粉末涂料是一種新型的不含溶劑的純固體粉末狀涂料，具有無溶劑、無污染、可回收、環(huán)保、節(jié)省能源和資源、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、涂膜機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)。無論對(duì)環(huán)境保護(hù)還是對(duì)降低生產(chǎn)成本而言，粉末涂料都顯示了其卓越的性能。同時(shí)隨著現(xiàn)代工業(yè)和技術(shù)的發(fā)展，各行業(yè)對(duì)粉末涂料提出了更高的要求。這也對(duì)粉末涂料的制造工業(yè)和相關(guān)設(shè)備提出了較高的要求。粉末涂料的粉碎分級(jí)是其制備過程中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)粉末涂料的粒徑是否符合要求有著重要作用，因此對(duì)粉末涂料的粉碎分級(jí)工藝的研究意義重大。
1、粉末涂料的要求
1.1粉末涂料對(duì)粒徑的要求
粉末涂料的粒徑是判斷粉末涂料質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，是粉末涂料生產(chǎn)過程中要控制的一個(gè)重要參數(shù)。
據(jù)報(bào)道，完全自動(dòng)化的粉末靜電噴涂系統(tǒng)要求很高的涂著效率，因此，對(duì)粉末涂料的粒度分布有嚴(yán)格的要求。小于10um的細(xì)顆粒易于凝聚，積聚在噴槍進(jìn)料管的噴咀處，會(huì)使粉末涂料的流量發(fā)生波動(dòng)，供料不均，從而影響噴涂質(zhì)量。粒徑太小，粉末的帶電量低，上粉率差，穩(wěn)定性也較低；但粒徑也不能太大，特別是含有大顆粒的粉末涂料，對(duì)涂膜的外觀平整性和其他涂膜質(zhì)量指標(biāo)有相當(dāng)程度的影響。通常，小于10um和大于80um的顆粒含量應(yīng)當(dāng)較少。
由于靜電噴涂要求粉末涂料不僅具有極均勻的組成，而且要求有適當(dāng)?shù)牧６确植迹勰┩苛蠂娡康姆勰┝皆?0—80um較適宜。
1.2粉末涂料對(duì)粉碎分級(jí)設(shè)備的要求
鑒于粉末涂料對(duì)粒徑的嚴(yán)格要求（粒徑小，分布窄）和其自身屬性（玻璃化溫度低等）的限制，一般要求它的粉碎分級(jí)設(shè)備應(yīng)具備以下條件：(1)粉碎設(shè)備能產(chǎn)生較高的沖擊力，有效地將物料粉碎，剪切成較細(xì)的粒子；(2)粉碎室內(nèi)溫升低，溫度應(yīng)控制在粉末涂料的玻璃化溫度以下；(3)分級(jí)設(shè)備的分級(jí)效率和分級(jí)精度高，能與粉碎設(shè)備組合成閉路循環(huán)系統(tǒng)；(4)粉碎分級(jí)設(shè)備應(yīng)能夠調(diào)節(jié)涂料產(chǎn)品的粒度，以滿足不同類型粉末涂料的需要；(5)操作簡(jiǎn)便，易于清洗換色，可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，生產(chǎn)效率高，對(duì)環(huán)境污染盡可能小。
因此，要獲得粒徑和性能滿足要求的粉末涂料，對(duì)其粉碎分級(jí)設(shè)備的優(yōu)選和工藝的優(yōu)化是十分必要的，按需要的粒度范圍生產(chǎn)出合格的粉末涂料，是對(duì)粉碎分級(jí)設(shè)備的基本要求。
2、粉碎分級(jí)設(shè)備的選擇
2.1 ACM超細(xì)
破碎機(jī)
ACM超細(xì)破碎機(jī)是一種典型的機(jī)械沖擊式破碎機(jī)，其粉碎室結(jié)構(gòu)主要由軸承座、動(dòng)磨盤、靜磨盤、分流環(huán)、上磨殼、分級(jí)輪、喂料螺旋、擋風(fēng)盤、下磨殼等組成，如圖l所示。
其工作原理為：物料在螺旋喂料器的作用下，進(jìn)入粉碎室，在高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)磨盤和帶齒的靜磨盤之間受到?jīng)_擊、剪切和摩擦等作用而粉碎，在負(fù)壓作用下，被粉碎后的顆粒向上運(yùn)動(dòng)至粉碎室上部，顆粒運(yùn)動(dòng)方向改變180。進(jìn)入分流環(huán)與分級(jí)輪之間的分級(jí)室，此時(shí)因?yàn)轭w粒運(yùn)動(dòng)方向突然改變，撞擊到機(jī)殼，有一部分粗顆粒下落；在分級(jí)室內(nèi)，顆粒主要受到因分級(jí)葉輪高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力，。負(fù)壓氣流對(duì)顆粒的氣流阻力F以及自身重力G的作用。粗顆粒受到的離心力F。大于氣流阻力F，，被甩向分流環(huán)內(nèi)壁，碰撞失去動(dòng)能后掉入粉碎室繼續(xù)粉碎；而細(xì)小顆粒受到的氣流阻力，大于離心力F，在負(fù)壓氣流的作用下，通過分級(jí)輪葉片間的間隙被帶出粉碎室進(jìn)行氣固分離。
2.2 SCX超細(xì)分級(jí)機(jī)
scx型超細(xì)分級(jí)機(jī)因其具有分級(jí)精度高、性能好、粒徑小、能耗低等優(yōu)點(diǎn)而逐漸被廣泛應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)主要由喂料管，細(xì)粉出口、氣動(dòng)密封裝置、主軸、皮帶、電機(jī)、轉(zhuǎn)子、二次進(jìn)風(fēng)口、粗粉集料錐等組成，如圖2所示。
其工作原理為：物料在負(fù)壓氣流作用下，從進(jìn)料管進(jìn)入到下錐體，由于氣流過流斷面面積增大，氣流速度減小，此時(shí)，粗顆粒所受的上升作用力不足以克服其重力，沉降速度大于氣流上升速度，向下沉降；細(xì)顆粒的沉降速度小于氣流上升速度，被上升氣流攜帶向上運(yùn)動(dòng)，顆粒愈細(xì)，其向上速度愈接近氣流速度，至此完成第一次分級(jí)。顆粒運(yùn)動(dòng)到分級(jí)室內(nèi)，物料主要受到自身重力G、慣性離心力Fu、氣流阻力F，的作用。當(dāng)F>F，時(shí)，顆粒做離心運(yùn)動(dòng)，與邊壁碰撞失去動(dòng)能后落人粗粉集料錐；當(dāng)F。<F，時(shí)，顆粒在氣流的攜帶下向轉(zhuǎn)子中心運(yùn)動(dòng)，通過細(xì)粉出口輸出；當(dāng)Fu =F，時(shí)，顆粒在徑向受力達(dá)到平衡，加速度為零，顆粒做圓周運(yùn)動(dòng)，但任意因素的改變都將改變顆粒的這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，顆粒在重力的作用下最終落入粗粉集料錐，實(shí)現(xiàn)第二次分級(jí)。
3、粉末涂料粉碎分級(jí)工藝及流程
粉末涂料的粒度分布主要取決于制造工藝中粉碎分級(jí)設(shè)備的水平以及工藝流程的制定。設(shè)計(jì)了2種粉末涂料的粉碎分級(jí)工藝流程，以探求哪種流程更適合粉末涂料的制備。
3.1流程一
該工藝流程中主要采用ACM超細(xì)破碎機(jī)、旋風(fēng)除塵器、袋式除塵器、離心風(fēng)機(jī)等組成閉路粉碎分級(jí)系統(tǒng)，對(duì)粉末涂料進(jìn)行加工制備，其流程如圖3所示。
從圖3可以看出，系統(tǒng)中的設(shè)備結(jié)構(gòu)和風(fēng)量等確定以后，粉末涂料的粒徑取決于ACM超細(xì)破碎機(jī)中分級(jí)輪的轉(zhuǎn)速，可以通過調(diào)節(jié)分級(jí)輪的轉(zhuǎn)速來控制粉末涂料的粒徑，粗顆粒因受到的離心力較大，被甩向分流環(huán)的內(nèi)壁，因碰撞失去動(dòng)能而下落，掉入粉碎室再進(jìn)行粉碎，而細(xì)顆粒則在負(fù)壓氣體的攜帶下進(jìn)入旋風(fēng)除塵器，由旋風(fēng)除塵器進(jìn)行產(chǎn)品的收集，更細(xì)顆粒由脈沖袋式除塵器進(jìn)行捕集，凈化的氣體由風(fēng)機(jī)排人大氣。
該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是工藝流程簡(jiǎn)單，可以通過調(diào)節(jié)分級(jí)輪的轉(zhuǎn)速來控制粉末涂料的最大粒徑，可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)備占地面積小，投資低。不足之處是粉末涂料的粒度分布寬，分級(jí)效率和精度不高，因此很難滿足現(xiàn)在對(duì)粉末涂料關(guān)于粒徑分布窄、效率高等一些高要求。
3.2流程二
針對(duì)目前各行業(yè)中對(duì)粉末涂料粒徑的較高要求，在流程一的基礎(chǔ)上進(jìn)行了修改和優(yōu)化，設(shè)計(jì)出了工藝流程二。采用ACM超細(xì)破碎機(jī)、scx超細(xì)分級(jí)機(jī)、旋風(fēng)除塵器、脈沖袋式除塵器、離心風(fēng)機(jī)等組成閉路粉碎分級(jí)系統(tǒng)，其流程如圖4所示。
該粉碎分級(jí)系統(tǒng)的工作原理為：螺旋喂料器喂人物料，物料在ACM超細(xì)破碎機(jī)的粉碎室內(nèi)，被高速旋轉(zhuǎn)動(dòng)磨盤和靜磨盤作用而粉碎，當(dāng)物料粉碎到一定粒徑后，在負(fù)壓氣流作用下，被送到ACM上部分級(jí)室進(jìn)行分級(jí)，控制粉末涂料的上限粒徑，在分級(jí)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)作用下，粗顆粒被拋向分流環(huán)的內(nèi)壁，因碰撞失去動(dòng)能而下落，掉入粉碎室繼續(xù)粉碎，細(xì)顆粒隨氣流一起進(jìn)入scx超細(xì)分級(jí)機(jī)中，在離心力和氣流阻力的作用下進(jìn)行精細(xì)分級(jí)，控制粉末涂料下限粒徑，合格的產(chǎn)品經(jīng)scx超細(xì)分級(jí)機(jī)的卸料閥進(jìn)行收集，不符合產(chǎn)品要求的顆粒（粒徑小于20um）由負(fù)壓氣體送往旋風(fēng)除塵器，在旋風(fēng)筒的作用下，微細(xì)粉體被收集，而超細(xì)顆粒繼續(xù)隨氣流進(jìn)入脈沖袋式除塵器進(jìn)行收集，被2個(gè)除塵器凈化了的氣體由風(fēng)機(jī)排出。系統(tǒng)由離心風(fēng)機(jī)維持一定的負(fù)壓，實(shí)現(xiàn)無塵操作，并維持破碎機(jī)、分級(jí)機(jī)內(nèi)腔合適的壓力。
該工藝流程的特點(diǎn)為：(l)該流程為閉路粉碎分級(jí)系統(tǒng)，粉碎后的涂料粉體直接進(jìn)行兩次超細(xì)分級(jí)，分別控制粒徑的上限和下限，因此粒徑分布窄；(2)系統(tǒng)借助于超細(xì)分級(jí)機(jī)將細(xì)顆粒及時(shí)分選出，避免了過粉碎現(xiàn)象，降低了粉碎能耗；(3)可通過改變分級(jí)輪的轉(zhuǎn)速使產(chǎn)品細(xì)度可調(diào)，ACM超細(xì)破碎機(jī)給料也可定量控制，對(duì)物料的適應(yīng)性強(qiáng)；(4)粉碎過程中因碰撞、摩擦產(chǎn)生的熱量被負(fù)壓氣流及時(shí)帶走，因此物料溫升小，適用于粉末涂料的制備；(5)系統(tǒng)中的ACM超細(xì)破碎機(jī)采用粉碎和分級(jí)內(nèi)聯(lián)式結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)新穎，流程合理；(6)整個(gè)系統(tǒng)負(fù)壓操作，基本無粉塵污染，同時(shí)物料更換、清洗簡(jiǎn)單方便。
4、流程二中影響系統(tǒng)粉碎效果和分級(jí)性能的因素
4.1粉碎效果影響因素分析
影響ACM沖擊式破碎機(jī)粉碎效果的因素主要有轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、物料狀況、喂料速度、氣流狀況等。
(1)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的影響。動(dòng)磨盤是ACM超細(xì)破碎機(jī)的關(guān)鍵部件，它通過高速旋轉(zhuǎn)的沖擊銷來撞擊物料顆粒，達(dá)到粉碎的目的。轉(zhuǎn)速高，沖擊力大，物料獲得的能量就大，當(dāng)超過粉碎所需的能量時(shí)，顆粒就粉碎；轉(zhuǎn)速較小時(shí)，物料獲得的能量較小，達(dá)不到粉碎所需的能量，顆粒很難粉碎。不同物料對(duì)應(yīng)著不同的最佳轉(zhuǎn)速，因此合理選擇動(dòng)磨盤的轉(zhuǎn)速對(duì)提高粉碎效果有較大作用。
(2)物料狀況的影響。物料狀況包括粒度、溫度、濕度、粉碎性能等因素。物料的喂料粒度過大，對(duì)轉(zhuǎn)子沖擊大，需經(jīng)過多次碰撞，粉碎效率低。ACM超細(xì)破碎機(jī)要求物料的溫度盡量低，因?yàn)榉勰┩苛系能浕c(diǎn)一般在lO0℃左右，若物料本身溫度高，很容易達(dá)到軟化點(diǎn)，物料在機(jī)內(nèi)黏結(jié)，使機(jī)器無法運(yùn)轉(zhuǎn)。濕度對(duì)物料的粉碎影響也較大，濕度增大時(shí)，破碎機(jī)的處理能力迅速下降，因此，要注意控制物料的濕度不得超過2%。
(3)喂料速度的影響。喂料速度過快，物料之間在相同時(shí)間內(nèi)碰撞次數(shù)增加，產(chǎn)生的熱量增加，粉磨溫度上升，粉磨阻力隨著增大，產(chǎn)量下降，單位電耗劇增，并伴有設(shè)備故障，使磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)率降低；喂料速度太慢時(shí)，粉碎室內(nèi)物料濃度小，顆粒與沖擊銷的沖擊碰撞粉碎幾率小，粉碎效率低，產(chǎn)量低。因此，選擇優(yōu)化合理的螺旋喂料器轉(zhuǎn)速控制喂料速度，是提高磨機(jī)粉碎效率關(guān)鍵因素之一。
(4)氣流狀況的影響。氣體在ACM超細(xì)破碎機(jī)中起到降溫散熱和攜帶細(xì)小顆粒進(jìn)入下一工序的兩種作用。對(duì)于散熱來講，氣體流量應(yīng)盡量大，而對(duì)粉末粒徑來講，氣體流量越大，粉末粒徑越大。因此，恰當(dāng)?shù)乜刂葡到y(tǒng)中的風(fēng)量是獲得合格產(chǎn)品的重要條件。
4.2分級(jí)性能影響因素分析
(1)分級(jí)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。分級(jí)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是影響產(chǎn)品粒度及產(chǎn)量的重要因素。提高轉(zhuǎn)子速度，轉(zhuǎn)子周圍的離心力場(chǎng)加強(qiáng)，顆粒的離心力增加，因離心力被拋向殼體而掉下的顆粒數(shù)增多，分級(jí)粒度降低，產(chǎn)量增加；反之，降低分級(jí)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速則產(chǎn)量降低。
(2)分級(jí)機(jī)葉片。改變?nèi)~片的安裝角度會(huì)影響到旋轉(zhuǎn)氣流的速度，旋轉(zhuǎn)氣流速度增加時(shí)，顆粒受到的離心力增加，可提高產(chǎn)品的產(chǎn)量，分級(jí)粒徑將減小；反之，產(chǎn)品產(chǎn)量有所降低。增加葉片數(shù)目，可以增強(qiáng)旋轉(zhuǎn)柵欄的作用，增加顆粒碰撞次數(shù)，有利于顆粒分離，但葉片數(shù)太多時(shí)，葉片間的空間較小，不利于細(xì)顆粒的通過。
(3)風(fēng)量。當(dāng)風(fēng)量較小時(shí)，大量的細(xì)粉因分散性差而團(tuán)聚或粘附在大顆粒上，落入粗產(chǎn)品中，分級(jí)效率低；隨著風(fēng)量的加大，粉體的分散性變好，細(xì)粉進(jìn)入分級(jí)機(jī)的幾率增大；太大的風(fēng)量有利于提高顆粒的分散性，但會(huì)攜帶部分合格產(chǎn)品進(jìn)入旋風(fēng)除塵器，產(chǎn)量降低。因此，應(yīng)該權(quán)衡破碎機(jī)和分級(jí)機(jī)的性能，綜合考慮，以確定系統(tǒng)的風(fēng)量。
5、實(shí)驗(yàn)
5.1實(shí)驗(yàn)裝置
兩條粉末涂料生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要設(shè)備包括ACM325超細(xì)破碎機(jī)、SCX400超細(xì)分級(jí)機(jī)、高效旋風(fēng)除塵器、脈沖袋式除塵器和離心風(fēng)機(jī)等組成，分別對(duì)圖3、圖4所示的2條工藝流程系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)過程中破碎機(jī)、分級(jí)機(jī)和風(fēng)機(jī)所配電機(jī)均可變頻調(diào)速，實(shí)驗(yàn)時(shí)，先開啟風(fēng)機(jī)使整個(gè)系統(tǒng)處于負(fù)壓狀態(tài)，然后開啟SCX400超細(xì)分級(jí)機(jī)，再開啟ACM325超細(xì)破碎機(jī)，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，2個(gè)系統(tǒng)采用相同工藝參數(shù)，由螺旋喂料器均勻加料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，直至料完關(guān)機(jī)，關(guān)機(jī)順序與開機(jī)順序相反。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后用英國(guó)馬爾公司的MS2000型激光粒度分析儀對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析。
5.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表l和表2所示。
由表1和表2可見，雖然流程一的產(chǎn)品平均粒徑較流程二的小，但粒徑在0~ 20um的顆粒含量較多，達(dá)18%一24%，而粒徑在20~ 80um的顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)不足80%，微粒含量太多會(huì)給粉末涂料的靜電噴涂帶來不利影響。對(duì)比表2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，隨著ACM動(dòng)磨盤轉(zhuǎn)速的增加，產(chǎn)品中粒徑在O~20um顆粒含量略有增加，但總量較少，均小于3%；粒徑在20~80um的顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持在96%左右；大于80um的顆粒較少，質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.5%以下，產(chǎn)品平均粒徑約為40um，很好地滿足了涂料行業(yè)中靜電噴涂對(duì)粉末涂料粒徑的要求，因此工藝流程二對(duì)粉末涂料的粉碎分級(jí)效果較好。
6、結(jié)論
(1)在分析粉末涂料自身特性和對(duì)粒徑要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了適用于粉末涂料的粉碎分級(jí)系統(tǒng)。并且討論了系統(tǒng)中影響粉碎效果和分級(jí)性能的因素，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的控制起到了一定的指導(dǎo)作用。
(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，粉末涂料經(jīng)粉碎和2次分級(jí)后，合格產(chǎn)品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在96%左右，平均粒徑約40um。
(3)該系統(tǒng)很好地解決了高效粉碎分級(jí)過程中的過粉碎、物料溫升、粉體分散性差和粒徑分布窄等問題，為獲得理想粉末涂料提供了前提條件。適合于粉末涂料等熱敏性物料和低硬度的非金屬礦物的粉碎分級(jí)加工。
相關(guān)礦山機(jī)械設(shè)備：
1、
圓錐破碎機(jī)
2、
雷蒙磨粉機(jī)
