球磨機(jī)的能量利用率較低，在球磨過(guò)程中，絕大部分電能都轉(zhuǎn)化成了簡(jiǎn)體的動(dòng)能，僅有較少的能量用于物料顆粒的粉碎。同時(shí)球磨機(jī)的另外一些缺點(diǎn)諸如生產(chǎn)能力低、噪聲較大清洗不便等進(jìn)一步限制了它的使用范圍。人們意識(shí)到需要尋求一種新的設(shè)備來(lái)改善這種情況，而攪拌磨機(jī)的高效性能引起了人們廣泛的關(guān)注。

結(jié)構(gòu)與工作原理

(1）結(jié)構(gòu)

攪拌磨機(jī)主要由一個(gè)靜置的研磨筒體和一個(gè)旋轉(zhuǎn)攪拌器共同構(gòu)成，研磨筒體內(nèi)部填裝研磨介質(zhì)。攪拌磨機(jī)的筒體一般含有冷卻夾套，在物料研磨過(guò)程中，筒體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，在冷卻夾套內(nèi)部可通人冷卻水或者其他冷卻介質(zhì)，以解決研磨筒體溫度上升問(wèn)題。研磨筒體內(nèi)部可根據(jù)不同的需求鑲嵌不同的耐磨材料。

攪拌磨機(jī)中最重要的部件是旋轉(zhuǎn)攪拌器，旋轉(zhuǎn)攪拌器的類型多種多樣，具體包括棒式、盤式、螺旋式和葉輪式等類型。

攪拌磨機(jī)中幾種常見(jiàn)的旋轉(zhuǎn)攪拌器類型

棒式攪拌器由中心攪拌軸和多個(gè)水平攪拌棒共同構(gòu)成。攪拌棒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工制造容易，所需成本較低，但其對(duì)研磨介質(zhì)的攪拌能力較弱，研磨效率低，耐磨性差。由于攪拌棒在研磨過(guò)程中受到的阻力較小，棒式攪拌器常適用于高速攪拌磨機(jī)。

盤式攪拌器由中心攪拌軸和多個(gè)攪拌盤共同組成。攪拌盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易。與攪拌棒相比，攪拌盤擁有更大的工作面積，因此其攪拌能力較強(qiáng)，承受磨損的能力也較強(qiáng)。由于攪拌盤在研磨過(guò)程中阻力較小，盤式攪拌器常適用于高速攪拌磨機(jī)。

螺旋式攪拌器由中心攪拌軸和螺旋葉片共同組成。在研磨過(guò)程中，螺旋葉片與物料和研磨介質(zhì)的接觸面積大，所受的摩擦阻力也大，故對(duì)研磨介質(zhì)的攪拌作用較強(qiáng)，同時(shí)承受磨損的能力也較強(qiáng)。由于螺旋葉片本身會(huì)阻礙研磨介 質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，因此螺旋式攪拌器僅適用于低速攪拌磨機(jī)。

葉輪式攪拌器由中心攪拌軸和多個(gè)葉輪共同組成。葉輪與螺旋葉片的結(jié)構(gòu)相似，但葉輪對(duì)于研磨介質(zhì)的阻礙作用更小，研磨介質(zhì)運(yùn)動(dòng)空間更大，因此可產(chǎn)生更高的研磨效率，以及粒度更小的產(chǎn)品。與攪拌棒和攪拌盤相比，在研磨過(guò)程中，葉輪與物料和研磨介質(zhì)的接觸面積更大，對(duì)研磨介質(zhì)的攪拌作用更強(qiáng)。葉輪不僅可以使研磨介 質(zhì)產(chǎn)生切向運(yùn)動(dòng)和徑向運(yùn)動(dòng)，還能夠使研磨介質(zhì)產(chǎn)生向上或向下的軸向運(yùn)動(dòng)，使得研磨介質(zhì)對(duì)物料顆粒的沖擊、剪切和擠壓作用更加顯著。葉輪式攪拌器常用于低速立式攪拌磨機(jī)。

在使用攪拌磨機(jī)研磨完成后，或采用多臺(tái)攪拌麼機(jī)進(jìn)行連續(xù)研磨時(shí)，需要利用分離裝置將研磨介質(zhì)和物料進(jìn)行分離，防止研磨介質(zhì)與研磨完成的物料一起排出，該分離裝置稱為介質(zhì)分離器。現(xiàn)常用的介質(zhì)分離器是圓筒篩，圓簡(jiǎn)篩的篩面由兩塊平行交錯(cuò)的篩板構(gòu)成，形成若干個(gè)篩孔，篩孔的尺寸一般為 50~1500μm。為增加圓筒篩的耐磨性，常在篩子的頭部和外部安裝耐磨端蓋，以延長(zhǎng)其使用壽命。但圓筒篩存在一個(gè)很大缺陷，即對(duì)黏度較大的物料的分離效果較差，甚至?xí)斐啥氯F(xiàn)象。

在研磨過(guò)程中，研磨介質(zhì)一般為球狀。研磨介質(zhì)的直徑對(duì)研磨效率和產(chǎn)品粒度影響較大，若使用直徑較大的研磨介質(zhì)，得到的產(chǎn)品粒度也越大，產(chǎn)量更高。相反，若使用直徑較小的研磨介質(zhì)，可得到粒度更小的產(chǎn)品，但產(chǎn)量較高。通常攪拌磨機(jī)使用的球形研磨介質(zhì)平均直徑一般為 2～10mm，在超細(xì)研磨粉碎時(shí)，研磨介質(zhì)乎均直徑應(yīng)小于 1mm。在選擇研磨介質(zhì)時(shí)需要根據(jù)產(chǎn)品需求的粒度進(jìn)行決定，研磨介質(zhì)的直徑必須大于產(chǎn)品需求粒度的 10倍。同時(shí)，研磨介質(zhì)的直徑分布越均勻，對(duì)物料研磨的效果越好。研磨介質(zhì)的密度越大，所需研磨時(shí)間越短。此外，研磨介質(zhì)的材料和硬度也是影響攪拌磨機(jī)研磨效果的重要因素。為提高粉磨效率，研磨介質(zhì)的硬度必須大于被磨物料的硬度，以增加研磨強(qiáng)度。常用的研磨介質(zhì)有氧化鋯、鋼珠、玻璃珠、石英砂、陶瓷球等。

（2）工作原理

攪拌磨機(jī)中物料能夠被粉碎的前提是研磨介質(zhì)之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如果研磨介質(zhì)之間不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，物料顆粒就無(wú)法受到來(lái)自研磨介質(zhì)施加的外力作用，也就不能夠被粉碎。研磨介質(zhì)在攪拌器的攪拌作用下運(yùn)動(dòng)異常復(fù)雜，速度大小和方向也在無(wú)時(shí)無(wú)刻地改變，但其運(yùn)動(dòng)都可拆分成平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)這兩種基本的運(yùn)動(dòng)方式。在研磨筒體內(nèi)的任意兩個(gè)相鄰介質(zhì)，選定正交方向入軸和了軸，其中X軸務(wù)過(guò)兩相鄰介質(zhì)的中心，運(yùn)動(dòng)分解為 叉方向相對(duì)正碰撞了方向相對(duì)切向運(yùn)動(dòng)和相對(duì)滾動(dòng)三種運(yùn)動(dòng)形式。

攪拌研磨機(jī)中相鄰兩研磨介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)示意

如圖所示，兩相鄰研磨介質(zhì)的平動(dòng)速度為V₁，和V₂，轉(zhuǎn)動(dòng)速度為W₁和W₂。將平動(dòng)速度在X軸和丫軸兩個(gè)方向進(jìn)行分解得到V_1X、V_1y、V_2X、V_2y。因此，兩相鄰研磨介質(zhì)正碰撞的相對(duì)速度為V_1X -V_2X，對(duì)填充在兩相鄰研磨介質(zhì)間楔形部分的顆粒進(jìn)行擠壓破碎，切向速度為V_1y+V_2y，可對(duì)物料顆粒進(jìn)行沖擊和粉碎；相對(duì)滾動(dòng)速度為W₁+W₂,可對(duì)楔形內(nèi)部物料顆粒進(jìn)行捕獲碾壓。在實(shí)際攪拌研磨過(guò)程中，相鄰研磨介質(zhì)間同時(shí)存在碰撞運(yùn)動(dòng)、切向運(yùn)動(dòng)和相對(duì)滾動(dòng)這三種運(yùn)動(dòng)形式，只是不同運(yùn)動(dòng)形式的速度大小不同，其作用都是對(duì)物料顆粒進(jìn)行捕獲碾碎和沖擊破碎。

攪拌磨機(jī)中相鄰兩研磨介質(zhì)的三種運(yùn)動(dòng)形式

在研磨過(guò)程中，待研磨物料由進(jìn)料裝置從研磨筒體的一側(cè)輸人，然后在攪拌器的攪拌作用下與研磨筒體內(nèi)的研磨介質(zhì)發(fā)生剪切、碰撞、摩擦和擠壓作用，最后被粉碎為小顆粒并通過(guò)研磨筒體另一側(cè)的分離裝置排出。研磨介質(zhì)在研磨筒體內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)包括“公轉(zhuǎn)”（研磨介質(zhì)在攪拌器的攪拌作用下繞攪拌器旋轉(zhuǎn)）和“自轉(zhuǎn)”（相鄰兩研磨介質(zhì)碰撞后的相對(duì)滾動(dòng)狀態(tài))，物料在整個(gè)研磨簡(jiǎn)體內(nèi)部的各個(gè)位置均受到來(lái)自研磨介質(zhì)施加的剪切力、擠壓力和摩擦力。在靠近攪拌器附近的區(qū)域，物料的研磨效果更好。研磨介質(zhì)不僅做圓周運(yùn)動(dòng)，還存在不同程度的上下翻滾運(yùn)動(dòng)。研磨介質(zhì)對(duì)物料顆粒不僅有擠壓、剪切作用，還存在一定的沖擊作用。

在整個(gè)研磨過(guò)程中，研磨介質(zhì)對(duì)物料顆粒施加的外力主要有剪切力、摩擦力、擠壓力和沖擊力。其中擠壓作用和剪切作用對(duì)物料顆粒研磨效果較好，且能量利用率高，作用面積大。擠壓作用和剪切作用能夠使物料顆粒外表層脫落，物料顆粒越小，所受擠壓、剪切的表面積越大，而且擠壓作用和剪切作用還能克服物料顆粒之間的物理化學(xué)力以及黏附、凝聚現(xiàn)象。

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