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실험노트

볼밀링 가이드라인

by 은빛의계절 2022. 4. 14.
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ball-milling guideline

1. 경험적 - 다양한 크기의 볼을 잘 섞고, 총 부피의 1/3 정도를 채워서 실험을 진행했었다.

 수평으로 통을 눕혀놓고 굴리는 방식의 볼밀링을 사용했었음.

 

 

2. 문헌조사?

 

1) 충진율은 40% 정도로 한다.

https://www.meetyoucarbide.com/ko/the-working-principle-of-ball-mill/

 

볼 밀의 작동 원리-Meetyou Carbide

The ball mill consists of a metal cylinder and a ball. The working principle is that when the cylinder is rotated, the grinding body (ball) and the object to

www.meetyoucarbide.com

2019 년 5 월 22 일
볼 밀은 금속 실린더와 볼로 구성됩니다. 작동 원리는 실린더가 회전 할 때 실린더에 설치된 그라인딩 바디 (볼)와 연마 대상 (재료)이 마찰과 원심력의 작용하에 실린더에 의해 회전된다는 것입니다. 특정 높이에서 자동으로 떨어지고 충격을 가해 실린더의 재료를 연마하여 재료를 연마합니다. 또한, 공의 교반은 재료를 균일하게 혼합합니다.
볼 밀의 구조 외에 볼 밀링 효율에 영향을 미치는 요소. 주로 볼 밀의 회전 속도, 연삭 몸체의 크기 및 수, 연마 될 물체의 부피, 연삭 매체 및 연삭 시간.

1. 볼 밀의 속도

볼 밀이 회전 할 때 배럴의 볼 이동은 세 가지 상태를 가질 수 있습니다 (그림 8-1).
그라인딩 실린더의 회전 속도가 크지 않으면, 볼 로딩 량이 적어지고, 슬라이딩 상태 (a)가 발생하며,이를 슬로프 타입이라고한다. 이때, 볼은 재료에 교반 효과가없고, 볼에만 재료에 마찰 효과가있다. 따라서 혼합 및 분쇄 효율이 매우 낮습니다.
회전 속도가 높고 볼 로딩 량이 많으면 볼은 원심력의 작용에 의해 드롭 형태를 형성하고 롤링 연삭을 시작합니다. b. 이때, 볼과 재료 사이에 선삭 작용과 상호 마찰이 발생하여 (연삭 작용), 혼합 및 분쇄 효율이 높다.
연삭 실린더의 회전 속도가 특정 속도 (임계 속도)보다 높으면 구가 실린더 벽에 부착되지 않으며 큰 원심력으로 인해 자유롭게 떨어지지 않습니다. 이때, 재료는 교반되거나 파손되지 않는다.
분명히, 구면 운동은 b 상태에서 더 만족 스럽다. 볼이 Tang 실린더에 대해 회전 될 때 최소 속도를 임계 속도라고하며 임계 속도 n은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.
여기서 D는 밀 배럴 (meter)의 직경이다. D = 0.5m으로 한 다음
이것은 현재 초경합금 생산에 사용되는 180 리터 습식 분쇄기의 임계 속도입니다.
볼을 b 상태로 만들기 위해 볼 밀의 실제 속도는 일반적으로 36 rpm입니다.

2. 볼 로딩 량

볼을 롤링 상태로 만들기 위해, 그라인딩 실린더의 회전 속도 외에도 볼 로딩 량과 그라인딩 바디와 실린더 벽 사이의 마찰에 의존한다. 현재, 한계 볼 로딩 량의 계산 공식이 이론적으로 도출 될 수 있지만, 마찰 계수를 측정하기 어렵 기 때문에, 볼 로딩 량은 종종 경험적으로 결정된다.
경험에 따르면, 임계 적재량은 연삭 실린더 체적의 약 40% 내지 50%이다.
볼 체적 대 드럼 체적의 비율을 충전 계수라고합니다. 충진 계수가 30% 미만인 경우, 구는 슬라이딩 상태가되기 쉽고 분쇄 효율이 낮다. 충진 계수가 50%보다 크면 회전 중심 근처의 공 관성 모멘트가 너무 작아 분쇄 효율이 감소합니다. 합리적인 충진 계수는 40-50%이며, 현재 연삭 효율은 최대입니다.

3. 공의 크기

그라인딩은 볼의 표면을 파우더와 접촉시켜 발생합니다. 따라서, 롤링 볼 밀에서, 볼 직경이 감소함에 따라 분쇄 효율이 증가된다. 직경이 .mm 인 작은 볼로 최고의 분쇄 효율을 얻을 수 있음이 입증되었습니다. 그러나, 볼 직경이 너무 작아서 너무 빨리 마모되지 않으며, 볼의 작은 간격으로 인해 배출하기가 어렵다. 따라서 혼합물을 습식 분쇄하는 데 사용되는 볼은 너무 작거나 클 수 없습니다. 초경합금 생산에서 dia5-10의 볼은 주로 WC-Co 재료 연삭에 사용되며, 12-18mm의 볼은 WC-TiC-Co 재료 연삭에 주로 사용됩니다. 초경합금 볼을 사용하면 볼의 품질이 향상되고 불순물에 의한 습식 연마제의 오염이 줄어 듭니다. 연마재로 볼 대신 작은 실린더를 사용하면 분쇄 효율이 높습니다.

4. 적재량

충전량은 일반적으로 볼 대 볼의 비율 (볼과 무거운 재료의 비율)로 표시됩니다. 볼 대 재료 비율이 클수록 분쇄 효율이 높아집니다. 그러나 볼 비율이 너무 높으면 도움이되지 않습니다. 충진 계수가 일정하면 충전량이 감소하기 때문에 세트의 생산성을 낮추고 때로는 합금 특성을 낮추어야합니다 (그림 8-2). 볼 비율은 일반적으로 2 : 1에서 5 : 1 사이에서 선택됩니다. 경우에 따라 큰 볼-배치 비율이 사용됩니다. 예를 들어, 습식 분쇄 된 티타늄 카바이드 계 카바이드 바는 6 : 1에 사용될 수있다. 이때 혼합물의 부피가 크기 때문에. 볼 양 대 물질 부피비를 사용하여 충전량을 나타내는 것이 더 적합한 것으로 보인다. 이론적으로, 재료가 공의 틈새를 채우면 분쇄 효율과 생산 효율이 모두 이상적입니다.

5. 습식 연삭 매체

습식 분쇄 매질로서, 다음 조건과 혼합물과의 화학 반응, 유해한 불순물, 낮은 비점, 약 100 ℃에서의 휘발성 제거, 작은 표면 장력, 분말 응집, 독성 없음, 안전한 작동, 낮은 조건을 가져야합니다 가격도 고려해야 할 조건 중 하나입니다.
습식 분쇄 매체로는 알코올, 아세톤, 가솔린, 사염화탄소, 벤젠, 헥산 등이있다. 생산에 가장 널리 사용되는 것은 알코올이며, 아세톤, 헥산 등이 있습니다.
습식 분쇄 매체의 주요 기능은 분말 덩어리를 분산시키는 것이며, 이는 균일 한 혼합에 유리하다. 또한, 분말 입자의 결함에 흡착되어 분말 입자의 강도가 낮아져 파단이 촉진 될 수있다.
첨가 된 습식 분쇄 매질의 양은 일반적으로 액체-고체 비율, 즉 혼합물의 킬로그램 당 첨가 된 액체의 밀리리터 수로 표현된다.

6. 습식 연삭 시간

습식 분쇄 시간이 증가함에 따라, 분말의 입자 크기는 더 미세 해지지 만, 동시에 입자 크기의 조성 범위가 넓어지고, 이는 분말의 불균일성을 증가시키고 입자의 입자 성장을 유발하지 않는 것으로 나타났다. 소결 후 합금. 균일 성이 증가합니다.
2 상 WC-TiC-Co 합금의 경우, 합금의 입자 크기와 특성은 습식 분쇄 시간에 크게 좌우됩니다 (그림 8-4). 이 경우 최상의 습식 연삭을 선택하는 것이 더 쉽습니다. 시각. 그러나, 일부 다른 합금의 경우, 특정 볼 밀링 시간 후, 합금의 평균 입자 크기가 더 이상 크게 줄어들지 않습니다.
습식 밀링 시간이 YT15 및 YT5 합금의 특성에 미치는 영향은 표 8-2에 나열되어 있습니다. 3 일의 볼 밀링 후, 합금의 강도가 약간 감소하고, 경도 및 보자력 및 절삭 계수가 약간 증가하며, 변화량은 일반적으로 측정 오차 범위 내에 있음을 알 수있다. 따라서 너무 긴 볼 밀링 시간이 필요하지 않습니다.
요약하면, 현재 다른 혼합물의 분쇄 시간을 이론적으로 계산할 수는 없지만 합금의 요구 사항에 따른 실험에 의해 결정되어야합니다.
 

 

 

Ball mill

From Wikipedia, the free encyclopedia
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For the type of end mill, see Milling cutter § Ball nose cutter.
 
A section cut-through of ball mills

A ball mill is a type of grinder used to grind or blend materials for use in mineral dressing processes, paints, pyrotechnics, ceramics, and selective laser sintering. It works on the principle of impact and attrition: size reduction is done by impact as the balls drop from near the top of the shell.

A ball mill consists of a hollow cylindrical shell rotating about its axis. The axis of the shell may be either horizontal or at a small angle to the horizontal. It is partially filled with balls. The grinding media are the balls, which may be made of steel (chrome steel), stainless steel, ceramic, or rubber. The inner surface of the cylindrical shell is usually lined with an abrasion-resistant material such as manganese steel or rubber lining. Less wear takes place in rubber lined mills. The length of the mill is approximately equal to its diameter.

The general idea behind the ball mill is an ancient one, but it was not until the industrial revolution and the invention of steam power that an effective ball milling machine could be built. It is reported to have been used for grinding flint for pottery in 1870.[1]

Working[edit]

 
Operations of ball mill

In case of continuously operated ball mill, the material to be ground is fed from the left through a 60° cone and the product is discharged through a 30° cone to the right. As the shell rotates, the balls are lifted up on the rising side of the shell and then they cascade down (or drop down on to the feed), from near the top of the shell. In doing so, the solid particles in between the balls and ground are reduced in size by impact.

Applications[edit]

Ball mills are used for grinding materials such as mining ores, coal, pigments, and feldspar for pottery. Grinding can be carried out wet or dry, but the former is performed at low speed. Blending of explosives is an example of an application for rubber balls.[2] For systems with multiple components, ball milling has been shown to be effective in increasing solid-state chemical reactivity.[3] Additionally, ball milling has been shown effective for production of amorphous materials.[4]

Description[edit]

 
Benchtop ball mill
 
Laboratory scale ball mill
 
High-energy ball milling

A ball mill, a type of grinder, is a cylindrical device used in grinding (or mixing) materials like ores, chemicals, ceramic raw materials, and paints. Ball mills rotate around a horizontal axis, partially filled with the material to be ground plus the grinding medium. Different materials are used as media, including ceramic balls, flint pebbles, and stainless steel balls. An internal cascading effect reduces the material to a fine powder. Industrial ball mills can operate continuously, fed at one end and discharged at the other end. Large to medium-sized ball mills are mechanically rotated on their axis, but small ones normally consist of a cylindrical capped container that sits on two drive shafts (pulleys and belts are used to transmit rotary motion). A rock tumbler functions on the same principle. Ball mills are also used in pyrotechnics and the manufacture of black powder, but cannot be used in the preparation of some pyrotechnic mixtures such as flash powder because of their sensitivity to impact. High-quality ball mills are potentially expensive and can grind mixture particles to as small as 5 nm, enormously increasing surface area and reaction rates.

The grinding works on the principle of critical speed. Critical speed can be understood as that speed after which the steel balls that are responsible for the grinding of particles start rotating along the direction of the cylindrical device, thus causing no further grinding.

Ball mills are used extensively in the mechanical alloying process[5] in which they are used for grinding and for cold welding, producing alloys from powders.[6]

The ball mill is a key piece of equipment for grinding crushed materials, and it is widely used in production lines for powders such as cement, silicates, refractory material, fertilizer, glass ceramics, etc., as well as for ore dressing of ferrous and non-ferrous metals. The ball mill can grind ores and other materials, wet or dry. There are two kinds of ball mills according to their ways of discharging material: grate type, and overfall type. Many types of grinding media are suitable for use in a ball mill, each material having its own specific properties and advantages. Key properties of grinding media are size, density, hardness, and composition.

  • Size: The smaller the media particles, the smaller the particle size of the final product. The grinding media particles should be substantially larger than the largest pieces of material to be ground.
  • Density: The media should be denser than the material being ground. It becomes a problem if the grinding media floats on top of the material to be ground.
  • Hardness: The grinding media needs to be durable enough to grind the material, but, where possible, not so tough that it also wears down the tumbler.
  • Composition: Various grinding applications have special requirements. Some of these requirements are based on some of the grinding media being in the finished product, while others are based on how the media will react with the material being ground.
  • Where the color of the finished product is important, the color and material of the grinding media must be considered.
  • Where low contamination is important, the grinding media may be selected for ease of separation from the finished product (e.g., steel dust produced from stainless steel media can be magnetically separated from non-ferrous products). An alternative to separation is to use media of the same material as the product being ground.
  • Flammable products have a tendency to become explosive in powder form. Steel media may spark, becoming an ignition source for these products. Either wet-grinding, or non-sparking media such as ceramic or lead must be selected.
  • Some media, such as iron, may react with corrosive materials. For this reason, stainless steel, ceramic, and flint grinding media may each be used when corrosive substances are present during grinding.

The grinding chamber can also be filled with an inert shield gas that does not react with the material being ground, to prevent oxidation or explosive reactions that could occur with ambient air inside the mill.

Advantages of the ball mill[edit]

Ball milling boasts several advantages over other systems: the cost of installation and grinding medium is low;

the capacity and fineness can be adjusted by adjusting the diameter of the ball;

it is suitable for both batch and continuous operation;

it is suitable for open and closed-circuit grinding;

it is applicable for materials of all degrees of hardness.

Varieties[edit]

Aside from common ball mills there is a second type of ball mill called a planetary ball mill. Planetary ball mills are smaller than common ball mills and mainly used in laboratories for grinding sample material down to very small sizes. A planetary ball mill consists of at least one grinding jar which is arranged eccentrically on a so-called sun wheel. The direction of movement of the sun wheel is opposite to that of the grinding jars (ratio: 1:−2 or 1:−1). The grinding balls in the grinding jars are subjected to superimposed rotational movements, the so-called Coriolis forces. The difference in speeds between the balls and grinding jars produces an interaction between frictional and impact forces, which releases high dynamic energies. The interplay between these forces produces the high and very effective degree of size reduction of the planetary ball mill.

 

 

 


• 최적 볼 밀링을 위한 고려사항
- 볼의 지름은 분말지름의 약 30배 정도
- 볼은 밀링 용기(vial)부피의 약 50%로
- 장입 분말은 밀링 용기 부피의 25%정도
- 필요에 따라 보호 가스 분위기 사용

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