球磨参数对磁性材料粒径分布的影响

陈 静 王 凡 钱有军

(中钢集团安徽天源科技股份有限公司)

球磨参数对磁性材料粒径分布的影响

陈 静 王 凡 钱有军

(中钢集团安徽天源科技股份有限公司)

通过对磁性材料铁氧体球磨工艺中球磨参数的研究，分析了球磨机转速、球磨时间、磨球直径、球料比等球磨参数对粒径分布的影响。分析研究结果表明：自制等比例缩小球磨机的较优球磨磁性材料参数磨机转速为75 r/min，球磨时间为14 h，磨球直径为6.0 mm，球料质量(装球量为10 kg)比为12.5∶1。

球磨 磁性材料 粒径分布 磨机转速 球磨时间 磨球直径

球磨机在球磨过程中由于参数与变量较多，加上不易对筒体内球磨工况进行观察，对该工艺的研究一直存在困难[1-2]。长期以来，国内外研究学者在球磨机理上做了很多研究，但由于大多数研究都是基于一定的假设之下，且命题都存在一定的局限性，如对磨球介质的泻落过程研究，磨球被当做一个相对独立的质点，如基本的磨球最佳球径都只能靠一些经验公式来求解，这些现状都为球磨研究带来了挑战，球磨的研究仍然任重而道远。

1 试验设计

试验设备主要有自制球磨机(0.2 m×0.25 m)、Mastersizer 2000激光粒度仪，其中自制球磨机按生产球磨机等比例缩小。

1.1 球磨转速对粒径分布的影响

球磨机转速直接影响磨球在筒内的运动状态，转速过快，磨球附着在磨筒内壁，失去粉碎作用；转速太慢，低于临界转速太多，磨球在磨筒内上升不高就下落，粉碎作用很小；当转速适当时，磨球紧贴在筒壁上，经过一段距离，磨球离开筒壁下落，给粉料以最大的冲击与研磨作用，具有最高的粉碎效率。

表1 球磨转速对粒径分布的影响

由表1可知，随着球磨转速提高，磁性铁氧体粉料整体粒径呈下降趋势，分布宽度也呈现出相对下降趋势，但当球磨转速为85 r/min(90%临界转速nc)时，分布宽度却随之上升，分析主要原因为，随着球磨转速达到80 r/min后，粗颗粒基本已完成了细磨工作，转速再提升使得细颗粒更细，而相对的D90下降幅度细微，导致粒径分布相对变宽。

根据试验结果，并依据磁性材料铁氧体整体工艺条件，考虑能耗、后段压型工艺、器件磁性能方面等选定最佳球磨转速为75 r/min，后续试验均采用球磨转速75 r/min。

1.2 球磨时间对粒径分布的影响

球磨时间是影响粒径分布的关键指标，更是控制能耗的重要参数，试验采用10 kg直径6.0 mm钢球，球料质量比为12.5∶1，料水质量比为1∶1.4，分别进行8、10、12、14、16 h球磨，试验结果见表2。

表2 球磨时间对粒径分布的影响

由表2可知，当球磨时间达到14 h时，粒径分布呈现出转折性下降，当继续延长球磨时间，粒径分布受球磨时间影响不大，考虑到能耗问题，后序试验最佳球磨时间为14 h。

1.3 磨球粒径对粒径分布的影响

磨球的破碎力决定着解离粉料的程度，磨球的尺寸是球磨的关键因素之一。试验采用直径分别为 4.8、6.0、8.0 mm以及混合钢球(钢球质量均为10 kg)，球料质量比为12.5∶1，料水质量比为1∶1.4进行14 h球磨，试验结果见表3。

表3 磨球粒径对粒径分布的影响

由表3可知，磨球直径越大，颗粒球磨效果越差，综合平均粒径D50及分布宽度考虑，较优磨球粒径为6.0 mm及4.8 mm+8.0 mm(1∶1)混合球，现场放大前有必要继续探讨混合磨球的影响，以找寻到能耗小、球磨效果好的最佳磨球参数适应生产，该试验室项目后期球磨参数探讨采取6.0 mm为最佳磨球直径。

1.4 球料比对粒径分布的影响

装料量的多少直接影响球磨效率，试验采用10 kg直径 6.0 mm钢球，球料质量比分别为100∶6、100∶7、100∶8、100∶9、100∶10，料水质量比为1∶1.4进行14 h球磨，试验结果见表4。

表4 球料比对粒径分布的影响

由表4可知，并不是装料量越少球磨就越充分，装料量过少会导致整个球磨罐腔体填充率不够，球料整体运动路径变长，球磨时间一定路径增长导致料粉颗粒球磨周期相对减少，当装料量过多，外界提供能量固定，能量达不到所需时，效率必然下降，所以存在最佳的装料量；根据试验结果，确定最佳球料比为100∶8。

1.5 较优参数试验

根据试验室探索的各球磨参数的较优条件组合进行了四组平行试验，试验采用10 kg直径为6.0 mm钢球，球料质量比为12.5∶1，料水质量比为 1∶1.4进行14 h球磨。试验结果见表5，Mastersizer 2000测试结果见图1。

表5 较优参数试验结果

由表5可知，最优参数可以较稳定的复现试验结果，且D50稳定在1.1 μm左右、分布宽度稳定在1.2左右，使得D50在满足需求的基础上，同时保证了分布宽度，此试验条件可选定为较优试验参数。

试验较优参数的激光粒度测试结果见图1。

图1 Mastersizer 2000测试结果

由图1可知，测试结果峰型较好，D50在1.1 μm左右、分布宽度在1.2左右。

2 结 语

通过试验室级别的球磨参数探讨，得到了自制等比例缩小球磨机(0.2 m×0.25 m)的较优球磨磁性材料参数，其磨球直径为6.0 mm，球磨时间为 14 h，球料质量比为12.5∶1，料水质量比为1∶1.4，为现场生产提供了基础数据，后期将做放大试验，做到节能降耗提高球磨效率。

[1] 严 密，彭晓领.磁学基础与磁性材料[M].杭州：浙江大学出版社，2006.

[2] 蔡小舒，苏明旭，沈建琪，等.颗粒粒度测量技术及应用[M].北京：化学工业出版社，2010.

[3] 谢瑞兵，张云程，余 丽.永磁铁氧体料浆制备工艺概述[J].磁性材料及器件，2011，42(2)：73-77.

[4] 许 伟，吴照银，唐新民.半自磨加球磨改造方案的研究[J].冶金设备，2007，164(4)：38-43.

[5] 杨粉荣，文洪杰，钟 勤.几种粒度测定方法的比较[J].物理测试，2005，23(5)：36-40.

2015-09-08)

陈 静(1986—)，女，工程师，硕士，243000 安徽省马鞍山市霍里山大道南段9号。