Miks teie tsirkooniumoksiidkuulid purunevad pidevalt ja ummistavad peenjahvatusveskite sõela?

Olen veetnud kaksteist aastat Shanghai ümbruse märgjahvatusettevõtetes – Songjiangi pigmenditehastes, elektrooniliste keraamikatoodete töökodades ja mõnes akumaterjalide tootmisliinis äärelinna tööstusparkides. Kõige sagedasem kaebus tsirkooniumdioksiidkuulide kohta ei ole see, et need kuluvad liiga kiiresti. Pigem on probleem selles, et kuulid purunevad, väljalaskefilter ummistub, veskit lülitatakse välja või toode sisaldab jämedaid tükke. Üheksal juhul kümnest on tegemist ütriumiga stabiliseeritud tsirkooniumdioksiidist jahvatuskuulidega, mille osakeste suurus on liiga erinev või mille läbimõõt ei sobi tippkiiruse ja viskoossusega.

Y-TZP-kuulid on tihedad (umbes 6,0 g/cm³) ja tänu faasimuutuse tugevdamisele vastupidavad. Õigesti täidetud kuuliveskis annavad need kokkupõrke kohta rohkem energiat kui alumiiniumoksiid ja kaotavad väga vähe materjali. Hea kvaliteediga 0,8–1,2 mm Y-TZP-kuulide laboratoorsed kulumismäärad jäävad standardsetes suspensioonikatsetes sageli tunduvalt alla 0,01% tunnis ning raua- või alumiiniumoksiidisaaste jääb madalaks. Probleem tekib siis, kui osakeste suurusjaotus on lai või kui kuulid on veskile liiga suured. Suuremad kuulid kannavad endas rohkem kineetilist energiat. Kui suspensiooni viskoossus on kõrge või täitmine on vale, põrkuvad need sõela vastu või üksteise vastu piisavalt tugevalt, et tekiksid murdunud tükid. Kui murdunud tükid on tekkinud, toimivad need täiendava abrasiivina, kulumine kiireneb ja separaator ummistub. Olen avanud veskid, kus pool täitest oli ikka veel ümar ja teine pool koosnes purunenud tükkidest, mida seal üldse ei oleks tohtinud olla.

Eelmisel aastal viisin läbi katse Songjiangi pigmenditehases. Seal jahvatati kõrge kuivainesisaldusega orgaanilist pigmendislurrüü, mille kuivainesisaldus oli umbes 55–60%, eesmärgiga saavutada D90 alla 5 µm horisontaalses kuulveskis, milles kasutati nominaalse läbimõõduga 0,8 mm jahvatuskehi. Nende kasutatud tsirkooniumdioksiidist kuulveski kuulid olid märgistatud 0,6–1,0 mm Y-TZP-na, kuid kui me proovi sõelusime, ulatus tegelik suurusvahemik umbes 0,4 mm-st 1,4 mm-ni, kusjuures märgatav oli suuremate tsirkooniumdioksiidkuulide järelosa. 40 tunni möödudes tõusis sõela diferentsiaalrõhk ja leidsime väljundist purunenud kuule ja tükke. Säilinud tervete kuulide mõõdetud kulumine oli endiselt madal – umbes 0,008% massist –, kuid purunemismäär muutis veskit kasutuskõlbmatuks. Selle partii suuremate helmedega läbi viidud laboratoorsed purustuskatsed näitasid, et need purunesid väiksema koormuse juures kui meie käsutuses olnud tihedam 0,8 mm võrdlusklassi materjal.

Võtsime kasutusele kitsa jaotusega 0,8 mm Y-TZP-laengu, sama tihedusega ja sama nominaalse keemilise koostisega. Täitmismäära hoiti vastavalt veskitootja soovitusele ning jälgisime viskoossust, et tsirkooniumdioksiidkuulid püsiksid suspensioonis ilma kokku pakkimata. Veel 40 tunni möödudes oli sõel puhas, tootes ei olnud mõõdetavaid tükke ning helmed olid kulunud 0,006–0,0071 TP3T võrra. Tootlikkus suurenes, kuna saime puhastuste vahel kauem töötada. Saastatuse kontrollid (ICP suspensioonil) jäid tsirkooniumi puhul madalasse ppm-vahemikku, mis oli selle pigmendi jaoks vastuvõetav. Tehases säilitati pärast seda rangemad osakeste suuruse spetsifikatsioonid.

Heade ütriumoksiidiga stabiliseeritud tsirkooniumdioksiidist lihvikuulide tihedus ja vastupidavus on peenlihvimisel tõelised eelised. Need võimaldavad kasutada väiksemaid lihvikuule ja ikkagi osakestele energiat edasi anda, samas kui kulumismäär jääb madalaks, mistõttu ei pea pidevalt lisama metalli- ega keraamilist tolmu. Need eelised kaovad aga, kui kuulid purunevad. Lai suurusjaotus või otskiiruse jaoks liiga suured helmed muudavad täitematerjali lihvimisvahendi asemel laastude allikaks. Tsirkooniumdioksiidhelmed ja alumiiniumoksiidi kulumise võrdlus näeb andmelehel suurepärane välja; veskis kehtib see võrdlus aga ainult siis, kui tsirkooniumdioksiidhelmed jäävad terveks.

Mõned asjad, mida ma kohapeal kontrollin. Sõelge iga uue partii proov – ärge usaldage ainult koti etiketti. Kohandage tsirkooniumdioksiidkuulide läbimõõt eraldaja vahekaugusele ja soovitud peenusastmele; suuremate kuulide kasutamine aitab harva ja suurendab sageli purunemist. Hoidke tahkete ainete sisaldus ja viskoossus vahemikus, milleks veskit on projekteeritud, et kuulid ei pakuks end kokku ega lööks sõela vastu. Ja kui teie peeneks jahvatamiseks mõeldud tsirkooniumdioksiidist jahvatuskuulid ummistavad väljalaskeava või tekitavad tootes laaste, mõõtke osakeste suuruse jaotust ja otsige murdumisi, enne kui süüdistate suspensiooni või veskikiirust. Songjiangi pigmendiliinil lõpetas üleminek kitsale 0,8 mm täitematerjalile purunemise ja võimaldas Y-TZP madalal kulumismääral pikemate töökäikude jooksul tegelikult esile tulla. Enamik veskitest, mida ma siin näen, saavutavad sama tulemuse, kui nad lõpetavad kõigi tsirkooniumdioksiidkuulide käsitlemise identsetena ja hakkavad kontrollima, milline suurus on kambris tegelikult olemas.