آسیاب های گلوله ای

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
این آسیاب معمولا به شکل استوانه است که در آن حجم معینی گلوله فولادی یا سرامیکی با سایز مشخص وجود دارد. کل حجم این استوانه توسط موتور و گیربکس بسیار قدرتمند حول یک محور به چرخش در می‌آید و در اثر غلطیدن و برخورد این گلوله‌ها به روی مواد اولیه آنها را به صورت پودر تبدیل می‌کند.
از این نوع آسیاب در تولید پودرهای میکرو‌نیزه(خشک و مایع) با مش‌های مختلف جهت استفاده در صنایعی مانند رنگ‌سازی- کاشی‌سازی- دارو‌سازی و غیره استفاده می‌گردد. از محاسن بزرگ این آسیاب تولید پودر میکرونیزه با مش یکدست می‌باشد. این مزیت دستگاه باعث شده در صنایعی مانند سیمان، داروسازی، رنگسازی و لعاب کاری بیشترین و بهترین استفاده را داشته باشد.
آسیاب گلوله‌ای یا بال‌میل در دو نوع خشک ( دارای ورودی و خروجی همزمان ) و نوع مایع ( ظرف بسته ) ساخته می‌شود .
در نمونه خشک مواد اولیه از یک سمت وارد می‌شود و پس از فرایند آسیاب شدن و به مش مورد نظر رسیدن، محصول از سمت دیگر خارج می‌شود. ظرفیت آن بر مبنای مش متغییر است و برای مثال یک دستگاه با ظرفیت ۵۰۰ کیلو در ساعت با مش ۲۰۰، تولیدی به ظرفیت ۳۰ کیلو در ساعت مش ۱۵۰۰ خواهد داشت.
نوع دیگر این آسیاب یا نوع مایع آن که بیشتر شبیه گوی ساخته می‌شود دارای یک ورودی و خروجی می‌باشد و غیر از آن مواد به بیرون راه ندارد. مصرف این دستگاه در مواردی است که بخواهند مایعی ( امولسیون ) با مش یک دست بدست آورد. مانند لعاب سرامیک. از این دستگاه کمتر جهت مواد خشک استفاده می‌شود زیرا در آسیاب نوع خشک محصول اغلب توسط مکنده تفکیک کننده ( سپراتور ) جدا می‌شود و از آسیاب خارج می‌گردد اما در این نوع آسیاب مواد اولیه را وارد دستگاه کرده درب آنرا می‌بندند و پس از مدت زمان معین درب آنرا باز و مواد را خارج می‌کنند.
در زمان‌هایی که ظرفیت تولید در پودر خشک نیز کم باشد و دقت در سایز محصول زیاد مورد اهمیت نباشد نیز از شکل استوانه‌ای آن استفاده می‌گردد.
آسیاب بال میل در کارخانه‌های سیمان، سرب، مس، روی و . . . داروسازی، اسید و امثال آن کاربرد فراوانی دارد. استفاده از گلوله‌های سرامیکی و زره داخلی سرامیکی در صنایع داروسازی و رنگ سازی و اسید و … می‌باشد. چون در این صنایع معمولا وجود فلزات ناشی از استهلاک مورد قبول نمی‌باشد و محصول را خراب می‌نماید.

r3d2qca2e9d89wt6javb.jpg

فرآیند آسیا
برای خرد کردن بیشتر محصول به‌دست آمده در مسیرهای سنگ‌شکنی، از انواع آسیاها استفاده می‌شود. آسیاها ممکن است به طریقه خشک یا تر کار کنند که انتخاب آن بستگی به نوع کانه و مراحل بعدی عملیات دارد.


images.jpeg

به‌عنوان مثال اکثر کانه‌های سولفوره به طریقه تر، طی یک یا چند مرحله آسیا می‌شوند تا به درجه آزادی مناسب برسند. کانه‌های آهن را ممکن است بسته به نوع عملیات پرعیار کردن، به طریقه تر یا خشک آسیا کرد. در مورد کانه‌های غیر فلزی، مسیرهای آسیا کردن بسیار متفاوت هستند. به عنوان مثال در مورد باریت اکثرا آسیا کردن و پرعیار کردن به طریقه تر است و نظر به ‌این که محصول پرعیار شده آن، در صنایع مربوطه باید دانه‌بندی کوچکتری داشته باشد، ابتدا خشک می‌شود و مراحل بعدی آسیا کردن به طریقه خشک انجام می‌شود.


از انواع آسیا‌های متداول در صنعتی می‌توان به آسیاهای میله‌ای، آسیاهای گلوله‌ای، آسیاهای لوله‌ای، آسیاهای خودشکن، آسیاهای نیمه خودشکن، آسیاهای قائم، آسیاهای غلتکی، آسیاهای دمشی و… اشاره کرد.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
آسیای گلوله‌ای (Ball Mill)
آسیاهای گلوله‌ای دارای شکلی استوانه‌ای یا استوانه ـ مخروطی هستند. بار خردکننده آنها را گلوله‌هایی از جنس مواد سخت تشکیل می‌دهد.

بار ورودی آسیاهای گلوله‌ای معمولا دارای ابعادی در حدود ۱۰ تا ۲۵ میلیمتر است ولی برخی از انواع آنها قادر به خرد کردن قطعاتی به ابعاد ۵۰ و حتی ۷۵ میلیمتر هستند. محصول خرد شده نیز معمولا دارای ابعاد کوچکتر از ۳/۰ یا ۲/۰ میلیمتر است. به‌طور کلی در شرایط یکسان میزان خرد شدن مواد متناسب با طول آسیاست و هرچه‌ این طول بیشتر باشد، محصول خرد شده دانه ریزتر است. نسبت طول به قطر در آسیاهای گلوله‌ای بسیار متغیر است و از کمتر از یک تا بیشتر از ۲۱ تغییر می‌کند. با بزرگ شدن‌ این نسبت ممکن است گلوله به نحو نامناسبی تفکیک شده، گلوله‌های بزرگتر در قسمت خروجی و گلوله‌های کوچکتر در قسمت ورودی متمرکز شوند.

به‌طور سنتی گلوله‌ها از جنس چدن، فولاد ریختگی یا فولاد آهنگری ساخته می‌شوند. برای افزایش مقاومت گلوله‌ها در مقابل سایش می‌توان از فولادهای کرم‌دار یا کروم ـ مولیبدن دار استفاده کرد. انتخاب نوع گلوله بستگی به نوع کانه و امکانات دسترسی به آن را دارد. به‌عنوان مثال چنانچه در محل یک کوره چدن‌ریزی موجود باشد، می‌توان از گلوله‌های چدنی استفاده کرد. در هر صورت بدیهی است که برمبنای محاسبات اقتصادی گلوله‌ای انتخاب می‌شود که هزینه عملیات را به حداقل برساند. در مورد پالپی که خاصیت خورندگی داشته باشد از گلوله‌های چدنی سخت با مقاومت زیاد در مقابل زنگ زدن استفاده می‌شود. در مواردی که هدف اجتناب از ورود آهن به محصول خرد شده باشد، از قلوه سنگ‌هایی که از جنس اپال یا گلوله‌هایی از جنس سرامیک استفاده می‌شود.


توزیع اندازه گلوله‌های آسیا در یک آسیای گلوله‌ای
در رابطه با انتخاب حالت‌های مختلف اندازه‌های گلوله‌ها در داخل بار شارژ شده ‌این نکته بدیهی است که سرعت آسیا عاملی بسیار مهم است. در سرعت پایین تمامی گلوله‌های بزرگ در اطراف بار جمع می‌شوند و در سرعت بالا در قسمت مرکزی تجمع می‌کنند. ‌این حالت برای تمامی ابزارهای آسیا به عنوان مثال سنگریزه، گلوله یا میله صدق می‌کند.

این جدایش یک پی آمد از‌ این حقیقت است که در سرعت پایین، نیروی گرانش بسیار قدرتمندتر از نیروی گریز از مرکز است، از ‌این رو ابزار خردکننده در اطراف مرکز شارژ حرکت می‌کنند. حرکت نسبی مواد موجود در کف در بخش بالایی شارژ به بالاترین مقدار خود می‌رسد. هنگامی که آسیا به چرخش خود ادامه می‌دهد، ذرات کوچکتر شروع به حرکت به سمت مرکز می‌کنند و ذرات بزرگتر در قسمت بالا جمع می‌شوند. تاثیر مشابهی به واسطه همزدن مخزن سنگریزه برای دقایقی مشاهده می‌شود. نتایج عملیاتی آسیا وابستگی بسیار زیادی به وضعیت ترکیب شارژ دارد. بهترین نتایج زمانی حاصل می‌شود که اندازه تمامی گلوله‌ها به‌طور یکنواخت در بین شارژ گسترده شده باشد، به طوری که حداکثر تماس بین ذرات وجود داشته باشد. در صورتی که ظرفیت آسیا بیشترین کارآیی را داشته باشد، حجم کلی اجرام آسیا می‌تواند به حداقل برسد.


انواع گلوله‌های آسیا
vstfi9l3woxdjcy1h99t6.jpg

12719513121191127117267171132224136227247791.jpg
گلوله‌های فولادی فورج سخت شده برای آسیاهای گلوله‌ای زمانی که سایش شدید و مقاومت شیمیایی مورد نیاز است، بسیار مناسب هستند. همچنین مواقعی که ‌ایجاد حرارت برای فرآیندهای آسیاب و پراکندگی تعیین‌کننده است، می‌توان از‌ این گلوله‌ها استفاده کرد. ساچمه‌ها و گلوله‌های فولادی در آسیاب‌های سریع و عاری از آلودگی (تر یا خشک) جامدات، پراکندگی مایعات و کاهش اندازه ذرات ریز، همگن‌سازی فیلرها و موادخام، کاربردهای سایشی و گردسازی در آسیاهای گلوله‌ای، لغزشی، دینو، دانه‌ای، افقی یا عمودی کاربرد فراوانی دارند. فولاد آلیاژی به دلیل دانسیته و سختی نسبی بالای آنها مصارف خاصی در سنگ‌شکن‌ها و مخلوط کردن مواد سخت و سنگین دارند. همچنین در آسیاهایی که فشارها و ضربات شدیدی اعمال می‌شود یا در فرآیندهای مختلف سنگ‌شکنی از‌ این نوع فولادها استفاده می‌شود. گلوله‌های فولادی فورج شده نیز مزایای بسیاری را در کاهش اندازه ذرات و پراکنش ریز سیالاتی با گرانروی بالا از خود ارائه می‌دهند.
به‌طور معمول گلوله‌های فولادی کربنی برای آسیاهای دانه‌ای با سرعت پایین از قبیل آسیاهای فلزات یا پودرهای شیمیایی استفاده می‌شوند. در فرآیندهای آسیاهای گلوله‌ای با سرعت بالا که در ساخت رنگ‌ها، جوهرها یا پودرهای رزینی کاربرد دارند، عموما از گلوله‌های فولادی آلیاژی کرم‌دار به دلیل استحکام و مقاومت بالای آنها استفاده می‌شود.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
گلوله‌های فولادی ضدزنگ
هنگامی که حفظ یکپارچگی گلوله نهایی در یک محیط خورنده مهم باشد، انتخاب گلوله‌های فولادی ضدزنگ می‌توانند بسیار مناسب باشند. دو گرید رایج ‌این گلوله‌ها، فولادهای ضدزنگ پرکرم (مارتنزیتی) و پر کرم ـ نیکل (آستنیتی) هستند.


گلوله‌های فولادی ضدزنگ مارتنزیتی
این نوع گلوله‌های فولادی ضدزنگ (۱۲ درصد کرم) هنگامی که تحت فرآیند آبدهی قرار می‌گیرند، ساختار مارتنزیتی به خود گرفته و مقاومت آنها در برابر خوردگی تا اندازه‌ای کاهش می‌یابد، اما در مقایسه با فولادهای ضدزنگ آستنیتی دارای خواص مکانیکی بهتری هستند. با توجه به ‌این مشخصه‌ این گلوله‌ها به ویژه برای کاربرد در بلبرینگ‌ها و دریچه‌ها بسیار مناسب هستند.


گلوله‌های فولادی ضدزنگ آستنیتی
فولادهای ضدزنگ با کرم و نیکل بالای غیرمغناطیسی با ساختار آستنیتی سختی‌پذیری فولادهای آب داده شده را از خود نشان نمی‌دهند، هرچند مشخصه‌های مهم‌ این فولادها چقرمگی بالا، مقاومت مناسب در برابر خوردگی و خواص مکانیکی قابل توجه آنها در دمای بالا و پایین است.

گلوله‌های ساخته شده از ‌این فولادها کاربرد وسیعی در دریچه‌ها و تجهیزات وابسته به آنها دارد.


برخی دیگر از انواع گلوله‌ها

گلوله‌های پلاستیکی
وزن عمومی‌ این گلوله‌ها از ۱ تا ۲/۱ گرم است. معمولا ‌این گلوله‌ها از جنس پلی استیرن، پلیمید، پلی کربنات یا اکریلیک ساخته می‌شوند. ‌این گلوله‌ها از قیمت مناسبی برخوردار بوده و اندازه ابزار سایشی ساخته شده از ‌این مواد (مکعبی یا کروی) از ۱۵۰ میکرون تا کسری از ‌اینچ است. از‌ این مواد در تفلن‌ها و همچنین در میله‌ها و گلوله‌های با پوشش تفلنی استفاده می‌شود.


گلوله‌های شیشه‌ای
وزن عمومی ‌این گلوله‌ها از ۲/۲ تا ۳ گرم است. نخستین شیشه‌های مهندسی که به‌عنوان ابزار سایشی به‌کار گرفته شدند گلوله‌های گرد شیشه‌ای همانند دانه‌های تسبیح بودند که درخصوص کاربردهای سایشی در جاهایی که استفاده از ماسه امکان‌پذیر نبود، ابداع شدند. شیشه در انواع مختلف (سربی ـ بدون کربنات سدیم آهک، بوروسیلیکات، قلیای ضعیف و…) در اندازه‌هایی از یک میکرون تا ۲‌ اینچ ساخته می‌شود.

خواص سایشی مناسب به همراه گردی قابل قبول بدین معنی است که شیشه بهترین ماده برای فرآیند آسیا است. همچنین گلوله‌های شیشه‌ای در اندازه‌های دقیق نیز قابل دسترسی بوده و در سیستم‌های تفکیک نوری از قبیل فاصله اندازها (spacers) برای تجهیزات الکترونیکی دقیق مورد استفاده قرار می‌گیرد. گلوله‌های شیشه‌ای رنگی نیز در کاربردهای مهندسی و تزئینی استفاده می‌شوند.


گلوله‌های سایشی آلومینا
وزن عمومی‌ این گلوله‌ها از ۸/۲ تا ۹/۳ گرم است.‌ این ابزار در انواع چگالی‌های مخصوص در دسترس هستند که براساس افزایش میزان عیارAl2O3 گسترش می‌یابند. ابزار خردکننده در حقیقت ذرات آلومینا توسط فاز شیشه‌ای SiO2 در جای خود قرار می‌گیرند.‌ این ابزار در اندازه‌هایی از ۴۰۰ میکرون تا بالای یک ‌اینچ به شکل‌های دانه‌ای، گلوله‌ای، ماهواری‌ای (گلوله و باند) و استوانه‌ای وجود دارند. ‌این گلوله‌ها دارای قیمت‌های پایین تا متوسط بوده و اندازه‌های کوچک آن گران‌تر هستند. از دیگر انواع گلوله‌های سایشی می‌توان به گلوله‌های زیرکونیومی، سیلیکات زیرکونیوم زینتر شده و اکسید زیرکونیوم با چگالی بالا اشاره کرد.

چگونه گلوله‌های مناسب برای آسیا را انتخاب کنیم؟

انتخاب ابزار آسیا به چند فاکتور بستگی دارد که به برخی از‌ این عوامل اشاره می‌کنیم:
اندازه خوراک اولیه: گلوله‌هایی که به منظور تغذیه ابتدایی آسیا استفاده می‌شوند اگر دارای اندازه‌ای کوچک باشند نمی‌توانند به خوبی ذرات بزرگتر را خرد کنند.

اندازه ذرات نهایی: گلوله‌های آسیا که برای خرد کردن نهایی ذرات استفاده می‌شوند، اگر دارای اندازه کوچکتری باشند، در ‌ایجاد ذرات فوق‌العاده ریز مورد نظر بسیار موثر هستند.

وزن مخصوص: به‌طور کلی گلوله‌هایی با چگالی بالا بهترین نتایج را در آسیاهای گلوله‌ای به همراه خواهند داشت. ابزار آسیا باید نسبت به ماده‌ای که قرار است آسیا شود چگال تر باشند. همچنین موادی با گرانروی بالا نیازمند گلوله‌هایی با یک دانسیته بالاتر هستند تا از شناوری آنها جلوگیری شود.

سختی: گلوله‌های سخت تر دارای عملکرد بهتر و متعاقب آن مقاومت در برابر خوردگی بیشتری هستند.

میزان pH: برخی از اسیدها یا محیط‌های قلیایی قوی می‌توانند با برخی از گلوله‌های فلزی واکنش نشان دهند از‌ این رو‌ این عامل نقش مهمی را در انتخاب گلوله‌های آسیا بازی می‌کنند.

رنگ‌زدایی: برخی از گلوله‌ها در طی فرآیند آسیا منجر به رنگ‌دهی از خود می‌شوند و از این رو در تولید برخی از مواد از قبیل پوشش‌های رنگی سفید مناسب نیستند.

ناخالصی: ماده به‌دست آمده ناشی از خوردگی و فرسایش گلوله‌ها بر روی فرآیند تاثیر می‌گذارد و ممکن است نیاز به زدودن ‌این ناخالصی‌ها از طریق جداکننده مغناطیسی، شیمیایی یا فرآیند حرارت‌دهی وجود داشته باشد. از‌ این رو با توجه به نوع عملکرد آسیا انتخاب گلوله‌های مناسب و توجه به ناخالصی‌های آنها از اهمیت برخوردار است.

هزینه: گلوله‌ای که ۲ تا ۳ برابر گران‌تر از دیگر گلوله‌ها است ممکن است طول عمر بیشتری را نیز داشته باشد و گاهی نیز ممکن است‌ این‌گونه نباشد. از ‌این‌رو با توجه به کارآیی مورد نظر باید مناسب‌ترین ابزار را از لحاظ قیمت انتخاب کرد.​


مراحل تولید گلوله‌های آسیا

آنیلینگ
فولاد در یک دمای بالا تحت عملیات حرارتی قرار می‌گیرد و به طرز کنترل شده‌ای (بر طبق فرآیند آنیلینگ) سرد شده و به شکل فلز نرم اولیه درآمده و به‌‌طور همزمان تغییراتی در میکروساختار آن پدید می‌آید که منتج به بهبود در خواص مکانیکی و تسهیل در کارسرد می‌شود.


کشش مفتول
مفتول مورد نظر به میزان مورد نیاز و تا نزدیکترین تولرانس ممکن کشیده می‌شود به طوری که اعمال آهنگری سرد بر روی آن ممکن شود.


آهنگری سرد
مفتول به طول‌های مورد نظر بریده می‌شود و در یک قالب بسته تحت فرآیند آهنگری سرد قرار می‌گیرد تا شکل کروی به خود بگیرد.


فلاشینگ (Flashing)

دومین مرحله تولید، فرآیند نورد بین دو صفحه با شیارهای هم محور است که به‌منظور حذف نشانه‌های برش قطعات و افزایش دقت گلوله‌ها انجام می‌شود. در‌ این عملیات، گوی‌ها در بین دو صفحه با فشار هم محور ساییده تا شکل کروی به‌خود بگیرند و درزهای زاید باقی مانده از مرحله آهنگری سرد نیز از بین برود.


عملیات حرارتی
در‌ این مرحله گوی‌ها تحت عملیات حرارتی قرار گرفته و به‌عنوان مثال سخت می‌شوند و برای رسیدن به سطح مطلوب سختی و میکرو ساختار مورد نظر تحت عملیات تمپرینگ قرار می‌گیرند. عملیات حرارتی زمانی ضروری است که حداکثر سختی ممکن و میکروساختار مطلوب برای گلوله و در نتیجه بهترین مشخصات فنی قابل حصول متناسب با مواد مصرفی را به همراه داشته باشد.


فرزکاری
در ‌این مرحله گلوله‌های سخت کاری شده به‌منظور بهبود پرداخت سطحی و پارامترهای ابعادی تحت فرآیند سایش قرار می‌گیرند. چندین مرحله فرآیند فرزکاری دقیق توسط چرخ‌های سایشی سرامیکی منتج به آماده‌سازی گلوله‌های با دقت اندازه بالاتر برای مرحله بعدی فرآیند تولید یعنی عملیات صیقل کاری می‌شود.


صیقل کاری (Lapping)
آخرین مرحله صیقل کاری منجر می‌شود که گلوله‌ها به یک درخشندگی کامل برسند و همچنین سطح فشرده و بی‌نقص با زبری سطحی بسیار اندک، عدم انحراف از شکل کروی، مقادیر ناهمواری بسیار کم، میزان موج سطحی بسیار پایین و عدم عیوب سطحی را داشته باشند که ‌این مشخصات را با دستگاه‌های کنترل نوری بررسی می‌کنند. ‌این چهار پارامتر اساسی متضمن رضایت مشتریان نهایی و کیفیت مطلوب محصول در مصارف مربوطه هستند.


بازرسی و کنترل کیفیت
برای تضمین بالاترین کیفیت، هر یک از پارامترهای گلوله‌ها، قبل از بسته‌بندی و ارسال به دقت تحت عملیات بازرسی قرار می‌گیرند. تمامی ابعاد، سختی، شاخص‌های مواد و دیگر مشخصه‌ها به‌منظور تضمین کیفیت مطلوب در هر مرحله از تولید و همچنین مجددا قبل از ارسال محصول، در انتهای فرآیند ساخت، تحت آزمون‌های مختلف قرار می‌گیرند.
 
بالا