Введение
В век электромобильности и миниатюризации редкоземельные сплавы и изготовленные из них постоянные магниты постоянно приобретают все большее значение. Решающим фактором для качества и свойств постоянных магнитов является узкий гранулометрический состав с минимально возможной долей самых мелких (< 2 мкм) и самых крупных частиц (> 8 мкм).
С помощью струйных мельниц и сверхтонких классификаторов фирмы NETZSCH чувствительные Nd-Fe-B- и Sm-Co-сплавы или другие редкоземельные сплавы могут быть надежно измельчены до тонкого порошка в инертном газе, что обеспечивает узкий гранулометрический состав и определенный верхний предел размера частиц с воспроизводимыми результатами. Для измельчения этих сплавов компания NETZSCH разработала оптимизированную струйную мельницу с высокой плотностью слоя m-Jet. Эта машина также предлагает возможность автоматического извлечения компонентов, которые трудно измельчить во время работы, без загрязнения периферийных частей установки примесями. Эта функция делает возможной быструю и беспроблемную замену продукта в любое время.
Состояние дел
Трудноизмельчаемые компоненты при измельчении редкоземельных сплавов
При измельчении редкоземельных сплавов, предназначенных для изготовления магнитов (или для других целей), часто образуются остатки трудноизмельчаемых компонентов. В случае Nd-Fe-B-сплавов они состоят в основном из неодима, других редкоземельных фракций или железа. Эти остатки вязкие и трудно поддаются измельчению в струйных мельницах. Вместо этого они накапливаются в размольной камере. Вследствие этого в процессе измельчения снижается пропускная способность и уменьшается производительность всей установки. Кроме того, если эти компоненты загрязняют конечный продукт, это негативно сказывается на его магнитных характеристиках. Кроме того, накопление трудноизмельчаемых компонентов может привести к изменению гранулометрического состава, что также влияет на качество продукта. Еще одной проблемой является изменение состава сплава редкоземельного порошка в результате селективного измельчения в псевдоожиженном слое.
Поэтому в зависимости от качества редкоземельных сплавов необходимо регулярно удалять из помольной камеры трудноизмельчаемые компоненты
Извлечение трудноизмельчаемых компонентов из обычных струйных мельниц с псевдоожиженным слоем
Процесс экстракции в обычных струйных мельницах часто является очень трудоемким и сложным и обычно осуществляется в зависимости от скорости вращения мельницы - как правило, при достижении 50 % стандартной пропускной способности.
Хорошо известно, что в случае со струйными мельницами с противовращением трудноизмельчаемые компоненты извлекаются путем снижения скорости вращения классификатора. Этот процесс часто облегчается за счет использования напольных форсунок (рис. 1), которые, однако, очень легко засоряются из-за своей конструктивной особенности, установленной на полу машины.
Полный процесс экстракции в обычной струйной мельнице может занять несколько часов, что, в свою очередь, из-за снижения скорости вращения классификатора может привести к загрязнению грубыми, трудноизмельчаемыми компонентами всей установки. Поэтому за процессом экстракции всегда должно следовать достаточное время на промывку. Это означает, что производство должно быть прервано на более длительный период.
По окончании процесса экстракции псевдоожиженный слой должен быть снова заполнен порошком. В процессе заполнения могут происходить сдвиги в гранулометрическом составе и пропускной способности, а также селективное измельчение (рис. 3), что может привести к смещению компонентов сплава в измельченном порошке.
Из-за большого объема помольной камеры (кипящего слоя) струйных мельниц с кипящим слоем процесс перемешивания и гомогенизации кипящего слоя может занимать до одного часа. В таких мельницах постоянная производительность и распределение частиц по размерам достигаются только по истечении этого времени.
При использовании струйных мельниц с псевдоожиженным слоем наилучшее качество продукта может быть достигнуто только в том случае, если мельница работает без перерыва с псевдоожиженным слоем постоянной массы. Однако это возможно только в течение ограниченного периода времени.
Решение от NETZSCH
Извлечение трудноизмельчаемых компонентов из спирально-струйных мельниц типа m-Jet
Для борьбы с вышеупомянутыми недостатками обычных струйных мельниц с кипящим слоем инженеры NETZSCH разработали спиральную струйную мельницу со встроенным динамическим воздушным классификатором. Мельница m-Jet сочетает в себе преимущества струйной мельницы с кипящим слоем и спиральной струйной мельницы и поэтому является идеальной мельницей для измельчения редкоземельных порошков. Максимальная воспроизводимая тонкость измельчения достигается независимо от нагрузки в газовых струях. Проблема извлечения трудноизмельчаемых компонентов была элегантно решена специалистами и осуществляется непосредственно из помольной камеры во время работы m-Jet.
Этот процесс можно легко автоматизировать. Снижая рабочий цикл, можно обнаружить уменьшение пропускной способности. При достижении заданного значения открывается заслонка, установленная на трубопроводе к фильтру, и продукт выдавливается из мельницы под действием избыточного давления в размольной камере. Во время этого процесса колесо классификатора работает через байпас. Затем содержимое мельницы выгружается непосредственно в расположенный ниже по потоку пылевой фильтр через отдельный трубопровод, который используется только для опорожнения мельницы. Поскольку хороший продукт забирается непосредственно из циклона, загрязнение установки исключено. На рис. 2 показана схема расположения вытяжного трубопровода в лабораторной установке типа m-Jet 10.
Еще одной проблемой применения является быстрое и полное опорожнение размольной камеры при смене продукта. Данная система также может эффективно использоваться для этой цели, хотя процесс опорожнения размольной камеры, естественно, может быть запущен и вручную.
Благодаря небольшому объему помольной камеры в спиральной струйной мельнице m-Jet, явления, которые обычно возникают при использовании струйной мельницы с псевдоожиженным слоем, такие как смещение гранулометрического состава измельченного порошка и проседание пропускной способности, встречаются крайне редко (рис. 3).
Процесс добычи на сайте m-Jet в деталях
На рисунке 4 процесс извлечения активного порошкового наполнителя из помольной камеры представлен в виде графика: Размольная камера лабораторной мельницы m-Jet 10 опорожнялась через заданные промежутки времени. Хорошо видно снижение мощности классификатора во время и после процесса опорожнения. После каждого опорожнения измерялась тонкость продукта циклона, масса и тонкость извлеченного порошка в фильтре. Тонкость (d50) продукта циклона составила около d50 = 2,95 мкм и оставалась относительно постоянной в течение всего времени работы. Также было показано, что практически отсутствуют колебания в тонкости d50 содержимого мельницы, собранного в пылевом фильтре. В среднем масса извлеченного продукта составила около 330 г. Извлеченный продукт не выходит из инертного замкнутого цикла процесса. Поэтому в процессе экстракции отсутствует опасность возгорания порошка и нет необходимости в дополнительных пылевых фильтрах, так как для этих целей используется пылевой фильтр, установленный на каждой установке.
После извлечения содержимого помольной камеры мельница снова выдает продукт, соответствующий техническим требованиям, в течение 10 минут. Это значительная экономия времени по сравнению с обычными струйными мельницами с кипящим слоем. Время, необходимое для извлечения продукта из размольной камеры, а также для достижения постоянного качества продукта, может быть перенесено 1:1 на мельницы производственного масштаба m-Jet.
Возможности в NETZSCH
Компания NETZSCH Trockenmahltechnik располагает хорошо оборудованной лабораторией для испытаний редкоземельных порошков в Ханау, недалеко от Франкфурта-на-Майне. В этой лаборатории можно проводить испытания по измельчению на струйной мельнице с кипящим слоем типа CGS и на спиральной струйной мельнице со встроенным классификатором типа m-Jet с интегрированным извлечением трудноизмельчаемых компонентов продукта. Дальнейшая оптимизация гранулометрического состава осуществляется путем классификации на высокоэффективном тонком классификаторе m-Class в инертной атмосфере. Многие различные анализы, такие как Malvern и REM, а также ONH, OCN, ICP анализы могут быть выполнены в Ханау в сотрудничестве с известным институтом. По желанию наших клиентов мы также можем выполнить комплексные программы спекания, включая определение магнитных свойств спеченных магнитов в Permagraph.