Защо вашите циркониеви топчета постоянно се чупят и запушват ситото в мелниците за фино смилане

Прекарах дванадесет години в заводи за мокро смилане в околностите на Шанхай — фабрики за пигменти в Сонгцзян, цехове за електронна керамика и няколко производствени линии за материали за батерии в индустриалните зони в покрайнините. Най-често срещаната жалба при използването на циркониеви топчета не е, че те се износват прекалено бързо. А че топчетата се счупват, изходният сито се запушва, мелницата се изключва или в продукта се появяват едри отломки. В девет от десет случая причината е, че се използват стабилизирани с итриев оксид циркониеви топчета за смилане с голяма разбивка по размер или с неправилен диаметър спрямо скоростта на върха и вискозитета.

Зърната от Y-TZP са плътни – около 6,0 г/см³ – и издръжливи благодарение на укрепването чрез фазова трансформация. В правилно натоварена мелница с перли те прехвърлят повече енергия при всяко сблъскване, отколкото алуминиевият оксид, и губят много малко материал. Лабораторните стойности на износването при качествени Y-TZP перли с размер 0,8–1,2 mm често са значително под 0,01% на час при стандартни тестове със суспензия, а замърсяването с желязо или алуминиев оксид остава ниско. Проблемът възниква, когато разпределението по размер е широко или топчетата са прекалено големи за мелницата. По-големите топчета носят повече кинетична енергия. Ако вискозитетът на суспензията е висок или запълването не е правилно, те удрят силно ситото или се удрят едно в друго достатъчно силно, за да се отчупят. Щом се образуват отчупвания, те действат като допълнителен абразив, износването се ускорява и сепараторът се запушва. Отварял съм мелници, в които половината от заряда все още беше с кръгла форма, а другата половина се състоеше от натрошени парчета, които изобщо не би трябвало да се намират там.

Миналата година проведох пробно производство в завод за пигменти в Сонгцзян. Там се смилаше суспензия от органичен пигмент с високо съдържание на твърди вещества – приблизително 55–60% твърди вещества, като целта беше D90 под 5 µm в хоризонтална перлена мелница с номинални мелнични тела с размер 0,8 mm. Зиркониевите топчета за мелене, които използваха, бяха обозначени като 0,6–1,0 mm Y-TZP, но когато пресяхме проба, действителният диапазон варираше от около 0,4 mm до 1,4 mm, с забележима част от по-големи циркониеви топчета. След 40 часа диференциалното налягане на ситото се повиши и открихме счупени топчета и отломки в изхода. Измереното износване на оцелелите цели топчета все още беше ниско – около 0,008% по тегло – но степента на счупване направи мелницата неизползваема. Лабораторните изпитвания за смачкване на по-големите зърна от тази партида показаха, че те се разрушават при по-ниски натоварвания в сравнение с по-плътния еталонен клас от 0,8 мм, с който разполагахме.

Преминахме към заряд от Y-TZP с тесен разпределителен диапазон от 0,8 мм, със същата плътност и същия номинален химичен състав. Скоростта на пълнене беше поддържана съгласно препоръките на производителя на мелницата, а ние следяхме вискозитета, така че зърната от цирконий да останат в суспензия, без да се уплътняват. След още 40 часа ситото остана чисто, в продукта нямаше измерими отломки, а износването на зърната беше 0,006–0,0071 TP3T. Производителността се повиши, тъй като можехме да работим по-дълго между почистванията. Проверките за замърсяване (ICP на суспензията) останаха в ниския диапазон на ppm за цирконий, което беше приемливо за този пигмент. След това заводът запази по-строгите спецификации за размера.

Плътността и издръжливостта на качествените стабилизирани с итрий циркониеви шлифовъчни топчета са истински предимства при финото шлифоване. Те ви позволяват да използвате по-малки абразивни частици и въпреки това да предавате енергия на частиците, а степента на износване остава ниска, така че не се налага постоянно да добавяте метален или керамичен прах. Тези предимства обаче изчезват, ако топчетата се счупят. Широкото разпределение по размер или топчетата, които са прекалено големи за скоростта на върха, превръщат заряда в източник на стружки, вместо в шлифовален инструмент. Сравнението между износването на циркониевите топчета и това на алуминиевите изглежда отлично на хартия; в мелницата сравнението важи само когато цирконият остане непокътнат.

Няколко неща, които проверявам на място. Пресявам проба от всяка нова партида — не се доверявайте само на етикета на торбата. Съобразете диаметъра на циркониевите топчета с разстоянието между решетките на сепаратора и желаната степен на смилане; по-големият диаметър рядко помага и често води до по-голямо счупване. Поддържайте съдържанието на твърди частици и вискозитета в диапазона, за който е проектирана мелницата, за да не се слепват зърната и да не удрят ситото. А ако вашите зърна от цирконий за фино смилане запушват изхода или се наблюдават стружки в продукта, измерете разпределението по размер и проверете за счупвания, преди да обвините суспензията или скоростта на мелницата. В пигментната линия в Сонгджанг преминаването към по-малък размер на засипката от 0,8 мм спря счупването и позволи ниската степен на износване на Y-TZP да се прояви при по-дълги цикли на работа. Повечето мелници, които виждам наоколо, постигат същия резултат, след като спрат да третират всички циркониеви топчета като идентични и започнат да проверяват какъв размер всъщност се намира в камерата.