Effect of Bead Diameter on Quartz Sand Grinding Using Horizontal Dry Bead Mill

Abstract

Grinding machines are a main force in grinding work and various types of grinding machines have been developed and used. In today's industry, where particles need to be ground down to smaller size than ever before, utilization of bead mills, a type of agitated media mill, can be an effective grinding method. On the other hand, not enough study has been made on the bead mill because it is still new in the history of the grinding machine. In this study, grinding tests were thus conducted with a dry-type bead mill, using different sizes of beads. As a result, the distribution of particle diameters changed in a similar way, regardless of the bead size, as the grinding proceeded. Further, for all bead diameters, the relationship between specific energy and median diameter followed the same rule, which demonstrated that use of smaller beads increases energy efficiency in relative terms.

ビーズミル摩耗シミュレーションのための界面捕捉型摩耗モデル

“…産業用の粉砕機であるビーズミルは，粉砕したい対象 物と粉砕媒体となるビーズを装置内に投入して攪拌する ことで，ビーズによる衝突力や剪断力を利用して対象物 を微細化する [1][2][3]。鉱物資源由来の基礎材料のみなら ず，機能性塗料，電子部品材料，二次電池材料など付加 価値の高い材料の開発においても注目されている [4][5][6]。 現在ではこのビーズミルの粉砕性能を定量的に評価する ことを目的に，DEM(DEM：Discrete Element Method) [7]による数値解析が活用されている [8,9]。ビーズミルは 高い粉砕性能を持つ一方で，部品やビーズの摩耗の影響 下するため生産コストが高くなる問題と，摩耗粉が製品 へ混入することで製品品質を低下させる問題が存在する [10,11]。ビーズミルを含めた粉砕機の摩耗に関しては実 験による検討がされているが [10,12]，長時間の実験が必 要なことから検証費用が大きくなる問題を抱えている。 それに対して，近年では数値計算によって摩耗を評価 する研究もされている。ビーズミルの摩耗研究の一つは， 装置内のビーズの挙動が準定常化したと見なせる状態で ビーズと部品の衝突頻度や衝突エネルギーなどの負荷か ら摩耗しやすい部位を予測する試みとなっており [13]， 摩耗による時間的な部品の形状変化を考慮しない研究で ある。この方法は，少量の実験結果から得られた摩耗量 と数値計算から得られた負荷を相関付けることで摩耗粉 量の予測をする研究などにも応用されている [11]。もう 一つは，ビーズと部品の衝突で生じた負荷を利用して摩 耗による部品の形状変化を時間連続的に評価する研究で ある [14][15][16]。この方法では，部品形状の変化とビーズ挙 動の変化を逐次的に解析する必要があるため，長時間の 非定常解析になることから前述の方法に比較して計算コ ストが高い [15]。しかしながら，ビーズミルでは装置形 状の違いにより粉砕性能が異なるため [8,9]，摩耗による 部品の形状変化を時間連続的に解析することは重要であ り，具体的な摩耗後の部品形状の情報が得られる点で有 用な方法である。形状変化を考慮する既往研究 [14][15][16]…”