时的能量消耗只与粉碎比有关 , 与粒径大小 无关 。 3、 F. C. Bond的裂缝学说 1952 年 , F. C. Bond 认为 , 物料一定要在压力下 产生变形 ,积累一定的能量后产生裂纹 ,最后才能破 碎 。即物料在破碎前一定要有超过某种程度的变 形 ,而且一定要有裂纹 , 在此前提下 , 他提出了著名 的裂缝学说 : 破碎物料所消耗的能量与物料的直径 [ 1、 2] 或边长的平方根成反比 。 4、 R. I . Charles的粉碎能耗普遍公式 1957 年 R. I . Charles 综合了上述三大粉碎 理 论 ,提出了一个粉碎能耗的普遍公式 ,即 N (1) dA = - C d x / x 式中 : A — — — 粉碎能耗 , kW ; C— — — 与粉碎机械有关的系数 , kW /mm; x— — — 物料粒度 , mm; N— — — 与物料特性有关的系数 , 1。 将上式积分 ,则
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S P & BMH RELATED ENGI N EER I NG
2006 年第 4 期
破碎理论的研究现状及发展要求
母福生
(中南大学机电工程学院 ,湖南 长沙 410083 )
摘 要 : 破碎理论是解决物料粉碎与能量消耗关系的理论基础 , 它对合理利用能源 、 节约能源具有 重要的意义 。简要回顾与分析了破碎理论的发展 ,认为现有的破碎理论在粉碎领域做出了重要贡献 ,但 随着技术的发展 、 粉碎领域的拓宽 ,已显出了它的局限性 ,不能适应时代发展的要求 , 寻求更完善 、 更准 确、 使用范围更广的破碎理论已成为技术发展的需要 。阐述了物料粉碎系统是一个具有突变本质 、 不可 逆特性与耗散结构的非平衡热力学复杂系统 ,提出需在多学科相互交叉融合的基础上进行研究的思路 。 关键词 : 破碎理论 ; 非平衡热力学 ; 能量消耗 ; 突变理论 耗散结构 中图分类号 : TB44 文献标识码 : A 文章编号 : 1009 - 1904 ( 2006 ) 04 - 0020 - 04
中国 (开阳 ) 磷化工高峰论坛论文集 . 开阳 , 2005: 88 ~93.
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