CN108906242A - 一种椭球形球磨机筒体及其细粉碎永磁铁氧体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及细粉碎技术领域，公开了一种椭球形球磨机筒体及其细粉碎永磁铁氧体的方法。本发明的椭球形筒体的内壁上设置有若干沿其内壁均匀分布的加强筋，所述加强筋从椭球形筒体极轴的一端延伸至另一端，所述加强筋靠近筒体内部的表面具有圆弧形的凹陷。该筒体无需焊接衬板，避免了传统的圆柱形球磨机筒体内两侧的衬板损耗较大，两侧盖板内衬磨损较快的问题。采用椭球形筒体可以很好的分散钢球、原料、弥散剂向筒体两端运动带来的冲击，使整个筒体均匀受力，增加球磨的均匀性，提高球磨效率。采用本发明的筒体和细粉碎方法缩短了球磨时间，获得的浆料的粒径分布集中，使成品率提高10%，剩磁提高1%~3%，内禀提高3%~5%。
Description
技术领域
本发明涉及细粉碎技术领域，尤其涉及一种椭球形球磨机筒体及其细粉碎永磁铁氧体的方法。
背景技术
铁氧体细粉碎是铁氧体生产工艺中十分重要的一个环节，是将预烧得到的铁氧体经过粗粉碎后得到粗粉再经过进一步的细粉碎得到粒度更细的成型用料浆。原料是一种密度小，较松散的具有铁氧体晶体结构的物质，而通过细粉碎工艺将原料细化得到浆料，使其具有较好的粒度分布，良好的二次烧结化学反应活性，较好的毛坯成型性对最终得到性能良好的成品率高的磁体具有十分重要的作用。
细粉碎后的料浆粒度分布是影响料浆成型性能的重要因素，粗细颗粒的比例要搭配合理，如果粗粒径颗粒过多，细粒径颗粒少，粒径分布曲线右移，成型后毛坯孔隙率大，烧结后磁体气孔多，晶体生长也不连续，大晶粒“吞并”小晶粒，磁体中大晶粒比例过多，磁体性能变差。如果细粒径颗粒过多，粗粒径颗粒过少，会导致成型时间加长，影响成型效率，成型毛坯内部细微裂纹增多，烧结后磁体开裂增加，影响成品率。因此较理想的粒径分布应呈现一个正态分布曲线，粗细颗粒分布合理，并且正态分布曲线“尖锐”些对铁氧体生产中越有利。
现主流的铁氧体生产细粉碎方法主要有球磨和砂磨，铁氧体生产用球磨机为圆柱形结构，两端焊有两块金属圆板，形成一个密闭的圆柱体。内部装有球磨介质钢球、粉碎物料、弥散剂水，由电机带动球磨机筒体转动，筒体转动带动筒体内的钢球与物料一起运动，在离心力及球磨机筒体内壁摩擦力作用下，钢球提升到一定高度，然后在重力的作用下下落，物料在钢球的冲击下粉碎，通过球与球之间、球与筒体壁、球与物料之间的撞击摩擦达到将原料磨细的效果。砂磨机是在一立式圆筒内，用旋转圆盘或搅拌棒使圆筒内的钢球产生无规则的高速运动，对圆筒内物料起到研磨作用。目前大生产铁氧体细粉碎用球磨机较多，其内部装有数根用于加强钢球与物料相互碰撞作用的“筋”，形状一般为长方形或圆弧形，通过球磨机的匀速转动磨细物料，永磁铁氧体是磁铅石型晶体结构，晶体内的晶胞的各个离子主要是由离子键的作用相互键合的，键合力仅次于原子键，故永磁铁氧体宏观表现为硬而脆，因此要磨至亚微米级的粒度不仅球磨时间较长，而且球磨机、钢球等设备的损耗也较大。经过拆解一台报废的球磨机发现这种常规的球磨机筒体内两侧的衬板损耗较大，而且磨出的料浆经分析普遍存在粒径分布宽、成型时间较长、压制烧结后的磁体晶体异常生长比例大、磁体性能不稳定等问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种椭球形球磨机筒体及其细粉碎永磁铁氧体的方法。本发明采用椭球形的筒体，无需焊接衬板，避免了传统的圆柱形球磨机筒体内两侧的衬板损耗较大，两侧盖板内衬磨损较快的问题。采用椭球形筒体可以很好的分散钢球、原料、弥散剂向筒体两端运动带来的冲击，使整个筒体均匀受力，增加球磨的均匀性，提高球磨效率。并且在筒体内部有若干均匀分布的加强筋，加强筋的表面有圆弧形的凹陷，有助于提高球磨介质的机械能，更快更有效的将需要球磨的原料磨细。
本发明的具体技术方案为：一种椭球形球磨机筒体，所述筒体的内壁上设置有若干沿其内壁均匀分布的加强筋，所述加强筋从椭球形筒体极轴的一端延伸至另一端，所述加强筋靠近筒体内部的表面具有圆弧形的凹陷。
传统的圆柱形球磨机筒体内两侧的衬板损耗较大，在球磨机转动过程中，主要是依靠筒体两侧的盖板来阻止钢球和原料向两端的运动，因此在球磨过程中筒体两侧的盖板在不断的受到冲击，导致两侧盖板内衬磨损较快。针对目前生产中铁氧体原料细粉碎效率不高，球磨桶衬板磨损大，球磨时间长，粒径分布宽等技术问题，本发明人设计了椭球形的球磨机筒体，该筒体无需焊接衬板。椭球形筒体通过现有技术的轴承和减速齿轮连接一台变频电机，变频电机能实现筒体的顺时针和逆时针两个方向的转动，进而控制筒体的两个方向转动，电源控制柜控制电机的运转。
传统的圆柱形球磨机在球磨过程中，能量损失较高。能量的损失主要有三大块，第一块是电能通过电机转化为机械能时产生损失，按照较高的电机效率93％左右计算，这部分能量损失在7％左右，这部分损失直接跟电机性能相关，提升空间有限。第二块是电机输出的机械能通过传动系统转化为球磨介质的机械能，这块的能量损失一般占总能耗的10～15％左右，主要取决于传动系统的效率高低，这部分提升的效果也有限。第三块是球磨介质的机械能转化为原料的表面能，据相关文献报道，真正作用于提高原料表面能的功只占输入功的0.3～1.3％左右，大部分功成为球磨损失功，这些球磨损失功主要表现为原料、弥散剂与球磨介质，球磨介质之间，球磨介质与衬板等的相互摩擦、撞击产生的热量，所以我们可以直观的观察到球磨后的料浆温度有时能达到七十摄氏度以上。因此球磨机在转动过程中，提高球磨介质的机械能就有较大的空间。
采用椭球形筒体可以很好的分散钢球、原料、弥散剂向筒体两端运动带来的冲击，使整个筒体均匀受力，增加球磨的均匀性，提高球磨效率。并且在筒体内壁上设置有若干条均匀分布的加强筋，加强筋表面有圆弧形的凹陷。原料磨得越细表面能增加越大，所需要转化到原料上的功也越多。发明人在筒体内壁设置加强筋，在球磨机转动一圈的过程中，最大化将电机的动能转化为原料粉碎的表面能。本发明在筒体内壁设置的若干条加强筋能在球磨机转动一圈的过程中提高球磨介质的机械能，能比传统球磨机更好的“兜”住球磨介质钢球，提高其势能，待其转动到一定位置的时候转化为动能击打冲击原料，达到磨细原料的目的。将加强筋的一个面做成弧形面有利于进一步提升钢球的势能，一部分钢球聚集在弧形面上，球磨机转动的时候，在离心力与加强筋表面弧形的摩擦力作用下，钢球提升到较高的高度，在重力的作用下形成许多个瀑布式泄落的效果。在这种模式下，钢球对物料的冲击更加强烈，钢球与原料相互摩擦，钢球、加强筋、筒壁之间的原料的摩擦频率更高，有利于高效的磨细原料，增加其表面能。
作为优选，所述筒体的两条极半径与赤道半径的比例为1.2～3:1.2～3:1。
作为优选，所述加强筋为长方体状，加强筋的宽度与较长的极半径的比例为1:30～80，加强筋的高度与较长的极半径的比例为1:20～60。作为优选，加强筋的宽度与较长的极半径的比例为1:40～60，加强筋的高度与较长的极半径的比例为1:30～50。
作为优选，所述加强筋的数量为8～13条。
作为优选，所述凹陷的圆弧形面的圆心角为60～180°。弧形面的圆心角在60～180°之间时产生的效果较好。
一种利用椭球形球磨机筒体细粉碎永磁铁氧体的方法，包括以下步骤：
(1)球磨机筒体内加入所要球磨的原料，加入CaCO3、SiO2、La2O3和Co3O4，然后加入水和钢球；
(2)采用25～36r/min的转速，顺时针转动1～2小时再逆时针转动1～2小时，交替循环球磨4～6小时；
(3)采用20～25r/min的转速，顺时针转1～2小时再逆时针转动1～2小时，交替循环球磨4～8小时；
(4)采用18～20r/min的转速，顺时针或逆时针转动1～2小时。
本发明的细粉碎方法分为三个阶段，每一阶段中筒体的转速不同，球磨时间也不尽相同。本发明人发现，采用本发明设计的椭球形的球磨机筒体和分阶段球磨的方法配合，能够更加高效的粉碎永磁铁氧体，提高工作效率。
一般粗磨的原料的粒径约5μm，将原料粉碎需用更大的转速，因此，第一阶段设置转速较高的转速25～36r/min。当转速低于25r/min时，对于大粒径的原料冲击力不够，影响最终的球磨效果；当转速高于36r/min时，钢球的离心力超过重力，钢球容易贴着筒壁，钢球对原料的冲击作用大大减少，起不到粉碎的效果。另外采用顺时针转动和逆时针交替转动的球磨方式能极大的避免球磨死角，提高不同批次球磨的稳定性和一致性，为后面成型及烧结工艺的控制打下良好的基础。第二阶段设置转速20～25r/min的转速，是基于原料在磨至一定的粒度后，钢球之间及钢球与加强筋、筒壁、水之间的相互摩擦的方式来进一步磨细原料是主要的粉碎方式，其对提高表面能的贡献占比增大。本阶段对钢球直接冲击原料的需求降低，因此，不需要很高的转速。第三阶段设置18～20转的转速作为最后球磨收尾的进一步均匀混合原料，保持整罐原料的均匀性。
筒体内壁设置的加强筋能在球磨机转动一圈的过程中提高球磨介质的机械能，能更好的“兜”住球磨介质钢球，增大钢球对原料的冲击，达到磨细原料的目的。将加强筋的一个面做成弧形面有利于进一步提升钢球的势能，一部分钢球聚集在弧形面上，球磨机转动的时候，在离心力与加强筋表面弧形的摩擦力作用下，钢球提升到较高的高度，在重力的作用下形成许多个瀑布式泄落的效果。在这种模式下，钢球对物料的冲击更加强烈，钢球与原料相互摩擦，钢球、加强筋、筒壁之间的原料的摩擦频率更高，有利于高效的磨细原料，增加其表面能。筒体顺时针转动和逆时针交替转动的球磨方式能极大的避免球磨死角，提高不同批次球磨的稳定性和一致性。利用本发明的分阶段球磨的方法和本发明设计的椭球形的球磨机筒体结合，能够大大地缩短球磨时间，提高球磨的效率，研磨后的料浆粒径分布集中，能够提高成品的质量。
作为优选，所述CaCO3、SiO2、La2O3和Co3O4的添加量分别为原料质量的0.5～0.8％、0.2～0.5％、0.05～0.3％和0.05～0.3％。CaCO3、SiO2、La2O3和Co3O4的添加量分别为原料质量的0.5～0.8％、0.2～0.5％、0.05～0.3％和0.05～0.3％时，球磨后的浆料的粒度均匀，研磨效果好。
作为优选，所述原料、钢球和水的比例为1:3.5～6.5:1.2～1.5。当原料、钢球和水的比例为1:3.5～6.5:1.2～1.5时，球磨效果较好。
作为优选，所述钢球为直径8～10mm轴承钢球和6～8mm轴承钢球中的至少一种。当采用直径8～10mm轴承钢球和6～8mm轴承钢球中的一种或两种进行配比时，球磨效果较好。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明具有球磨效率高、筒体耐磨损、磨出的料浆粒径分布窄，料浆成型效率高等优点，磨至相同的粒径，采用本发明可以缩短球磨时间2～5小时，相同工况下，球磨筒体磨损减少60％，料浆成型时间节约10～20％，综合成品率提高8～15％。
附图说明
图1为本发明的一种椭球形球磨筒体的横截面的示意图；
图2为本发明的一种椭球形球磨筒体的加强筋的截面示意图；
图3为本发明的一种椭球形球磨筒体及其细粉碎永磁铁氧体的方法中球磨后的浆料的粒径分布图。
附图编号：1.筒体；2.加强筋；3.凹陷。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。在本发明中所涉及的装置、连接结构和方法，若无特指，均为本领域公知的装置、连接结构和方法。
实施例1
如图1和图2所述：一种椭球形球磨筒体，所述筒体1的内壁上设置有若干沿其内壁均匀分布的加强筋2，所述加强筋从椭球形筒体极轴的一端延伸至另一端，所述加强筋靠近筒体内部的表面具有圆弧形的凹陷3。所述筒体的极半径与两条赤道半径的比例为1.5:2:1。所述加强筋为长方体状，加强筋的宽度与较长的极半径的比例为1:50，加强筋的高度与较长的极半径的比例为1:40。所述加强筋的数量为12条。所述凹陷的圆弧形面的圆心角为80°。
一种利用椭球形球磨机筒体细粉碎永磁铁氧体的方法，包括以下步骤：
(1)球磨机筒体内加入所要球磨的原料2.5T，原料的粒径D50为4μm，加入CaCO3、SiO2、La2O3和Co3O4，CaCO3、SiO2、La2O3和Co3O4的添加量分别为原料质量的0.7％、0.35％、0.2％和0.15％，然后加入水和Φ8mm轴承钢球；球磨的原料、钢球和水的比例为1:4.5:1.3。
(2)第一阶段：采用25r/min的转速，顺时针转动1小时再逆时针转动1小时，交替循环球磨4小时。
(3)第二阶段：采用20r/min的转速，顺时针转1小时再逆时针转动1小时，交替循环球磨4小时。
(4)第三阶段：采用18r/min的转速，顺时针转动1小时。
实施例2
实施例2与实施例1的不同之处在于：第一阶段，采用31r/min的转速，顺时针转动1小时再逆时针转动1小时，交替循环球磨4小时。第二阶段，采用24r/min的转速，顺时针转1小时再逆时针转动1小时，交替循环球磨4小时，第三阶段，采用20r/min的转速，顺时针转动1小时。其余同实施例1。
实施例3
实施例3与实施例1的不同之处在于：第一阶段，采用33r/min的转速，顺时针转动1小时再逆时针转动1小时，交替循环球磨5小时。第二阶段，采用25r/min的转速，顺时针转1小时再逆时针转动1小时，交替循环球磨4小时，第三阶段，采用20r/min的转速，顺时针转动1小时。其余同实施例1。
实施例4
实施例4与实施例1的不同之处在于：第一阶段，采用33r/min的转速，顺时针转动1小时再逆时针转动1小时，交替循环球磨5小时。第二阶段，采用25r/min的转速，顺时针转1小时再逆时针转动1小时，交替循环球磨5小时，第三阶段，采用20r/min的转速，顺时针转动2小时。其余同实施例1。
实施例5
实施例5与实施例1的不同之处在于：第一阶段，采用35r/min的转速，顺时针转动1.5小时再逆时针转动1.5小时，交替循环球磨6小时。第二阶段，采用25r/min的转速，顺时针转1.5小时再逆时针转动1.5小时，交替循环球磨6小时，第三阶段，采用20r/min的转速，顺时针转动2小时。其余同实施例1。
实施例6
实施例6与实施例1的不同之处在于：加强筋2上弧形凹陷3的圆心角为60°，第一阶段，采用35r/min的转速，顺时针转动1小时再逆时针转动1小时，交替循环球磨8小时。第二阶段，采用25r/min的转速，顺时针转1小时再逆时针转动1小时，交替循环球磨5小时，第三阶段，采用20r/min的转速，顺时针转动2小时。其余同实施例1。
实施例7
实施例7与实施例1的不同之处在于：第一阶段，采用35r/min的转速，顺时针转动1小时再逆时针转动1小时，交替循环球磨8小时。第二阶段，采用25r/min的转速，顺时针转1小时再逆时针转动1小时，交替循环球磨7小时，第三阶段，采用20r/min的转速，顺时针转动2小时。其余同实施例1。
实施例8
实施例8与实施例1的不同之处在于：加强筋2上弧形凹陷3的圆心角为100°，钢球为Φ8mm和Φ6mm轴承钢球，两种轴承钢球所用比例为1:1；第一阶段，采用36r/min的转速，顺时针转动1小时再逆时针转动1小时，交替循环球磨6小时。第二阶段，采用25r/min的转速，顺时针转1小时再逆时针转动1小时，交替循环球磨6小时，第三阶段，采用20r/min的转速，逆时针转动2小时。其余同实施例1。
实施例9
如图1和图2所述：一种椭球形球磨筒体，所述筒体1的内壁上设置有若干沿其内壁均匀分布的加强筋2，所述加强筋从椭球形筒体极轴的一端延伸至另一端，所述加强筋靠近筒体内部的表面具有圆弧形的凹陷3。所述筒体的极半径与两条赤道半径的比例为3:1.2:1。所述加强筋为长方体状，加强筋的宽度与较长的极半径的比例为1:40，加强筋的高度与较长的极半径的比例为1:30。所述加强筋的数量为8条。所述凹陷的圆弧形面的圆心角为120°。
一种利用椭球形球磨机筒体细粉碎永磁铁氧体的方法，包括以下步骤：
(1)球磨机筒体内加入所要球磨的原料2.5T，原料的粒径D50为4μm，加入CaCO3、SiO2、La2O3和Co3O4，CaCO3、SiO2、La2O3和Co3O4的添加量分别为原料质量的0.8％、0.5％、0.35％和0.05％，然后加入水和Φ8mm轴承钢球；球磨的原料、钢球和水的比例为1:3.5:1.5。
(2)第一阶段：采用25r/min的转速，顺时针转动1小时再逆时针转动1小时，交替循环球磨4小时。
(3)第二阶段：采用20r/min的转速，顺时针转1小时再逆时针转动1小时，交替循环球磨4小时。
(4)第三阶段：采用18r/min的转速，顺时针转动1小时。
比较例1
比较例1与实施例1的不同之处在于：采用本发明改进前的球磨机，以28r/min的转速匀速球磨19h,其余工艺按照实施例1进行控制，得到料浆的粒径D50为0.8μm。
比较例2
比较例2与实施例1的不同之处在于：以28r/min的转速匀速球磨17h,其余工艺按照实施例1进行控制，得到料浆的粒径D50为0.78μm。
取100g经过实施例1～8和比较例1～2球磨后的浆料烘干后用激光粒度仪测试粒度分布曲线(见图3)，将其余料浆抽至料塔进行沉淀，料浆控制含水量在35％～40％后，用250T湿压磁瓦成型压机压制，所有实施例和比较例的成型工艺、烧结工艺曲线、成型设备、烧结设备、均保持一致，烧结后的磁瓦由磁性材料测试设备23℃的恒温条件下测试磁性能，测试数据见表1
表1
从粒径分布图和性能对比看，改进后的球磨机，采用相同批次的原料，球磨至相同粒径，具有更窄的粒径分布，球磨时间平均缩短3～5h，成型时间缩短10％，成品率提高10％，剩磁提高1％～3％，内禀提高3％～5％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种椭球形球磨机筒体，其特征在于：所述筒体（1）的内壁上设置有若干沿其内壁均匀分布的加强筋（2），所述加强筋从椭球形筒体极轴的一端延伸至另一端，所述加强筋靠近筒体内部的表面具有圆弧形的凹陷（3）。
2.根据权利要求1所述的一种椭球形球磨机筒体，其特征在于：所述筒体的两条极半径与赤道半径的比例为1.2~3:1.2~3:1。
3.根据权利要求1所述的一种椭球形球磨机筒体，其特征在于：所述加强筋为长方体状，加强筋的宽度与较长的极半径的比例为1:30~80，加强筋的高度与较长的极半径的比例为1:20~60。
4.根据权利要求3所述的一种椭球形球磨机筒体，其特征在于：所述加强筋的宽度与较长的极半径的比例为1:40~60，加强筋的高度与较长的极半径的比例为1:30~50。
5.根据权利要求4所述的一种椭球形球磨机筒体，其特征在于：所述加强筋的数量为8~13条。
6.根据权利要求1所述的一种椭球形球磨机筒体，其特征在于：所述凹陷的圆弧形面的圆心角为60~180°。
7.一种利用权利要求1至6任一所述的椭球形球磨机筒体细粉碎永磁铁氧体的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）球磨机筒体内加入所要球磨的原料，加入CaCO3、SiO2、La2O3和Co3O4，然后加入水和钢球；
（2）第一阶段：采用25~36r/min的转速，顺时针转动1~2小时再逆时针转动1~2小时，交替循环球磨4~6小时；
（3）第二阶段：采用20~25r/min的转速，顺时针转1~2小时再逆时针转动1~2小时，交替循环球磨4~8小时；
（4）第三阶段：采用18~20r/min的转速，顺时针或逆时针转动1~2小时。
8.根据权利要求7所述的一种利用椭球形球磨机筒体细粉碎永磁铁氧体的方法，其特征在于：所述CaCO3、SiO2、La2O3和Co3O4的添加量分别为原料质量的0.5~0.8%、0.2~0.5%、0.05~0.3%和0.05~0.3%。
9.根据权利要求7所述的一种利用椭球形球磨机筒体细粉碎永磁铁氧体的方法，其特征在于：所述原料、钢球和水的比例为1:3.5~6.5:1.2~1.5。
10.根据权利要求7或9所述的一种利用椭球形球磨机筒体细粉碎永磁铁氧体的方法，其特征在于：所述钢球为直径8~10mm轴承钢球和6~8mm轴承钢球中的至少一种。
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