第二节　立式敞开式砂磨机

砂磨机是一种利用硬度较高的玻璃珠(直径约2mm)与含有颜料的色漆浆进行混合摩擦达到分散效果的研磨设备,它具有生产效率高、可以连续操作等特点,已成为目前涂料行业的一种最广泛采用的色漆研磨设备。

砂磨的型式主要有立式和卧式两大类,立式砂磨又分敞开式和密封式两大类。

砂磨机的结构主要由三部分组成,即盛玻璃砂的筒体(直立式或横卧式)、搅拌轴和强制送料系统以及附属设备。筒体的容积可从1L到200L,甚至更大。搅拌轴的转速一般为890r/min。强制送料系统配备有特制的大功率的无级变速泵。

一、立式砂磨机的最新发展

砂磨机由一主电机带动分散轴作800~1500r/min高速转动,研磨介质是玻璃砂,靠分散轴带动砂子和研磨料一起旋转研磨分散,可以连续研磨,酷似分散体制备中的砂子磨,可以相互代用。砂磨机结构简单、操作方便,可以连续生产,生产效率高。

德国公司在20世纪80年代末推出VMSM双室异形磨筒砂磨机代表了立式砂磨机技术的发展新方向。它突破了圆柱形筒体的思维定式,采用高密度的氧化锆球作研磨介质,双筒并联或串联使用。以下作详细介绍。

二、立式砂磨机的设备结构

在行业内众所周知,双轴搭接分散盘高速分散机的剪切率远高于单轴高速分散机,分散性能也远优于后者。德国的Vollrath公司从中得到启示,首先试验双轴搭接分散盘,单室圆柱形磨筒砂磨机,获得较好的效果。第二步,对六种几何形断面的磨筒进行对比试验(见图4⁃3),以求最佳分散性能磨筒断面几何形状。试验都在单室内进行。以所研磨分散成品的饱和度作为分散性能的判别数据。从所测试得到的各种断面磨筒的色饱和度数据中,令人惊异地表明,目前仍在普遍使用的圆(柱)形磨筒的分散性能远非是最佳的,正好相反,实属最差的。色饱和度数据证明以正方形为最佳,90°扇形次之,正六边形居第三,其余按图4⁃4自左向右地排列。依照试验结果,确定了双室正方形磨筒砂磨机(结构见图4⁃4),其特性见表4⁃2。二室串联,分别装不同粒径的研磨体(珠球)。第一磨筒(室)装填较大粒径的珠球,粉碎较大的颜料聚块,

作预分散室。第二磨筒(室)装填较小粒径的珠球,作精细分散室。实验证明,高速转动的各个圆形分散盘在正方形磨筒的水平区形成交错的增压流层和减压流层,这样避免了在磨筒壁上以及筛网区部分传动轴上形成剩留的未经分散的颜料附聚体,而这些颜料附聚体最有可能冲出物料出口。

正方形磨筒砂磨机的生产能力是很高的,一般说来是同规格圆柱形磨筒砂磨机的2~4倍。同时,其机体也比同规格的密封式、圆柱形磨筒砂磨机小得多。

德国的公司还对各种材质的研磨体进行了对比试验,选定了氧化锆和氧化硅球混合球为研磨体,其组成为:ZrO₂球68.5%,SiO₂球31.5%。

经实验证实,这种混合球的分散研磨性能对分散盘、筛网、磨筒、轴以及自身的磨耗达到最佳值。

研磨体的规格要求:

密度　　　3.79×10³kg/m³;硬度(维氏)　　800~1000kg/mm²;

假密度　　2.36kg/L;　　　颜色　　　　　　白色;

硬度(莫氏)　7

第一磨筒应装填粒径ϕ(1.6~2.5)mm的混合球。其他材质(自然砂除外)的研磨体也能用。混合体的磨损强度比目前常用的玻璃球提高了3倍。

双室正方形磨筒砂磨机设备结构介绍如下。

(1)传动　一台电动机,由三角皮带同时驱动两个分散盘传动轴。轴封系压力式密封箱,采用液压式或机械式控制装置。另外装有离心式离合器,其优点:启动平稳,瞬时即可达到额定转速;有剪力式保护销,过载时保护电机;启动快速,瞬时启动电流减至最小。

(2)给料泵　该泵系齿轮泵。传动方式:泵电机→三角皮带→无级变速箱。变速范围:0~300r/min。无级变速箱与泵之间用剪力保护销离合器连接,当泵咬死时保护无级变速箱。用伞齿轮和调速手柄调速,能快速调节泵输出量。附有转速指示器。

泵特性:PS30　0.03L/s;PS60　0.06L/s。

根据物料的不同,也可另装螺旋泵、叶片泵。

泵入口处也装有特殊加热或冷却的漏斗,为某些高黏度物料加料用。同时附有过滤器,瞬防颜料团粒阻塞泵进口处。

(3)磨筒　其断面为正方形,长径比为2.8~2.9(圆形断面磨筒一般长径比为3.2~3.0)联矩形筛网,条状筛孔,槽宽可变。高黏度物料可用大表面积筛网,表面积要大于磨筒断面积使磨筒内升压减至最小。

磨筒上部筛网出口处有盖板,以防物料干燥,并有指示物料料温的温度计。磨筒上装有研磨体装填测高尺,以避免装填过量进入上部法兰口。

磨筒上的膜式压力计来指示其内部压力变化。磨筒底部法兰是链连接,故换色、换研磨体和清洗都极为方便快速。底部进料阀为止回阀,依据物料不同也可改装球阀。

每一根传动轴上装12个分散盘,但没有平衡盘。分散盘与轴是过盈配合,没有间隙,也不可能存料、容易清洗。分散盘为圆形,轮辐式,进料通畅。

传动轴由轴承和双动轴承密封环组成的密封箱支承,其上端是三角皮带轮。密封箱内注浸密封液(冷却剂)并连接热虹吸槽,组成温差环流系统。密封箱是加压的,以防物料进入。密封箱内压力高于磨筒内压1Pa。密封箱与磨筒上各装有触点式压力计,与控制系统连锁。当二者压差小于1Pa时,自动停机。

磨筒外夹套内有特殊折流板,冷却效率较高。而正方形磨筒冷却表面积本来就大于同规格圆形磨筒的冷却表面积约15%。密封液和夹套冷却水系统由恒温阀控制。双磨筒一般为串球使用,可接管线(软管),也可单独使用。分散盘的线速度是固定的,根据物料不同,改装传动轴三角皮带轮即可获得所要求的线速度。目前常用的系列是2×2L、2×15L和2×30L。

归纳起来,双室异形磨筒砂磨机有如下几个优点:

① 效率高,是同规格圆形磨筒砂磨机的2~4倍;

② 结构紧凑,占地小,价格较低廉;

③ 密闭式,防污染;

④ 控制系统连锁,操作安全;

⑤ 清洗快速方便;

⑥ 双室可串联使用,也可单独使用;

⑦ 研磨体磨耗小,寿命是常用的玻璃球的3倍;

⑧ 适用的物料黏度范围大,可达1000~20000mPa·s。

三、立式砂磨机示例

立式开启式砂磨机见图4⁃5,涂料检测仪器KSM⁃2适用于涂料、染料等化工行业实验室使用。供各种有关产品如油漆、油墨、染料、涂料、磁性录音带涂层等作分散试验。

本砂磨机的叶盘线速度可达10.5m/s,使筒体内的物料上下剧烈翻动,并与研磨介质产生强烈的撞击和剪切,使聚集物体破坏,达到迅速分散与均匀混合的目的。

本机能为大规模生产提高工作效率,提供基本依据,以及为试制新产品或提高产品质量提供工艺依据。

KSM⁃4实验室立式砂磨机见图4⁃6。

适用范围:砂磨专用设备。

技术特征:能密度高,特有底部卸料、恒磁瞬间开闭出料塞。

技术参数:

电机国产电机(SMC);

电源220V/50Hz;

电机功率2200W;

调速范围(无级调速)100~3000r/min;

控制仪PHOENIX—I(电位器调速,二排LED显示转速及时间);

砂磨筒4L不锈钢带冷却夹套,筒底有出料口;

升降形式手动/电动;

升降行程400mm;

安装形式控制仪与机架一体,砂磨筒悬挂在机架上,可卸;

外形尺寸500mm×600mm×750mm(电动);500mm×600mm×1200mm(手动)。