超細(xì)粉碎是非金屬礦深加工的關(guān)鍵技術(shù)之一。我國自八十年代開始，研制成功多種類型的超細(xì)粉碎機，填補了我國多項空白。CM51型高速沖擊式超細(xì)粉碎機就是其中的一種。幾年來，它已廣泛用于煤系高嶺土、高嶺巖、滑石、方解石、硅灰石、重晶石、石墨、葉臘石、云母等非金屬礦的超細(xì)粉碎的生產(chǎn)實踐，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。該設(shè)備不僅具有結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小、破碎比大、流程短、能耗低等優(yōu)點，而且還具有礦物超細(xì)粉碎和提純的雙重功能。是很多非金屬礦，特別是用作涂料和功能填料的非金屬礦理想的超細(xì)粉碎設(shè)備。本文對物料在破碎腔內(nèi)的粉碎和選分機理進(jìn)行研究和探討。
1、 CM51型超細(xì)粉碎機的工作原理
CM51型超細(xì)粉碎機的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
物料經(jīng)雙螺旋給料機②給入粉碎機中。該機有兩個直列粉碎室，中間由圓環(huán)形擋料環(huán)③、④隔開，每一粉碎室均有兩組固定在主軸上的轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子末端裝有可更換的刀片。其中⑥、⑧兩組刀片形狀相同，并與主軸橫斷而有一定的夾角；⑦和⑨兩組刀片形狀相同，與主軸橫斷面無夾角。在每個粉碎室的底部，各設(shè)有一個排渣孔⑩，在磨礦過程中，難磨粒子和重礦物雜質(zhì)進(jìn)入⑩中，由排渣螺旋排出機外。從而達(dá)到節(jié)能和提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。
該機主要由主軸帶動刀片在機內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，依靠刀片與物料的沖擊作用、刀片與襯板之間對物料的剪切作用，以及物料與襯板、物料粒子之間的撞擊作用，達(dá)到粉碎的目的。
2、粉碎機理的研究與探討
該機最大入料粒度為8mm．物料進(jìn)入第一粉碎室內(nèi)，大顆粒物料首先受到高速旋轉(zhuǎn)刀片的打擊。這個打擊力的大小可用下式表示：
F= kmAv/At
式中：m-打擊物體的質(zhì)量；Aw打擊前后顆粒速度的變化；At-打擊作用的時間；k-比例常數(shù)。
在這里，刀片打擊物料顆粒，與物料顆粒沖擊刀片的力是一對作用與反作用力。因此根據(jù)上式可知，顆粒的質(zhì)量越大，沖擊速度越大，顆粒所受的沖擊力也越大。在第一粉碎室內(nèi)，刀片的末端運動速度可達(dá)64m/s，而且刀片打擊礦�？煽闯勺杂膳鲎�，故At很小，因此對給入的大顆粒沖擊極大。因此第一粉碎室內(nèi)物料主要以沖擊粉碎為主。隨著顆粒度的減小，所受沖擊力也逐漸減小，當(dāng)達(dá)到某一粒度時，物料被水平氣流送入第二粉碎室。在這里單顆粒的粒度急劇減小，當(dāng)直徑為8mm的球形顆粒，粒度減小至20μm時，質(zhì)量減小到原來的10-8左右，所受的沖擊力也按相同數(shù)量級降低。因此在第二粉碎室中，物料顆粒主要以剪切和研磨為主。為此，我們做了多種試驗，以求得到驗證。
2.1 刀片磨損試驗
我們采用山東平度滑石礦的二級滑石塊，莫氏硬度為1.5，共處理礦石43. 24t，其刀片磨損情況見表1。
從試驗結(jié)果看出，刀片磨損從頭到尾依次減少，而且第二室的刀片磨損量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于第一室，這充分證明物料在粉碎室內(nèi)所受到的沖擊作用依次減弱。
2.2 刀片與粉碎機襯板間隙大小對粉碎的
影響 在試驗過程中，我們發(fā)現(xiàn)刀片與磨機襯板之間的間隙大小對微粉產(chǎn)量的影響很大。間隙的過大或過小均會使微粉產(chǎn)量降低，其間隙大小與微粉產(chǎn)量之間的關(guān)系如圖2所示：根據(jù)所粉碎的礦所不同，間隙Hd一般為2～3mm，這表明在這種條件下，被粉碎物料所受的剪切和研磨作用為最大。當(dāng)間隙過小時，較大的顆粒難以進(jìn)入刀片與襯板之間，當(dāng)間隙過大時，刀片與襯板之間的顆粒層過厚，使之剪切和研磨作用減弱，因而影響微細(xì)粉的產(chǎn)量。
同時我們還進(jìn)行了柔性物料（云母）與脆性物料（重品石）的粉碎試驗；相同物料（硬質(zhì)高嶺土）不同入料粒度組成的粉碎試驗。發(fā)現(xiàn)脆性物料比柔性物料的處理能力高2～3倍。- 8mm硬質(zhì)高嶺土的處理能力比用一325目硬質(zhì)高嶺土粉作為入料的處理能力更大。這些實例都充分證明，該機第一室以沖擊粉碎為主，第二室以剪切研磨粉碎為主。根據(jù)不同粉碎對象，調(diào)整給料粒度組成，是充分發(fā)揮該設(shè)備能力的關(guān)鍵因素。
3、分選機理的研究與探討
該超細(xì)粉碎機與眾不同的是在每個粉碎室的下部各設(shè)有一個排渣孔（見圖1）。使混入的雜質(zhì)和難磨粒子得以及時排出機外，對降低能耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量起到明顯的作用。
如圖3所示，在粉碎過程中粉碎腔內(nèi)形成兩個不同的氣流。一個是以兩個擋料環(huán)內(nèi)經(jīng)為直徑的水平運動氣流，它是由尾部風(fēng)機形成的，主要起輸送物料的作用，簡稱輸送區(qū)；另一個是環(huán)繞水平空氣柱作圓周運動的環(huán)繞氣流，它是由轉(zhuǎn)子帶動刀片高速旋轉(zhuǎn)，再帶動空氣形成的，促使物料與空氣流一起做高速圓周運動，簡稱粉碎區(qū)。在粉碎區(qū)內(nèi)，大顆粒物料和密度大的難磨粒子，所受的離心力也大，在旋轉(zhuǎn)過程中被拋向機壁。而刀片各質(zhì)點的線速度越靠近機壁亦越大，故有利于大顆粒的粉碎。而難磨粒子一般密度比較大，當(dāng)被粉碎到一定程度后，主要運動軌跡是沿機壁做圓周運動，當(dāng)運動至排渣口時，被排渣螺旋帶出機外。
在粉碎機腔體內(nèi)，水平氣流的風(fēng)速可達(dá)12. 67m/s，根據(jù)流體力學(xué)原理，該區(qū)是負(fù)壓區(qū)。在粉碎區(qū)內(nèi)被粉碎到一定粒度的顆粒會被吸入到水平氣流中。在水平氣流中，任何一個顆粒都具有兩個分速度，一個是水平運動速度Vx，另一個是垂直沉降速度V，。Vy為顆粒的干涉沉降速度，其大小適合于斯托克斯公式范圍，故在相同條件下，比重大的、粒度大的顆粒Vy亦大，當(dāng)V，大到一定程度時較大顆粒又返回粉碎區(qū)的環(huán)流中進(jìn)行再磨。
我們對滑石和硬質(zhì)高嶺土分別進(jìn)行了試驗研究，結(jié)果列于表2中。
從化驗結(jié)果可知，人們一直擔(dān)心的磨礦過程中的鐵污染問題，在這里得到了很好地解決。綜上所述，CM51型超強粉碎機內(nèi)部的氣流運動相當(dāng)一個平臥的空氣旋流器，在環(huán)繞氣流（粉碎區(qū)）和水平氣流（輸送區(qū)）的交界面上形成一個過渡區(qū)（紊流區(qū)），在這里物料進(jìn)行了多次“淘洗”，及時把合格產(chǎn)品送入水平氣流排除機外，同時又能把不合格粗顆粒送回環(huán)繞氣流進(jìn)行再磨，有利于提高設(shè)備的粉碎效率，降低粉碎能耗。
4、結(jié)論
(1) CM51型沖擊式超細(xì)粉碎機是一種高效、節(jié)能型的超細(xì)粉碎設(shè)備。它具有結(jié)構(gòu)簡單、配套設(shè)備少、流程短、破碎比大、節(jié)能、無污染等一系列優(yōu)點，特別適合非金屬礦中小型深加工企業(yè)。
(2)該設(shè)備兩個粉碎室的結(jié)構(gòu)表明，第一室以沖擊粉碎為主，第二室以剪切、研磨作用為主。因此，它適合于處理- 8mm以下的混合料。對于- 200目以下的粉料，無法發(fā)揮第一室的沖擊作用，致使設(shè)備處理能力降低，能耗上升。
(3)該設(shè)備的排渣功能可以時排除混入的雜質(zhì)和難磨粒子，尤其是常規(guī)磨礦中的鐵污染問題得到解決。這種集超細(xì)粉碎與排渣提純的雙重功能是該機有別于其它超細(xì)粉碎設(shè)備的特點之一，這對非金屬礦，特別是用于涂料、填料行業(yè)的非金屬礦微粉的除鐵、除鈦、以及除各種重礦物雜質(zhì)等，該機有獨到之處。
