振動粉磨和振動破碎技術(shù)的發(fā)展回顧

1 振動粉磨技術(shù)

　　振動磨的最早雛形是一種同心圓的多室磨，由德國FASTING公司1910年發(fā)明。但真正意義上的第一臺振動磨直到1949年才由SIEBTE-CHNIK公司制造，為單筒體結(jié)構(gòu)，容積0.6L，采用間歇式粉磨。50~60年代，振動磨發(fā)展為多筒式，其結(jié)構(gòu)幾乎包括2~6筒體的所有布置形式，設(shè)備最大容積也突破1000L。1962年，德國KHD、WEUAG公司研制的65U型以偏心體作激振器的振動磨，是當時生產(chǎn)能力較大的機型，有效容積達到2000L，以產(chǎn)品細度43µm（325目）計的臺時產(chǎn)量達2.5 t/h，功率130kW，依賴產(chǎn)量和細度的優(yōu)勢，其市場覆蓋面在十年中即達50多個國家。這種由電機驅(qū)動偏心體飛速旋轉(zhuǎn)帶動磨體振動的激振方式，為各國后來所仿效。受其啟發(fā)，德國Lurgi公司與南非合作也采用激振方法研制出離心式振動磨，粉磨細度可＜40µm。同期進行研制的還有強制通入壓縮空氣的氣流式振動磨、雙腔式振動磨等等。自此，以細磨為目的的振動粉磨技術(shù)，不僅在德國迅速發(fā)展，尤其以Humboldt公司的Palla型和KHD公司的50U、65U型等產(chǎn)品最為著名，而且也成為歐美國家的重要研究內(nèi)容和應(yīng)用形式。

　　美國Ails-CHAIMERS公司在50年代中期研制的CHLMERS單筒振動磨，筒體直徑突破了通常的0.5m，達到Φ1.03m，采用雙電機驅(qū)動，最大容積為880L，其他型式多從德國引進。英國的振動磨大部分為引進德國Palla型、VAR10型和AUBEMA型等技術(shù)生產(chǎn)，其應(yīng)用基本分割了國內(nèi)超細粉體加工的主要市場。

　　前蘇聯(lián)對振動磨的研究重點傾向于設(shè)備的大型化，從1952年~1968年相繼研制的2700L、4000L甚至15000L等大容積振動磨均見諸報導(dǎo)，有效容積大幅度突破了國際當時最大不足2000L的局限。但見于文字的工業(yè)應(yīng)用仍只介于2000L以內(nèi)，例如M1000-1.0單筒型，功率70kW；M1000-1.5雙筒型，功率150kW。近幾年我國一些設(shè)備制造企業(yè)引進的技術(shù)即是容積為1000L的2筒體機型。

　　日本從20世紀60年代開始在引進德、美等國技術(shù)的基礎(chǔ)上才進行本國振動磨技術(shù)的研究，但發(fā)展速度極為迅速，質(zhì)量和市場至今仍處于領(lǐng)先地位。其中以中央化工機械、安川電機、川崎重工等制造商的生產(chǎn)規(guī)模最大，產(chǎn)品最為著名，如CKC型、CH型、RSM型、VAMT、YASR、YAT型和引進的Palla型等振動磨在國際上都享有較高的聲譽。一般多為250~1200l，但從設(shè)備性能、加工質(zhì)量、降噪防塵和系統(tǒng)配套等各個環(huán)節(jié)都體現(xiàn)了技術(shù)的先進性和工藝完整性，因而市場應(yīng)用率極高，范圍涉及粉磨行業(yè)的各種固體物料。國內(nèi)如寶鋼、開灤煤礦等大型企業(yè)早期引進的成套細磨設(shè)備均以此為主。

　　我國于1965年由原建材部北京建材研究院錢汝中、胡惠中、王炤等人通過建立數(shù)學(xué)模型研制的國產(chǎn)第一臺振動磨，首創(chuàng)了3筒體串聯(lián)結(jié)構(gòu)，容積為30L，功率3kW。以此為基礎(chǔ)，合肥水泥研究設(shè)計院設(shè)計制造出第一臺用于工業(yè)生產(chǎn)的3筒體SM型1000L振動磨，1980年通過部級技術(shù)鑒定。并以其結(jié)構(gòu)的獨特性和對難磨物料的適應(yīng)性，在自應(yīng)力混凝土水泥、帶酸木屑以及云母、剛玉、碳化硅等各種粉體的生產(chǎn)中廣為應(yīng)用，受到業(yè)內(nèi)普遍歡迎。寶鋼、唐山碳化硅廠等大中型企業(yè)以其替代國外設(shè)備進行剛玉、碳化硅等高硬物料的粉磨都展示出超強的細磨能力。這一時期的市場空前，在國內(nèi)享有較高的知名度。至今，其3筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計和撓性聯(lián)軸器型式仍是國內(nèi)同類型振動磨的參照標準。

　　國內(nèi)振動磨的制造和應(yīng)用在1985年前后進入高潮。據(jù)簡單統(tǒng)計，當時的振動磨制造企業(yè)達20多家，最大容積達到1500L，2筒體并聯(lián)和3筒體串聯(lián)兩種結(jié)構(gòu)并存，浙江溫州、安徽安慶、河南新鄉(xiāng)、鶴壁、陜西西安等地的振動磨都占據(jù)了各自的市場份額。2000年，由冶金部主持的振動磨產(chǎn)品行業(yè)標準開始制定，一些企業(yè)引進國外技術(shù)制造的振動磨也陸續(xù)進入市場，振動磨的設(shè)備形式和市場結(jié)構(gòu)更加多元化。

縱觀國內(nèi)外振動粉磨技術(shù)的發(fā)展，在外型特征上表現(xiàn)為設(shè)備有效容積愈來愈大，結(jié)構(gòu)傾向多筒體和單電機驅(qū)動。但實質(zhì)上的進步卻在于研制者對振動強度即重力加速度的重新認識和實踐，使現(xiàn)在可以作到一臺大振幅振動磨的產(chǎn)量能夠達到以前十數(shù)倍容積的振動磨生產(chǎn)能力。

　　關(guān)于振動強度的理論依據(jù)，上述各國振動磨都是根據(jù)德國巴赫曼D.Bachmann1940年提出的“磨介共振”學(xué)說為基礎(chǔ)，其取值均在60~90m/s2之間，最大振幅8mm。這種工作狀態(tài)使磨機水平方向的振動干擾了鉛垂方向運動，故而生產(chǎn)能力有限，較大規(guī)格的1000L振動磨粉磨到300 m2/kg左右比表面積的最大產(chǎn)量也不過1.5t/h。此后十多年間，英國羅茲H.E.Rose和Bate、我國錢汝中、胡惠中、王炤等人均著文對這一學(xué)說提出不同的觀點，H.E.Rose認為振動強度在50~70m/s2為宜；Bate認為振動磨的松散介質(zhì)群運動不能簡化為非彈性質(zhì)點的運動，增大振幅的粉磨效率更明顯；錢汝中等人認為振動強度必須是包括物料性質(zhì)在內(nèi)的各種因數(shù)的函數(shù)，例如粉磨帶酸木屑的最佳振動強度為110m/s2。這些觀點雖然都在各自的研究中得到應(yīng)用，但工業(yè)磨的振動強度均未突破100m/s2的局限，粉磨效率仍基本停留于原先水平。

　　一些研究者試圖從改變磨機內(nèi)部結(jié)構(gòu)動力學(xué)或者從改善磨機外部工藝條件來提高振動磨的粉磨效率。德國M.Bayer、Mulish和K.Gemesi等人曾進行磨內(nèi)通入壓縮氣體的試驗，以借助于氣流推力使物料在磨內(nèi)充分攪動中得到充分研磨和迅速排出，從而縮短物料在磨內(nèi)的停留時間，獲得單位時間下的最大產(chǎn)量，但試驗效果不明顯，氣流量較小時，對物料的流速改變不大，而氣流量過大則使粉磨產(chǎn)品的粒度變粗，很難找到兩者的最佳結(jié)合點。德國Gock等人在1979 ~1986年間，曾發(fā)明一種雙區(qū)振動磨和轉(zhuǎn)腔振動磨，前者是在磨腔內(nèi)增設(shè)一個隔倉板，使之成為兩個粉磨區(qū)；后者是在磨腔中加設(shè)一個可隨介質(zhì)旋轉(zhuǎn)的葉輪裝置，其作用均在于活化研磨體，消除磨腔中心部位的乏能區(qū)，以達到強化粉磨的目的。類似的研究國內(nèi)也有所報導(dǎo)，北京光華木材廠、林科院和同濟大學(xué)分別于1968年和1981年在SM型振動磨磨腔中心沿筒體長度方向加入一根Φ61mm圓管作強化器，其試驗結(jié)果使產(chǎn)量提高1倍，但圓管磨損嚴重，連續(xù)運行對材質(zhì)要求較高?？梢娺@些改進對于設(shè)備的整體應(yīng)用效果并未得到根本改變。

　　圍繞振動磨理論和實踐的探索，國內(nèi)外幾十年來從未停止。直到90年代初期才形成一個廣泛共識，這就是增大振動強度，提高振幅，才是獲得高效率粉磨的最簡捷有效的途徑。這一理論，最早可追溯到1959年前蘇聯(lián)M.Л.莫爾古利斯提出的“振動強度應(yīng)取200 m/s2”的觀點，而發(fā)展和實踐者則始于Bernotat和WangShulin等人。他們主張按低頻率大振幅設(shè)計振動磨，因為降低振頻有利于延長軸承的使用壽命，增大振幅則可有效提高介質(zhì)的能量傳遞接觸面積和正向擠壓碰撞能力，從而大幅度提高振動粉磨的效率。表1的實踐為他們的觀點提供了有力的支持，并在生產(chǎn)中不斷驗證其巨大的實用價值。

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摘自《中國水泥》2004年09月號