1 振動粉磨技術

　　振動磨的最早雛形是一種同心圓的多室磨，由德國FASTING公司1910年發(fā)明。但真正意義上的第一臺振動磨直到1949年才由SIEBTE-CHNIK公司制造，為單筒體結構，容積0.6L，采用間歇式粉磨。50~60年代，振動磨發(fā)展為多筒式，其結構幾乎包括2~6筒體的所有布置形式，設備最大容積也突破1000L。1962年，德國KHD、WEUAG公司研制的65U型以偏心體作激振器的振動磨，是當時生產(chǎn)能力較大的機型，有效容積達到2000L，以產(chǎn)品細度43µm（325目）計的臺時產(chǎn)量達2.5 t/h，功率130kW，依賴產(chǎn)量和細度的優(yōu)勢，其市場覆蓋面在十年中即達50多個國家。這種由電機驅(qū)動偏心體飛速旋轉(zhuǎn)帶動磨體振動的激振方式，為各國后來所仿效。受其啟發(fā)，德國Lurgi公司與南非合作也采用激振方法研制出離心式振動磨，粉磨細度可＜40µm。同期進行研制的還有強制通入壓縮空氣的氣流式振動磨、雙腔式振動磨等等。自此，以細磨為目的的振動粉磨技術，不僅在德國迅速發(fā)展，尤其以Humboldt公司的Palla型和KHD公司的50U、65U型等產(chǎn)品最為著名，而且也成為歐美國家的重要研究內(nèi)容和應用形式。

　　美國Ails-CHAIMERS公司在50年代中期研制的CHLMERS單筒振動磨，筒體直徑突破了通常的0.5m，達到Φ1.03m，采用雙電機驅(qū)動，最大容積為880L，其他型式多從德國引進。英國的振動磨大部分為引進德國Palla型、VAR10型和AUBEMA型等技術生產(chǎn)，其應用基本分割了國內(nèi)超細粉體加工的主要市場。

　　前蘇聯(lián)對振動磨的研究重點傾向于設備的大型化，從1952年~1968年相繼研制的2700L、4000L甚至15000L等大容積振動磨均見諸報導，有效容積大幅度突破了國際當時最大不足2000L的局限。但見于文字的工業(yè)應用仍只介于2000L以內(nèi)，例如M1000-1.0單筒型，功率70kW；M1000-1.5雙筒型，功率150kW。近幾年我國一些設備制造企業(yè)引進的技術即是容積為1000L的2筒體機型。

　　日本從20世紀60年代開始在引進德、美等國技術的基礎上才進行本國振動磨技術的研究，但發(fā)展速度極為迅速，質(zhì)量和市場至今仍處于領先地位。其中以中央化工機械、安川電機、川崎重工等制造商的生產(chǎn)規(guī)模最大，產(chǎn)品最為著名，如CKC型、CH型、RSM型、VAMT、YASR、YAT型和引進的Palla型等振動磨在國際上都享有較高的聲譽。一般多為250~1200l，但從設備性能、加工質(zhì)量、降噪防塵和系統(tǒng)配套等各個環(huán)節(jié)都體現(xiàn)了技術的先進性和工藝完整性，因而市場應用率極高，范圍涉及粉磨行業(yè)的各種固體物料。國內(nèi)如寶鋼、開灤煤礦等大型企業(yè)早期引進的成套細磨設備均以此為主。

　　我國于1965年由原建材部北京建材研究院錢汝中、胡惠中、王炤等人通過建立數(shù)學模型研制的國產(chǎn)第一臺振動磨，首創(chuàng)了3筒體串聯(lián)結構，容積為30L，功率3kW。以此為基礎，合肥水泥研究設計院設計制造出第一臺用于工業(yè)生產(chǎn)的3筒體SM型1000L振動磨，1980年通過部級技術鑒定。并以其結構的獨特性和對難磨物料的適應性，在自應力混凝土水泥、帶酸木屑以及云母、剛玉、碳化硅等各種粉體的生產(chǎn)中廣為應用，受到業(yè)內(nèi)普遍歡迎。寶鋼、唐山碳化硅廠等大中型企業(yè)以其替代國外設備進行剛玉、碳化硅等高硬物料的粉磨都展示出超強的細磨能力。這一時期的市場空前，在國內(nèi)享有較高的知名度。至今，其3筒體結構設計和撓性聯(lián)軸器型式仍是國內(nèi)同類型振動磨的參照標準。

　　國內(nèi)振動磨的制造和應用在1985年前后進入高潮。據(jù)簡單統(tǒng)計，當時的振動磨制造企業(yè)達20多家，最大容積達到1500L，2筒體并聯(lián)和3筒體串聯(lián)兩種結構并存，浙江溫州、安徽安慶、河南新鄉(xiāng)、鶴壁、陜西西安等地的振動磨都占據(jù)了各自的市場份額。2000年，由冶金部主持的振動磨產(chǎn)品行業(yè)標準開始制定，一些企業(yè)引進國外技術制造的振動磨也陸續(xù)進入市場，振動磨的設備形式和市場結構更加多元化。

縱觀國內(nèi)外振動粉磨技術的發(fā)展，在外型特征上表現(xiàn)為設備有效容積愈來愈大，結構傾向多筒體和單電機驅(qū)動。但實質(zhì)上的進步卻在于研制者對振動強度即重力加速度的重新認識和實踐，使現(xiàn)在可以作到一臺大振幅振動磨的產(chǎn)量能夠達到以前十數(shù)倍容積的振動磨生產(chǎn)能力。

　　關于振動強度的理論依據(jù)，上述各國振動磨都是根據(jù)德國巴赫曼D.Bachmann1940年提出的“磨介共振”學說為基礎，其取值均在60~90m/s2之間，最大振幅8mm。這種工作狀態(tài)使磨機水平方向的振動干擾了鉛垂方向運動，故而生產(chǎn)能力有限，較大規(guī)格的1000L振動磨粉磨到300 m2/kg左右比表面積的最大產(chǎn)量也不過1.5t/h。此后十多年間，英國羅茲H.E.Rose和Bate、我國錢汝中、胡惠中、王炤等人均著文對這一學說提出不同的觀點，H.E.Rose認為振動強度在50~70m/s2為宜；Bate認為振動磨的松散介質(zhì)群運動不能簡化為非彈性質(zhì)點的運動，增大振幅的粉磨效率更明顯；錢汝中等人認為振動強度必須是包括物料性質(zhì)在內(nèi)的各種因數(shù)的函數(shù)，例如粉磨帶酸木屑的最佳振動強度為110m/s2。這些觀點雖然都在各自的研究中得到應用，但工業(yè)磨的振動強度均未突破100m/s2的局限，粉磨效率仍基本停留于原先水平。

　　一些研究者試圖從改變磨機內(nèi)部結構動力學或者從改善磨機外部工藝條件來提高振動磨的粉磨效率。德國M.Bayer、Mulish和K.Gemesi等人曾進行磨內(nèi)通入壓縮氣體的試驗，以借助于氣流推力使物料在磨內(nèi)充分攪動中得到充分研磨和迅速排出，從而縮短物料在磨內(nèi)的停留時間，獲得單位時間下的最大產(chǎn)量，但試驗效果不明顯，氣流量較小時，對物料的流速改變不大，而氣流量過大則使粉磨產(chǎn)品的粒度變粗，很難找到兩者的最佳結合點。德國Gock等人在1979 ~1986年間，曾發(fā)明一種雙區(qū)振動磨和轉(zhuǎn)腔振動磨，前者是在磨腔內(nèi)增設一個隔倉板，使之成為兩個粉磨區(qū)；后者是在磨腔中加設一個可隨介質(zhì)旋轉(zhuǎn)的葉輪裝置，其作用均在于活化研磨體，消除磨腔中心部位的乏能區(qū)，以達到強化粉磨的目的。類似的研究國內(nèi)也有所報導，北京光華木材廠、林科院和同濟大學分別于1968年和1981年在SM型振動磨磨腔中心沿筒體長度方向加入一根Φ61mm圓管作強化器，其試驗結果使產(chǎn)量提高1倍，但圓管磨損嚴重，連續(xù)運行對材質(zhì)要求較高?？梢娺@些改進對于設備的整體應用效果并未得到根本改變。

　　圍繞振動磨理論和實踐的探索，國內(nèi)外幾十年來從未停止。直到90年代初期才形成一個廣泛共識，這就是增大振動強度，提高振幅，才是獲得高效率粉磨的最簡捷有效的途徑。這一理論，最早可追溯到1959年前蘇聯(lián)M.Л.莫爾古利斯提出的“振動強度應取200 m/s2”的觀點，而發(fā)展和實踐者則始于Bernotat和WangShulin等人。他們主張按低頻率大振幅設計振動磨，因為降低振頻有利于延長軸承的使用壽命，增大振幅則可有效提高介質(zhì)的能量傳遞接觸面積和正向擠壓碰撞能力，從而大幅度提高振動粉磨的效率。表1的實踐為他們的觀點提供了有力的支持，并在生產(chǎn)中不斷驗證其巨大的實用價值。

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摘自《中國水泥》2004年09月號