振动粉磨和振动破碎技术的发展回顾

1 振动粉磨技术

　　振动磨的最早雏形是一种同心圆的多室磨，由德国FASTING公司1910年发明。但真正意义上的第一台振动磨直到1949年才由SIEBTE-CHNIK公司制造，为单筒体结构，容积0.6L，采用间歇式粉磨。50~60年代，振动磨发展为多筒式，其结构几乎包括2~6筒体的所有布置形式，设备最大容积也突破1000L。1962年，德国KHD、WEUAG公司研制的65U型以偏心体作激振器的振动磨，是当时生产能力较大的机型，有效容积达到2000L，以产品细度43µm（325目）计的台时产量达2.5 t/h，功率130kW，依赖产量和细度的优势，其市场覆盖面在十年中即达50多个国家。这种由电机驱动偏心体飞速旋转带动磨体振动的激振方式，为各国后来所仿效。受其启发，德国Lurgi公司与南非合作也采用激振方法研制出离心式振动磨，粉磨细度可＜40µm。同期进行研制的还有强制通入压缩空气的气流式振动磨、双腔式振动磨等等。自此，以细磨为目的的振动粉磨技术，不仅在德国迅速发展，尤其以Humboldt公司的Palla型和KHD公司的50U、65U型等产品最为著名，而且也成为欧美国家的重要研究内容和应用形式。

　　美国Ails-CHAIMERS公司在50年代中期研制的CHLMERS单筒振动磨，筒体直径突破了通常的0.5m，达到Φ1.03m，采用双电机驱动，最大容积为880L，其他型式多从德国引进。英国的振动磨大部分为引进德国Palla型、VAR10型和AUBEMA型等技术生产，其应用基本分割了国内超细粉体加工的主要市场。

　　前苏联对振动磨的研究重点倾向于设备的大型化，从1952年~1968年相继研制的2700L、4000L甚至15000L等大容积振动磨均见诸报导，有效容积大幅度突破了国际当时最大不足2000L的局限。但见于文字的工业应用仍只介于2000L以内，例如M1000-1.0单筒型，功率70kW；M1000-1.5双筒型，功率150kW。近几年我国一些设备制造企业引进的技术即是容积为1000L的2筒体机型。

　　日本从20世纪60年代开始在引进德、美等国技术的基础上才进行本国振动磨技术的研究，但发展速度极为迅速，质量和市场至今仍处于领先地位。其中以中央化工机械、安川电机、川崎重工等制造商的生产规模最大，产品最为著名，如CKC型、CH型、RSM型、VAMT、YASR、YAT型和引进的Palla型等振动磨在国际上都享有较高的声誉。一般多为250~1200l，但从设备性能、加工质量、降噪防尘和系统配套等各个环节都体现了技术的先进性和工艺完整性，因而市场应用率极高，范围涉及粉磨行业的各种固体物料。国内如宝钢、开滦煤矿等大型企业早期引进的成套细磨设备均以此为主。

　　我国于1965年由原建材部北京建材研究院钱汝中、胡惠中、王炤等人通过建立数学模型研制的国产第一台振动磨，首创了3筒体串联结构，容积为30L，功率3kW。以此为基础，合肥水泥研究设计院设计制造出第一台用于工业生产的3筒体SM型1000L振动磨，1980年通过部级技术鉴定。并以其结构的独特性和对难磨物料的适应性，在自应力混凝土水泥、带酸木屑以及云母、刚玉、碳化硅等各种粉体的生产中广为应用，受到业内普遍欢迎。宝钢、唐山碳化硅厂等大中型企业以其替代国外设备进行刚玉、碳化硅等高硬物料的粉磨都展示出超强的细磨能力。这一时期的市场空前，在国内享有较高的知名度。至今，其3筒体结构设计和挠性联轴器型式仍是国内同类型振动磨的参照标准。

　　国内振动磨的制造和应用在1985年前后进入高潮。据简单统计，当时的振动磨制造企业达20多家，最大容积达到1500L，2筒体并联和3筒体串联两种结构并存，浙江温州、安徽安庆、河南新乡、鹤壁、陕西西安等地的振动磨都占据了各自的市场份额。2000年，由冶金部主持的振动磨产品行业标准开始制定，一些企业引进国外技术制造的振动磨也陆续进入市场，振动磨的设备形式和市场结构更加多元化。

纵观国内外振动粉磨技术的发展，在外型特征上表现为设备有效容积愈来愈大，结构倾向多筒体和单电机驱动。但实质上的进步却在于研制者对振动强度即重力加速度的重新认识和实践，使现在可以作到一台大振幅振动磨的产量能够达到以前十数倍容积的振动磨生产能力。

　　关于振动强度的理论依据，上述各国振动磨都是根据德国巴赫曼D.Bachmann1940年提出的“磨介共振”学说为基础，其取值均在60~90m/s2之间，最大振幅8mm。这种工作状态使磨机水平方向的振动干扰了铅垂方向运动，故而生产能力有限，较大规格的1000L振动磨粉磨到300 m2/kg左右比表面积的最大产量也不过1.5t/h。此后十多年间，英国罗兹H.E.Rose和Bate、我国钱汝中、胡惠中、王炤等人均著文对这一学说提出不同的观点，H.E.Rose认为振动强度在50~70m/s2为宜；Bate认为振动磨的松散介质群运动不能简化为非弹性质点的运动，增大振幅的粉磨效率更明显；钱汝中等人认为振动强度必须是包括物料性质在内的各种因数的函数，例如粉磨带酸木屑的最佳振动强度为110m/s2。这些观点虽然都在各自的研究中得到应用，但工业磨的振动强度均未突破100m/s2的局限，粉磨效率仍基本停留于原先水平。

　　一些研究者试图从改变磨机内部结构动力学或者从改善磨机外部工艺条件来提高振动磨的粉磨效率。德国M.Bayer、Mulish和K.Gemesi等人曾进行磨内通入压缩气体的试验，以借助于气流推力使物料在磨内充分搅动中得到充分研磨和迅速排出，从而缩短物料在磨内的停留时间，获得单位时间下的最大产量，但试验效果不明显，气流量较小时，对物料的流速改变不大，而气流量过大则使粉磨产品的粒度变粗，很难找到两者的最佳结合点。德国Gock等人在1979 ~1986年间，曾发明一种双区振动磨和转腔振动磨，前者是在磨腔内增设一个隔仓板，使之成为两个粉磨区；后者是在磨腔中加设一个可随介质旋转的叶轮装置，其作用均在于活化研磨体，消除磨腔中心部位的乏能区，以达到强化粉磨的目的。类似的研究国内也有所报导，北京光华木材厂、林科院和同济大学分别于1968年和1981年在SM型振动磨磨腔中心沿筒体长度方向加入一根Φ61mm圆管作强化器，其试验结果使产量提高1倍，但圆管磨损严重，连续运行对材质要求较高。可见这些改进对于设备的整体应用效果并未得到根本改变。

　　围绕振动磨理论和实践的探索，国内外几十年来从未停止。直到90年代初期才形成一个广泛共识，这就是增大振动强度，提高振幅，才是获得高效率粉磨的最简捷有效的途径。这一理论，最早可追溯到1959年前苏联M.Л.莫尔古利斯提出的“振动强度应取200 m/s2”的观点，而发展和实践者则始于Bernotat和WangShulin等人。他们主张按低频率大振幅设计振动磨，因为降低振频有利于延长轴承的使用寿命，增大振幅则可有效提高介质的能量传递接触面积和正向挤压碰撞能力，从而大幅度提高振动粉磨的效率。表1的实践为他们的观点提供了有力的支持，并在生产中不断验证其巨大的实用价值。

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摘自《中国水泥》2004年09月号