Wpływ wielkości kul mielących na zachowanie się młyna planetarnego podczas mielenia

Gdyfrezowanie kuloweZastosowano proszek Fe, kulki mielące o trzech średnicach Φ15, Φ10 i Φ5. Podczas doświadczenia co 2 godziny dodawano jako dodatek 5 ml absolutnego etanolu. Z punktu widzenia efektu rozdrobnienia proszku proces mielenia kulowego trzech grup doświadczeń podzielono na trzy etapy. Proszek rafinowano szybko przed upływem 0,15 godziny, po czym tempo rafinacji uległo zmniejszeniu. Odpowiadając trzem średnicom kulek Φ15, Φ10 i Φ5, gdy czas mielenia kulowego osiąga odpowiednio 3 godziny, 4 godziny i 6 godzin, stopień rozdrobnienia dalej maleje, a odpowiadające im krytyczne rozmiary proszku w tym czasie wynoszą odpowiednio około 7 μm, 5 μm i 3 μm. Przed osiągnięciem rozmiaru krytycznego stopień rozdrobnienia dużych kulek jest wyższy, natomiast po przekroczeniu rozmiaru krytycznego stopień rozdrobnienia małych kulek staje się wyższy. Logarytm wielkości cząstek proszku w dwóch ostatnich etapach jest w przybliżeniu liniowy z czasem mielenia kulowego. Sytuację tę wykazano także w wynikach eksperymentów w innych warunkach procesu. Średnie rozmiary cząstek z trzech grup eksperymentów po mieleniu kulowym przez 16 godzin wynosiły odpowiednio 3,125 µm, 2,11 µm i 1 µm.
Powyższe zjawisko należy powiązać z ilością energii niesionej przez kulę mielącą, częstotliwością kontaktu kulki mielącej z proszkiem oraz postacią wyjściową proszku Fe. Oryginalny proszek Fe ma gruby, prawie równoosiowy, nieregularny kształt i łatwo ulega rozbiciu w wyniku trójwymiarowej kolizji podczas wstępnego mielenia. W kolejnym procesie rozdrabniania cząstki proszku stopniowo stają się coraz bardziej płaskie na skutek ciągłego spęczania i toczenia kulek mielących, co powoduje, że kierunek zderzenia poszczególnych cząstek staje się jednolity, co skutkuje spadkiem efektywności późniejszego rozdrabniania. Im większa średnica kulki, tym większą energię przekazuje ona prochowi podczas każdego zderzenia, co sprzyja szybkiemu rozdrobnieniu grubego proszku, jednak liczba dużych kulek jest znacznie mniejsza niż liczba małych kulek (przy taki sam stosunek kulek do materiału, liczba kulek jest równa liczbie kulek) (odwrotnie proporcjonalna do sześcianu średnicy), istnieje niewiele punktów zderzenia pomiędzy kulkami, zatem gdy proszek zostanie w pewnym stopniu rozdrobniony, prawdopodobieństwo wychwycenia proszku maleje i zgodnie z ogólną zasadą uszlachetniania materiału, w miarę jak proszek jest rafinowany w procesie. Wzrost energii powierzchniowej może utrudnić dalsze rozdrobnienie. Energia przenoszona przez małą kulkę jest niewielka, a wydajność rozdrabniania podczas mielenia grubego proszku jest niższa niż w przypadku dużej kulki. Jednak ze względu na wiele punktów zderzenia prawdopodobieństwo wychwytywania drobnego proszku jest większe, a efekt mielenia jest silniejszy niż w przypadku dużej kuli. Dlatego w przypadku drobnego proszku efekt kruszenia małych kulek o dużej liczbie małych energii jest bardziej widoczny niż w przypadku dużych kulek. W porównaniu z grupą większych kulek rozkład wielkości cząstek proszku nie jest tak skoncentrowany jak w przypadku grupy małych kulek. Wynika to oczywiście z prawdopodobieństwa przechwycenia proszku przez kulę mielącą. .
W przypadku eksperymentów z dużą liczbą małych grup kulek wzrosła losowość i chaos zderzeń kula-kula podczas mielenia kulowego, dzięki czemu rozkład proszku był bardziej równomierny. Powyższe doświadczenia przeprowadzono przy małym współczynniku wypełnienia (1:5). Jeśli współczynnik wypełnienia wzrośnie lub zmieni się prędkość obrotowa, na podstawie analizowanych przyczyn można przypuszczać, że warunki pracy materiału ulegną zmianie. Wyniki tego doświadczenia wskazują, że zachowanie młynów planetarnych podczas mielenia jest ściśle powiązane z wielkością kul mielących.