可以解决流体动力限制问题的新型搅拌盘的设计

1、可以解决流体动力限制问题的新型搅拌盘的设计0 前言 不断提高的质量意识和环境意识以及合理化设计趋势促使人们对研磨及分散技术的要求不断提高，从而必然会推动工业技术的革新。现有的工艺在各方面都必须进一步优化。新产品技术通常需要新的高效的制造工艺及工厂。 为了满足些工业需求，提出了新的研磨及分散概念。主要目的在于能使研磨机中的循环过程最优化并对传统的传送过程工艺进行改进。 这些新参数中，循环过程中必须保持高的物料通过量，而保养及清洁工作量要减至最少。同时，外加的动能能源要尽可能高效地转变成分散性能。于是 WAB （ Willy A. Bachofen AG ）开发了高效循环磨（ ECM ）。这一技术

2、的核心是 Dyno - 加速器，它是一种必不可少的组成部分，通过改变工艺方法而提供了分散性及高能效。 1 循环过程 循环磨中，产品在通过分散磨后面部分后返回搅拌 / 收集槽被推动形成循环流动，然后与未完全分散好的物料混合直到得到所需质量的产品。 与传统的不连续传送过程相比，通过循环磨所需设备资金更少，而且用于清洁劳力的投资更少。然而这一工艺的高效性还需要高的物料通过量，这样在合理的时间范围内才可能形成大的循环量。 传统磨的物料传送量常受限制，因为它们的研磨筒体设计时要能提供足够的停留时间以使大多数物料能有效分散。这样在使用传统磨进行循环操作时产生的主要问题是会形成液封状态。 有时可以通过数道快

3、速通过工艺得到高质量产品，称为摆锤过程。这种情况下，粘度常会限制物料通过量。 搅拌式球磨（图 1 ）是一种市场上常见的单程操作设备，带有一个圆筒形水平研磨容器，其中装有含数个同轴搅拌盘的搅拌轴封。研磨容器中的最多装入 85% 的硬的球形研磨介质（ 0.3 3 mm ），通过搅拌盘旋转而运动。 通过循环及单程高性能过程，研磨介质被物料进料泵及物料在分离设备方向的粘性作用下产生的强烈的物料流推动而带动，在这里研磨介质会产生堆积。 研磨容器中压力的提高、物料温度的提高及出口处机械磨损是由于液封造成的。搅拌盘形成的再循环作用会释放一些压力，但又产生会提高后混合量的缺点，从而使产品的粒径分布变宽。 为解

4、决这些问题，开发出了一种搅拌设备，它可以稳定研磨容器中 的研磨介质。根据其操作原理，通过轴向作用可以防止在研磨容器中的后混合，从而使得停留时间分布更紧凑并得到更一致的能量分布密度。这种搅拌件称为“ Dyno - 加速器”（图 2a ），已用于 ECM Dyno 磨中（图 2b ）。 2 理论背景 分散磨中的能量密度与细度成正比，这可以从其中的物料流动预测。根据 Blecher 的观点，搅拌球磨中与搅拌盘间的挤压作用发生在两个高能密度区域。第一个区域几乎包住了搅拌盘，第二个区域位于研磨筒壁。搅拌盘区域中，研磨介质在筒壁方向加速，这一过程吸收动能。 当它们与其它的研磨介质或与研磨筒壁碰撞时这一能量

5、可以用于粒 子挤压，在搅拌盘上有很强的剪切速度。此外，研磨介质相互碰撞，由于不同的切向速度可以向吸附在它上面的粒子释放出其势能，湍流下， 90% 的输入研磨室的能量用于这一区域的分散及挤压作用，这一区域大约为研磨体积的 10% 。 Blecher 的计算也表明研磨介质也不是在搅拌轴封周围的全部区域循环，在这些区域也可以发现未研磨的物料，经过再循环的物料破坏了产品的均一的粒径分布。这一现象有时称为旁路效应。 这种能量密度的无效分布及无效循环行为使得设计大的研磨机时必须含有许多搅拌盘且必需有高的研磨介质装填量才能得到所需的性能。 3 高能密度应力区 观察一下 Dyno - 加速器，你可以发现 4

6、个主要的应力区，它们分别位于加速器载体盘区域、叶片间区域、研磨筒壁及转向盘处（图 2c ）。 研磨介质混合物及产品进入搅拌轴封区域，由于 Dyno - 加速器的结构，它们可以利用 Dyno - 加速器中的多个叶片快速向外加速传送。 内部的循环由于叶轮输入及输出处的压力差而在径向进行，这一推 动力在局部比轴向物流大得多。利用传统的搅拌盘时搅拌轴封的损耗的外部有效区域在使用 Dyno - 加速器时可以通过这种强制流动得到补偿。研磨室中的能量输入用于挤压作用的区域占了研磨体积的 30% 40% ，而传统磨为 10% 。 图 3 所示为与传统的搅拌盘相比， Dyno - 加速器对研磨结果的影响。研磨料

7、为 70% 的碳酸钙悬浮液。其中也给出了相同的比表面能输入条件下的粒径分布，粒径分布显示与传统的搅拌球磨相比具有更好的停留时间分布（图 4 ）。 15 m ECM(19 L) 500 0.05 50 ZrO2, 0.8 指甲油 珠光色 ECM(19 L) 125 0.2 54 ZrO2, 0.8 45 Ll磨 30 ZrSi, 1.251.6 工业漆，钛白 12 m ECM(19 L) 1500 0.13 60 ZrO2, 1.5 15 Ll磨 6.5 0.3 70 ZrSi, 1.62.0 汽车漆，氧化铁黄 5 m ECM(19 L) 170 0.13 55 ZrO2, 0.8 有色 15

8、L磨 6.5 0.3 60 ZrSi, 1.01.6 苯胺印刷油墨，溶剂型 鲜艳色 ECM(19 L) 120 0.12 50 ZrO2, 0.8 17 L磨 50 0.19 40 ZrSi, 1.01.6 苯胺印刷油墨，水性 鲜艳色 ECM(19 L) 120 0.12 55 ZrO2, 0.8 17 Ll磨 40 0.19 40 玻璃珠1.0 色浆 1015 m ECM(19 L) 150 0.12 42 ZrO2, 0.8 15 L磨 10 45 ZrSi, 1.01.6 油漆 如 Bunge 所示，比表面能也可以理解为应力密度与应力频率的产物。 研磨介质的运动形成挤压，扭矩 M d 越

9、大，产生挤压作用的力越大，得到更高的应力密度结果。 粒子达到活性挤压空间的可能性随转速 w 提高及挤压持续时间 t 增加而提高。结果为应力频率。这里，可以发现 Dyno - 加速器中应力密度大是由于强制内循环中产生的应力频率所至。 4 Dyno - 加速器中的几个关系 图 5 所示为 Dyno - 加速器的叶片中的分散介质的运动及速度的关系。 产品与研磨介质的混合物轴向进入中心，从 Dyno - 加速器通过叶片隧道径向向外部转向形成循环。离心作用提供混合物以穿过内部隧道所需的能量。 速度 u1 及 u2 决定了离心力大小。因为根据连续方程，外循环圈中隧道交叉区域比内循环圈大， w1w2 。 叶

10、片力导致 Dyno - 加速器中产生速度变化。内外加速器角动量提高，周长决定叶片隧道中向混合物的能量转移。为尽可能减少压力降，研磨混合物以绝对速度 v1 随机进入 Dyno - 加速器中，出口角度决定了应力密度。 5 结构问题的解决及结论 研磨室及 Dyno - 加速器的几何部分决定了挤压和分散的效率、物料通过量、磨损及产生的热量。 吸入比例、压力及出口处速度必须处于最佳关系，因为否则的话，泵效及内部循环会发生混乱。 据此，叶片的位置及形状起了很重要的作用。如果叶片太平坦，不能产生研磨，反之则会导致运动太强烈，会产生过度磨损及无效的研磨。 Dyno - 加速器的几何关系是经过许多实验测试后及进

11、一步的控制检验后得到的。 在“ ECM Pro ”中引入了近年来得到的所有的结果和实践经验。使用 Dyno - 加速器得到的高能密度使紧凑设计成为可能。 可以避免产生低能量密度区域，使用锆珠及其它高级材料以保证能在高的能量密度下具有高的冷却性能及低磨耗性。介质加入量，在传统磨中可以达到 90% ，而通过使用 Dyno - 加速器，可以减少到 70% 以下。表 1 所示为部分实际例子的测试数据。 通过使用 ECM ，应力密度可以调整，其原理证实它特别适用于涂料工业中。其中并不是说它具有特别好的所需的挤压力，而是可以更好地使聚集体及附聚体粉碎。 Dyno - 加速器中产生的强烈的液压作用力也可以产

12、生强的剪切力。 新的搅拌叶片几何设计用于分散及挤压的效率很高，用于 ECM 很成功。关于 Dyno - 加速器的许多可能的用途及其它的应用仍在不断开发。 PFC 瑞士华宝 (WAB) 砂磨机/珠磨机Dyno-mill ECM戴诺磨 技术革新带来研磨效率的提高在研磨界中，早期的研磨机能量分布差，经重新设计的分散盘，研磨区将至少增加3倍，这将减少回混，提高工作效率。人们日渐意识 到，要注重质量和保护环境且生产要趋向合理化，以致对研磨和分散技术的要求也大大增加，从而引发设计上的根本变化。有现行的工序需要在各方面进行优化。新 产品技术均要求高效率的生产程序及设备。 为了达到这些要求，新的研磨和分散概念的发展是必需的。目前的主要任务是，除了优化循环式和一般通道式工艺外，还要发展高效率的管道式工艺。在这些工艺 中，循环式工艺需要很高的流量，而且保养和清洗要尽量简化。与此同时，输入的能量，需有效率地转变为分散作用。随着高效率循环式研磨机 ECM的发展，它的核心部分是戴诺加速器，在漫长的改进道路上，瑞士华宝WAB公司已踏出重要的一步。 循环式工艺 在循环式工艺中，产品被输送至研磨缸后回流到原来的储存缸，和未经处理的材