Hvorfor dine zirkoniumoxidkugler hele tiden går i stykker og tilstopper sigten i finmalemøller

Jeg har tilbragt tolv år på vådmalingsanlæg i området omkring Shanghai – pigmentfabrikker i Songjiang, virksomheder inden for elektronisk keramik og et par produktionslinjer til batterimaterialer i de yderliggende industriparker. Den mest hyppige klage i forbindelse med zirkoniumoxidkugler er ikke, at de slides for hurtigt. Det er, at kuglerne går i stykker, udløbssigten tilstoppes, og møllen går i stå, eller at produktet får grove spåner i sig. Ni ud af ti gange består ladningen af yttriumoxidstabiliserede zirkoniumoxid-slibekugler med stor størrelsesvariation eller med en diameter, der ikke passer til spidshastigheden og viskositeten.

Y-TZP-kugler er tætte, ca. 6,0 g/cm³, og sej på grund af transformationshærdning. I en korrekt fyldt perlemølle overfører de mere energi pr. kollision end aluminiumoxid og afgiver meget lidt materiale. Slidhastighederne i laboratoriet for god Y-TZP på 0,8–1,2 mm ligger ofte langt under 0,01% pr. time i standardopslæmningstests, og forureningen med jern eller aluminiumoxid forbliver lav. Problemet opstår, når størrelsesfordelingen er bred, eller perlerne er for store til møllen. Større perler har mere kinetisk energi. Hvis slurryens viskositet er høj, eller fyldningen er forkert, rammer de sigten eller hinanden så hårdt, at der opstår afskalninger. Når der først er dannet afskalninger, fungerer de som ekstra slibemiddel, sliddet accelererer, og separatoren tilstoppes. Jeg har åbnet møller, hvor halvdelen af fyldningen stadig var runde kugler, mens den anden halvdel bestod af brudstykker, der aldrig burde have været der.

Sidste år gennemførte jeg et forsøg på en pigmentfabrik i Songjiang. De formalede en organisk pigmentslurry med højt tørstofindhold – ca. 55–60% tørstof – med et mål om at opnå en D90-værdi under 5 µm i en vandret perlemølle med 0,8 mm nominelle slibekugler. De zirkoniumoxid-kugler, de havde brugt, var mærket 0,6–1,0 mm Y-TZP, men da vi sigtede en prøve, lå den faktiske størrelsesfordeling fra ca. 0,4 mm til 1,4 mm, med en mærkbar andel af større zirkoniumoxidkugler. Efter 40 timer steg differenstrykket på sigten, og vi fandt brudte kugler og splinter i udløbet. Det målte slid på de intakte kugler var stadig lavt – omkring 0,008% i vægt – men brudfrekvensen gjorde møllen ubrugelig. Laboratorieknusningstests på de større kugler fra det pågældende parti viste, at de brød sammen ved lavere belastninger end en mere ensartet 0,8 mm-referencekvalitet, vi havde til rådighed.

Vi skiftede til en Y-TZP-ladning med smal partikelstørrelsesfordeling på 0,8 mm, samme tæthed og samme nominelle kemiske sammensætning. Påfyldningshastigheden blev holdt i overensstemmelse med mølleproducentens anbefalinger, og vi overvågede viskositeten, så zirkoniumdioxidperlerne forblev suspenderet uden at klumpe sammen. Efter yderligere 40 timer forblev sigten ren, der var ingen målbare spåner i produktet, og slid på perlerne var 0,006–0,0071 TP3T. Gennemløbshastigheden steg, fordi vi kunne køre længere mellem rengøringerne. Kontamineringskontroller (ICP på opslæmningen) forblev i det lave ppm-interval for zirconium, hvilket var acceptabelt for det pågældende pigment. Anlægget overholdt derefter de strammere størrelsesspecifikationer.

Tætheden og sejheden hos gode yttriumoxidstabiliserede zirkoniumoxid-slibekugler udgør reelle fordele ved finslibning. De gør det muligt at anvende mindre slibemidler og alligevel overføre energi til partiklerne, og slidhastigheden forbliver lav, så man ikke konstant skal tilføje metal- eller keramisk støv. Men disse fordele forsvinder, hvis kuglerne går i stykker. En bred størrelsesfordeling eller kugler, der er for store i forhold til spidshastigheden, gør, at fyldningen bliver en kilde til spåner i stedet for et slibeværktøj. Slid sammenlignet mellem zirkoniumoxidkugler og aluminiumoxid ser fremragende ud på et datablade; i møllen gælder sammenligningen kun, når zirkoniumoxidet forbliver intakt.

Her er et par ting, jeg tjekker på stedet. Sigt en prøve fra hvert nyt parti – stol ikke kun på mærkningen på posen. Tilpas zirkoniumoxidkuglernes diameter til separatorens spaltebredde og den ønskede finhed; større kugler hjælper sjældent og øger ofte brudprocenten. Hold faststofindholdet og viskositeten inden for det interval, som møllen er konstrueret til, så kuglerne ikke klumper sammen eller slår hårdt mod sigten. Og hvis dit zirkoniumoxid-slibemateriale til finmaling tilstopper udløbet eller efterlader spåner i produktet, skal du måle størrelsesfordelingen og kigge efter brud, før du giver skylden på opslæmningen eller møllens hastighed. På pigmentlinjen i Songjiang stoppede skiftet til en smal 0,8 mm-fyldning bruddet og lod Y-TZP’s lave slidrate faktisk komme til udtryk i længere kørsler. De fleste møller, jeg ser heromkring, opnår det samme resultat, når de holder op med at behandle alle zirkoniumoxidkugler som identiske og begynder at kontrollere, hvilken størrelse der reelt er i kammeret.