ボールミルの臨界速度は運転目標ではありませんが、避けなければならない理論上の限界です。これは、遠心力によって粉砕メディア（ボール）がミルの内壁に張り付き、すべての粉砕作用が停止する回転速度です。したがって、有用な「平均」臨界速度というものは存在しません。代わりに、最適な運転速度は、この臨界限界のパーセンテージとして計算されます。
あなたの目標は臨界速度に達することではなく、その下の特定の範囲内で運転することです。効果的な粉砕は、メディアを持ち上げて衝撃を与え、粉砕に必要なタンブリング作用のバランスをとるために、ミルが計算された臨界速度の65%から75%の間で回転するときに発生します。
臨界速度とは正確には何ですか？
臨界速度の概念は、ボールミルがどのように機能するかを理解するための基本です。それは純粋に物理学の関数であり、特に重力と遠心力のバランスに関係しています。
粉砕が行われない点
臨界速度では、遠心力が重力に完全に打ち勝ちます。粉砕ボールはミルの内壁に固定され、ミルと一緒に固定された位置で回転します。
この状態では、タンブリングも、カスケードも、ボールと材料との間の衝撃もありません。粉砕効率はゼロに低下します。臨界速度、またはそれ以上で運転することはエネルギーの無駄であり、何の役にも立ちません。
遠心力の役割
頭上で水の入ったバケツを振ることを想像してください。十分な速さで振る（「臨界速度」に達する）と、水はバケツの中に留まります。
同じ原理がボールミルの中でも適用されます。ミルが速く回転するにつれて、ボールは外側に押し出されます。臨界速度とは、その外向きの力が回転全体を通してボールを壁に保持するのに十分な強さになる正確な点です。
最適な速度の特定（臨界速度ではない）
真の目的は、最適な運転速度を見つけることです。これは、特定の材料と目的の粒径に対して粉砕効率を最大化する「スイートスポット」です。
「スイートスポット」：運転速度範囲
効果的な粉砕のために一般的に受け入れられている範囲は、ミルの臨界速度の65%から75%です。
この範囲内では、ボールはミルの側面を十分に高く持ち上げられ、落下するときに大きな衝撃エネルギーを生成しますが、遠心分離が始まるほど高くはありません。この連続するタンブリングとカスケード運動が材料を粉砕するものです。
臨界速度の計算方法
臨界速度で運転することはありませんが、最適な運転速度を決定するためにはそれを計算する必要があります。この式はミルの内径に基づいています。
臨界速度（Nc、毎分回転数（RPM））は次のように計算されます。 Nc = 42.3 / √D
ここで、Dはミルの内径（メートル）です。たとえば、内径が2メートルのミルは、計算上の臨界速度が約30 RPMになります。したがって、その最適な運転速度は19～23 RPMの間になります。
トレードオフの理解
最適な範囲内で選択する速度は、粉砕作用に直接影響します。
低速すぎる運転（60%未満）
ミルの速度が低すぎると、ボールは十分に高く持ち上げられません。それらは単にミルの底で互いに転がり落ちるだけになります。
これは、高エネルギーの衝撃ではなく、穏やかな研磨作用（摩耗）をもたらします。これはほとんどの粉砕作業には非効率的であり、処理時間を大幅に増加させます。
高速すぎる運転（80%超）
臨界速度に近づくと、ボールはより遠くに投げられ、「カスケード」し始めます。それらはミルの直径を横切って飛び、反対側のライナーに衝突します。 これは高い衝撃を生み出しますが、ミルのライナーの狭い領域に摩耗を集中させ、積極的に粉砕されている材料の全体的な量を減らし、効率を低下させます。さらに速くすると、遠心分離が始まり、粉砕作用が完全に停止します。
速度を超えて：その他の重要な要因
最適な粉砕は速度だけではありません。それは、以下を含む変数のエコシステムです。
- メディアサイズ： より大きなボールは粗い材料により高い衝撃を与えます。より小さなボールはより細かい粉砕のためのより大きな表面積を提供します。
- 充填率： メディアで満たされたミルの体積（通常30～45%）は、チャージの動き方と粉砕の効率に影響します。
- 材料の種類： 硬い材料は、十分な衝撃エネルギーを確保するために、最適な範囲の高い方の速度を必要とする場合があります。
目標に合った正しい選択をする
臨界速度の計算をベースラインとして使用し、その後、特定の粉砕目的に合わせて運転速度を調整します。
- 主な焦点が粗粉砕と最大衝撃である場合： 最適範囲の上限に近い、臨界速度の約75%で運転します。
- 主な焦点が微粉砕と摩耗である場合： 最適範囲の下限に近い、臨界速度の約65%で運転します。
- 新しいまたは不明な材料を処理している場合： 臨界速度の70%から開始し、結果の粒度と効率に基づいて調整します。
結局のところ、臨界速度をマシンの運転目標としてではなく、計算のための重要な境界線として扱います。
要約表：
| 速度（臨界速度の%） | 粉砕作用 | 最適 |
|---|---|---|
| 60%未満 | 非効率的なタンブリング（摩耗） | 非推奨 |
| 65% - 75%（最適） | 衝撃とカスケードの完璧なバランス | 微粉砕から粗粉砕 |
| 80%超 | 高衝撃だが、ライナーの摩耗と非効率性を引き起こす | 非推奨 |
| 100%（臨界速度） | 粉砕なし。ボールが壁に遠心分離する | 絶対に避けるべき |
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