第四章粉碎和筛分《炭素》教学素材.ppt

第四章 煅后焦（煤）粉碎和筛分 4.1 概述（有关粉碎和筛分的基本概念） 4.2 物料粉碎理论 4.3 物料粉碎评价指标 4.4 物料粉碎的方法及粉碎设备 4.5 筛分分级工艺 4.6 筛分分级设备 4.1 概述 在炭素及电炭制品工业中，煅后焦（煤）必须经过粉碎和筛分工序，才能获得配料所需的不同粒级。根据固体物料粉碎后的尺寸大小不同，将粉碎分为破碎与粉磨两阶段。将大块物料破裂成小块物料的过程称为破碎；将小块物料磨成细粉的过程称为粉磨。 粉碎通常按以下方式加以划分： 在炭素材料生产中，通常把粉碎操作分为三个级别： 1）粗碎（或称预碎）：由200mm左右的大块物料破碎到50～70mm（一般指原料在进入煅烧炉前的破碎）。 2）中碎：由50mm左右块度的物料破碎到1～20mm（一般指煅后料进一步破碎到配料所需的粒度）。 3）磨粉（或称细磨）：将1mm左右的物料磨到0.075mm以下。 各种碳块及糊料都是由不同粒度的颗粒组成的。所以，碳块及糊料的性能在很大程度上取决于所采用的原料粒度大小、数量、形状和表面状况等特性。因此，煅后焦（煤）的粉碎和筛分工艺，在碳块和糊料的生产过程中占有重要地位，是主要生产工序之一。 炭素制品生产中粉碎、筛分分级流程如下 4.2 物料粉碎理论 粉碎理论主要是研究物料粉碎过程中能量消耗问题。而能量消耗与很多因素有关，如物料的物理力学性质、几何形状、粒度大小及其分布规律，采用的破碎方法，粉碎时各物料间的相对位置等。所以想建立一个严密完整的数学解析式来求解粉碎物料消耗的能量是很困难的。现介绍几种粉碎理论，但不完备，在某些情况下，必须同时应用一些实际资料作参考。 准确地估计粉碎在某一种物料需要的能量是不可能的，从不同角度提出的以实验为基础的理论，常被引用的有“表面积假说”、“体积假说”、“裂纹假说”。 1）表面积假说 粉碎过程所消耗地功，与被粉碎地物料新增加的表面积成正比。粉碎1kg物料所需的能量，可用下式计算： W＝294·〔A1K/ρ〕·（1/d－1/D） (KJ/kg) ＝0.0816·〔A1K/ρ〕·（1/d－1/D） （KW·h/kg） 式中：A1——粉碎时每产生单位破碎碎面消耗的粉碎功（KW·h/kg）； ρ——物料的密度（kg/m3）； d——粉碎后物料粒径（m）； D——粉碎前物料粒径（m）； K——物料颗粒不规则形状修正系数，它与物料的物理性质和粉碎方法有关，根据实验K值为1.2－1.7。 表面积假说主要是从粉碎物料新生成表面的多少来推导能量消耗量的，它忽略了被粉碎物料的内部结构及物理力学性质，因此它对于近似均质，各向同性物料的粉磨过程比较适用。但大多数物料为非均质各向异性的，它们的晶体结构等特性又是各种各样的，所以这时用表面积假说来确定粉碎所消耗的能量是不可能准确的，所以表面积假说在实际应用中受到限制。 2）体积假说 在相同的技术条件下，使几何体相似的同类物料的形状发生同一变化所需的功，与物料的体积或质量成正比。 当物体受外力时，必然在内部产生应力。随外力的增加，物体的应力及变形随着加大，应力达到物料的强度极限时，外力稍微增加就能使物料发生破坏。对于脆性物料来说，这种应力与变形的关系，在实际运算中往往取它的应力——应变图上曲线所对应的弦来表示。这是假定被破碎物料受到外力后的变形符合直线变形原则。故可导出粉碎功与体积成比例的表达式。 设物料沿压力的作用方向为等截面体，根据虎克定律可推导出物体变形所需功为： A=σ2V/2E （3—7） 式中：A——物体变形所需功； σ——物体变形产生的应力； E——物体的弹性模数； V——变形物体的体积。 3）裂纹理论（邦德理论） (又称为物料粉碎第三假说，是邦德在他提出的第一原理和第二原理基础上建立起来的)。 邦德第一原理指出，粉碎过程中的能耗是入料的累积能耗与产品的累积能耗的差值。累积能耗指，将一块理论上无限大的物体，粉碎到一定粒度时，单位质量产品消耗的总能量。所以任何物质都具有累积能耗，其值随颗粒粒度的减小而增加。 邦德第二原理指出，分速的能耗与裂纹长度成正比，对那些形状规则并相似的颗粒物料来说，单位体积内物料的裂纹长度与颗粒直径的平方根成反比。 根据上述原理，邦德提出：在粉碎过程中，有用功与新产生的裂纹总长度成正比，与颗粒“直径”平方根成反比（因为裂纹长度与产品颗粒“直径”平方根成反比）。其表达式为： A＝ 式中：A——粉碎单位质量（或单位体积）物料所需功（KW·h/t）； D——粉碎前物料尺寸（μm即微米）； d——粉碎后物料尺寸（μm）；