Производство порошков: применение, обслуживание, преимущества

Оглавление

Производство порошков относится к промышленным процессам, используемым для производства порошков для различных применений во многих отраслях промышленности. В данном руководстве представлен подробный обзор производства порошков, включая основные виды оборудования, процессы, области применения, а также соображения по выбору поставщиков и систем.

Обзор порошкового производства

При производстве порошков получают мелкие частицы твердых материалов размером от субмикронных до тысяч микрон. Порошки находят широкое применение в таких продуктах, как металлы, керамика, пластмассы, пигменты, фармацевтические препараты и продукты питания.

В 2022 году мировой рынок производства порошков оценивался в 32,5 млрд. долл. и, по прогнозам, в период с 2023 по 2030 год будет расти с темпом CAGR 7,2%. Наибольшая доля мирового рынка порошков пришлась на фармацевтический сектор - более 30%. Однако наибольший рост наблюдается в сегменте металлических порошков, что обусловлено применением в автомобильной и аэрокосмической промышленности.

Такие свойства порошка, как гранулометрический состав, морфология, плотность и текучесть, должны жестко контролироваться в процессе производства, чтобы соответствовать требованиям приложений. Четыре основных этапа производства порошков:

  1. Производство измельчение порошка механическим или химическим способом
  2. Классификация по размерам частиц с помощью сит, классификаторов или воздушных сепараторов
  3. Модификация характеристики порошка путем измельчения, гранулирования, сушки, смешивания и других видов обработки
  4. Формула путем смешивания с другими порошками или добавками

Выбор технологии изготовления порошка зависит от материала, конечного размера и распределения частиц, морфологии порошка, его чистоты и назначения.

Основные преимущества порошкового производства

  • Высокое отношение площади поверхности к объему повышает реакционную способность, растворимость и производительность
  • Возможность подбора размеров и распределения частиц для получения требуемых свойств
  • Порошковые технологии позволяют изготавливать изделия сложной формы
  • Более низкие температуры обработки позволяют экономить энергию по сравнению с сыпучими материалами
  • Пористые порошковые прессованные изделия обладают уникальным сочетанием прочности и низкой плотности

Проблемы порошкового производства

  • Образование пыли и работа с ней представляют опасность для здоровья и безопасности
  • Порошки могут быть взрывоопасными, если горючие частицы находятся во взвешенном состоянии в воздухе
  • Требуется специализированное оборудование для транспортировки, смешивания, уплотнения порошков
  • Агрегация частиц может влиять на текучесть и однородность продуктов
  • Контроль и поддержание постоянных характеристик порошка в промышленных масштабах

Оборудование, используемое в порошковом производстве

Для получения порошков с требуемыми характеристиками и их переработки в конечные продукты используется различное специализированное оборудование и машины. Ниже приведен обзор:

ОборудованиеОписание
Шаровые мельницыВращение цилиндров, частично заполненных мелющими средами, такими как керамические или металлические шары, для дробления и измельчения материалов в тонкий порошок посредством удара и трения.
Молотковые мельницыИспользуют качающиеся молотки для измельчения материалов о сито с высокой скоростью. Эффективны для грубого измельчения.
Коллоидные мельницыРоторно-статорный механизм с высокими сдвиговыми усилиями позволяет измельчать взвешенные материалы до субмикронных размеров.
Струйные мельницыИспользование воздушных струй высокого давления для уменьшения размера частиц за счет межчастичных столкновений. Возможно микронное и субмикронное измельчение.
ИзмельчителиПеремешивание суспензии рабочим колесом для измельчения частиц путем сдвига и удара друг о друга.
Распылительные сушилкиБыстрое высушивание жидких смесей до состояния тонкого порошка путем распыления горячим воздухом и испарения влаги.
Воздушные классификаторыРазделение частиц по размерам с помощью управляемых потоков воздуха на основе разности скоростей оседания частиц под действием силы сопротивления.
Вибрационные ситаСортировка порошковых частиц по размеру с помощью вибрационных сит и сеток.
ГрануляторыФормировать крупные агрегаты из порошков путем уплотнения, сжатия или склеивания для улучшения текучести и перемещения.
СмесителиГомогенизация и смешивание нескольких порошков достигается за счет галтовки, перемешивания или псевдоожижения.
Брикетировочные прессыПод высоким давлением порошки спрессовываются в плотные брикеты различных размеров и форм.

Основные технологические процессы в порошковом производстве

Основные процессы производства порошков с указанием типичных материалов или отраслей промышленности, в которых они используются:

ПроцессСырье/Промышленность
Механическое измельчениеМеталлы, сплавы, керамика, минералы, пигменты, агрохимикаты
ОсадкиКерамика, пигменты, каталитические материалы, специальные химикаты
ЭлектролизМеталлы, сплавы, соединения
Плазменный синтезКерамика, керметы, суперсплавы
Реакция в твердом состоянииКерамика, катализаторы, люминофоры, аккумуляторные материалы
Распылительная сушкаПродукты питания, фармацевтика, моющие средства, пигменты, керамика
Золь-гель синтезКерамика, катализаторы, покрытия, оптика
Криогенное фрезерованиеПолимеры, эластомеры, фармацевтика, пищевые продукты

Механические методы уменьшения размеров, такие как измельчение и помол, являются наиболее распространенными технологиями получения порошков. Однако материалы со специфическим химическим составом и кристаллической структурой получают с помощью таких современных технологий, как электролиз, распылительная сушка, осаждение, золь-гель синтез и др.

Применение и использование порошкового производства

Порошки, получаемые в результате специализированных технологических процессов, используются в самых разных отраслях промышленности и производства. К числу основных областей применения относятся:

Промышленность/ПродуктПриложение
Металлургия и металлические компонентыПорошковая металлургия для получения спеченных деталей, порошков сплавов для аддитивного производства
Керамика и огнеупорыСовременные керамические порошки для электроники, термобарьерных покрытий
Полимеры и пластмассыМатериалы для порошковой окраски, порошковые формовочные смеси
Лакокрасочные материалы и покрытияПигменты, экстендеры, диспергаторы
Фармацевтика и нутрицевтикаАктивные лекарственные ингредиенты, вспомогательные вещества, БАДы
Продукты питания и напиткиАроматизаторы, загустители, эмульгаторы, детские смеси, смеси для напитков
Химические продукты и катализаторыСпециальный химический синтез, каталитические материалы
Сельское хозяйствоМикроэлементные и реликтовые удобрения, порошковые пестициды
Косметика и средства личной гигиеныПигменты, тальк, модификаторы, активные ингредиенты
Хранение энергииКатоды и электролиты аккумуляторов, материалы для топливных элементов

Рынок порошковых материалов быстро растет благодаря высокой производительности и гибкости, которую они обеспечивают в различных отраслях производства по сравнению с сыпучими материалами.

Проектные соображения и стандарты

Проектирование систем производства порошковых материалов требует тщательного учета таких параметров, как производительность, свойства материалов, опасность взрывов, эффективность обращения и стабильное качество продукции.

Ключевыми стандартами для проектирования безопасного и эффективного оборудования для обработки порошков являются:

  • NFPA 654 - Стандарты по предотвращению пожаров и взрывов пыли
  • ISO 12100 - Безопасность машин
  • ASTM B215 - Стандарт на сита для испытаний
  • ASTM B822 - Стандартный метод испытания на определение размера частиц с использованием воздухопроницаемости
  • ISO 4497 - Требования безопасности для систем флюидизации

При проектировании оборудования учитываются как механические аспекты, такие как размольная среда, скорость вращения крыльчатки, размеры сита, размер сопла, так и технологические факторы, такие как периодичность и непрерывность работы, температура, давление, расход и интеграция нескольких операций.

Автоматизированные системы контроля и управления необходимы для поддержания качества и производительности порошка. Очень важна защита от взрыва с помощью инертного газа, взрывозащитных клапанов и электрического заземления.

Выбор поставщиков оборудования для обработки порошков

Выбор надежных производителей порошкового оборудования для обеспечения оптимальной производительности и эффективности порошковой линии предполагает оценку различных параметров:

ПараметрОписание
Доказанный опытКоличество лет поставок порошковых изделий и масштабы производства
Возможности "под ключПредложение комплексных интегрированных систем от сырья до конечного продукта
Индивидуальное проектированиеВозможность настройки оборудования под конкретные свойства порошка и производственную мощность
Ассортимент оборудованияМельницы, воздушные классификаторы, системы смешивания и подачи, решения по герметизации, автоматизация
Услуги по монтажу и вводу в эксплуатациюВозможность выполнения работ по установке, тестированию и оптимизации на месте
Текущая поддержкаКонтракты на техническое обслуживание и поставку запасных частей для минимизации времени простоя
Соответствие стандартамПродукция сертифицирована по соответствующим стандартам безопасности и качества
ЭнергоэффективностьКонструкции с пониженным энергопотреблением для минимизации эксплуатационных расходов
Оптимизация процессовИспользование моделирования и имитационного моделирования для повышения производительности порошковых систем

Очень важно провести оценку различных поставщиков и получить рекомендации, прежде чем решиться на крупную капитальную покупку оборудования для обработки порошков.

Затраты на оборудование для производства порошков

Стоимость оборудования в порошковом производстве существенно различается в зависимости от таких факторов, как:

  • Тип мельницы - шаровая мельница, воздушный классификатор, струйная мельница и т.д.
  • Производительность - тонны в час
  • Материал конструкции - нержавеющая сталь, углеродистая сталь, алюминий
  • Уровень автоматизации и контрольно-измерительных приборов
  • Дополнительные приспособления для транспортировки - конвейеры, бункеры, мешки, циклоны
  • Требования к настройке
  • Договоры на послепродажное обслуживание

Некоторые ориентировочные диапазоны цен на распространенное оборудование для обработки порошковых материалов таковы:

ОборудованиеВыходная мощностьДиапазон цен
Шаровая мельница1 - 200 кг/час$10,000 – $500,000
Струйная мельница10 - 2000 кг/час$50,000 – $1,000,000
Воздушный классификатор500 - 10000 кг/час$40,000 – $700,000
Смеситель5 - 500 кг/пакет$5,000 – $250,000
Сушилка с жидкостным слоем10 - 5000 кг/час$30,000 – $1,000,000

Более крупные системы для массового производства и полностью автоматизированные установки будут стоить более $1 млн. Для получения точных цен рекомендуется обращаться к квалифицированным поставщикам порошкового оборудования.

Монтаж и эксплуатация оборудования для производства порошков

Для безопасной и оптимальной работы оборудования для обработки порошковых материалов необходимы правильные процедуры монтажа и эксплуатации. Вот некоторые рекомендации:

  • Тщательная подготовка площадки и закрепление оборудования на ровных, не подверженных вибрациям основаниях
  • Сборка модулей оборудования в соответствии с инструкциями производителя
  • Проверка центровки, утечек и зазоров перед пробными пусками
  • Пусконаладочные работы по сухому и мокрому способу испытаний для подтверждения проектных характеристик
  • Валидация систем предотвращения взрыва перед вводом в эксплуатацию в горячем состоянии
  • Постепенное наращивание скорости подачи и параметров до проектной мощности
  • Непрерывный мониторинг всех переменных процесса - расхода, давления, нагрузки, мощности, температуры, вибрации
  • Регулярные проверки на предмет скопления материала или засорения
  • Поддержание отрицательного перепада давления для удержания пыли
  • Плановая замена носителей и профилактическое обслуживание
  • К обслуживанию электрооборудования допускаются только сертифицированные электромонтеры
  • Соответствующее обучение операторов стандартным операционным процедурам
  • Документирование руководств по эксплуатации, журналов технического обслуживания, процедур безопасности

Партнерство с поставщиками оборудования, позволяющее использовать их опыт, позволяет упростить установку и оптимизировать работу для обеспечения максимального срока службы оборудования.

Практика технического обслуживания оборудования для обработки порошковых материалов

Регулярное техническое обслуживание необходимо для стабильного функционирования систем обработки порошка и обеспечения безопасности. Ключевые аспекты включают:

Инспекции

  • Проверка накопления материала, утечек, коррозии и засорения
  • Проверьте средства защиты - заземление, вентиляцию, клапаны, аварийную остановку
  • Проверка интегрированных систем управления и контрольно-измерительных приборов

Профилактическое обслуживание

  • Своевременная замена фильтров, сеток, уплотнений, прокладок, ремней
  • Замена рабочих сред в мельницах - шары, футеровка
  • Испытание взрыворазрядных устройств, сигнализации, инертизации
  • Калибровка весовых кроватей, датчиков температуры и давления
  • Смазка подшипников, редукторов, двигателей

Техническое обслуживание при поломках

  • Диагностика проблем с помощью анализа вибрации, термографии и т.д.
  • Ремонт/замена неисправных деталей - крыльчатки, приводов, ремней
  • Поддержание запасов запасных частей для критически важных компонентов

Гигиена и уборка

  • Изолируйте оборудование перед мойкой для предотвращения попадания воды
  • Регулярная уборка пылесосом и воздуходувками для предотвращения накопления пыли
  • Избегайте применения горючих растворителей для чистящих порошков

Документация

  • Обновление журналов учета оборудования по всем проверкам и техническому обслуживанию
  • Отслеживание интенсивности износа, частоты замены для оптимизации графиков
  • Сообщать о крупных ремонтах, неисправностях и документировать их устранение

Тесное сотрудничество с производителями оборудования и наличие сервисных контрактов помогут устранить неполадки и свести к минимуму время простоя.

Основные аспекты производства порошков

К числу важнейших факторов, которые необходимо учитывать при выборе технологических процессов производства порошковых материалов, относятся:

Качество продукции

  • Гранулометрический состав влияет на такие свойства порошка, как текучесть, уплотняемость, дисперсность
  • Морфология и внутренняя структура порошка определяют производительность
  • Минимизация агломерации и загрязнения имеет большое значение
  • Постоянная насыпная плотность, содержание влаги и чистота

Безопасность

  • Борьба с пылью с помощью инженерных решений и средств локализации
  • Меры по предотвращению пожаров и взрывов
  • Высокий уровень шума может потребовать акустического ограждения
  • При необходимости использовать искробезопасное электрооборудование

Свойства материала

  • Абразивность влияет на износ оборудования и выбор среды
  • Термическая и химическая стабильность влияют на технологические параметры
  • Учитывать сыпучесть, сжимаемость, электростатический заряд

Емкость

  • Масштаб производства определяет размер оборудования и уровень автоматизации
  • Отличия пакетной и непрерывной работы влияют на гибкость и производительность

Энергопотребление

  • Минимизация переизмельчения и использования более крупного оборудования, чем требуется
  • Рассмотрим энергоэффективность различных технологий измельчения
  • Рекуперация тепла, частотно-регулируемые приводы и автоматика снижают энергопотребление

Капитальные и эксплуатационные затраты

  • Затраты на оборудование, техническое обслуживание, расходные материалы и энергопотребление
  • Влияние трудозатрат, систем мониторинга/контроля и времени простоя
  • Требования к тестированию и валидации

Тщательная разработка технологического процесса и подбор оборудования с учетом этих параметров являются залогом успешной работы завода по производству порошков.

Преимущества и ограничения порошкового производства

Преимущества

  • Возможность точного проектирования порошков с требуемыми размерами и распределением частиц
  • Хорошая воспроизводимость и стабильность продукции в контролируемых процессах
  • Компоненты могут быть изготовлены более сложной формы по сравнению с сыпучими материалами
  • Более низкие температуры обработки позволяют экономить электроэнергию
  • Высокая площадь поверхности повышает реакционную способность и производительность
  • Широкий спектр материалов - металлы, керамика, полимеры, химикаты, пищевые ингредиенты и т.д.

Ограничения

  • Работа с порошком может быть неаккуратной и чревата утечками
  • Опасности для здоровья и безопасности, такие как воздействие пыли, пожары и взрывы
  • Специализированное оборудование, необходимое для транспортировки, смешивания и обработки
  • Порошки могут быть связными, абразивными или реактивными, требующими смягчения воздействия.
  • Поддержание единообразия в больших масштабах может быть сложной задачей
  • Серийные процессы менее пригодны для массового производства

При грамотном проектировании и соблюдении техники безопасности преимущества современных порошковых материалов во многих областях применения перевешивают ограничения.

Производство порошков - часто задаваемые вопросы

Вопрос: Какие наиболее распространенные типы мельниц используются в производстве порошков?

О: Шаровые, молотковые и струйные мельницы являются наиболее распространенными видами измельчительного оборудования для уменьшения размера частиц при производстве порошков. Для различных областей применения требуется оптимальный выбор мельницы в зависимости от таких факторов, как исходный материал, требуемый конечный размер частиц, производительность, риск загрязнения и т.д.

Вопрос: Какие меры предосторожности принимаются для предотвращения взрывов пыли при работе с порошками?

О: Первичные методы предотвращения взрыва включают в себя исключение источников воспламенения, борьбу с накоплением статического электричества, предотвращение образования взрывоопасных смесей воздуха с порошком, инертизацию азотом/углекислым газом, взрывобезопасную вентиляцию и искробезопасное электрооборудование. Также очень важны контроль и локализация пыли.

Вопрос: Как снижаются риски, связанные с воздействием тонкодисперсных порошков на работников?

О: Стратегии включают в себя полностью закрытые конвейерные системы, местную вытяжную вентиляцию, пылеуловители, изолированные зоны оператора, перчаточные боксы/мешки внутри/мешки снаружи, СИЗ, например респираторы, процедурный контроль времени воздействия, а также обучение по вопросам опасности.

Вопрос: Какие критические испытания контроля качества проводятся при изготовлении порошка?

О: К важным испытаниям свойств порошка относятся: гранулометрический анализ, морфология, скорость потока, анализ насыпной/истинной плотности, анализ влажности, сжимаемость, дисперсность, однородность смеси, химический состав и стабильность. Эти параметры определяют технологичность и эксплуатационные характеристики продукта.

Вопрос: Каковы советы экспертов по выбору оборудования для обработки порошков?

О: Заранее привлекайте квалифицированных поставщиков, получайте рекомендации из надежных источников, запрашивайте демонстрационные образцы, подтверждайте заявления путем тестирования, получайте котировки от нескольких поставщиков, оценивайте возможности и опыт OEM-производителей, определяйте приоритеты в области безопасности и поддержки, планируйте потребности в расширении в будущем и учитывайте общую стоимость жизненного цикла.

узнать больше о процессах 3D-печати

Поделиться

Facebook
Twitter
LinkedIn
WhatsApp
Электронная почта

MET3DP Technology Co., LTD - ведущий поставщик решений для аддитивного производства со штаб-квартирой в Циндао, Китай. Наша компания специализируется на производстве оборудования для 3D-печати и высокопроизводительных металлических порошков для промышленного применения.

Сделайте запрос, чтобы получить лучшую цену и индивидуальное решение для вашего бизнеса!

Похожие статьи

Получите информацию о Metal3DP
Брошюра о продукции

Получить последние продукты и прайс-лист