球磨參數對磁性材料粒徑分布的影響

陳 靜 王 凡 錢有軍

(中鋼集團安徽天源科技股份有限公司)

球磨參數對磁性材料粒徑分布的影響

陳 靜 王 凡 錢有軍

(中鋼集團安徽天源科技股份有限公司)

通過對磁性材料鐵氧體球磨工藝中球磨參數的研究，分析了球磨機轉速、球磨時間、磨球直徑、球料比等球磨參數對粒徑分布的影響。分析研究結果表明：自制等比例縮小球磨機的較優球磨磁性材料參數磨機轉速為75 r/min，球磨時間為14 h，磨球直徑為6.0 mm，球料質量(裝球量為10 kg)比為12.5∶1。

球磨 磁性材料 粒徑分布 磨機轉速 球磨時間 磨球直徑

球磨機在球磨過程中由于參數與變量較多，加上不易對筒體內球磨工況進行觀察，對該工藝的研究一直存在困難[1-2]。長期以來，國內外研究學者在球磨機理上做了很多研究，但由于大多數研究都是基于一定的假設之下，且命題都存在一定的局限性，如對磨球介質的瀉落過程研究，磨球被當做一個相對獨立的質點，如基本的磨球最佳球徑都只能靠一些經驗公式來求解，這些現狀都為球磨研究帶來了挑戰，球磨的研究仍然任重而道遠。

1 試驗設計

試驗設備主要有自制球磨機(0.2 m×0.25 m)、Mastersizer 2000激光粒度儀，其中自制球磨機按生產球磨機等比例縮小。

1.1 球磨轉速對粒徑分布的影響

球磨機轉速直接影響磨球在筒內的運動狀態，轉速過快，磨球附著在磨筒內壁，失去粉碎作用；轉速太慢，低于臨界轉速太多，磨球在磨筒內上升不高就下落，粉碎作用很??；當轉速適當時，磨球緊貼在筒壁上，經過一段距離，磨球離開筒壁下落，給粉料以最大的沖擊與研磨作用，具有最高的粉碎效率。

表1 球磨轉速對粒徑分布的影響

由表1可知，隨著球磨轉速提高，磁性鐵氧體粉料整體粒徑呈下降趨勢，分布寬度也呈現出相對下降趨勢，但當球磨轉速為85 r/min(90%臨界轉速nc)時，分布寬度卻隨之上升，分析主要原因為，隨著球磨轉速達到80 r/min后，粗顆?；疽淹瓿闪思毮スぷ?，轉速再提升使得細顆粒更細，而相對的D90下降幅度細微，導致粒徑分布相對變寬。

根據試驗結果，并依據磁性材料鐵氧體整體工藝條件，考慮能耗、后段壓型工藝、器件磁性能方面等選定最佳球磨轉速為75 r/min，后續試驗均采用球磨轉速75 r/min。

1.2 球磨時間對粒徑分布的影響

球磨時間是影響粒徑分布的關鍵指標，更是控制能耗的重要參數，試驗采用10 kg直徑6.0 mm鋼球，球料質量比為12.5∶1，料水質量比為1∶1.4，分別進行8、10、12、14、16 h球磨，試驗結果見表2。

表2 球磨時間對粒徑分布的影響

由表2可知，當球磨時間達到14 h時，粒徑分布呈現出轉折性下降，當繼續延長球磨時間，粒徑分布受球磨時間影響不大，考慮到能耗問題，后序試驗最佳球磨時間為14 h。

1.3 磨球粒徑對粒徑分布的影響

磨球的破碎力決定著解離粉料的程度，磨球的尺寸是球磨的關鍵因素之一。試驗采用直徑分別為 4.8、6.0、8.0 mm以及混合鋼球(鋼球質量均為10 kg)，球料質量比為12.5∶1，料水質量比為1∶1.4進行14 h球磨，試驗結果見表3。

表3 磨球粒徑對粒徑分布的影響

由表3可知，磨球直徑越大，顆粒球磨效果越差，綜合平均粒徑D50及分布寬度考慮，較優磨球粒徑為6.0 mm及4.8 mm+8.0 mm(1∶1)混合球，現場放大前有必要繼續探討混合磨球的影響，以找尋到能耗小、球磨效果好的最佳磨球參數適應生產，該試驗室項目后期球磨參數探討采取6.0 mm為最佳磨球直徑。

1.4 球料比對粒徑分布的影響

裝料量的多少直接影響球磨效率，試驗采用10 kg直徑 6.0 mm鋼球，球料質量比分別為100∶6、100∶7、100∶8、100∶9、100∶10，料水質量比為1∶1.4進行14 h球磨，試驗結果見表4。

表4 球料比對粒徑分布的影響

由表4可知，并不是裝料量越少球磨就越充分，裝料量過少會導致整個球磨罐腔體填充率不夠，球料整體運動路徑變長，球磨時間一定路徑增長導致料粉顆粒球磨周期相對減少，當裝料量過多，外界提供能量固定，能量達不到所需時，效率必然下降，所以存在最佳的裝料量；根據試驗結果，確定最佳球料比為100∶8。

1.5 較優參數試驗

根據試驗室探索的各球磨參數的較優條件組合進行了四組平行試驗，試驗采用10 kg直徑為6.0 mm鋼球，球料質量比為12.5∶1，料水質量比為 1∶1.4進行14 h球磨。試驗結果見表5，Mastersizer 2000測試結果見圖1。

表5 較優參數試驗結果

由表5可知，最優參數可以較穩定的復現試驗結果，且D50穩定在1.1 μm左右、分布寬度穩定在1.2左右，使得D50在滿足需求的基礎上，同時保證了分布寬度，此試驗條件可選定為較優試驗參數。

試驗較優參數的激光粒度測試結果見圖1。

圖1 Mastersizer 2000測試結果

由圖1可知，測試結果峰型較好，D50在1.1 μm左右、分布寬度在1.2左右。

2 結 語

通過試驗室級別的球磨參數探討，得到了自制等比例縮小球磨機(0.2 m×0.25 m)的較優球磨磁性材料參數，其磨球直徑為6.0 mm，球磨時間為 14 h，球料質量比為12.5∶1，料水質量比為1∶1.4，為現場生產提供了基礎數據，后期將做放大試驗，做到節能降耗提高球磨效率。

[1] 嚴 密，彭曉領.磁學基礎與磁性材料[M].杭州：浙江大學出版社，2006.

[2] 蔡小舒，蘇明旭，沈建琪，等.顆粒粒度測量技術及應用[M].北京：化學工業出版社，2010.

[3] 謝瑞兵，張云程，余 麗.永磁鐵氧體料漿制備工藝概述[J].磁性材料及器件，2011，42(2)：73-77.

[4] 許 偉，吳照銀，唐新民.半自磨加球磨改造方案的研究[J].冶金設備，2007，164(4)：38-43.

[5] 楊粉榮，文洪杰，鐘 勤.幾種粒度測定方法的比較[J].物理測試，2005，23(5)：36-40.

2015-09-08)

陳 靜(1986—)，女，工程師，碩士，243000 安徽省馬鞍山市霍里山大道南段9號。