Kodėl jūsų cirkonio rutuliai nuolat skyla ir užkemša sietą smulkiųjų malūnų sietuose

Dvylika metų dirbau Šanchajaus apylinkėse esančiose drėgnųjų procesų gamyklose – pigmentų gamyklose Songjiange, elektroninės keramikos cechuose ir keliose baterijų medžiagų gamybos linijose priemiesčių pramoniniuose parkuose. Dažniausiai pasitaikanti problema, susijusi su cirkonio oksido rutuliais, yra ne tai, kad jie per greitai susidėvi. Problema ta, kad rutuliukai skyla, iškrovimo sietas užsikemša, malūnas išsijungia arba produkte atsiranda stambių atplaišų. Devyniais atvejais iš dešimties problema kyla dėl itrio oksidu stabilizuotų cirkonio oksido malimo rutuliukų, kurių dydis labai skiriasi arba kurių skersmuo netinkamas atsižvelgiant į galinio krašto greitį ir klampumą.

Y-TZP granulės yra tankios (maždaug 6,0 g/cm³) ir tvirtos dėl transformacinio tvirtinimo. Tinkamai pakrautoje rutulių malūnoje jos per kiekvieną susidūrimą perduoda daugiau energijos nei aliuminio oksidas ir praranda labai mažai medžiagos. Laboratoriniai 0,8–1,2 mm Y-TZP nusidėvėjimo rodikliai standartiniuose suspensijos bandymuose dažnai yra gerokai mažesni nei 0,01% per valandą, o geležies ar aliuminio oksido užteršimas išlieka nedidelis. Problema kyla, kai dalelių dydžių pasiskirstymas yra platus arba rutuliukai yra per dideli malūnui. Didesni rutuliukai turi daugiau kinetinės energijos. Jei suspensijos klampumas yra didelis arba įkrovimas netinkamas, jie smogia į sietą arba vieni į kitus pakankamai stipriai, kad suskilinėtų. Susidarius atplaišoms, jos veikia kaip papildoma abrazyvinė medžiaga, nusidėvėjimas pagreitėja, o separatorius užsikemša. Man teko atidaryti malūnus, kuriuose pusė užpildo vis dar buvo apvali, o kita pusė – suskilę gabalėliai, kurių ten niekada neturėjo būti.

Praėjusiais metais atlikau bandymą pigmentų gamykloje Songjiange. Ten buvo malama organinių pigmentų suspensija su dideliu kietųjų dalelių kiekiu – maždaug 55–60% kietųjų dalelių – siekiant, kad D90 dydis būtų mažesnis nei 5 µm, naudojant horizontalią rutulinę malūną su 0,8 mm nominalaus skersmens malimo kūgeliais. Jų naudojami cirkonio oksido rutulinio malūno rutuliukai buvo pažymėti kaip 0,6–1,0 mm Y-TZP, tačiau, kai išsijojome mėginį, faktinis dydžių pasiskirstymas svyravo nuo maždaug 0,4 mm iki 1,4 mm, o didesnių cirkonio oksido rutuliukų dalis buvo pastebimai didelė. Po 40 valandų sieto slėgio skirtumas padidėjo, o išleidime aptikome sulūžusių rutuliukų ir atplaišų. Išlikusių sveikų rutuliukų nusidėvėjimas vis dar buvo nedidelis – apie 0,008% pagal masę – tačiau dėl didelio lūžimo dažnio malūnas tapo netinkamas naudoti. Laboratoriniai gniuždymo bandymai su didesnėmis granulėmis iš tos partijos parodė, kad jos lūžo esant mažesnėms apkrovoms nei griežtesnio 0,8 mm etaloninio dydžio granulės, kurias turėjome.

Pereėjome prie siauro pasiskirstymo 0,8 mm Y-TZP užpildo, tokio paties tankio ir tokios pačios nominalios cheminės sudėties. Užpildymo greitis buvo išlaikytas pagal malūno gamintojo rekomendacijas, o mes stebėjome klampumą, kad cirkonio dioksido granulės liktų suspensijoje ir nesusispietų. Po dar 40 valandų sietas liko švarus, produkte nebuvo matomų atplaišų, o granulių nusidėvėjimas buvo 0,006–0,0071 TP3T. Gamybos našumas padidėjo, nes tarp valymų galėjome dirbti ilgiau. Užterštumo patikrinimai (ICP tyrimas suspensijoje) parodė, kad cirkonio kiekis išliko žemo ppm lygio, o tai buvo priimtina šiam pigmentui. Po to gamykla ir toliau laikėsi griežtesnių dydžio specifikacijų.

Aukštos kokybės itrio oksidu stabilizuotų cirkonio oksido šlifavimo granulių tankis ir tvirtumas yra tikri privalumai atliekant smulkų šlifavimą. Jos leidžia naudoti smulkesnes šlifavimo medžiagas ir vis tiek perduoti energiją dalelėms, o nusidėvėjimo greitis išlieka mažas, todėl nereikia nuolat papildyti metalo ar keramikos dulkių. Tačiau šie privalumai išnyksta, jei granulės suskaidomos. Didelis dydžių pasiskirstymas arba per didelės granulės, palyginti su galinio krašto greičiu, paverčia užpildą ne šlifavimo įrankiu, o drožlių šaltiniu. Cirkonio dioksido granulių ir aliuminio oksido nusidėvėjimo palyginimas atrodo puikiai techninių duomenų lape; tačiau malūne šis palyginimas galioja tik tuomet, kai cirkonio dioksido granulės išlieka nesulaužytos.

Keletas dalykų, kuriuos patikrinu gamybos vietoje. Kiekvienos naujos partijos mėginį išsijokite – nepasikliaukite vien tik ant maišo esančia etikete. Suderinkite cirkonio rutulių skersmenį su separatoriaus tarpu ir norimu smulkumo laipsniu; didesnis skersmuo retai kada padeda, o dažnai padidina lūžimų skaičių. Laikykite kietųjų dalelių kiekį ir klampumą toje srityje, kuriai malūnas buvo suprojektuotas, kad rutuliukai nesusikauptų ir nesudaužytų sieto. O jei jūsų smulkiai malantys cirkonio rutuliukai užkemša išleidimo angą arba produkte matosi atplaišos, išmatuokite dalelių dydžio pasiskirstymą ir ieškokite lūžių, prieš kaltindami suspensiją ar malūno greitį. „Songjiang“ pigmentų gamybos linijoje perėjus prie siauresnių 0,8 mm rutulių, lūžiai nustojo pasitaikyti, o mažas Y-TZP nusidėvėjimo greitis iš tikrųjų pasireiškė ilgesnių gamybos ciklų metu. Dauguma malūnų, kuriuos čia matau, pasiekia tokį patį rezultatą, kai nustoja laikyti visus cirkonio rutulius identiškais ir pradeda tikrinti, kokio dydžio rutuliai iš tikrųjų yra kameroje.