粉体成型工艺课件

《粉体成型工艺课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《粉体成型工艺课件（129页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、q定义粉体成型是指粒度较细的粉体物料加水润湿后，借助于外力将其加工成具有一定尺寸和形状的块状物体的过程。2 粉体成型Date1湖北工业大学 王志伟q功能 使粉末成为具有一定尺寸和形状的块状物体 成型制品具有一定的机械强度，以保证制品在工艺流程中转运和进一步加工时，其尺寸与形状不会破坏； 赋予制品进一步加工的良好加工性能Date2湖北工业大学 王志伟 成型是一个中间环节，原料的性能不同、制品的用途不同，粉体成型方法也不尽相同。 按照外力施加方式的不同分为： 滚动成型、压力成型 按照润湿程度不同分为： w半干法（物料水分5%左右） w可塑法（物料水分15%左右） w注浆法（物料水分40%左右）2.

2、1粉体成型的基本方法Date3湖北工业大学 王志伟v定义 滚动成型属半干法成型，是将粉状物料加水润湿，在不断滚动的过程中，由机械力和毛细力共同作用而成型，常用于冶金过程的原料预处理，制品为对尺寸要求不很严格的球状物料。 2.1.1 滚动成型Date4湖北工业大学 王志伟说明： 在冶金工业的球团生产中，滚动成型称为造球，目的是将粒度为0.075mm约占80%以上的细磨精矿制成9-15mm的球团矿； 烧结生产中，滚动成型称为制粒，目的是将0-10mm的粉矿中的细粒物料粘附于粗颗粒上，形成制粒小球，以改善烧结过程的透气性。 Date5湖北工业大学 王志伟v 滚动成型设备及工艺原理 主要设备 圆盘造球

3、机和圆筒造球机（或制粒机） 工艺原理 相同点：造球机旋转时，物料靠造球机内壁摩擦而上升运动至一定高度，然后物料靠重力而向下滚动，当物料滚动到造球机下部时，又靠造球机内壁摩擦而上升运动，如此循环往复，由于水分的作用，物料在滚动过程中互相粘附成型。Date6湖北工业大学 王志伟不同点：圆盘具有自动分级的特点，成型生球粒度较均匀。圆筒卸出的生球粒度差别大，作为造球设备，生球必须经过筛分，不合格生球返回圆筒造球机；作为制粒设备，卸出的制粒小球则直接进入下一道工序。 Date7湖北工业大学 王志伟v定义 压制成型是指借助于机械压力和模型将粉体加工成规定尺寸和形状的制品的过程，广泛应用于粉末冶金、耐火材料

4、、建筑材料、型煤生产等工业中，也可以用于生产规模较小的冶金原料预处理工艺。 2.1.2 压制成型Date8湖北工业大学 王志伟v 压制成型的方法 机压成型 可塑成型 注浆成型 等静压成型 振动成型 捣打成型 挤压成型 对辊成型,等Date9湖北工业大学 王志伟 机压成型法 机压成型法是目前耐火材料生产中使用最多的成型方法。该方法使用压砖机和钢模具将粉体压制成坯体。因机压成型一般均指含水量为4%-9%的半干料成型方法，因而也称半干法成型。该法常用的设备有摩擦压砖机、杠杆压砖机和液压机等。 Date10湖北工业大学 王志伟 机压成型法 w机压成型过程的实质 是一个使物料内颗粒密集和空气排出、形成致

5、密坯体的过程。机压成型的制品具有密度高、强度大、干燥收缩和烧成收缩小、制品尺寸容易控制等优点，所以该法在耐火材料生产中占主要地位。Date11湖北工业大学 王志伟 可塑成型法 w定义 是指用含水量为16%以上呈塑性的泥料制成制品的方法。 w成型过程 将预制好的物料投入挤泥机中，挤成泥条，然后切割，按所需要的尺寸制成荒坯，再将荒坯用压机压制，使物料具有规定的尺寸和形状。 w缺点 坯体水分大，砖坯强度低，外形尺寸不准确，干燥过程复杂，收缩有时达到10%以上。Date12湖北工业大学 王志伟 注浆成型法 w定义 将泥浆注入石膏模型，借助于模型吸水制成坯体的方法。 w注浆成型的方式 有空心浇注、实心浇

6、注、压力浇注、离心浇注、真空浇注等，其中空心浇注是最主要的浇注方式。Date13湖北工业大学 王志伟 注浆成型法 u空心浇注的特点 石膏模不带任何型芯，所以又称单面浇注或单面吸浆。泥浆注入石膏模型后，在模腔内壁形成坯体的外形，适合于薄壁中空制品。 w实心浇注的特点 石膏模腔内放置一个或几个型芯，以形成注件的内表面，所以又称为双面浇注或双面吸浆，适合于壁厚大件或外形复杂的制品。Date14湖北工业大学 王志伟w注浆成型的特点 泥浆水分一般达40%左右，它主要用于生产中空壁薄的高级耐火制品及特种耐火制品，在陶瓷工业中，注浆成型是一种适应性大、生产效率高的成型方法。凡是形状复杂或不规则、以及薄胎等制

7、品，均可采用注浆成型法来生产。Date15湖北工业大学 王志伟 等静压成型法 w定义 应用帕斯卡原理，依靠高压液体或气体在粉体各个方向上施加等同压力进行成型的方法。常用的压力传递介质为液体。因刹车油或无水甘油的可压缩性极小，几乎可以把全部压力传递到弹性模具上，故多用这两种液体作为压力传递介质。 Date16湖北工业大学 王志伟w等静压成型的特点 粉体各部分受压均匀且压力很高，这样得到的制品密度高且均匀，从而使制品在烧成过程中的变形和收缩等大为减少，也不会出现一般成型法成型制品因密度差产生应力而导致的烧成裂纹。 Date17湖北工业大学 王志伟w等静压成型方法 按施压介质及成型温度可分为冷等静压

8、成型法（介质为常温液体）和热等静压成型法（介质为气体，加压与加热同时进行）。 通常所称等静压成型法是指冷等静压成型法。 Date18湖北工业大学 王志伟 振动成型法 w定义 利用振动作用使粉体成型方法。适用于形状复杂及大型的制品，也适用于密度相差不太悬殊的物料。由于成型时物料不受破坏，容易水化的物料如焦油白云石、焦油镁砂料等，多用此法成型。Date19湖北工业大学 王志伟 振动成型法 w原理 是物料在频率很高（一般为3000-12000次/min）的振动作用下，质点相互撞击，动摩擦代替质点间的静摩擦，粉体变成具有流动性的颗粒，在自重和外力作用下逐渐堆集密实形成致密的制品。 w特点 颗粒具有三维

9、空间的活动能力，颗粒密集并填充于模型的各个角落而将空气排挤出去。在很小的单位压力下既可得到密度较高的制品。Date20湖北工业大学 王志伟 捣打成型法 w定义 用手动、风动或电动捣锤将粉体捣实成型的方法。捣打成型法一般用于成型形状复杂、体积较大的制品。 捣打成型的粉体水分大多控制在4%6%的范围内，粉体的临界颗粒度比机压成型时要大，这有利于提高坯体的密度。Date21湖北工业大学 王志伟 挤压成型法 w定义 强力挤压可塑性粉体使其通过孔模成型 挤压成型与可塑成型都是采用可塑性粉体，两者的区别在于挤压成型需用强力挤压的挤压机，多用于特殊耐火材料的生产。 特殊耐火材料用的原料大多属于瘠性料，不具有

10、可塑性。在挤压成型前通常加入塑化剂或粘结剂使其成为可塑料，如糊精、工业糖浆、羧甲基纤维素、聚醋酸乙烯脂、聚乙烯醇等有机塑化剂。 Date22湖北工业大学 王志伟 对辊成型 对辊成型广泛应用于氮肥工业中的煤球生产、竖罐炼锌的制团等处理量较小的工艺。 压团采用对辊压团机。团矿的成型压力、型态及大小等对团矿的强度、制团效率和蒸馏效率都有直接影响。 Date23湖北工业大学 王志伟2.2水分在成型的过程中的作用q 粉体物料的特性 分散度大，比表面积大，具有较大的表面能。从热力学角度，高的比表面能是粉体成型的推动力。 表面分子处于不均衡的力场中，当其与周围介质（气体或液体）接触时，颗粒表面就显示出电荷，

11、并在颗粒表面的空间形成电场。 Date24湖北工业大学 王志伟q 粉体物料中水分的存在形式 当干燥固体颗粒与水接触时，在电场范围内的极性水分子被吸附于颗粒表面，依次形成吸附水、薄膜水；水分进一步增加时，则在粉体中形成毛细水。水分使粉体颗粒相互靠近、粘结，在外力作用下完成粉体成型。 Date25湖北工业大学 王志伟颗粒表面极化水分子的排列及电分子力的分布情况Date26湖北工业大学 王志伟2.2.1 吸附水的特性及其作用 1)吸附水的形成 粉体颗粒表面带有电荷，在静电引力作用下具有偶极结构的水分子被吸附在固体颗粒的表面形成吸附水层，颗粒表面过剩能量因放出润湿热而减少。 Date27湖北工业大学

12、王志伟 吸附水的形成不定将颗粒放入水中，或往颗粒中加水，当干燥的颗粒与潮湿大气接触时，会吸附大气中的气态水分子。 当相对水蒸汽压很低时，靠颗粒表面的离子和水的偶极分子之间的静电吸引形成单分子层吸附，这种吸引力的作用半径约1 (10-10m)或几个 。Date28湖北工业大学 王志伟 在距颗粒表面超出水分子直径的地方，被吸附的多水分子层是靠范德华力。 被吸附的水偶极分子在吸附作用下失去了活动性，同时水偶极子以正极或负极靠拢吸着点而呈定向排列状态，第一层偶极分子吸引着第二层偶极分子，第二层又吸着第三层，以此类推。Date29湖北工业大学 王志伟 随着矿物成分或亲水性不同吸附水层的厚度不同，同时也随

13、着料层中相对水蒸汽压力的增加而增大。吸附水层的厚度一般在0.002-0.008m之间。 当相对水蒸汽压达到100%时的吸附水含量达到最大值，称为最大吸附水。Date30湖北工业大学 王志伟2)吸附水的特性 v 特点 吸附水的性质不同于般液态水的性质，常被称为固态水 没有溶解盐类的能力 没有从个颗粒直接转移列另个颗粒的能力，其转移只能以水蒸汽方式进行 吸附水密度大于1（大约），般为1.5 不导电，在低于零下78的温度时不结冰 Date31湖北工业大学 王志伟v 原因 水分子力在极小的范围内作用力非常大 例加，直接附着在固体表面的第层分子水的作用力相当于980MPa，在受范德华力作用的地方，其作用

14、半径的大小至少可达数个水分子直径。 作用力虽与距离按六次方成反比的递减，但吸附水的偶极分子呈定向排列的静电引力给予了补充，产生了极大的力，使被吸附的多层水分子仍能牢固地保持在颗粒上。 Date32湖北工业大学 王志伟v 作用 当细磨物料(颗粒直径约为0.1-1.0mm)呈砂粒状态时，如果仅含有吸附水，仍是散粒状。 当细磨物料呈粘土状态时(颗粒直径约为1m)，如果只含有吸附水，可以成为坚硬的固体。结论适宜滚动成型的物料层中，如果仅存在吸附水时则说明成型过程尚未开始。 Date33湖北工业大学 王志伟2.2.2 薄膜水的特性及其作用 1)薄膜水的形成 固体颗粒表面达到最大吸附水层后，再进一步润湿颗

15、粒，由于颗粒表面吸着吸附水后，还有存在未被平衡掉的静电引力（主要是颗粒表面的引力，其次是吸附水内层的分子引力），在这些残余静电引力的作用下，在吸附水的周围就形成薄膜水。Date34湖北工业大学 王志伟2)薄膜水的特点 残余静电引力较小使水分子定向排列较差，较松弛。 薄膜水与颗粒表面的结合力比吸附水和颗粒表面的结合力要弱得多，但难使它从颗粒表面排出。 薄膜水内层与最大吸附水相接，引力为304104Pa，外层为61104Pa。Date35湖北工业大学 王志伟2)薄膜水的特点 薄膜水的平均密度为1.25，溶解溶质的能力较弱，冰点为-4。 在分子力的作用下，薄膜水可从水膜厚处移向水膜薄处。 Date3

16、6湖北工业大学 王志伟3)薄膜水的方式迁移 相邻且直径相等的颗粒甲和乙，当甲颗粒薄膜水较乙颗粒薄膜水厚，颗粒甲薄膜水A开始向颗粒乙移动。直到两个颗粒的水膜厚度相等时为止，这种迁移速度非常缓慢。薄膜水由于受到表面引力的吸引，具有比普通水更大的粘滞性。Date37湖北工业大学 王志伟当两个颗粒间的距离ac小于两个颗粒的表面引力半径ab、cd之和时，两颗粒间引力相互影响范围ebfd内的薄膜水，它同时受到两个颗粒的分子引力的作用，而具有更大的粘滞性。颗粒间距离越小，薄膜水的粘滞性就越大，颗粒就越不容易发生相对移动。对成型制品来说，制品的强度就越好。Date38湖北工业大学 王志伟4)细磨物料成型后具有强度的原因 吸附水和薄膜水合起来组成分子结合力，在力学上可以看作是颗粒的外壳。在外力作用下结合水和颗粒起变形，并且分子水膜使颗粒彼此粘结。 结论 当物料达到最大分子结合水后，细磨物料就能在外力（搓揉滚压）的作用下表现出塑性性能，在造球机中，成球过程才明显开始。Date39湖北工业大学 王志伟5)铁矿石及常用添加物的最大分子结合水含水量 v 铁矿石 磁铁矿最大分子结合水的含量最小 褐铁矿最大分子结合