Have you encountered significant material buildup on the inner walls when grinding barium titanate using a jet mill? This article introduces how to effectively address wall adhesion issues during the grinding process.
Шаг 1: Выясните первопричину образования отложений.
В основе адгезии к стенкам лежат сильные межчастичные и межчастичные силы, включая силы Ван дер Ваальса, электростатическое притяжение, капиллярные силы и адгезию, обусловленную пластической деформацией. Существует пять ключевых факторов, способствующих этому:
Избыточное содержание влаги: Даже следы влаги (<0,5%) могут значительно увеличить адгезию частиц.
Чрезмерно мелкий размер частиц (<10 мкм): Высокая удельная площадь поверхности и поверхностная энергия способствуют агломерации.
Низкая температура размягчения или термочувствительность: Нагрев при шлифовании может вызвать локальное плавление или размягчение.
Накопление электростатического заряда: В сухих условиях трение генерирует статический заряд, в результате чего частицы прилипают к металлическим поверхностям.
Отсутствие приспособлений для шлифовки: Отсутствие антиадгезионных, диспергирующих или смазывающих добавок.
Шаг 2: Выявление проблемы
Необходимо определить, обусловлена ли адгезия физической адсорбцией (ван-дер-ваальсовы силы, электростатические силы), химической адгезией (функциональные группы на поверхности) или термическим размягчением/плавлением. Задайте себе три диагностических вопроса:
Из какого материала он сделан?
Является ли это неорганическим (например, карбонат кальция, оксид алюминия), органическим (например, смола, воск, АФИ) или композитным веществом? Содержит ли оно сахара, полифенолы, масла, жиры или компоненты с низкой температурой плавления?
| Вопрос, который следует задать | Конкретный сценарий | Доминирующий механизм прилипания к стенке | Типичное проявление/сигнал | Ключевые слова/Основа |
| Из какого материала он сделан? | Неорганические | Высокая удельная площадь поверхности + электростатическая адсорбция Отслеживание образования влагозадержек (капиллярных сил) | Порошок выглядит сухим, но "пушистый и плохо растекается".“ Образование осадка при разгрузке | D50 < 10 мкм Содержание влаги > 0,1% Высокое удельное сопротивление |
| Органический | Термическое размягчение/плавление (T ≥ Tg/Tm) Вязкоупругое запутывание молекулярных цепей | Прилипание к стене усиливается через 30 минут работы. Маслянистый блеск или полупрозрачная пленка Остатки внутри полости | ДСК показывает, что Tg/Tm < 80 °C Температура разряда близка к Tg Текущий рост с течением времени | |
| Композитная система | Многокомпонентная синергетическая адгезия (твердое + мягкое + маслянистое вещество) Поглощение влаги – выделение тепла – положительная обратная связь по адгезии | Первоначально все в норме, но затем быстро ухудшается. Остаток имеет желтоватый цвет, представляет собой эластичные, устойчивые комки. Слабый запах гари | Изменение цвета, беловатая мутность, ПЭГ, компоненты с низкой температурой плавления. Гигроскопичен (чувствителен к относительной влажности) Термогравиметрический анализ (ТГА) показывает потерю веса при низких температурах. |
Куда это прилипнет?
Стенки мельничной камеры? Вал мешалки? Выходное отверстие? Площадь сита/зазора? Это равномерная пленка или локальное отложение?
| Вопрос, который следует задать | Конкретный сценарий | Доминирующий механизм прилипания к стенке | Типичное проявление/сигнал | Ключевая основа для принятия решения |
| Место адгезии | Внутренняя стенка цилиндра | Центробежная сила для разбрасывания порошка + отсутствие соскабливания Эффект конденсации на поверхности стены Адсорбция концентрированного электростатического поля | Внутренняя стенка равномерно покрыта порошковой краской. После выключения образует эластичную/твердую пленку. | Равномерное распределение. Отсутствуют явные точки скопления. |
| Вал мешалки/корень лопасти | Осаждение зоны застоя потока Уплотнение зазора между полостью вала Локальный нагрев и размягчение вследствие трения | Кольцевидный твердый комок у основания ствола Крутящий момент мешалки колеблется | Локализованное, симметричное накопление. Зазор < 2 мм. | |
| Разгрузочный порт/экран/зазор | Внезапное падение скорости потока + увеличение времени пребывания T Засорение экрана перемычками Сдвиговый нагрев + уплотнение в зазоре = спекание | Прерывистый разряд/заторы Экран частично заблокирован Текущие скачки | Прилипание к стенкам сосредоточено вблизи выходного отверстия. Обнаружено во время осмотра после отключения электроэнергии. |
Когда это начинает срабатывать?
Проявляется ли это сразу после запуска? После определенного времени работы (например, 30 минут)? Сопровождается ли это повышением температуры, колебаниями тока или замедлением разряда?
| Вопрос, который следует задать | Конкретный сценарий | Доминирующий механизм агломерации | Типичное проявление/сигнал | Ключевая основа для принятия решения |
| Время возникновения | Происходит сразу после запуска. | Начальная влажность/содержание сырья Предварительный нагрев оборудования или остатки от предыдущей партии Первоначальный всплеск статического электричества | Сильное слипание уже с первой партии. Плохая текучесть порошка (угол естественного откоса > 50°) | Немедленное возникновение Независимо от времени выполнения |
| Появляется через 20-60 минут после операции. | Повышение температуры приближается к Tg/Tm Внутренняя влага перемещается на поверхность из-за нагрева. Истощение летучих добавок | Сначала ток падает (тонкость помола), затем возрастает (агломерация). Температура на выходе непрерывно повышается. Образование комков происходит периодически/усугубляется со временем. | Задержка появления Сильно коррелирует с повышением температуры. | |
| Сопровождается повышением температуры, колебаниями тока и замедлением разряда. | Система вышла из-под контроля. Слой пирога вызывает неравномерную нагрузку. Потеря текучести (коэффициент Хауснера > 1,4) | Уровень мощности хоста резко колеблется. Скорость разряда резко падает. Локальный перегрев (измерение температуры с помощью ИК-излучения) | Одновременное выявление отклонений по нескольким параметрам. Сигнал нестабильности системы |
Шаг 3: Анализ первопричин
Мы рекомендуем “метод ”4M1E» для систематического поиска и устранения неисправностей: Материал, машина, метод, среда (измельчительные материалы) и Среда. Несмотря на свою детализацию, это наиболее надежный подход в случаях, когда прямая идентификация затруднена, поскольку он гарантирует, что ни одна потенциальная причина не будет упущена.
| Измерение | Возможные факторы | Пункты осмотра |
|---|---|---|
| Материал | Высокое содержание влаги, мелкий размер частиц, большая удельная поверхность, низкая температура размягчения, сильное статическое электричество. | Измерение влажности (метод Карла Фишера), ДСК для определения температуры плавления/Тг, дзета-потенциала или удельного сопротивления. |
| Машина | Шероховатая внутренняя стенка, отсутствие шероховатой структуры, недостаточное охлаждение, средний износ. | Проверьте материал футеровки, тип мешалки, используется ли в рубашке охлаждающая среда. |
| Метод | Чрезмерная скорость вращения, неправильная скорость наполнения, длительная непрерывная работа. | Запишите кривую мощности, скорость повышения температуры, изменение размера выгружаемых частиц. |
| Средство для измельчения | Несоответствие размеров, материал, склонный к адсорбции, загрязнение поверхности. | Проверьте, не образуются ли комки на питательной среде, не требуется ли ее очистка или замена. |
| Среда | Высокая влажность, статическое накопление, недостаток инертной атмосферы | Контроль относительной влажности в цехе, сопротивления заземления оборудования, а также использования защиты инертным газом (по данным Научно-исследовательского института Академии наук). |
Шаг 4: Внедряйте решения, начиная с самых простых и заканчивая наиболее сложными.
Расставляйте приоритеты действий, исходя из стоимости, эффективности и осуществимости. Вот многоуровневая стратегия:
Быстрые вмешательства
Если влажность сырья превышает 0,21 TP3T, его следует немедленно высушить.
Добавьте микроэлементы (например, гидрофобный осажденный диоксид кремния 0,2% или стеарат).
Снизьте скорость подачи, чтобы избежать локального перегрева.
Проверьте и обеспечьте надлежащее заземление оборудования для рассеивания статического электричества.
Оптимизация процессов
Отрегулируйте скорость вращения и коэффициент заполнения, чтобы найти оптимальный диапазон работы, при котором двигатель не будет перегреваться.
Для поддержания повышения температуры камеры следует использовать прерывистый режим работы с воздушно-водяным охлаждением. < (Тарифметическая температура материала – 20°C).
Для подавления окисления, удаления влаги и снятия статического электричества переключитесь на инертную атмосферу (например, N₂).
Модернизация оборудования и рецептур
Замените внутренние облицовочные материалы на износостойкие покрытия из ПТФЭ, диоксида циркония или полимеров.
Установите мешалки, очищающие стенки (например, роторы анкерного типа с гибкими лопастями).
Для активного удаления отложений со стенок можно использовать импульсную обратную продувку или подачу воздуха для псевдоожижения снизу.
Разработать специализированные составы для облегчения шлифовки (например, содержащие антиадгезионные агенты на основе силикона).
Перепроектирование процессов
Оцените целесообразность мокрого измельчения. Если это возможно, мокрое измельчение в сочетании с распылительной сушкой может оказаться более экономичным.
Перед измельчением проведите предварительное гранулирование, чтобы получить мелкодисперсный порошок в виде микросфер, что уменьшит начальную липкость.
Шаг 5: Проверка и итерация
После любых корректировок необходима проверка с обратной связью.
Краткосрочные показатели: Уменьшается ли накопление заряда? Плавный ли разряд? Стабилен ли ток?
Промежуточные показатели: Соответствуют ли показатели D50, удельной поверхности и текучести (коэффициент Хауснера) целевым значениям?
Долгосрочные показатели: Увеличивается ли цикл технического обслуживания оборудования? Улучшается ли стабильность качества партий продукции?
Мы рекомендуем вести учет журнал процесса шлифовки Для регистрации влажности подаваемого сырья, температуры/влажности окружающей среды, тока главного двигателя, температуры на выходе, типа/дозировки вспомогательных веществ и показателей накопления необходимо проводить оптимизацию на основе данных.
Заключение
В порошковой инженерии адгезия к стенкам часто проявляется в виде резкого изменения физико-химических свойств материалов, подвергнутых измельчению до предельных параметров. Это свидетельствует о том, что материал, возможно, приближается к пределу своих технических возможностей обработки.
Эта проблема побуждает нас либо пересмотреть требования к конструкции продукта (например, действительно ли необходим размер частиц D97 < 5 мкм?), либо рассмотреть возможность изменения состояния поверхности порошка (путем нанесения покрытия или модификации), вместо того чтобы неустанно стремиться только к уменьшению размера частиц.
Эпический порошок
Эпический порошок Наша компания специализируется на технологиях обработки мелкодисперсных порошков для горнодобывающей, химической, пищевой, фармацевтической и других отраслей промышленности. Наша команда обладает более чем 20-летним опытом в обработке различных порошков. Мы являемся профессиональным поставщиком проектов по обработке порошков, особенно в области измельчения, классификации, диспергирования, обработки поверхности порошков и переработки отходов. Мы предоставляем консультационные услуги, тестирование, проектирование, оборудование, ввод в эксплуатацию и обучение.
“Thanks for reading. I hope my article helps. Please leave a comment down below. You may also contact EPIC Powder online customer representative Зельда для любых дальнейших запросов».
— Джейсон Ван, Старший инженер