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砂磨機研磨介質的選擇與注意事項

一、研磨珠的選擇：

隨著物料的細度要求越來越高，砂磨機的使用也愈來愈普遍，而市場上的研磨介質也比較多，如何選擇一種比較適合自身生產工藝和條件的研磨介質，是一件比較關鍵和費神的事。下面就以下幾方面作簡單的分析。

1、化學組成

研磨介質按材料的不同可分為玻璃珠，陶瓷珠（包括硅酸鋯珠、二氧化鋯珠，二氧化鋁珠，稀土金屬穩定的二氧化鋯珠等）、鋼珠等。

由于化學組成及制造工藝的差異決定了研磨珠的晶體結構，致密的晶體結構保證了珠子的高強度，高耐磨性和低吸油墨等。各種成份的百分比含量的不同決定了研磨珠的比重，高比重為研磨高效率提供了保證；研磨珠的化學組成在研磨過程中的自然磨損對漿料的性能會有一定的影響，所以除了考慮低磨損率外，顧忌的化學元素也是要考慮的因素。如研磨磁帶粉或其他電子元件漿料，金屬fe、cu 等元素應避免，含有fe2o3 或cuso4 等成份的研磨珠就不在選擇之列，故選擇鋯珠往往是此行業的普遍選擇；如研磨農藥、醫藥和生化方面，重金屬為顧忌元素，而pbo為最常見的成分。

總之，珠子的化學組成所決定的一些物理性能（硬度、密度、耐磨性）和本身的磨耗對漿料的污染情況是選擇研磨介質要考慮的因素。

2、物理性能：

2.1研磨珠的密度

密度在通常的文件中是以比重（真比重）和散重（假比重）來表示，各種氧化物的分子量和百分組成決定了研磨的密度，常用的研磨的密度如表一所示。

表一

通常情況下，比重越大的研磨珠，沖量越大，研磨效率越高，而對砂磨機的接觸件（內缸、分散盤等）磨損相對比較大，所以漿料的粘度和流量的配合成為關健。低密度研磨珠適合低粘度的漿料，高密度的研磨珠適合高粘度的漿料。

2.2 研磨珠的硬度

莫氏硬度（mohs）為常用的指標，硬度越大的研磨珠，珠子的磨損率理論上越低。常用的研磨珠及其他材料的硬度如表二所示。

如從研磨珠對砂磨機的接觸件（分散碟、棒銷和內缸等）磨損情況來看，硬度大的研磨珠對接觸件的磨耗性雖大些，但可通過調節珠的填充量，漿料的粘度、流量等參數以達最佳優化點。

表二

2.3 研磨珠的粒徑

研磨珠的大小決定了研磨珠和物料的接觸點的多少，粒徑小的珠子在相同的容積下接觸點越多，理論上研磨效率也越高；另一方面，在研磨初試顆粒比較大的物料時，例如對于100微米的漿料，d=1mm的珠子未必勝用，原因是小珠子的沖量達不到充分研磨分散的能量，此時應采用粒徑較大的珠子。

3、首次使用研磨介質的注意事項

3.1.依物料的粘度高低選擇鋯珠或玻璃珠

3.2.依原料顆粒大小和產品所要求的細度選擇合適尺寸的珠子。

3.3.檢查研磨機的分離器或篩網孔徑是否設定選擇合適，間隙應為最小珠子直徑的三分之一。例如：使用 1.2～1.4 mm 的珠，間隙應為 0.4 mm 。

3.4.盡量避免在干態下開啟研磨機，造成珠子和配件的不必要損耗。

3.5.不同品牌珠子不可混合使用。

3.6.盡量避免大小珠子的混合使用。

4、如何確定鋯珠的粒徑：

4.1.研磨設備的要求：

1）篩網分離：珠子的最小直徑=篩網的縫隙*1.5；

2）環式分離：珠子的最小直徑=環的縫隙*3；

4.2.工藝要求：

1）物料的初始直徑：珠子的最小直徑=物料初始直徑*30~50；

2）物料的最終直徑=珠子的直徑。

4.3.珠子直徑1.5mm是較佳的選擇。

二、研磨珠的破碎

我們選擇好研磨珠后，如何正確使用它，避免研磨珠的破碎，盡量延長研磨介質和砂磨機接觸件的壽命。

1、碎珠產生的原因

市場上現流行的玻璃珠、硅酸鋯珠和純鋯珠，就生產工藝來說，基本上為電熔法和燒結法兩種。珠子在熱空氣、冷空氣或電解液中成型，如在某一關健技術參數沒控制好，就會產生如下的易碎珠：

　　1.1、 氣泡珠

　　1.2、 雪人珠

　　1.3、 尾巴珠

　　1.4、 扁平（橢圓）珠

以上珠子因帶有應力集中區域，在研磨當中容易破碎，故選擇珠子時，應盡量避免此類珠子。

2、珠子的正常磨耗和破碎的判斷

通常情況下，工作一段時間的研磨珠變小，表面圓滑而不帶棱角，這應是正常珠子的磨耗；相反，如珠子當中出現帶棱角、片狀異形珠時這應是產生了碎珠。

3、碎珠產生原因

就珠子本身而言，一方面是珠子的質量問題，另一方面或者是此種材料的珠子強度不能勝用某種型號的砂磨機。如瑞士的dyno-mill ecm臥式砂磨機和德國drais的dcp立式砂磨機，因輸入的能量密度比較高，通常建議使用純鋯珠。

另外，研磨珠在砂磨機正常工作下，以受到大約1公斤的壓力，相對玻璃珠能承受約5000公斤力和硅酸鋯珠9000公斤而言，研磨珠在砂磨機中的受力是微不足道的，所以碎珠的原因應集中在設備上和工藝上，而采取相應的解決辦法。

4、碎珠解決途徑

　　a. 設備方面

　　1）. 分散盤：分散盤裝反、松動或裂損。

　　2）. 分離裝置：動態篩圈有缺口，篩網破損。

　　3）. 進料泵：齒輪泵突然關掉后，砂磨機內壓力將珠子反壓到泵內。可以通過加裝單向閥盡量避免，同時保持定期清洗進料泵。

　　4）. 內缸：內缸有缺陷點。

　　b. 生產操作方面：

　　1）. 大小珠子混合使用：此種情況剛開始有提高研磨效率的跡象，但隨著研磨時間的加長，產生了大珠磨小珠的情形，最后加快小珠的變形以至破碎。解決方法是盡量使用粒徑均一的珠子。

　　2）. 不同品牌珠子的混合使用：因各種珠子的硬度、密度等不一致，容易產生硬珠子吃軟珠子的情形，故應杜絕此種形式。

　　3）. 漿料的粘度過稀或過凋：相對一定密度的研磨珠而言，如此容易造成珠子的堆積和直接接觸砂磨機的磨損件而加快珠子的磨損和破碎。

　　4）. 物料的流量過快：這樣會造成珠子積壓在物料出口處，而加快此處的珠子與砂磨機配件的磨損。解決方法是先采用間歇開機的方法將積壓研磨珠弄松，并重新分布均勻，再調節物料的流量。

     c.其他原因。

5、如何解決研磨珠的破碎

首先鑒別“破碎”珠的樣子，如果顆粒較為圓滑，而不是象碎玻璃片那樣有尖棱角的，這其實是自然磨損的珠子。這些珠子可能會被磨成各種形狀如盤狀，橢圓形，或者是變小的球形。這種情況可稱作磨耗，只是磨損程度不同而已。

從受力角度來看，分散盤傳遞能量給珠子時，如果液體粘度很低，例如當用溶劑或水清洗砂磨機時，物料的推力不夠大，而珠子便有可能接觸到分散盤而產生破碎。這便是我們建議盡量縮短清洗時間的一重要原因。如果是用低粘度液體清洗機器的話，珠子也會磨損別的珠子或砂磨機的接觸部件。為使研磨珠、砂磨機獲得最長的使用壽命，最好使用樹脂進行清洗并在生產過程中維持足夠的物料粘度。

許多人碰到倒掉舊珠子裝入新珠試車后碎珠。下面就這個問題進行分析并探討解決辦法。

1）. 砂磨機內部接觸件安裝不正確：分散盤松動或分散盤邊緣有尖角，砂磨機內部有異物，閥門內部松動等，這些情況都可能造成研磨珠破碎。

2）. 砂磨機接觸件磨損或未正確安裝：動態分離器或篩網可能已磨損、篩網可能破開了或裝反了，如果因此研磨介質通過了分離器而進入送料泵內，泵在被堵死或停機之前便會將珠子壓碎。

3）. 背壓：當送料泵關掉時，砂磨機內的殘余壓力將珠子壓入泵內，這樣當泵再次啟動時，它便會壓碎這些珠子。單向閥不一定可靠且有時允許珠子在閥門關閉之前通過。

4）. 研磨珠積壓：如果研磨珠堆積在砂磨機底部或工作泵過快的轉速導致研磨珠都被集中到臥式砂磨機的出口處，便會導致這種情況。解決辦法是啟動砂磨機時以開—關—開—關的點動方式先把積壓的研磨珠弄松。

5）. 分散盤磨損：這種情況可能會較難確定。磨損的分散盤邊緣被磨得很凹凸不平，而分散盤邊緣是分散盤轉動線速度最大的地方且可能會形成較強的渦流。

另外對于立式研磨機，研磨珠因自重集中到下部分散盤的邊緣附近。所有這些因素綜合起來，便有可能造成研磨珠破碎。分散盤的磨損過大很大程度由于送料泵轉速過慢、研磨珠密度過大造成。可以通過更換磨損厲害的部件，再裝入同一批次的研磨珠來解決這個問題。

6）. 將不同廠家生產的研磨珠混用。在密度方面不同廠家的產品可能是不同的。這樣做便會加劇珠子之間的互相磨損。解決的辦法就是絕對不要混用不同廠家的研磨珠。如果懷疑已有混用，那就只能將它們全部倒掉。

7）. 因為不小心將用過的舊珠子添加到砂磨機中。

8. 垃圾或一些小的已磨損珠子：經常會有垃圾或一些細小的已磨損的珠子附在篩網上、軸上、支架上，或其它一些機器內角落里。當加入新研磨珠時，這些小東西可能會從附著位置松脫混入到新添的珠子里。這樣便會造成新珠子馬上就有破碎的錯覺，而其實您看到的只是以前的一些自然磨損的珠子。如果問題不是太大的話，可以讓這些小東西在一定時間后自然排出。否則，您就必須徹底倒掉舊珠子，換入新的研磨珠。

 9）.清洗珠子可依配方選擇水、溶液或樹脂清洗；清洗時應保持低速，應按研磨機“啟動－關閉”鍵作間歇式清洗。

6、添補研磨介質的原理

如發現研磨機的研磨效率降低，是添加珠子的可能信號。

用戶可依本身的工藝條件，掌握珠子的實際的損耗率，而作定期的篩珠和添加。

將過細的珠子用篩子篩出，篩網大小為珠子直徑的三分之二

(例如：使用 1.2～1.4 mm 的珠篩網應為 0.8 mm)， 再添加上差額珠子。

 7、如何添補研磨介質

由于珠子的自然損耗，珠子的粒徑會越來越小，為了保持統一的填充量和避免細珠子堵塞或進入分離裝置，應依研磨介質的壽命和用戶本身工藝的條件來篩珠和補充一定量的研磨介質。建議 100 — 200 工作小時后篩珠和添加適量的新珠子。

三、研磨介質發展趨勢：

研磨介質市場上存在各種的研磨球（珠），如何向用戶推薦合適的介質以及用戶本身如何選擇最佳介質，已成為研磨行業不可忽視的問題。本文試從市場取向上作如下幾點闡述：

1、粒徑愈用愈小

研磨設備從全球第一臺使用粒徑較大研磨球的攪拌式球磨機（attritor）誕生，發展到使用粒徑較小的研磨珠的立式砂磨機、臥式砂磨機以及各種帶改良功能的超細研磨新一代砂磨機，使用的研磨介質的粒徑愈來愈小。其主要有兩個推動原因：

◆ 物料研磨最終細度微米化 ：由于研磨機內的物料是通過運動中的研磨介質的接觸作分散和研磨，研磨介質粒徑越小而接觸點越多，最后達到較高的研磨效果及較小的研磨細度。例如某一品牌粒徑為2mm硅酸鋯珠，每升約為20,000顆，而粒徑為1mm的顆粒達到約80,000，后者是前者的4倍。當使用較大粒徑鋯珠對某一產品進行研磨時，無論經過多少道的砂磨，物料的粒徑始終未能達到要求的細度 ；而當改用粒徑較小的研磨珠時，效果即得到明顯的提高。

◆ 砂磨機分離裝置的改進使用超細研磨珠成為可能 : 允許使用的最小研磨珠粒徑已成為評衡砂磨機質量檔次的一重要指標。分離裝置設計和制作材料的每一次革命，都帶來了使用研磨珠顆粒變小的一次飛躍。分離裝置從靜止傳統的扁平nickel網到帶三角橫梁的johnson網以及到動態的環式分離器和套筒式cartridge網，除使用壽命延長之外，能使用研磨介質的粒徑越來越小，而同時又不明顯影響物料的流量。套筒式cartridge網的代表（如美國premier的速寶磨）所用的最小珠子達到0.2mm; 環式分離器的代表（如瑞士的dyno-mill實驗室型）可用珠子粒徑也可達到0.2mm。而瑞士buhler公司開始研制的離心式分離裝置，使分離原理從區分珠子粒徑大小轉為區分珠子密度大小，而使研磨珠的最小粒徑推向新的極限。

2、比重愈用愈大

通用研磨珠比較

從上表可知，通用的研磨珠如玻璃珠、石珠、硅酸鋯珠、純鋯珠和鉻鋼珠的比重依次遞增，而它們的硬度、抗壓強度和耐磨性除鉻鋼珠外也依次增大。從動力學公式p=mv可知，珠子的沖量p與珠子的質量m成正比，密度越大的珠子運動能量就越大，研磨效率也相對越高。

由于韌性較高的無機顏料（如碳黑、酞青藍、氧化鐵等）需要超細研磨，加之要追求更高的研磨效率和理想的光澤度，使用高密度的研磨珠業已成為一條解決途徑。而砂磨機生產商又配合了這一要求，主要有以下兩點原因使之成為可能：

◆ 高輸入能量密度砂磨機的產生：現代砂磨機的發展趨勢之一是研磨缸的體積變小，而配置的馬達功率變大，所輸入能量密度就急劇增大。相關對照參數如下表所示。

由上表得知，現代砂磨機的能量密度為傳統砂磨機的4倍甚至更多。這就使得有效帶動高密度的研磨珠（如純鋯珠）成為可能。同時因研磨區域的高能量分布，只有高抗壓強度和耐磨的研磨介質（如純鋯珠）才能勝用。

◆ 砂磨機接觸件材質質量的提高 ：砂磨機的接觸件（如內缸、分散碟、棒銷和分離裝置等）采用了堅硬耐磨的硬質合金（如碳化鎢）及陶瓷（如碳化硅、氧化鋯等）等高性能的材料，可抵擋因如純鋯珠本身高能量和高硬度的沖擊和摩擦所帶來的磨損。

3、珠的粒徑偏差愈來愈小

對于砂磨機，均勻粒徑的研磨珠體現出其優越性，一方面是對物料細度的狹窄分布有一定貢獻，另一面是大大減小碎珠的產生而減少砂磨機接觸件的磨損和避免對產品的污染。如今市場上通用的耐諾研磨介質粒徑偏差保持在0.2mm。均勻的珠子因制作工藝較復雜，所以市場價格也相對較高。

綜上所述，需研磨產品的多樣性及生產工藝的復雜性，決定了研磨介質的多樣性。多種研磨珠，如玻璃珠、石珠、硅酸鋯珠、純鋯珠以及鉻鋼珠可和諧共存，不同的只是所占市場份額多寡而已。

四、其他

 1、鋯珠的標準： 

2、鋯珠的粒徑規格：

3、安全裝置

進口處裝有接觸式壓力計，出口處裝有接觸式溫度計，鄰近感應開關防止在沒有安裝研磨缸或前蓋的情況下將機器開動。鄰近電容開關用于監察機械密封中的清洗液液面，接觸式壓力計用于監察軸密封的壓力。