炭素材料课件第四章粉碎和筛分

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1、第四章 煅后焦（煤）粉碎和筛分,4.1 概述（有关粉碎和筛分的基本概念） 4.2 物料粉碎理论 4.3 物料粉碎评价指标 4.4 物料粉碎的方法及粉碎设备 4.5 筛分分级工艺 4.6 筛分分级设备,4.1 概述,在炭素及电炭制品工业中，煅后焦（煤）必须经过粉碎和筛分工序，才能获得配料所需的不同粒级。根据固体物料粉碎后的尺寸大小不同，将粉碎分为破碎与粉磨两阶段。将大块物料破裂成小块物料的过程称为破碎；将小块物料磨成细粉的过程称为粉磨。 粉碎通常按以下方式加以划分：,在炭素材料生产中，通常把粉碎操作分为三个级别： 1）粗碎（或称预碎）：由200mm左右的大块物料破碎到5070mm（一般指原料在进

2、入煅烧炉前的破碎）。 2）中碎：由50mm左右块度的物料破碎到120mm（一般指煅后料进一步破碎到配料所需的粒度）。 3）磨粉（或称细磨）：将1mm左右的物料磨到0.075mm以下。 各种碳块及糊料都是由不同粒度的颗粒组成的。所以，碳块及糊料的性能在很大程度上取决于所采用的原料粒度大小、数量、形状和表面状况等特性。因此，煅后焦（煤）的粉碎和筛分工艺，在碳块和糊料的生产过程中占有重要地位，是主要生产工序之一。,炭素制品生产中粉碎、筛分分级流程如下,1煅烧后料；2，6斗式提升机；3贮料仓；4振动给料机；5大辊式破碎机，7贮料斗；8振动给料机；9，10双层振动筛；11小辊式破碎机，12分级料仓；13

3、贮料斗；14星形给料机；15雷蒙磨；16大旋风分离器；17鼓风机；18袋式除尘器；19，21抽风机；20小旋风分离器,4.2 物料粉碎理论,粉碎理论主要是研究物料粉碎过程中能量消耗问题。而能量消耗与很多因素有关，如物料的物理力学性质、几何形状、粒度大小及其分布规律，采用的破碎方法，粉碎时各物料间的相对位置等。所以想建立一个严密完整的数学解析式来求解粉碎物料消耗的能量是很困难的。现介绍几种粉碎理论，但不完备，在某些情况下，必须同时应用一些实际资料作参考。,准确地估计粉碎在某一种物料需要的能量是不可能的，从不同角度提出的以实验为基础的理论，常被引用的有“表面积假说”、“体积假说”、“裂纹假说”。

4、1）表面积假说 粉碎过程所消耗地功，与被粉碎地物料新增加的表面积成正比。粉碎1kg物料所需的能量，可用下式计算： W294A1K/（1/d1/D） (KJ/kg) 0.0816A1K/（1/d1/D） （KWh/kg） 式中：A1粉碎时每产生单位破碎碎面消耗的粉碎功（KWh/kg）； 物料的密度（kg/m3）； d粉碎后物料粒径（m）； D粉碎前物料粒径（m）； K物料颗粒不规则形状修正系数，它与物料的物理性质和粉碎方法有关，根据实验K值为1.21.7。 表面积假说主要是从粉碎物料新生成表面的多少来推导能量消耗量的，它忽略了被粉碎物料的内部结构及物理力学性质，因此它对于近似均质，各向同性物料的

5、粉磨过程比较适用。但大多数物料为非均质各向异性的，它们的晶体结构等特性又是各种各样的，所以这时用表面积假说来确定粉碎所消耗的能量是不可能准确的，所以表面积假说在实际应用中受到限制。,2）体积假说 在相同的技术条件下，使几何体相似的同类物料的形状发生同一变化所需的功，与物料的体积或质量成正比。 当物体受外力时，必然在内部产生应力。随外力的增加，物体的应力及变形随着加大，应力达到物料的强度极限时，外力稍微增加就能使物料发生破坏。对于脆性物料来说，这种应力与变形的关系，在实际运算中往往取它的应力应变图上曲线所对应的弦来表示。这是假定被破碎物料受到外力后的变形符合直线变形原则。故可导出粉碎功与体积成比

6、例的表达式。 设物料沿压力的作用方向为等截面体，根据虎克定律可推导出物体变形所需功为： A=2V/2E （37） 式中：A物体变形所需功； 物体变形产生的应力； E物体的弹性模数； V变形物体的体积。,3）裂纹理论（邦德理论） (又称为物料粉碎第三假说，是邦德在他提出的第一原理和第二原理基础上建立起来的)。 邦德第一原理指出，粉碎过程中的能耗是入料的累积能耗与产品的累积能耗的差值。累积能耗指，将一块理论上无限大的物体，粉碎到一定粒度时，单位质量产品消耗的总能量。所以任何物质都具有累积能耗，其值随颗粒粒度的减小而增加。 邦德第二原理指出，分速的能耗与裂纹长度成正比，对那些形状规则并相似的颗粒物料

7、来说，单位体积内物料的裂纹长度与颗粒直径的平方根成反比。 根据上述原理，邦德提出：在粉碎过程中，有用功与新产生的裂纹总长度成正比，与颗粒“直径”平方根成反比（因为裂纹长度与产品颗粒“直径”平方根成反比）。其表达式为： A 式中：A粉碎单位质量（或单位体积）物料所需功（KWh/t）； D粉碎前物料尺寸（m即微米）； d粉碎后物料尺寸（m）； 物料性质系数，可查有关资料； Wi工作指数，表示物料特性的量，其值为生产80通过100（m）方孔筛的物料所消耗的总能量，也可以说是粒度为100（m）物料的累积能耗（KWh/t）。 上式中工作指数Wi主要由物料的物理力学性质和操作条件而定。故可作粉碎设备操作状

8、况优劣的一个实用指标。对于一台操作设备，只要知道它的能耗、产品粒度、入料粒度，就可求出它的工作指数Wi。对于同一物料来说，将不同设备，不同操作以及实验室内测得的工作指数进行比较，可以对设备及操作的优劣进行评定。,应当指出，上式表明在破碎与粉碎的整个粒度范围内Wi是个常数，对于内部结构均匀的物料是符合实际的。但是，由于物料内部结构并不是很均匀的，一般都有脆弱的部分（如在粒子边缘及裂纹等处），并且常含有与其本身性质不同的杂质，在实验中用上式求得的工作指数就不能反映粉磨过程的实际情况。因此邦德对计算式进行了修正。 建议对于湿磨工作指数用下式求取： Wi (312) 将湿磨工作指数乘上1.3即为干磨工

9、作指数。 与表面积假说，体积假说相比，裂纹理论在广泛的粒度范围内是接近实际情况的。 概括上述理论，粉碎功可以用微分方程式来表达: （313） 当把物料从颗粒尺寸为D粉碎至d时，取n2对式（313）进行积分得到表面积假说表达式；当取n1时进行积分得体积假说表达式；当取n3时进行积分，可得裂纹理论表达式。 必须指出，只靠理论计算来确定粉碎机械电动机的功率是不够的，必须同时参照实际生产资料与实验资料来确定。,式中：D入料80通过的筛孔尺寸（m）； d产品80通过的筛孔尺寸（m）； d1试验中用的筛孔尺寸（m）； Gb球磨机每转一转生成的产品质量（g）。,式中：A粉碎单位质量物料所需的功； D物料粉碎

10、前的颗粒尺寸； C系 数； n指 数。,4.3 物料粉碎评价指标,4.3.1 平均粉碎比 粉碎前物料的平均直径D与粉碎后物料平均直径d的比值i称为平均粉碎比，即D/di，一般简称粉碎比，对破碎来说，则称为破碎比。它主要用来表明物料粉碎前后粒度变化程度，并能近似地反映出粉碎机械的作业情况。 为了简易地表示和比较各种破碎机的这一特性，通常用破碎机的允许最大进料粒度与最大出料粒度尺寸之比作为破碎比，称为公称破碎比。实际生产中，为了保证破碎机机械正常运行，最大进料块尺寸总小于设备的允许最大进料粒度，因此破碎设备的实际破碎比都较公称破碎比低。在选择破碎机时应注意这一点。 由于各种破碎机的破碎比有一定范围

11、，而生产中要求的破碎比大，就需要接连使用两台或多台破碎机进行破碎。这种串连使用的破碎机台数称为破碎级数，则第一级破碎的入料平均粒径与最末一级破碎的出料平均粒径之比称为总破碎比。总破碎比也可由各级破碎机的破碎比乘机来计算。即 ii1i2in (31) 式中：i多级破碎系统的总破碎比； i1in代表各级破碎比。,4.3.2 平均粒径 由于破碎前后物料的形状都是不规则的，为了简化计算，对于能在料块三个互相垂直方向上量得尺寸的可近似的计算其平均粒径： dc（Lbh）/3 （32） 式中：dc平均直径（mm）； L、b、h表示在料块三个互相垂直方向测得的尺寸（mm）。 对于只能在两个垂直方向上量得尺寸的

12、可近似的计算其平均粒径： dc（Lb）/2 (33) 式中：L、b表示在料块两个互相垂直方向上测得的尺寸（mm）； 如果是用方孔筛测量，以方孔筛边长代替平均粒径。 对于形状、大小不同的颗粒物料堆，其平均粒径更难求取，对物料的某一破碎系统，可近似求得： dc（G1d1G2d2Gndn）/（G1G2Gn） (34) 式中：dc 混合料平均粒径； G1Gn 每一部分物料的质量； d1dn每一部分物料的平均粒径。,4.3.3 物料的易碎性 物料粉碎的难易程度称为易碎性。物料的易碎性与其本身的强度、硬度、密度、结构的均匀性、粘性、裂痕、含水量及表面形状等因素有关。 物料的强度和硬度，都表示物料对外力的抵

13、抗能力，所以强度和硬度都大的物料比较难粉碎。但是硬度大的物料不一定难破碎；破碎难易的决定因素是物料的强度。硬度大而强度小，即结构松弛而脆性的物料。比强度大硬度小的韧而软的物料易于破碎。硬度大的物料不一定难破碎但难以粉磨，对粉磨机械工作表面的磨蚀较大。粉磨过程主要是工作体对物料表面不断的磨剥而产生大量细粉的过程。所以磨粉过程中，物料的硬度对粉磨的影响比强度对粉磨的影响大。 物料的易碎性常用易碎性系数来表示。物料的易碎性系数，是以某标准物料的单位动力产量为基准，作相对比较得出的。用下式表示： KmEb/E (35) 式中：Km物料的易碎系数； Eb某标准物料的单位电耗（KWh/t）； E与标准物料

14、粒度相同，磨至相同程度的物料的单位电耗（KWh/t）。 由此可见物料的易碎性系数愈大，就愈容易粉碎。,4.4 物料粉碎的方法及粉碎设备,4.4.1 粉碎方法 在实际生产中，就是根据物料的不同特性，来选择不同的破碎设备和破碎方法，以达到对物料的粉碎目的。常用的破碎方法主要有以下四种：,（1）压碎：在两个工作面之问的物料,受到缓慢增长的压力作用而被破碎,颚式破碎机,辊式破碎机,（2）劈碎：物料受到尖棱的劈裂作用而被破碎的方法.此法多适用于破碎脆性物料。,（3）击碎：物料在瞬间受到外来冲击力的作用被破碎.冲击破碎的方法很多,如静止的物料受到外来冲击物体的打击被破碎;高速运动的物料撞击钢板而物料被破碎

15、;行动中的物料相互撞击而破碎等.此法适用于脆性物料的破碎。,锤式破碎机,反击式破碎机,（4）折碎：物料在受到两个相互错开的凸棱工作面间的压力作用而被破碎的方法。此法主要适用于破碎硬脆性物料。 （5）磨碎：物料受到两个相对移动的工作面的作用：或在各种形状的研磨体之间的摩擦作用而被粉碎的方法称为磨碎。该法主要适用于研磨小块物料。,悬辊式环辊磨机（雷蒙磨）,4.4.2 粉碎设备分类 1）颚式破碎机：活动颚板对固定颚板作周期性的往复运动,物料在两颚板之间被压碎。 2）圆锥式破碎机：外锥体是固定的,内锥体被安装在偏心轴套里的立轴带动作偏心回转，物料在两锥体之间受到压力和弯曲力的作用而破碎。 3）辊式破碎机：物料在两个作相对旋转的辊筒之间被压碎。若两个辊筒的转速不同时,还会起到部分磨碎作用。 4）锤式破碎机：物料受到快速回转部件的冲击作用而被破碎。 5）轮碾机：物料在旋转的碾盘上被圆柱形碾轮压碎和磨碎。 6）反击式破碎机：物料被高速旋转的板锤打击，使物料弹向反击板撞击。 （以上是破碎设备） 7）悬辊式环辊磨机（雷蒙磨） 8）球磨机 （以上是粉磨设备）,在炭素工业中，不论是主要生产