机械球磨（共7篇）
机械球磨 篇1
随着电子技术的不断发展,传统的金属导电材料因其昂贵的价格及不耐酸碱的性质大大限制了其使用范围。导电高分子复合材料作为新开发的一类新型材料,具有质量轻、耐腐蚀、易加工成型、电阻率可调范围大等优点而备受市场的青睐[1]。石墨作为导电填料,是该领域研究的热点之一,因为石墨具有独特的分子结构和优良的导电性能,在常温下石墨电导率可达到2.5×105s/m,经偶联剂预处理的纳米石墨可以很好地分散在聚合物基体中[2]。此外,石墨的片层状结构可以在机械球磨的作用下被剥离成纳米级薄片,从而提高径厚比,降低逾渗阀值,若将石墨添加到高分子材料中,可较大提高材料的导电性能[3]。
目前国内外对聚合物基体的研究主要集中在PE、PP、PS和ABS等树脂上[4,5],而对于PVC作为导电聚合物基体的研究较少。PVC作为五大通用树脂之一,在复合材料方面具有较大潜能,广西具有丰富的石化资源,目前每年PVC的产量可达十几万吨[6],因此原料充足、价格低廉。
本实验采用自制球磨机,利用外部机械力的作用,使得两相物料之间混合均匀,在二氧化锆球体相互间的冲击、挤压以及摩擦作用下,可以将石墨片层剥离开来,同时还会改变粉末状石墨的比表面积,使固体颗粒的物理性质、细小结构甚至化学性质发生改变[7],这样剥离开的石墨微片可以很好地包裹在PVC基体周围,形成良好的导电通路。在复合材料中PVC作为连续相,石墨作为分散相,两相之间形成“海-岛”结构,使得复合材料的导电性能得到提高。
1 实验部分
1.1 原料及仪器设备
PVC(型号SG-5),青海宜化化工有限公司;石墨粉(AR级),上海华谊集团华源化工有限公司;硅烷(KH570),广州普凡化工有限公司;无水乙醇,西陇化工有限公司。
循环水式球磨机,广西大学自制;平板硫化压力成型机(XLB25-D型),浙江双力集团湖州星力;高绝缘电阻测量仪(ZC46A型),上海安标电子有限公司;多功能数字式四探针测试仪(ST-2258C型),苏州晶格电子有限公司;导热系数测定仪(FD-TC-B型),南京大展机电技术研究所;微机控制人造板万能试验机(MW20A型),济南天辰试验机制造有限公司;DSC热分析仪(DSCQ20型),美国TA仪器公司;TGA热分析仪(TGAQ50 型),美国TA仪器公司;扫描电镜(S-5400N型),日本日立公司。
1.2 样品制备
将硅烷KH570与鳞片石墨粉按1∶50的质量比各称取适量后分散于无水乙醇中,恒温搅拌2h,抽滤后置于105℃烘箱中干燥2h;将预处理的石墨粉与PVC按一定比例置于球磨机中,在二氧化锆球磨下球磨30min,转速为100r/min;经球磨后的混合粉末倒入自制模具中,在165℃下置于平板硫化机上热压15min成型;制备标准样条待用。
1.3 性能测试
电阻率高于105Ω·m用高阻计测量,电阻率低于105Ω·cm用四探针电阻测试仪测量;导热系数用导热仪在(0.005~0)W/(m·K)范围内测试;SEM测试材料断面结构;DSC测试时温度从-10℃ 升至250℃,以20℃/min速率升温,氮气速率30mL/min;TGA测试温度600℃,以20℃/min速率升温,氮气保护。
2 结果与讨论
2.1 石墨含量对复合材料导电性能的影响
石墨具有优良的导电性能,在PVC为基体中,添加石墨可较大程度影响材料的导电性能,在球磨转速100r/min,恒温50℃条件下球磨30min,考察了石墨含量对复合材料电阻率的影响,结果如图1所示。
从图1可以看出,复合材料的电阻率随石墨含量的增加而逐渐下降,当石墨含量达到6%时,复合材料电阻率急剧下降,此时继续增加石墨含量,电阻率下降趋于平缓,直至石墨含量达到20%时,电阻率降低趋势不再明显。从图中可以看出复合材料导电逾渗阀值小于6%,根据导电渗滤理论[8],石墨含量低于6%时,填料相互之间间隔距离较大,没有形成导电所需要的网络链,此时材料的导电性能以隧道效应和场致发射为主导作用[9],而当含量大于6% 时,大量石墨包裹在PVC周围,形成了较好的“海-岛”型结构,从而使PVC复合材料的电阻率急剧下降,若继续增加石墨含量,电阻率下降趋于平缓,这是因为此时已有大量的导电通路,再继续增加填料只能使通路变得紧密,因此电阻率下降就不再明显。若只考虑复合材料导电性能,6%的石墨含量可达要求,但考虑到复合材料的导热性能及力学性能等,取20%石墨含量为宜。
图1不同石墨含量对电阻率的影响
图2不同石墨含量对导热率的影响
2.2 墨含量对复合材料导热性能的影响
导电复合材料通常是应用在外包装材料和集成电路等方面,因此复合材料不仅要具有良好的导电性能,还要有很好的散热性能,实验考察了不同石墨含量对复合材料导热性能的影响,结果如图2所示。
从图2可见,复合材料导热率随石墨含量的增加而逐渐增加,当石墨含量为20%时,复合材料导热率为0.71502W/(m·K),是纯PVC材料的4.5 倍,此时继续增加石墨含量,导热率增加的速度开始变得缓慢。其主要原因是在复合材料中导热主要靠相互间形成连通的导热链[10],在石墨含量较少时,材料内部基本没有连通的导热网络,随着石墨含量的增加,导热网络也逐渐形成,再继续增加填料,只能使网络相互间变得紧密,因此导热率增加缓慢,当石墨含量过大时,反而会使材料变脆,力学性能降低。综合考虑复合材料的导电性能,取20%石墨含量为宜。
2.3 复合材料力学性能研究
PVC属于热塑性树脂,具有较高的力学强度,而在PVC/石墨复合材料中,由于石墨的片层结构,必然会引起材料力学性能的降低。实验制备了不同石墨含量的复合材料,并分别测了其拉伸强度和弯曲强度,结果如图3和图4所示。
图3石墨含量对拉伸强度的影响
图4石墨含量对弯曲强度的影响
从图3可以看出,复合材料的拉伸强度和弯曲强度都是随石墨含量的增加先增加后降低,石墨含量为4%时拉伸强度最大为45.81MPa,石墨含量6% 时弯曲强度最大为40.04MPa,原因是因为石墨与PVC的极性不同,石墨分散在PVC基体中会引起应力集中,从而使材料的力学性能降低;另一方面,少量石墨的加入能够提高材料抗弯强度,继续增加石墨含量,又会使其降低[11]。石墨含量达到20%时拉伸强度和弯曲强度分别是20.63和20.12MPa,复合外包装材料力学强度要求。
2.4 电镜扫描测试
为了讨论PVC/石墨复合材料导电通路的形成及复合材料内部的微观结构,分别对石墨含量为4%和6%的复合材料作了SEM扫描测试,结果如图5和图6所示。
由图5可见,PVC颗粒将石墨颗粒包裹,石墨颗粒相互间没有良好的接触,因此,石墨间并未形成相互连通的网络,许多通路只形成一半便被PVC基体阻隔开。在图6中,已经有大量的通路形成,石墨颗粒相互连接在一起,形成了无数条连通的网络结构,这些网络分别缠绕在PVC颗粒周围,将PVC基体很好地包裹在中间,说明了在渗逾阀值前后复合材料出现电阻率急剧下降是由于材料内部大量导电通路的形成造成的。
2.5 DSC软化点测试
软化点是衡量复合材料软化温度的一个重要指标,在PVC基体中加入石墨,必然会引起复合材料软化点的改变,通过软化点的测试可进一步分析复合材料的热性能。实验分别测试了纯PVC成型材料的软化点和石墨含量为20%复合材料的软化点,结果见图7和图8所示。
由图7可以看出纯PVC的软化点是82.81℃,由图8可见石墨含量为20% 的复合材料的软化点为84.36℃,比纯PVC软化点提高了1.55℃,这说明了石墨的添加适当提高了材料的熔融温度,这有利于工业化的生产。
2.6 TGA热失重分析
通过热重分析,可以知道复合材料的耐热性能,实验对比了纯PVC材料和石墨含量为20%复合材料的TGA分解温度曲线,结果见图9和图10所示。
从图9和图10可看出,纯PVC成型材料的起始分解温度是287.61℃,而石墨含量为20%的复合材料的起始分解温度为295.74℃,相比于纯PVC材料提高了8.13℃,说明通过机械球磨作用在PVC基体中加入石墨复合可以提高成型材料的受热分解温度,提高耐热性能。
图9纯PVC材料的热分解温度
图10石墨含量为20%复合材料的热分解温度
3 结论
通过实验可知,利用机械球磨作用可以制备出逾渗阀值6%的PVC/石墨导电复合材料,复合材料不仅具有良好的导电性能,还兼具了良好的导热性能。通过机械球磨作用,使得PVC与石墨两相物料之间混合均匀,制备的复合材料具有较好的力学性能,符合工业生产要求。添加20%石墨的复合材料电阻率为0.1691Ω·cm,导热率达到0.71502W/(m·K),软化点和热分解温度比纯PVC材料提高了1.55℃和8.13℃,其耐热性能得到了提高,有利于工业化生产的应用。实验工艺简单有效,不会对环境造成污染,通过简单加工就可以提高产品的经济价值。
参考文献
[1]陈运星,贺江平,舒远杰.聚合物/石墨导电纳米复合材料研究进展[J].化工新型材料,2010,38(10):12-14,64.
[2]Zheng G,Wu J,Pan C.Characterizations of expanded graphite/polymer composites prepared by in situ polymerization[J].Carbon,2004,42(14):2839-2847.
[3]应宗荣,刘海生,陈仁康.聚合物/石墨导电纳米复合材料制备方法进[J].中国塑料,2008,22(11):9-14.
[4]张凯,曾敏,雷毅,等.导电高分子材料的进展[J].化工新型材料,2002,30(7):14-15,24.
[5]杨波,陈光顺,李姜.多壁碳纳米管增强炭黑/聚丙烯导电复合材料导电行为[J].复合材料学报,2009,26(4):41-46.
[6]孙承凡.广西PVC产业发展战略展望[J].化工技术与开发,2007,36(6):34-35.
[7]Stauffer D,Aharnoy A.Introduction to percolation theory[M].London:Taylor&Francis,1991,138-145.
[8]叶明泉,贺丽丽,韩爱军.填充复合型导电高分子材料导电机理及导电性能影响因素研究概况[J].化工新型材料,2008,36(11):13-15.
[9]胡祥,李瑞海.高导热系数聚丙烯复合材料的制备及研究[J].塑料科技,2012,40(12):59-63.
[10]彭祖雄,张海燕,陈天立.镀银玻璃微珠/炭纤维填充导电硅橡胶的电磁屏蔽性能[J].高分子材料科学与工程,2011,27(1):88-91.
[11]Guo H L,Wang X F,Qian Q Y,et al.A green approach to the synthesis of graphene nanosheets[J].ACS Nano,2009,3(9):2653-2659.
机械球磨 篇2
碳化硅(SiC)是一种强共价键化合物,具有优异的机械性能(高硬度、高强度、高耐磨性、强抗蠕变性等)和化学稳定性(耐高温、耐腐蚀、耐辐射等),而且热传导率高、膨胀系数小,还具有优异的光电性能,因此,SiC作为工程结构材料和半导体材料已经在高温陶瓷发动机、陶瓷刀具、耐磨材料、抗辐射材料以及国防、航天、通讯等领域得到了广泛的应用。SiC有多种结构,最常见的有六方晶型的α-SiC和立方晶型的β-SiC,其中β-SiC具有更高的硬度(Mohs硬度达9.5以上),更好的韧性和磨削性能,还具有更优异的烧结性能,而且粉体越细,烧结活性越高。超细β-SiC粉体是制备性能优异陶瓷材料和磨削材料的重要原料。为此,人们已经开发了许多合成方法,例如通电加热蒸发法[1]、溶胶凝胶法[2]、热分解法[3]、气相反应法[4,5]、自蔓延高温合成法[6]、聚合物热解法及等离子体辅助化学反应法等。尽管这些方法都能制备出超细SiC粉体,但是每种方法都存在一定的不足,比如生产工艺复杂、设备或原料昂贵,或者生产效率低、难于产业化,或者产物β-SiC中含有大量α-SiC,等等。也有人以SiC粗粉为原料,利用高能球磨法制备了超细SiC粉体[7],但是这种方法首先要使用专门的设备制备出SiC粗粉,需要消耗大量的能源。本实验直接以单质硅和石墨的混合粉为初始原料,使用高能球磨法直接制备了优质的单相β-SiC纳米粉体,设备和生产工艺简单,成本低,产率高,为工业化生产β-SiC纳米粉体提供了一种可行的方法。
2 实验
2.1 试剂与仪器
实验用的单质硅粉纯度分析纯,粒径约为200μm;石墨粉纯度分析纯,粒径小于30μm。
使用GN-2型振动式高能机械球磨机(沈阳市科源机电设备厂),球磨介质是钢罐、钢球;日本Rigaky-D/Max-r A 12kW转靶X射线衍射仪(XRD,CuKα)和日本日立H-8100型透射电子显微镜(加速电压为200kV)进行结构表征。
2.2 实验过程
取硅粉和石墨粉按照摩尔比1∶1制成10g混合粉体,和直径为5~15mm 大小不等的150g钢球一起投入球磨罐内,球料质量比为15∶1。使用真空泵把球磨罐抽成10-3Pa的真空,然后充入一个大气压的Ar气作为保护气体,重复此操作三次,尽可能排掉球磨罐内的氧气,防止硅粉氧化形成二氧化硅。球磨罐转速为600转/分钟, 每隔一定时间取出少量样品进行测试分析。
3 结果与讨论
图1是不同球磨时间得到样品的XRD图。从图中可以看出,高能球磨10h样品的XRD图中石墨的衍射峰完全消失,单质Si的三条最强衍射峰仍然存在,但是已经明显宽化,而且立方相β-SiC的衍射峰清晰出现。这表明此时石墨粉已经完全非晶化,仍有未非晶化的单质Si存在,已有β-SiC纳米粉生成。球磨20h样品的XRD图中,单质硅的衍射峰完全消失,只有晶化产物β-SiC的衍射峰存在,表明此时硅粉和石墨粉已经完全反应生成了β-SiC或者以非晶形式存在于球磨产物中。随着球磨时间的增加,球磨产物β-SiC的衍射峰逐渐宽化,表明晶粒度有变小的趋势。但是球磨产物中α-Fe的含量随球磨时间逐渐增加,球磨80h产物的XRD图中出现了α-Fe的主峰。
使用酸洗和高温煅烧对20h、40h和80h的球磨样品进行除杂处理,首先使用氢氟酸和盐酸的混合溶液洗涤样品,除去残留在样品中的非晶态的单质硅和铁屑,然后在750℃煅烧除去残留的非晶态石墨。除杂后三种样品的失重分别为5.5%,3.2%和5.8%。考虑到初始原料纯度不高,可见球磨20h就可以使硅粉和石墨粉充分反应生成β-SiC,反应率达95%以上,球磨40h以上可以使硅粉和石墨粉基本完全反应,但是随着球磨时间的增加,样品中铁的量会明显增加,球磨80h样品铁的含量能达到3%以上。因此,从生产效率和产率两方面考虑,合成β-SiC纳米粉的最佳球磨时间应该是40h。
根据XRD峰的半高宽使用Scherrer公式d=Kλ/(Bcosθ)对各球磨样品的晶粒尺寸进行了估算,式中d为粒径,K为仪器常数(用铜靶时约为0.89),Cu靶中Kα辐射X射线波长λ=1.54056.,θ为衍射角,B为主峰半高宽对应的弧度值,计算结果分别为,球磨20h、40h和80h得到样品的粒径分别为20nm,12nm和10nm。对比申玉芳[7]等的工作,她们以粒径10μm的SiC粉为初始原料用行星式球磨法制备了平均粒径为523nm的SiC细粉,然而我们制备SiC纳米粉不需要先合成SiC粗料粉,而且得到产物的粒径要小一个数量级以上。
透射电子显微镜可以观测纳米粒子的形态、粒径大小和分布情况等,是一种直观可靠的观测方法。由于纳米粉比表面积大,表面能高,表面的附着力很强,在自然状态下纳米粉一般以降低表面能的团聚状态存在,因此在电镜下很难把团聚态的纳米粉分成一次颗粒,一般观测到的是颗粒度而不一定是晶粒度。对除杂后球磨20h、40h和80h的样品进行了透射电镜测试,图2是该三种样品的透射电镜照片和选区电子衍射图。三种样品的选区电子衍射图基本一致,都为均匀的衍射环,说明晶粒尺寸非常小,衍射环可以标定为立方相β-SiC[8],和XRD的结果完全吻合。再观察三种样品的TEM照片,发现球磨20h样品团聚严重,团聚体粒径不均匀,分布在几十至几百纳米之间;球磨40h样品颗粒为球形,且细小均匀,集中分布在20~50nm之间,分散性较好;球磨80h的样品, 团聚现象又变得较明显,颗粒度不再均匀,分布在50~200nm之间。以上结果表明,球磨40h合成的β-SiC纳米粉为球形颗粒,粒度均匀,分散性最好,进一步表明球磨40h是β-SiC纳米粉的最佳合成时间。
4 结论
首次以单质硅粉和石墨粉为初始原料,使用高能机械球磨法制备出了高质量的纳米β-SiC粉体。通过XRD和TEM等表征手段,发现球磨10h后,石墨粉完全非晶化,大部分硅粉也已经非晶化,而且已经有β-SiC纳米粉生成;球磨20h后,硅粉和石墨粉完全反应生成了单相的β-SiC纳米粉,平均晶粒尺寸约为20nm,但是团聚比较严重;球磨40h后,β-SiC纳米粉的平均晶粒尺寸约为12nm,而且样品分散性较好,为均匀的球形颗粒;继续增加球磨时间,虽然样品晶粒尺寸稍有减小,但是团聚有增长趋势,而且混入铁的量逐渐增加。总之,球磨40h是合成β-SiC纳米粉最佳的时间。
摘要：使用高能机械球磨法,首次以单质硅和石墨的混合粉体为初始原料,制备出了高质量的β-SiC纳米粉体。对球磨产物进行了XRD和TEM等表征,结果表明:球磨10h后,石墨粉完全非晶化,大部分硅粉也已经非晶化,而且已经有β-SiC纳米粉生成;球磨20h后,硅粉和石墨粉完全反应生成了单相的β-SiC纳米粉,平均晶粒尺寸约为20nm,但是团聚比较明显;球磨40h后的样品,平均晶粒尺寸约为12nm,而且样品分散性较好,为均匀的球形颗粒;继续增加球磨时间,虽然样品晶粒尺寸稍有减小,但是团聚又逐渐变明显,而且样品中混入铁的量逐渐增加。
关键词：碳化硅,高能机械球磨,TEM,纳米粉体,晶粒尺寸
参考文献
[1]Z.A.Van,C.T.H.Heerkens,V.A.H.V.Van,et a1.Fabrication and characterization of silicon carbide field-emitterarray[J].Micro Eng,2004,106:73-74.
[2]H.P.Martin,R.Ecke,E.Muller,et al.Syn thesis ofnanocrystalline silicon carbide powders by carbothermal reduc-tion[J].J.Eur.Ceram.Soc,1998(18):1737.
[3]戴学刚,郑国梁,荣金龙,等.等离子体法制备碳化硅超细粉末研究[J].化工冶金,1996,17:310.
[4]J.M.Lihrmann.A model for the formation of nanosized SiCpowders by laser induced gas phase reaction,J Eur Ceram Soc,1994,13:41.
[5]W.R.Cannon,S.C.Daniorth,J.H.Flint,et a1.Sinterableceramic powders from Laser driven reaction:I,process descrip-tion and modeling[J].J Am Ceram Soc,1981,65:324.
[6]D.Kata,J.Lis,R.Pampuch.Combustion synthesis ofmuhiphase powders in the Si-C-N system[J].Solid State Ionics,1997,65:101-103.
[7]申云芳,张振军,邹正光.行星球磨法加工制备SiC超细粉[J].材料导报,2005,19:152-154.
球磨机主轴承的使用经验 篇3
球磨机主轴承是球磨机的重要组成部分, 它支承着整个磨机的重量。主轴承由轴承底座、轴瓦、轴承盖及润滑系统组成, 而轴瓦是其核心零件。主轴承的失效形式主要体现在轴瓦的烧损, 烧瓦被看作是水泥厂的灾难性事故, 因为一旦烧瓦, 处理起来停机时间长, 检修工作量大, 不但影响设备运转率, 还会降低轴瓦的使用寿命。因此, 正确的使用和维护主轴承, 避免出现烧瓦事故以及缩短检修时间等, 对于水泥企业有重要的意义。
1 轴瓦温度高及其温度控制
轴瓦温度受环境及中空轴影响, 环境温度高, 轴瓦的温度会升高, 而中空轴的温度受磨内物料温度、磨内气体温度以及中空轴与轴瓦的润滑状态等影响。降低轴瓦温度的方法有:加大淋油量, 加大轴瓦及稀油站的冷却水量, 筒体淋水等。
目前, 大部分球磨机轴瓦的瓦衬材料为ZCh Sn Sb11-6锡锑轴承合金 (巴氏合金) , 其最高工作温度为150℃, 熔点约为241℃, 但并不是说球磨机的轴瓦就能在150℃下工作, 其允许的工作温度受润滑油的承载能力和巴氏合金的承载能力等的影响, 也就是说, 轴瓦最大工作温度应在润滑油和巴氏合金的允许工作温度范围之内。早期的球磨机用中空轴上的油圈带油润滑, 润滑油为旧牌号的50~70号机械油, 轴瓦的测温点在轴瓦120°端面中部的深孔内, 采用WTZ-288型电接点压力式温度计测温, 允许工作温度为60℃。新式磨机轴瓦测温点在瓦宽度方向中部的端面, 采用WZPM-201端面热电阻测温, 热电阻放在巴氏合金层的下面, 采用XYZ型稀油站或GXYZ型高压稀油站集中润滑, 润滑油为带极压添加剂的N320中负荷闭式工业齿轮油 (L-CKC320) 或N220中负荷闭式工业齿轮油 (L-CKC220) , 轴瓦的允许工作温度为65℃。
因为轴瓦测温点位置特殊, 只能反映局部温度, 在轴瓦局部发热升温, 尤其是新瓦试车时, 不能及时反映整个轴瓦宽度方向的温度情况, 同时, 有时会出现测温装置出现故障, 测温不准的情况。对此, 我们通过现场积累的经验, 采用测温枪测量中空轴表面温度或主轴承回油温度来进行比较。根据经验, 中空轴表面温度一般要比瓦面的温度高10℃~15℃, 而主轴承回油温度比轴瓦温度低5℃左右, 也就是说, 可以控制回油温度在60℃或中空轴表面温度在75℃。另外, 通过用测温枪测量中空轴表面的温度, 我们还会发现中空轴表面的温度差异, 从而判断中空轴与轴瓦的接触是否正常、润滑状态是否正常, 以便作出处理。
目前, 很多润滑油增加了油脂的抗极压和抗磨能力, 并有专门用于球磨机轴瓦的润滑油, 从而提高润滑油的承载能力, 使得轴瓦允许工作温度提高到75℃甚至更高, 这更有利于防止磨机轴瓦温度升高。
2 主轴承烧瓦的原因及预防措施
烧瓦的原因较多, 主要有以下几方面: (1) 设计方面:筒体钢板厚度薄, 容易使筒体产生挠度过大、永久性弯曲和热变形的现象。瓦口间隙设计不合理, 进油不畅或形不成承载油膜等设计缺陷, 也可能构成烧瓦事故; (2) 制造方面:中空轴的径向偏摆大, 两中空轴出厂安装不同心;轴瓦瓦衬浇铸质量差, 在承载区内有较大空洞或离壳现象等; (3) 安装方面, 轴承研刮不当, 轴瓦瓦口间隙小或轴瓦与中空轴的接触不良或轴瓦球面与轴承底座不能灵活摆动, 或者把允许轴瓦在轴承底座内一定范围内摆动 (但不允许轴瓦从轴承底座脱离) 的定位螺栓顶住轴瓦, 使轴瓦不能灵活摆动等; (4) 使用维护方面, 润滑油选用不当, 油的黏度低或抗极压、抗磨能力差等, 轴瓦及稀油站的冷却水量小或进水温度高, 少油、缺油或油脏等, 测温装置失灵导致测温不准, 未能及时发现温度异常等。以上原因中, 大多数企业的主轴承烧瓦是因润滑故障引起的。因此, 应从以下方面加以预防。
(1) 加强润滑管理, 选用合适的润滑油, 并按季节适时换油;同时, 要保持稀油站控制系统的可靠性和灵活性, 使稀油站的供油温度保护和供油压力保护发挥作用, 避免因供油温度高或少油、缺油而引起烧瓦。
(2) 注意主轴承的密封, 防止灰尘进入及润滑油外漏。灰尘进入主轴承后, 不仅会加速轴瓦的磨损, 同时还会使润滑油变质, 降低润滑油的使用寿命。
(3) 保持轴瓦冷却水的畅通, 防止堵塞、漏水造成润滑失效而引起轴瓦过热甚至烧瓦。
(4) 运行中, 一方面要注意轴瓦温度的变化情况, 控制温度在允许范围内, 同时要对中空轴温度、稀油站的供油温度和回油温度等进行比较, 以防止轴瓦测温热电阻失灵, 测温不准而造成烧瓦。中控室操作人员要经常查看电流及轴瓦温度曲线, 及时发现及时处理。
(5) 停磨时, 要用辅传慢转磨机约30min, 以降低轴瓦温度, 等轴瓦温度正常后才停机;停磨时间较长时, 还需在中途开稀油站或高压稀油站的高低压油泵慢转磨机, 以避免磨机筒体在无润滑油的情况下因热胀冷缩而受到阻卡而拉伤轴瓦。为了防止筒体在热态停机时产生过大挠度, 一些厂用千斤顶在磨机筒体中部托住筒体, 也具有一定作用。
一旦发生烧瓦事故, 视程度不同, 我们的处理经验措施是:
轻度烧瓦。指烧瓦时间较短, 瓦面受伤程度较小, 只是局部磨损或出现高点, 磨损并被带出的只是呈片状巴氏合金, 且进油处瓦口间隙没有被堵塞等情况。如按传统处理方法, 必须顶磨取瓦研刮, 既费时也费力。对此, 我们总结出不顶磨取瓦的快速处理方法, 即:辅传慢转磨机, 加大磨机的通风量及烧瓦处的淋油量, 一方面使轴瓦及中空轴快速冷却下来;另一方面则在慢转过程中, 把中空轴表面粘附或烧结的巴氏合金刮去, 并用油石打磨中空轴, 等中空轴温度正常后, 停磨吊出轴承盖, 清理瓦口进出油处的巴氏合金屑 (主要是清理瓦口间隙) , 清洗稀油站回油处滤网及进油过滤网, 油脏时要更换润滑油。然后按正常生产减小投料量启动磨机, 加大烧瓦处的淋油量使磨机在运转中把瓦面产生的高点磨去。运转中要注意控制中空轴表面的温度不超过75℃, 温度高时把磨机停下来, 慢转磨冷却, 等中空轴表面的温度降到30℃再重新启动磨机。经过几次磨合, 就可使高点磨去, 中空轴温度达到正常范围之内。此方法在Φ1.7×2.5m煤磨、Φ2.4×12m和Φ2.6×10m水泥磨等轻度烧瓦时应用过, 只要1~3个程序就可处理好, 效果较好。
重度烧瓦。指烧瓦持续时间长, 烧瓦程度严重, 巴氏合金带出量较多, 进油处瓦口严重堵塞, 中空轴被划出沟槽及整个瓦衬无法再继续使用等。每次重度烧瓦, 轻则要损失0.4~0.7mm巴氏合金, 缩短主轴承轴瓦3~5年的使用寿命, 重则使巴氏合金在高温下软化, 并在中空轴的压力下被挤压出来, 最终导致巴氏合金层报废。如图1。
处理重度烧瓦时, 必须倒出磨内球段, 顶磨取瓦及重新研刮轴瓦, 检修时长。传统的刮瓦方法为25mm×25mm接触点应不少于2~3点, 接触角为60°~90°, 现在, 都采用江旭昌高工发明的新式刮瓦法 (江氏刮瓦法) , 新式刮瓦法省事、省时, 笔者在处理Φ2.6m×13m水泥磨磨尾轴瓦重度烧瓦时, 就采用这种方法, 具体步骤为:把轴瓦宽度方向的两边约30mm倒坡, 接触角30°内不刮, 用砂纸背面打磨光滑即可, 适当加大进油口处的瓦口间隙, 轴瓦球面用砂纸打磨后, 在四周研刮, 中部不研刮等等。经四次与中空轴研配, 就放入轴承底座内加全部球段试车。试车时, 中空轴温度最高处43℃, 大部分温度在38℃, 运行正常时, 中空轴大部分温度为28℃, 局部温度为43℃。
3 轴瓦瓦衬磨损量的控制
由于轴瓦与中空轴之间的润滑属于动压润滑 (一些新磨机采用动静压轴瓦, 也仅在启动或情况危急时采用) , 运行中存在一定的磨损, 再加上安装、使用维护等方面的原因, 可能造成轴瓦瓦衬烧损, 因此, 轴瓦会越用越薄, 一方面使瓦衬的承载能力变差, 另一方面, 磨机筒体的轴线中心会下降, 从而使磨机大小齿轮的中心距和齿顶间隙变小而产生振动, 加剧磨损。实践表明, Φ2.2×6.5m磨机的轴瓦磨损5mm, 齿顶间隙将减小1.18mm, Φ2.4×12m和Φ2.6×13m磨机轴瓦磨损5mm, 齿顶间隙将分别减小1.71mm和1.70mm。所以, 当轴瓦瓦衬的磨损量超过允许值时应予以更换。
球磨机衬板的改造 篇4
传统闭路系统中的球磨机回转部分主要由筒体、隔仓板、一仓衬板、二仓衬板、挡球圈和出料篦板等组成。 隔仓板将筒体分为两仓, 一仓一般使用阶梯衬板满足磨机对研磨体的提升效果;二仓一般使用双曲面衬板满足研磨体由大到小排列的分级效果。 为防止研磨体反分级, 一般在二仓加几圈挡球圈。
2 新型球磨机回转部分结构
传统球磨机回转部分结构存在笨重、研磨效率低及研磨体轴向分级不合理等不足之处。 针对这些不足, 我公司设计了一种新型球磨机回转部分结构。
新型球磨机回转部分筒体只有一个仓, 衬板由中波衬板和翼翅型衬板组成, 见图1。
每个翼翅型衬板带有一定高度的翼翅, 翼翅与筒体素线成16°夹角, 见图2。 翼翅型衬板在磨机的筒体内壁排列成螺旋线, 进料端为双头螺旋线, 出料端为4 头螺旋线, 螺旋线的螺距为5~6m。 螺旋线的旋向是向进料端送料的, 翼翅的方向可以将大球弹向进料端, 其余衬板型式均为中波衬板, 中波衬板提升摩擦系数较大, 对研磨体起到较大的提升作用, 见图3。
3 新型球磨机回转部分结构的优点
1) 磨机回转部分重量减轻。 传统球磨机回转结构设计中阶梯衬板重量约30kg, 双曲面衬板重量约40kg。 新型球磨机回转结构设计中的中波衬板重量只有24kg, 翼翅型衬板重量只有16kg, 另外去掉了较重的隔仓板及挡球圈, 使磨机总重量减轻约15%。
2) 磨机有效容积增大。 改造后的磨机只有一个仓, 磨机有效长度增加250mm; 中波衬板厚度仅55mm, 比阶梯衬板和双曲面衬板最高处薄约90mm。这使得磨机回转部分有效直径和有效容积增大。
3) 研磨体轴向分级合理。 新型球磨机回转部分是由翼翅型衬板的螺旋线排列来实现对研磨体的分级, 使研磨过程中研磨体始终保持着从进料端到出料端其直径由大到小逐渐变化地排列, 螺旋线能消除磨内研磨体在筒体轴向的不合理分布现象, 此结构设计特别适用于配有预粉磨设备的超细水泥研磨。
4) 衬板寿命增加。 翼翅型衬板由底座上伸出一条倾斜一定角度的翼翅, 衬板材质为高铬铸铁, 正常使用情况下, 寿命可达60 000h。
4 新型球磨机回转部分结构的使用效果
在大同、 启新公司的提产改造中使用了该新型球磨机回转结构。 启新公司改造前后参数对比见表1。
球磨机的控制与节电 篇5
1 球磨机与最佳装料量
球磨机是一种连续旋转运行的机械,一边输入原料(石料、煤),一边输出产品(石粉、煤粉)。输入原料用刮板式给料机,改变其转速即可调整给料量。球磨机运行时,滚筒内壁由具有一定形状的护板及离心力作用,将钢球和原料带到一定高度,后沿抛物线落下。钢球和原料连续落到由钢球、原料和料粉组成的混和物层上,将原料撞击成为粉,产生的冲击力传给滚筒,起到激振作用。这是自随机载荷激振,筒体受到这种激振力后的响应,可视为平稳随机振动。其有效值与装料量(料位)有关。装料量不同,滚筒下部的混和物层厚度就不同,如装料量过大,钢球和原料的下落距离变短,撞击动量减小,进而生产过程过长,造成电能浪费;反之装料量过小,则设备出力小,也会使电能浪费。我们通过试验和计算找到最佳装料量,使得球磨机在单位电能消耗下产出的制粉量达到最大(即kg k Wh最大),从而达到节电的目的。
2 装料量测量和压电加速度传感器
多年来人们一直在研究球磨机装料量的测量。因为球磨机是连续运行生产的,滚筒密闭旋转给测量造成困难。曾有人在滚筒进出口用压差信号来反映滚筒中的装煤量,也有人用滚筒声音信号来测量,都因各种干扰问题而未能推广。这里采用压电式加速度传感器测量滚筒运行时受到激振力后产生振动的方法,来测量装料量,实践证明是可行的。如用压电陶瓷传感器和配套电路(输出0~10m A DC)来测量装料量,找到传感器输出电流与装料量的单值对应关系(图1)。图1所示曲线是在沈阳某厂所测。该图显示,完全停止向球磨机供料但仍维持料粉的输出量时,滚筒装料量减少引起的传感器输出电流Ⅰ0变化的情况。此实验有良好的复现性,其灵敏度与球磨机大小有关。
加速度传感器的敏感元件是由石英或钛酸钡等按一定工艺要求制成的压电晶片。在规定的平行平面上施加外力时,晶片发生变形和内部极化,并在受力表面上产生电荷。为了得到较高的灵敏度,常用多片压电晶片组成传感器。如用两片压电晶片并接后构成的压电式传感器如图2a、b所示,电荷放大器原理见图2c。
当晶片受到均匀外力F作用时,金属膜极板上聚集的电荷为
式中:q—电荷
D—压电常数
因晶片为绝缘体,压电传感器在电路中相当于一个电容器(或电荷发生器),电容C为
式中:ε0—真空中介电常数
ε—压电材料的相对介电常数
A——晶片工作面积
δ—晶片厚度,即金属膜板间距离
如图2采用并联接法,电容量大,输出电荷量大,时间常数较大,故适用于信号变化不太快和以电荷量输出的场合,其等效电路可以看成一个与电容并联的电荷源,如图2c,Q=2q。
为放大此信号,采用电荷放大器。
设放大器为理想放大器,则有q=(Cd+C1)Vi+Cf(Vi-V0),又因为V0=-Kvi,故可得得得足够大,例如:K>(108-1014)时,可简化为此式表明,放大器的输出电压与传感器所产生的电荷q成正比,与反馈电容Cf成反比,与输入电路电容无关。导线分布电容及变化也不影响输出。这对仪器的分度和更换电缆都有方便之处。
压电式测振传感器有多种安装位置和方法。这里将测点选择在球磨机的前轴承座上,如图3所示。传感器的安装固定,应注意尽量使传感器的主轴方向与被测振动方向一致。最好用钢制螺栓直接固定,中间不加垫圈等可能减少振动的物体,以得到最高的安装共振频率。
轴承座的振动来自多方面,如传动系统的振动、滚筒质量不平衡的振动、安装几何误差引起的振动、钢球和原料下落撞击筒体的振动等。但各个振源造成的振动,其振动频率和振幅值不同。经过对现场振动信号进行功率曲线分析,可以找到振动信号中频率在1000Hz以上的部分与球磨机装料量有明显的对应关系。在控制和测量时,可适当选择带通滤波器,以便选出能反映球磨机装料量变化的有效信号。
给料机功率曲线和转数见图4。
3 球磨机的节电控制
由于生产过程不同,对于球磨机的控制可以有不同的要求。如发电厂的球磨机是锅炉、汽轮发电机等热工控制对象的一部分,对它的控制应和整个热工过程控制一并考虑。这里仅从节约电能的角度来讨论一下控制方案。
球磨机主轴瓦发热原因及处理 篇6
1 故障分析
造成磨机轴瓦温度高的主要原因：
(1)出磨水泥温度过高，影响到轴瓦温度。
(2)轴瓦温度检测报警回路故障。
(3)润滑油及冷却水系统故障。
(4)轴瓦在安装时没有刮研好。
针对以上分析，我们进行了如下工作：
(1)在中控室检查出磨水泥温度记录曲线，出磨水泥温度在95℃左右，正常。
(2)对热电阻及瓦温仪表进行检查校验，测温装置指示报警正常。
(3)检查稀油站及冷却水系统，润滑油为N320工业齿轮油，油站供油温度在40℃以内，高压泵的供油压力为28MPa, 流量2.3L/min, 低压泵的供油压力为0.3MPa, 流量50L/min, 油站及冷却系统正常，满足轴瓦的冷却需要。
现在故障的焦点集中在轴瓦的刮研质量上。将轴瓦拆除后，发现原轴瓦是按照经验做法刮研，每25×25mm2面积上有4～6个接触点，但这些接触点已几乎被轴颈磨平，使轴颈与轴瓦的受力接触面形成了较为密封无间隙的接合面，从而润滑油不能随磨机轴颈的转动带入到受力面形成油膜来有效地润滑磨机轴颈。当轴颈与轴瓦形成相对干摩擦时，轴瓦的温度升高。
2 解决措施
磨机属于重载低速运转设备，轴瓦的制造材料为巴氏合金，硬度较软。而且轴颈与轴瓦只在受力底部的径向大约90°的范围内接触受力，因而在受力范围内的这种接触点很容易被轴颈磨平，使轴颈与轴瓦干磨。
为了解决这种干摩擦“赶瓦”现象与轴瓦润滑不良的问题，我们对润滑油进入轴瓦的通道进行了改造，也就是在轴瓦的轴衬层面上挖出棱形的油沟槽，见图1。
润滑油进入油沟槽后，运转的磨机轴颈将油带进受力面的轴衬层面上形成油膜，对相对摩擦面进行润滑和降温，使设备能长期正常运行。在止推轴瓦的轴肩上也同样制作出相同的油槽与受力面上的油槽联通，润滑油流到轴肩面上形成油膜进行止推面润滑，而多余的油则流回轴承座油箱，周而复始地循环。
3 结论
球磨机齿轮磨损及对策 篇7
球磨机是化工矿山、冶金以及水泥等行业必备的磨矿设备。在球磨机中, 大齿轮作为其重要的组成部件, 具有安装困难、加工周期长以及尺寸大的特征。就现阶段来看, 很多球磨机齿轮的使用寿命相对较低, 一般介于6到10年之间。而造成球磨机使用寿命偏低的原因则主要是由于齿面磨损所造成, 且磨损的速度越大, 齿轮的寿命就会越短。因此, 分析球磨机齿轮磨损的原因并采取必要的预防措施是现阶段亟待解决的问题之一。
1 球磨机齿轮磨损的原因
1.1 润滑油的选择以及润滑方法的影响
润滑油是保证球磨机齿轮正常运行的主要手段, 此外, 润滑油的使用还可以达到降低噪音和减少磨损的效果。但是, 由于各种因素的影响, 技术人员在选择润滑油的过程中往往较为随意, 并没有注意不同品种润滑油的作用, 也没有根据球磨机的工作情况来进行选择, 对润滑方式也没有予以足够的重视, 这就直接导致齿轮在运转过程中润滑油粘度不足, 难以形成油膜, 使用寿命也受到了一定的影响。此外, 还有少数工厂在选择润滑油时过于随意, 甚至用废机油来代替润滑油, 这种废机油不仅含有水分, 且杂质也比较多, 不仅难以达到润滑的效果, 甚至会导致齿面磨损加剧。因此, 要减小球磨机齿轮的磨损, 必须要选择正确的润滑油和润滑方法。
1.2 传动齿轮端面的密封性不足
球磨机传动齿轮的尺寸一般都较大, 因此设计标准规定, 在齿轮的端面允许一些差值。在现阶段下, 大多数球磨机的传动齿轮都是使用端面加压的加工工艺, 使用这种加工工艺安装的齿轮在使用前期密封性还可以得到保证, 但是在齿轮运转一段时间之后, 由于端面对工业毛毡产生挤压, 就会逐渐导致毛毡的弹性出现失效的情况, 而端面在长期的运行过程中也会受到较大的磨损, 这就导致端面与毛毡之间出现了较大的间隙, 加上球磨机的工作环境大都比较恶劣, 空气中的粉尘颗粒较多, 且球磨筒体也可能会出现漏矿浆的情况;这样, 泄露的矿浆就会附着在润滑油的表面, 随着附着颗粒的逐渐增多, 齿轮之间就会产生局部干摩擦的情况, 齿轮的磨损情况也会越来越严重, 这种情况不仅影响着齿轮的使用寿命, 也加大检修和维修的工作量。
1.3 齿轮硬度的影响
对于齿轮硬度的设计, 国家有着明确的标准要求:大齿轮的硬度必须保证在HB300以上, 小齿轮齿面的硬度必须在HRC45以上。但是在实际的生产过程中, 齿轮的硬度往往难以达到标准规定的要求, 而且用户为了缩短检修时间, 时效处理消除内应力的过程也被迫取消, 那么在使用的过程中, 耐磨性就难以得到保证。
2 球磨机齿轮磨损的对策
2.1 润滑油和润滑方式的选择要科学合理
润滑油的质量以及润滑方式对齿轮之间的传动有着较大的影响, 因此, 选择适合的润滑剂及润滑方式是抑制齿轮磨损的重要方法。在选择润滑剂时, 要注意其粘度和油性。目前我国常用的润滑剂有润滑油、润滑脂、固体润滑剂三种, 后两者与前者相比抗震性好、承载能力强、粘附能力较好, 但是流动性相对较差, 且形成的边界油膜缺乏强度。因此, 在球磨机齿轮抗磨损的选择, 主要以润滑油为主, 润滑油包括齿轮油和机械油, 齿轮油的粘度高、油性好, 其中含有的极性物质较多, 更容易在齿轮传动过程中形成油膜。因此, 齿轮油的应用范围也更加广泛。目前, 齿轮常见的润滑方式包括手工润滑、油池润滑、滴油润滑以及喷射润滑几种方式, 与其他的润滑方式相比而言, 油池润滑方式更加简易方便。因此, 润滑方式的选择建议选择油池润滑。
2.2 提高齿轮的加工精度和齿面硬度
目前我国国内的齿轮加工精度一般为级9-8-8DC和9-9-8DC, 齿面的粗糙度为3.2微米。这种精度和粗糙度已经逐渐难以满足生产的发展;因此, 可以采用适当的工艺和方法降低齿面的粗糙度, 提高齿轮的加工精度, 从而改善润滑效果, 降低齿轮的载荷;此外, 由于我国齿轮的材料一直以ZG45材料为主, 这种材料淬火难度大, 因此齿面的硬度难以保证。因此, 除了提高齿轮的加工精度以外, 还要使用新材料, 提高齿轮的耐磨性以及接触强度。此外, 在齿轮生产完成之后, 可以在其表面进行硬化处理和时效处理消除内应力, 提高齿面的硬度, 提高齿轮的耐磨性。
2.3 做好齿轮检修工作
在齿轮的安装过程中, 要严格按照国家规定的要求来进行, 保证大小齿轮的顶隙、跳动、接触等符合规定的要求。在齿轮后续的运行过程中, 应该对齿轮的工作状态进行定期的检查。当齿轮磨损情况达到上限后, 要及时更换。在更换小齿轮的过程中, 如果齿面较为粗糙, 可以进行人工打磨处理, 以便降低齿轮表面的粗糙度。对于大齿轮, 由于其成本较高, 因此, 待大齿轮的达到使用上限时, 可以对其进行修复或翻面后继续使用, 这不仅延长了大齿轮的使用寿命, 也可以节约备件等一系列的费用。
3 结论
总而言之, 影响球磨机齿轮磨损的原因较多, 为了提高其使用寿命, 安装和检修过程必须严格的按照国家规定进行, 并选用科学合理的润滑剂和润滑方法, 做好密封工作, 并对设备按时进行维护和保养, 按照科学的方法操作设备, 尽量降低设备运行环境中的粉尘污染, 不断提高球磨机齿轮的使用寿命。
摘要：球磨机作为磨矿设备, 在矿山、冶金以及水泥等行业中的应用十分广泛。在球磨机中, 大齿轮作为其重要的组成部件, 具有安装困难、加工周期长以及尺寸大的特征。由于磨损的影响, 其使用寿命也相对较短。影响球磨机齿轮磨损的原因较多, 为了提高其使用寿命, 安装和检修过程必须严格的按照规范进行, 做好密封工作, 并对设备按时进行维护和保养, 按照科学的方法操作设备, 尽量降低设备运行环境中的粉尘污染, 并选用科学合理的润滑剂和润滑方法。下面就根据球磨机齿轮磨损的原因以及应对方法的要点进行详细的探讨。
关键词：球磨机齿轮,磨损原因,对策
参考文献
[1]曹德锋, 李建清.减少球磨机齿轮磨损的措施[期刊论文].设备管理与维修, 2005 (5) .
[2]李润莲.球磨机齿轮传动的润滑分析[期刊论文].矿业快报, 2005, 6 (6) .
[3]卢启礼.球磨机传动齿轮磨损原因及对策[期刊论文], 华东电力, 2001 (9) .