攪拌磨的工作原理及其發展
本文我們將討論攪拌磨的原理及其應用。攪拌磨是一種含有內部攪拌介質的研磨機。它通常被稱為“攪拌球磨機”；我們可以將其分為干法攪拌磨、濕法攪拌磨、常速攪拌磨和高速攪拌磨。
描述研磨動量的一個有用且簡單的方程是m×v（質量×速度），這使我們能夠了解攪拌磨為何適合研磨。例如，球磨機使用大介質，通常為12mm或更大，并以低轉速（10-50轉/分鐘）運行。其他攪拌磨，如砂磨機，使用0.3mm至2mm的較小介質，但轉速非常高（約800-1200轉/分鐘），無介質的高速分散機轉速甚至更快（1200-1800轉/分鐘）。各種類型的粉體研磨機介于兩者之間（見下圖研磨機對比）。
攪拌磨的比較
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攪拌磨類型 |
磨介大小 |
轉速 |
末端速度 （m/S） |
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球磨機 |
12mm及以上 |
10-50 |
--- |
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攪拌磨 |
3-10mm |
75-450 |
3-5 |
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砂磨機 |
0.2至2mm |
800-1200 |
10-15 |
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HSA攪拌磨 |
1mm-3mm |
400-1800 |
10-13 |
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Q攪拌磨 |
0.4mm-3mm |
1000-1900 |
15 |
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高速分散器 |
--- |
1200-1800 |
25-30 |
攪拌磨中最重要的概念是功率輸入直接作用于攪拌介質從而實現研磨，而不是作用于研磨缸。
為了實現高效研磨，必須同時存在沖擊力和剪切力，如圖1所示。當在攪拌磨中進行濕法研磨時，由于研磨介質的不規則運動，研磨介質的持續撞擊會產生沖擊作用，剪切力作用于攪拌磨中，因為隨機運動的球（介質）以不同的旋轉方向旋轉，從而對相鄰漿料施加剪切力。因此液體剪切力和介質沖擊力都存在。這種組合的剪切和沖擊作用可使研磨的物料尺寸減小以及良好的分散。
攪拌磨干法研磨的原理是通過介質的運動膨脹來實現的，這種情況被稱之為運動孔隙度。干燥顆粒受到各種力的作用，如沖擊、旋轉、翻滾和剪切；因此，可以輕松獲得微米范圍的細粉。此外，與其他沖擊式研磨設備相比，這些力的組合會產生更多球形的顆粒。
攪拌磨的多功能性是通過在廣泛的條件下操作而獲得的。例如，研磨介質類型、尺寸和數量；不同的設備速度；原材料的可變裝載量或進料速率。除了減小顆粒尺寸外，攪拌磨還可以實現不同材料的最高強度緊密混合。在研磨過程中也可將特定化學品或添加劑加入攪拌磨中，以實現干燥固體顆粒的最終分散或包覆的目的。
•各種類型的攪拌磨可用于濕式或干式研磨工藝。
•專門為陶瓷行業設計的防金屬粒子污染的攪拌磨。已經開發出多種類型的陶瓷和高分子材料用于制造設備內部零件的內襯或套筒。包括氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、氮化硅、碳化鎢、橡膠、聚氨酯和各種塑料。
•攪拌磨設計有變速驅動裝置，可用于不同轉速。
•實驗型攪拌磨研磨缸容積從100ml到9.5升，生產型攪拌磨容積從35升到3800升不等。
•所有研磨缸均配有冷卻或加熱夾套。
•可提供密封蓋以便在惰性氣氛下進行研磨。
•研磨介質的選擇取決于幾個因素，其中一些因素是相互關聯的。
•密度。一般來說，高密度介質的效果更好。介質的密度應大于待研磨材料的密度。研磨某些漿料時，可能需要更高密度的介質以防止漂浮。
•初始進料尺寸。較小的介質不能輕易分解大顆粒。
•最終粒徑。當需要超細顆粒時，較小的介質更有效。
•硬度。介質越硬，研磨效率越好，使用壽命越長。
•酸堿度。某些強酸或堿性材料可能與某些金屬介質發生反應。
•顏色。例如，白色材料應保持白色，采用白色研磨球和內襯。
•污染。介質磨損掉的材料不能影響產品，也可以通過磁性分離器、化學或燒結工藝去除。
•成本。貴2-3倍的介質可能會更耐用，有時耐用時間會多出5-6倍，因此從長遠來看，它們的額外成本是值得的。
批量式攪拌磨（圖2）的操作非常簡單。所有物料可直接裝入研磨缸；無需預混預分散。由于頂部開放式研磨缸是固定的，因此可以直接觀察該過程，并且可以隨時修改和增加額外成分。如果材料易碎，最大進料粒徑可達10mm；反之，任何10目以下的材料都可以在本機中加工。
所有“S”型設備均配備泵，可在研磨過程中保持循環，以加速研磨和均勻性，該泵也可用于卸料。
批量式攪拌磨用于加工難以研磨的材料，如碳化鎢、碳化硅和各種金屬。高達30,000 cps的高粘度漿料也可以在批量式攪拌磨中輕松處理好。
循環式攪拌磨（“Q”型設備）
該系統由攪拌磨和預混缸組成，預混缸的容積通常為攪拌磨研磨缸容積的10倍。Q型攪拌磨系統的基本要求之一是高速循環）速率。至少每7-8分鐘將預混缸中的全部物料輸送到攪拌磨中一次。
如此快的速度下，預混的漿料被泵輸送通過密閉介質層。該介質起到動態篩的作用，使細粒快速通過，而較粗的顆粒則沿著更曲折的路徑被研磨得更細。可連續監測漿料（圖4），研磨過程中可隨時向預混缸中添加額外成分，并可精準終止研磨。
循環系統的優點之一是可以用較少的研磨介質和研磨設備處理大量物料。“Q”型攪拌磨的另一個優點是更好的溫度控制，這有兩個原因：
1.混料缸帶有冷卻或加熱夾套，起到散熱片的作用。
2.漿料通過研磨腔的速度非常快（每次20-30秒），因此加熱時間更短。
當研磨腔內襯是塑料或橡膠等導熱不佳的材料時，這些優勢非常重要 。
連續式攪拌磨（“C”或“H”設備）
C型設備最適合連續生產大量物料。H型設備與C型設備的構造相同，但使用更小的介質（2-3mm），且運行速度比C型設備高60-70%。
使用這種類型的工藝是需要一種充分預混的漿料的。漿料通過高而窄的研磨缸底部向上泵送，并從缸頂部排出。特定細度所需的停留時間由泵速控制。
連續式攪拌磨可以串聯設置，使用較大的介質和格柵開口進行粗進料，然后使用較小的介質進行后續單元以實現更細的研磨。
“SD”和“HSA”干法攪拌磨 為什么使用干法攪拌磨？
•工藝經濟性：節能、結構緊湊、易于操作，且維護成本低。
•多功能性：攪拌磨的設計允許修改許多變量以調整不斷變化的規格，并滿足最終產品要求。
•降低運輸成本：在許多濕法工藝中，總重量的50%為液體。
•節能：從濕磨工藝中去除液體不僅涉及另一個工藝步驟，還需大量能耗。
•消除廢液處理過程：根據更嚴格的環境法規，任何廢液（水或溶劑）的處理成本都非常高。
SD攪拌磨使用5毫米至13毫米的研磨球。軸轉速通常在75到500之間。該系列攪拌磨適用于較難研磨的材料，如金屬粉末、金屬碳化物和玻璃。這些機器的進料尺寸可能相當粗，但小于所選的研磨介質。
SD攪拌磨也用于制造彌散強化金屬（DSM）。在這一過程中（稱為機械合金化或冷焊），運動孔隙率導致研磨介質首先將金屬和添加劑破碎成小顆粒，然后將它們攪拌在一起形成團塊。通過重復該過程，各種金屬均勻混合和分散，形成新的合金成分（DSM）。
顏料行業也使用SD攪拌磨對一些顏料進行干磨以進行顯色。
HSA（高速攪拌磨）是近幾年新開發的，采用獨特的專利設計理念，包括新的研磨缸內部配置和側出料篩網，使攪拌磨以更高的速度運行，使用更小的介質，并通過離心力將產品連續的排出攪拌磨。（圖6）
HSA攪拌磨通常使用1-3mm的研磨球在400-1800RPM之間運行。這種高速和增加研磨介質表面積的組合確保了被加工材料的更精細研磨。
HSA攪拌磨通常以連續模式使用。物料由預先設定的進料口從頂部投入攪拌磨，并從研磨缸下部排出。HSA系列攪拌磨通常用于更細的進料（-40目），并用以生產大量微米級超細粉末。應用范圍包括各種礦物質，如碳酸鈣、滑石、硫酸鋇、氧化鐵，以及稻殼灰和粉煤灰。HSA也常用于纖維和聚合物類型的材料。
空氣分級機或篩網可與SD或HSA攪拌磨相結合，形成一個封閉的研磨過程循環。通過不斷取出細粉并重新裝入過大的顆粒，可以實現非常有效的窄分布細磨。（圖7）
陶瓷粉末、鐵氧體、纖維&纖維素、玻璃粉、顏料、食品、金屬粉末、礦物、塑料&橡膠、機械合金化、煤&焦炭、化學品、金屬、氧化物、石墨。
GT是小磨介攪拌磨家族的最新成員。它使用新型研磨齒。這種專利設計消除了軸抖動和攪拌磨振動，同時提供更大的隨機介質運動，以提高研磨效率。該攪拌磨設計用于容納0.2mm至2.0mm的介質。
研磨齒在整個磨腔內提供定向和均勻的介質分布。該磨機可用于連續和循環模式。對于某些陶瓷應用，可以使用無金屬部件進行生產。
介質與物料分離器由一組環組成，之間有適當尺寸的墊片，比舊的楔形絲網更厚。這種新設計大大降低了堵塞。
由于位于研磨腔前端的牢固且寬大的開放式格柵區域，維修和清潔比其他砂磨機要容易得多。從前端打開蓋子很輕松，很容易露出分離器以便進行維修。
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