Kulkvarn

Kulkvarn i bänkskala

Kulkvarn i laboratorieskala

Kulkvarn med hög energi

En kulkvarn, en typ av kvarn, är en cylindrisk anordning som används för att mala (eller blanda) material som malm, kemikalier, keramiska råvaror och färger. Kulkvarnar roterar runt en horisontell axel och är delvis fyllda med det material som ska malas plus slipmediet. Olika material används som medium, bland annat keramiska kulor, flintstenstenar och kulor av rostfritt stål. En intern kaskadverkan reducerar materialet till ett fint pulver. Industriella kulkvarnar kan arbeta kontinuerligt, med matning i ena änden och utmatning i andra änden. Stora till medelstora kulkvarnar roterar mekaniskt runt sin axel, men små kulkvarnar består normalt av en cylindrisk behållare med lock som sitter på två drivaxlar (remskivor och remmar används för att överföra den roterande rörelsen). En stentumlare fungerar enligt samma princip. Kulkvarnar används också inom pyroteknik och vid tillverkning av svartkrut, men kan inte användas vid framställning av vissa pyrotekniska blandningar, t.ex. flampulver, på grund av att de är känsliga för stötar. Kulkvarnar av hög kvalitet är potentiellt dyra och kan mala blandningspartiklar så små som 5 nm, vilket ökar ytan och reaktionshastigheten enormt.

Malningen fungerar enligt principen om kritisk hastighet. Kritisk hastighet kan förstås som den hastighet efter vilken de stålkulor som ansvarar för malningen av partiklar börjar rotera i den cylindriska anordningens riktning och därmed inte orsakar någon ytterligare malning.

Kulkvarnar används i stor utsträckning i den mekaniska legeringsprocessen där de används för malning och för kallsvetsning, för att producera legeringar från pulver.

Kulkvarnen är en viktig del av utrustningen för malning av krossade material, och den används i stor utsträckning i produktionslinjer för pulver som cement, silikat, eldfast material, gödselmedel, glaskeramik, osv, samt för malmbehandling av järnhaltiga och icke-järnhaltiga metaller. Kulkvarnen kan mala malda malmer och andra material, vått eller torrt. Det finns två typer av kulkvarnar beroende på hur de släpper ut material: galler och överfallskvarnar. Många typer av slipmedier är lämpliga för användning i en kulkvarn, och varje material har sina egna specifika egenskaper och fördelar. De viktigaste egenskaperna hos slipmedia är storlek, densitet, hårdhet och sammansättning.

• Storlek: Ju mindre partiklarna i mediet är, desto mindre är slutproduktens partikelstorlek. Slipmediepartiklarna bör vara betydligt större än de största bitarna av det material som ska malas.
• Densitet: Medierna ska vara tätare än det material som ska malas. Det blir ett problem om slipmedlet flyter ovanpå det material som ska malas.
• Hårdhet: Slipmedlet måste vara tillräckligt tåligt för att mala materialet, men om möjligt inte så hårt att det också sliter på tumlaren.
• Sammansättning: Slipmedlet måste vara tillräckligt tåligt för att mala materialet, men om möjligt inte så hårt att det också sliter på tumlaren: Olika sliptillämpningar har särskilda krav. Vissa av dessa krav bygger på att en del av slipmedlet ska finnas i den färdiga produkten, medan andra bygger på hur medlet kommer att reagera med det material som mals.
• Om färgen på den färdiga produkten är viktig måste man ta hänsyn till slipmedlets färg och material.
• Om det är viktigt med låg kontaminering kan slipmedlet väljas så att det är lätt att separera det från den färdiga produkten (t.ex. ståldamm som framställs av media av rostfritt stål kan separeras magnetiskt från icke-järnhaltiga produkter). Ett alternativ till separation är att använda medier av samma material som den produkt som mals.
• Brännbara produkter har en tendens att bli explosiva i pulverform. Stålmedia kan gnista och bli en antändningskälla för dessa produkter. Antingen våtmalning eller icke gnistrande medier som keramik eller bly måste väljas.
• Vissa medier, t.ex. järn, kan reagera med korrosiva material. Av denna anledning kan slipmedier av rostfritt stål, keramik och flinta användas var för sig när korrosiva ämnen förekommer under malningen.

Slipkammaren kan också fyllas med en inert skyddsgas som inte reagerar med det material som mals, för att förhindra oxidation eller explosiva reaktioner som skulle kunna inträffa med den omgivande luften inne i kvarnen.