4 预焙阳极 中碎和混捏

4 原料的粉碎、筛分、配料及混捏

4.1 原料的粉碎

4.1.1.1 粉碎的概述

用机械的方法使固体物料克服内聚力，由大块碎成小块或细粉的操作，统称为粉碎。粉碎过程中，物料的块（粒）度变小，单位质量物料的总表面积增加，同时要消耗能量。通常固体由大块破裂成小块的操作称为破碎；由小块破裂为细粉的操作称为磨粉，其相应的机械称为破碎机和磨粉机。

依据被破碎料的大小及破碎后物料的颗粒不同，可以把物料的粉碎操作分为粗碎、中碎、细碎、粗磨、细磨和超细磨等级别。在炭素工业中通常只分为三个级别：

粗碎（或预破碎）指大块原料在进入煅烧炉前的破碎，一般是指将块度在200mm左右的大块料破碎到50-70mm；

中碎是指将煅后料进一步破碎到配料所需要的粒度，一般是将煅后料由50mm左右破碎到1-20mm；

细磨（或磨粉）指将一部分原料磨成0.15mm或0.075mm的粉末。 4.1.1.1 粉碎比

为表征物料在粉碎前后尺寸的变化，用粉碎比（或称粉碎度）i来表示。物料的粉碎比是确定粉碎工艺及机械设备选型的重要依据。粉碎比的计算方法有以下几种。

（1）用物料在破碎前的最大粒度与破碎后的最大粒度的比值来确定。

i=Dmax/dmax （4-1）

式中Dmax—破碎前物料的最大块直径，mm；

dmax—破碎后物料的最大块直径，mm。

最大块直径可由筛下累积重百分率曲线找出。曲线上与5％或20％相粒度即为最大块直径，也就是说物料的95％或80％能通过正方形筛孔的宽度。我国取物料95％能通过的筛孔的宽度为最大块直径。设计中常用这种计算方法，因为设计上要根据最大块直径来选择破碎机给料口的宽度。

（2）用破碎机给料口的有效宽度和排料口宽度的比值来确定。

i=0.85B/S （4-2）

式中 B—破碎机给料口的宽度，mm；

S—破碎机排料口的宽度，mm。

因为给入破碎机的最大块料块直径应比厂矿机的进料口宽度约小15％才能被钳住，所以式（4-2）式中0.85B为破碎机给料口的有效宽度。

（3）用平均粒度来确定。 公式（4-3）

破碎前后物料都是由若干个粒级组成的统计总体，只有平均直径才能代表总体，用这种方法得到的粉碎比能较真实地反映破碎程度，因而理论研究中常用此法。

在炭素工业中，所用的的块度为100-200mm，破碎后的粒度在4-0.075mm。若把100mm

的物料破碎到0.075mm，破碎比高达1333。目前所用粉碎机械不可能一次完成，通常是把几个破碎机和磨粉机依次串联，来保证所需的高粉碎比。在整个流程中，每台粉碎设备只实现一部分任务，形成破碎和磨粉各阶段，这种粉碎方式称为多级粉碎。整个流程的粉碎比称为总粉碎比。部粉碎比可用下式计算：

公式（4-4）

当一块单独的固体物料在受到突然打击，粉碎之后，将产生数量较少的大颗粒和为数很多的小颗粒，也有少量中间粒度的颗粒。若继续增加打击的能量，则大颗粒将变为较小粒度和较多数目，而小颗粒数目大大增加，但粒度不再变小。这是因为大块物料内部有或多或少的脆弱面，在受力时，首先沿着这些脆弱面碎裂。当物料粒度较小时，这些脆弱面减少，小颗粒受力后往往不碎裂，仅表现为受剪切而出现一些微粒。因为小颗粒的粒度由物料的性质决定，而大颗粒的粒度则与粉碎过程有密切关系。如图4-1所示，用球磨机粉碎煤的一系列实验证实了上述关系。最初的粒度分布显示一个单峰，它相当于较粗颗粒的破碎特征。随着粉碎过程的进行，该峰逐渐减小，并在一定粒度时产生第二个峰，过程一直进行到第一个峰完全消失为止。第二个峰表征了被破碎物料的特征，可称为持久峰型，而第一个峰称为暂时峰型。

4.1.2 粉碎方法与设备 4.1.2.1 粉碎方法

炭素工业中采用的粉碎方法主要是靠机械力作用，最常见的粉碎方法有五种，如图4-2所示。

1）压碎。物料在两个破碎工作平面间受到缓慢增加的压力而破碎，它的特点是作用力逐渐增大，力的作用范围较大，多用于大块物料破碎。

2）劈碎。物料由于楔状物体的作用而被破碎，多用于脆性物料的破碎。

3）剪碎。物料在两个破碎工作面间如同受到集中载荷的两支点（或多支点）梁，除了在外力作用点受到劈力外，还发生弯曲折断，多用于硬脆性大块物料的破碎。

4）击碎。物料在瞬间受到外来冲击力而被破碎，冲击的办法较多，如在坚硬表面上物料受到外来冲击体的打击；高速运动的料块冲击到固定的坚硬物体上；物料块间的相互冲击等。此种方法多用于脆性物料的粉碎。

5）磨碎。物料在两个工作面或各种形式的研磨体之间，受到磨擦、剪切力进行磨削而成为细粒，多用于小块物料或韧性物料的粉碎。

目前所使用的粉碎机械，往往是同时具有多种粉碎方法的联合作用，而以某种方法为主。

4.1.2.2 粉碎机的分类

粉碎机的种类很多，其分类如表4-1所示。 4.1.2.3 粉碎机的选择 （1）选择粉碎机的原则

1）选择粉碎机要根据所粉碎物料的物理特性来决定。硬而脆的物料用击碎或压碎法较好，韧性物料用压碎和研磨相结合的方法。为了避免产生大量粉尘，获得大小均匀的物料，对脆性物料适用劈碎法，对于需细碎的物料则采用击碎与磨碎相结合；

2）粉碎机的结构、尺寸与被碎料的强度与尺寸相适应；

3）粉碎机应保证所要求的产量，并稍有富裕，以免在给料量增加时超载； 4）粉碎机加工后的物料粒度要均匀，粉碎过程中形成的粉尘少； 5）粉碎机粉碎过程均匀不断，粉碎后的物料应能迅速和连续排出；

表4-1 粉碎机的分类

分类 机名 颚式 破碎机 对辊 破碎机 锤式 破碎机 反击式 破碎机 笼式 粉碎机 磨 粉 机 械 球磨机 自磨机 雷蒙磨 粉碎方法 压碎 为主 压碎 为主 击碎 运动方式 往复 粉碎比 4~6，中碎时最高达10 3~8 单转子10~15 双转子30~40 10以上，最高可达40 数百 数百 以上 数百以上 数百至数千 适用范围 粗碎硬质料 中碎中硬料 中碎硬质料 细碎软质料 中碎硬质料 细碎中硬料 在碎中硬料 细碎、粗磨 软脆质料 磨碎、细碎 中硬质料、软质料 磨碎硬质料、中硬料 细碎、磨碎硬质料 破 碎 机 械 旋转(慢) 旋转(快) 击碎 旋转(快) 击碎 压碎+ 研磨 击碎+ 研磨 击碎+ 研磨 旋转(快) 自转 公转 旋转(慢) 旋转(慢) 6）能量消耗应尽可能小，粉碎比调整方便； 7）机械的工作部件经久耐用且便于拆换。

（2）炭素厂常用的粉碎机及其适用的物料范围列于表4-2。 （3）一些破碎机生产能力的计算

1）颚式破碎机的生产能可按下式计算： 公式（4-5）

式中 Q—生产能力，t/h； n—偏心轴转数，r/min； L—排料口长度，cm；

d—破碎产品平均粒径，cm； S—动颚下部水平行程，cm；

μ—破碎产品松散系数，一般为0.25-0.70；

3

ｒ—物料体积密度，g/cm； α—颚板张开角度，度。

2）辊式破碎机的生产能力按下式计算： 公式（4-6）

式中 Q—生产能力，t/h；

e—工作时排料口宽度，cm；

表4-2 炭素厂常用破碎机械特征

机械名称 颚式破碎机 所达到的粉碎程度 粗、中碎 √ 细碎 磨粉 超细磨 施力特征 压碎和部分 磨碎 压碎、剪碎、 石油焦、沥青焦、无烟煤、带齿磨碎 击碎 的适用于焙烧块和石墨废料 炭素填充料、煤沥青、各种焦炭、无烟煤 击碎、磨碎 炭素填充料、煤沥青、各种焦炭、无烟煤 击碎、压碎、 石油焦、沥青焦、天然石墨等 磨碎 压碎、磨碎、 石油焦、沥青焦、天然石墨、沥超声振动 压碎、磨碎 撕碎、磨碎 磨碎 青粉 石油焦、沥青焦、天然石墨等 压粉，天然石墨 压粉 适合的被粉碎料 石油焦、沥青焦、无烟煤 辊式破碎机 带齿的 不带齿的 反击式破碎机 √ √ 锤式破碎机 √ √ 球磨机 √ 振动磨 √ √ √ √ √ 雷蒙磨 鼠笼式磨粉机 圆盘磨粉机 无介质磨粉机 击碎、压碎、 石油焦、沥青焦、天然石墨、压磨碎 粉 高速万能磨粉机 √ 击碎、压碎、 石油墨、沥青焦、天然石墨 磨碎