Технические науки/1.Металлургия

К.т.н. Егоров И.Н., д.т.н. Егорова С.И., к.ф.-м.н. Крыжановский В.П., Черный А.И.

Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону, Россия

Влияние градиента индукции переменного магнитного поля на эффективность помола феррита стронция в бильной мельнице

В настоящее время в промышленности применяются различные схемы измельчения твердых материалов. При производстве тонкодисперсных порошков ферромагнитных материалов применяют барабанные, вибрационные, струйные, шаровые, ударные, планетарные мельницы и аттриторы. Измельчение - один из методов уменьшения размеров частиц дисперсной системы, увеличения активности порошков, однородности дисперсного состава, накопления свободной поверхностной энергии. Для повышения эффективности помол проводят в жидкой среде [1]. Один из способов интенсификации сухого помола в бильной мельнице осуществляется за счет перевода дисперсной системы в магнитоожиженное состояние в зоне вращающихся бил [2]. Несмотря на простоту устройства и принцип действия бильной мельницы возникает необходимость в выборе параметров переменного неоднородного и постоянного магнитных полей силовые линии которых, взаимно перпендикулярны и параллельны горизонтальной плоскости вращающихся с частотой 15000 об/мин бил.

Исследования проводились на дисперсной системе феррита стронция (SrFe₁₂O₁₉) со средним размером частиц 1558,5 мкм, максимальным размером 3100 мкм, медианой 1477 мкм и дисперсией 497 мкм.

В целях рационального выбора параметров электромагнитного воздействия на дисперсный материал исследовали зависимость процентного содержания частиц менее 5 мкм от времени помола в бильной мельнице без электромагнитного воздействия и в магнитоожиженном слое, который образуется в магнитных полях: постоянном с индукцией 15,3 мТл и переменном, градиентом индукции 60, 210 и 270 мТл/м. Из рис. 1 следует, что независимо от режимов помола процентное содержание частиц менее 5 мкм возрастает с увеличением времени измельчения.

Рис. 1. Зависимость процентного содержания частиц с размерами менее 5 мкм от времени измельчения в бильной мельнице без электромагнитного воздействия (а), в магнитных полях: постоянном с индукцией 15,3 мТл и переменном с градиентом индукции 60 мТл/м (б), 210 - мТл/м (в), 270 мТл/м (г).

При сухом помоле по мере возрастания дисперсности порошка дробящий эффект становится все менее ощутимым, так как образующиеся тонкие частицы защищают крупные от ударов [3]. Вследствие этого, при сухом измельчении дисперсного материала феррита стронция в бильной мельнице процентное содержание частиц с размерами более 5 мкм через 10 минут составило 97,2%, через 20 мин понизилось до 89%, а через 70 минут уменьшилось только до 59,8% (рис. 1а).

В магнитоожиженном слое разрушение агрегатов происходит из-за столкновения их друг с другом при поступательном движении, а также воздействия на агрегаты неоднородного магнитного поля, как внешнего, так и локального внутреннего. Измельчение в течение 10 минут в неоднородном переменном магнитном поле с градиентом индукции 60 мТл/м приводит к уменьшению процентного содержания частиц более 5 мкм до 81,3% (рис.1б), а в полях с градиентами индукции 210 мТл/м и 270 мТл/м – до 63,9% (рис.1 в, г). Через 70 минут измельчения феррита стронция в магнитном поле с градиентом индукции 60 мТл/м частиц с размером больше 5 мкм остается 34,6%, а при помоле в поле с градиентами индукции 210 мТл/м и 270 мТл/м все частицы имеют размеры менее 5 мкм. Через 70 минут помола без электромагнитного воздействия средний размер частиц составил 11,5 мкм. За это же время при измельчении в магнитоожиженном слое, образованном в магнитном поле с градиентами индукции 60 мТл/м, 210 мТл/м и 270 мТл/м получен порошок со средним размером частиц – 6,7 мкм, 0,84 мкм и 0,83 мкм, соответственно.

Из полученных результатов следует, что механическое измельчение в бильной мельнице в магнитоожиженном слое интенсифицирует процесс помола и приводит к уменьшению доли крупных частиц за счет разрушения агрегатов в неоднородном магнитном поле, удержания дисперсной среды в зоне вращающихся бил. Однако, из рис. 1 видно, что при измельчении в магнитном поле с градиентом индукции 210 мТл/м и 270 мТл/м расхождение в полученных результатах незначительное. Следовательно, для интенсификации процесса измельчения в бильной мельнице достаточно создание в зоне помола электромагнитных полей, обеспечивающих разрушение агрегатов и интенсивное поступательное движение частиц в магнитоожиженнм слое.

Литература:

1. Либенсон Г.А. Процессы порошковой металлургии. В 2-х т. Т.1. Производство металлических порошков / Г.А. Либенсон, В.Ю. Лопатин, Г.В. Комарницкий. – М.: МИСИС, 2001. – 368 с.

2. Патент РФ № 2306180. Способ измельчения магнитных материалов и устройство для его осуществления / Егоров И.Н., Вернигоров Ю.М., Егорова С.И. Кл. 6 В02С 13/00, Опубл. 2007.09.20, Бюл. № 26.- 2 с.

3. Летюк Л.М. Технология ферритовых материалов магнитоэлектроники / Л.М. Летюк, В. Г. Костюшин, А.В. Гончар.– М.: МИСИС, 2005. – 352 с.