超細鈷粉粉碎系統設備設計應用*

李明光

(金川集團股份有限公司工程監理咨詢公司，甘肅 金昌 737100)

0 引 言

超細鈷粉大量應用于硬質合金、高溫合金、金屬陶瓷、金剛石工具制造等，也用于二次電池中作為添加劑以改善材料的性能。用草酸鈷還原的鈷粉，呈海綿狀，粒度在25～100 μm，分散性差，含氧量在0.25%～0.30%，必須經過后續處理后才能應用。傳統的粉碎方法粒度可以滿足要求，但在粉碎過程中含氧量增加，易造成鈷粉“著火自燃”，嚴重制約鈷粉的質量產量，且存在安全隱患，無法滿足超細鈷粉規模化生產要求。傳統的粉碎設備功能單一，自動化程度低勞動強度大，與包裝工序銜接不流暢，作業現場粉塵大金屬回收率低，制約著超細鈷粉的生產能力。

筆者通過對采用氣氛保護，用氣流粉碎技術對塊狀的“海綿態鈷粉”進行粉碎，利用變頻分級設備、旋風分離器、褶皺筒除塵器進行粉碎后鈷粉的分級和超微金屬粉塵進行回收等技術應用實踐，解決了常態下超細鈷粉粉碎中易著火自燃的問題，提高了鈷粉的質量、產量，同時采用分級技術實現了產品的多樣化，選用過濾精度高的收塵材料，到達了提高鈷粉的金屬回收率的目的，系統設備采用PLC技術，實現了自動化生產，改善了工作環境，具有很大的經濟效益。

1 超細鈷粉粉碎系統設備的設計

1.1 設計選擇原則

傳統的粉碎設備利用機械機構在常態下使大塊的物料受到擠壓、切削力而使得物料顆粒變小，此法容易造成鈷粉自燃著火，產量低、效率低，亟待改進。

通過對超細鈷粉粉碎工藝的深入研究，認為常態下被粉碎后的鈷粉比表面積高、化學反應性能好在空氣中容易氧化著火自燃，故粉碎系統設備選擇設計時必須采用氣氛保護，使得超細鈷粉在粉碎的過程中和空氣中的氧隔絕，從而徹底避免鈷粉的氧化自燃問題。

超細鈷粉的粉碎方法的選擇對鈷粉的粉碎質量起決定性的影響，傳統的粉碎方法不適用。目前生產線采用氣流粉碎技術，具體是鈷粉通過螺旋加料器進入粉碎室，高壓惰性氣體通過特殊配置的粉碎噴嘴向粉碎室高速噴射，物料在超音速噴射流中加速，并在噴嘴交匯處反復沖擊、碰撞，達到粉碎[1]。

故針對超細鈷粉的粉碎系統設備設計選擇時，必須用氣氛保護氣流粉碎系統設備。

1.2 構成和功能

如圖1所示，粉體生產線所用超細鈷粉粉碎系統設備主要由以下部分構成：①氣氛壓縮機：提供粉碎動力及保護氣氛動力；②氣流粉碎主機，如圖2所示：完成超細鈷粉的粉碎；③分級裝置：對粉碎后的鈷粉進行分級；④旋風分離器：對粉碎后的鈷粉進行分離；⑤收塵器:對氣氛中的金屬物料進行回收，如圖3所示；⑥原料料倉、過度料倉：收容物料；⑦各類氣動閥門及管道系統：控制氣氛走向；⑧控制系統:實現整套粉碎系統設備的自動化控制。

圖1 鈷粉粉碎系統

圖2 粉碎主機 圖3 旋風收塵裝置

1.3 超細鈷粉粉碎系統設備工作流程

如圖4所示，超細鈷粉粉碎系統設備開機時首先用氣氛不斷充入系統中將空氣趕走，直至全系統達到氧探測儀設定的數值，然后自動啟動加料裝置將料倉中的原料均勻加入粉碎主機的粉碎室，經壓縮的氣氛通過特殊配置的超音速噴嘴向粉碎室高速噴射，物料在超音速噴射流中加速，并在噴嘴交匯處反復沖擊、碰撞，達到粉碎效果。被粉碎的物料隨上升氣流進入分級室，滿足要求的細粒子進入分級輪隨氣流被旋風分離器、捕集器收集，進不了分級輪返回粉碎室繼續沖擊粉碎，氣氛返回壓縮機吸氣口循環使用，節省氣氛及能源[2]。

圖4 超細鈷粉粉碎系統設備的流程1.氣氛氣源 2.儲氣罐 3.氣氛壓縮機 4.氣流粉碎主機 5.過渡原料倉 6.原料倉 7.旋風分離器 8.收塵器 9，10.過度倉料 11，12.成品料倉

2 設備實踐運行測試

超細鈷粉粉碎系統設備的運行主要通過對粉碎后的產品的粒度、含氧量進行檢測，符合合格產品的標準，得到了下游用戶的認可。目前，在粉體生產線上，超細鈷粉粉碎系統設備運行效果良好。

測試1：采用草酸鈷還原的鈷粉，以惰性氣體為保護氣氛，粉碎壓力控制在0.6 MPa，粉碎前后結果見表1所列。

表1 鈷粉粉碎前后結果對照

從表1可以得到，粒度在20～130 μm之間的鈷粉粉碎后，粒度、氧含量可以滿足要求，而且含氧量最大增加400 ppm。

測試2：采用草酸鈷還原的鈷粉，以氮氣為保護氣氛，粉碎壓力控制在0.45 MPa，粉碎前后結果見表2所列。

從表2可以得到，粒度在25～65 μm之間的鈷粉粉碎后，粒度、氧含量可以滿足要求，而且含氧量最大增加400 ppm。

從實例可以看出，只要粉碎過程中氣氛的壓力達到一定值，鈷粉的粉碎質量很好，達到標準要求，含氧量小于0.5%，且不用篩分即可進行成品包裝，具體流程圖如圖5所示。

表2 鈷粉粉碎前后結果對照

圖5 超細鈷粉粉碎工藝流程圖

通過使用氣氛保護閉路循環超細鈷粉粉碎系統設備，大幅度提高了超細鈷粉的生產質量和產量，目前達到年產500 t的能力。

3 設計選擇主要事項

(1) 氣氛壓縮機的設計選擇，應盡可能選擇螺桿式壓縮機，可以避免活塞式壓縮機易磨損、維護量大的弊病。

(2) 收塵器的設計選擇，要合理設計收塵過濾面積，最好留有余量，這樣既有利于系統壓力的控制又有利于有價金屬的回收；濾料材質的選擇應根據要粉碎物料特性進行，防止透濾發生，造成有價金屬流失。

(3) 分級裝置的設計選擇，分級裝置設計時要考慮采用變頻調速，以實現不同粒徑金屬粉的生產，實現產品多樣化[3]。

(4) 各類氣動閥門、傳感器的設計選擇，因為整套設備的自動化程度高，且系統設備帶壓力運行，所以各類氣動閥門、傳感器必須選用質量可靠的高端配置，以控制保證指令的正確快速執行，防止系統設備壓力事故的出現。

(5) 系統設備材質：因為進行的是超細金屬粉末的粉碎，所以對產品中雜質要求高，系統設備材質應盡可能選用優質不銹鋼以保證粉碎后產品質量。

(6) 超細鈷粉粉碎系統設備可在其他超細金屬粉生產中應用，要根據金屬粉的特性選擇合適的氣氛。

4 結 語

在超細鈷粉的生產工藝流程中，鈷粉粉碎是一個非常重要的工藝環節，在選擇粉碎設備、工藝路線時一定要將安全性放在首位，防止“著火自然”，同時兼顧產品的產量、粒度、含氧量。

此文采用氣氛保護，用氣流粉碎技術對塊狀的“海綿態鈷粉”進行粉碎，利用變頻分級設備、旋風分離器、褶皺筒除塵器進行粉碎后鈷粉的分級和超微金屬粉塵進行回收等設計應用方法，提高了鈷粉的質量、產量、鈷粉的金屬回收率，粉碎系統設備采用PLC技術，實現了自動化生產，改善了工作環境，實現了項目投資經濟效益的最大化。