Interested Article - Планетарные мельницы

Планетарная мельница — это устройство для тонкого и сверхтонкого измельчения различных материалов. Мельница позволяет получать тонкодисперсные порошки и суспензии, применяемые в перерабатывающей, фармацевтической и косметической промышленностях, при производстве керамики, огнеупоров, строительных и абразивных материалов, для реализации эффективной механоактивации и механического легирования, является перспективным оборудованием для измельчения материалов до "нано" уровня.

Описание

В основу планетарной мельницы заложены те же принципы, что и в шаровой мельнице . Но кроме вращения вокруг собственной продольной оси, барабану придаётся движение вокруг оси переносного вращения (как планеты вращаются вокруг Солнца). За счёт этого внутри барабанов измельчение происходит при высоких центробежных перегрузках (20G и более). Технология обеспечивает высокую кратность помола (то есть степень измельчения исходного продукта) при короткой продолжительности измельчения и снижении энергозатрат на получение тонкодисперсных материалов.

Принцип действия

Прототипом планетарно-центробежной мельницы является шаровая мельница. Принцип работы заключается во вращении 3-4 барабанов относительно центральной оси и вокруг собственной оси в противоположную сторону вращения ротора мельницы. Барабаны планетарной мельницы вращаются вокруг собственных осей В и вокруг оси «переносного вращения» А. При увеличении скорости измельчения в размольных барабанах увеличивается центробежная сила. Это достигается благодаря использованию специального планетарного редуктора, обеспечивающего барабанам это специфическое вращение. Такая схема позволяет создавать перегрузки в десятки G, многократно увеличивая эффективность измельчительного оборудования и снижая энергозатраты на процесс помола. Помол может осуществляться как при использовании мелющих тел (как в шаровых мельницах), так и без шаров, т.е. в режиме самоизмельчения. Как правило конструкция предусматривает возможность работы в двух режимах: сухом и мокром. Важной отличительной характеристикой планетарных мельниц от шаровых является кратность помола. Для планетарных мельниц этот показатель выше в 10-20 раз чем в шаровых мельницах. Основными преимуществами планетарных мельниц являются высокая кратность помола и низкие энергозатраты, а также низкие сравнительные габариты и возможность установки без фундамента. Так при измельчении кварцевого порошка с исходным размером частиц до 2 мм в открытом цикле в непрерывном режиме на планетарной мельнце можно получать порошок со средним размером частиц 3-6 мкм и меньше. При этом энергозатраты на помол составят менее 30 кВт/т. Планетарные мельницы характеризуются крайне высокой и управляемой энергонапряжённостью процесса измельчения - до 8000 кВт/м3 .

Виды планетарных мельниц

Планетарные мельницы принято разделять на мельницы периодического и непрерывного действия.

Мельницы периодического действия

Мельницы периодического действия работают в режиме старт-стоп, имеют небольшой ресурс работы редуктора и используются в основном в лабораториях для измельчения небольших объёмов порошков. Процесс загрузки и выгрузки материала происходит во время полной остановки работы мельницы.

Планетарные мельницы непрерывного действия

Планетарные мельницы непрерывного действия предназначены для получения тонкодисперсных и субмикронных порошков в промышленных масштабах. Подача материала в таких мельницах осуществляется через дозатор, откуда исходный материал попадает в воронку и далее в центробежный питатель, который равномерно распределяет материал между барабанами. Измельчённый материал проходит через разгрузочную решётку, установленную в каждом барабане, откуда посредством разгрузочного шнека попадает в единый продуктосборник. Мельницы могут работать как в открытом цикле, так и в комплексе с воздушно динамическим классификатором. Работа в комплексе с классификатором позволяет получать в промышленных объёмах сухие порошки корунда со средним размером до 2.5 мкм .

Сферы применения

Планетарные мельницы позволяют получать тонкодисперсные, субмикронные и нано- порошки материалов твердостью от 1 до 10 ед. по Моосу. Мельницы периодического действия применяются преимущественно в лабораториях для научных исследований и изучения материалов, а также в производствах, где требуются малые объемы тонкодисперсных порошков. Планетарные мельницы предназначены для использования при обогащении полезных ископаемых, в перерабатывающей, фармацевтической и косметической промышленностях, при производстве керамики, огнеупоров, строительных и абразивных материалов, при механохимическом синтезе и механохимическом легировании. В 2015 году впервые в мировой практике на планетарной мельнице ПЦМ50-"нано" был проведён процесс механического легирования Fe-Ni-Co и Fe-Ni-Co-Cu композитов в среде инертного газа в непрерывном режиме при производительности примерно 10 кг/час по готовым композитам. Легирование проходило при центробежных перегрузках 50G . Наработано примерно 2500 кг порошков.

История создания

Впервые изобретатель из Швейцарии Friedrich Wegmann запатентовал в Германии в 1887 году новое устройство, позволяющее значительно увеличить возможности шарового измельчения. Это была первая планетарная мельница (патент №44396 20 июля 1887г ). Однако такая мельница имела ограниченный ресурс и работала только в периодическом режиме, вследствие чего не могла использоваться в промышленных условиях. Огромный потенциал применения планетарных мельниц в промышленности привлекал множество ученых и инженеров во всем мире. Однако высокие центробежные перегрузки в узлах и механизмах и сложность организации непрерывной подачи и выгрузки материала и повышенный износ стали непреодолимой преградой при попытках создания промышленных планетарных мельниц. (В середине 50-х годов прошлого века французский изобретатель Жуазель начал эксперименты с планетарными мельницами непрерывного действия (05.1960 пат.№2937814 – Joizel). ) Несмотря на сотни патентов и многочисленные попытки разработать надёжную планетарную мельницу, за более чем 125 лет никому не удавалось построить агрегат для использования не в лабораторных, а в промышленных условиях. Только в 2000 году в России была построена первая планетарная мельница непрерывного действия пригодная для тонкого и сверхтонкого измельчения в промышленных условиях.