渦輪分級(jí)機(jī)設(shè)計(jì)

1、年產(chǎn)1萬(wàn)噸超細(xì)鋁粉分級(jí)系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì) 摘要本文介紹了氮?dú)忪F化生產(chǎn)法鋁粉的工藝和渦輪分級(jí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，霧化法制粉和鋁粉的分級(jí)都是在氮?dú)獗Ｗo(hù)中進(jìn)行,保證了生產(chǎn)的安全性，通過調(diào)節(jié)分級(jí)機(jī)轉(zhuǎn)速可以獲得粒徑符合要求的產(chǎn)品。氮?dú)忪F化法是新發(fā)展起來(lái)的霧化生產(chǎn)工藝，與普通的空氣霧化法所不同的是它生產(chǎn)設(shè)備完全密封并充滿氮?dú)猓捎谶@種工藝采取了密封式的設(shè)備和氮?dú)獗Ｗo(hù)的方法，沒有了氧氣爆燃的條件,所以非常的安全。渦輪分級(jí)系統(tǒng)是通過不同大小的顆粒受到的離心力的不同來(lái)實(shí)現(xiàn)分級(jí)，在離心力的作用下，大或重的顆粒被甩至分級(jí)輪外圍至分級(jí)機(jī)邊壁，自然下落到出料口進(jìn)行收集；小或輕的物料受離心力作用小，在分級(jí)輪內(nèi)部懸停，在引風(fēng)機(jī)的引力下被

2、帶至高處被收集。通過變頻調(diào)節(jié)分級(jí)輪的轉(zhuǎn)速便可調(diào)整分級(jí)機(jī)中離心力的大小，達(dá)到分出指定粒度的物料的目的。關(guān)鍵詞:氮?dú)獗Ｗo(hù)；霧化法；渦輪分級(jí)機(jī)；Design of Classification System Process of Annual Output One Million Ton Aluminum Powder AbstractThis paper introduces the design method of nitrogen atomization aluminum powder production process and the classification system .to e

3、nsure the safety in production,Classification and atomized powder were protected by nitrogen.By adjusting the classifier speed can obtain the product of particle size meet the requirements.Nitrogen atomization process is a new process.Different from the ordinary air atomization method is that it is

4、completely sealed and filled with nitrogen.Due to this process adopts the method of sealing device and nitrogen protection .So it's very safe because without oxygen combustion conditions.This turbine classification systems principle is different size of particles has different centrifugal force.

5、Under the influence of centrifugal force,large or heavy particles were thrown to the outside wall of the classifier wheel then fall into the outlet.Small or light material by the effect of centrifugal force is small, hovering in the the internal of classifier wheel and then powder was taken to the h

6、igh be collected.By adjusting the classifier wheel speed can change the size of the centrifugal force to separation the powder has different particle size.Keywords: turbine classifier, nitrogen protect, Aluminum Powder 目錄第1章 綜述1.1 鋁粉的物理性能和用途1.1.1 鋁粉的物理性能1.1.2 鋁粉的用途1.2 國(guó)內(nèi)鋁粉產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀1.3 鋁粉的制取方法1.3.1 機(jī)械球磨法1

7、.3.2 空氣霧化法1.3.3 離心霧化法1.4 鋁粉的分級(jí)1.4.1 分級(jí)機(jī)的分類及發(fā)展1.4.2 旋風(fēng)分級(jí)機(jī)1.4.3 渦輪分級(jí)機(jī)1.4.4 分級(jí)粒徑推導(dǎo)1.5 本課題組設(shè)計(jì)的工藝流程第2章 氮?dú)忪F化法工藝設(shè)計(jì)2.1 第1章 綜述1.1 鋁粉的物理性能和用途1.1.1 鋁粉的物理性能鋁粉的外觀為銀白色粉末，溶點(diǎn)為66，沸點(diǎn)為2056，相對(duì)密度(水=1) 2.70，飽和蒸氣壓0.13KPa (1284°C)，燃燒熱822.9kJ/mol，且不溶于水，但溶于堿、鹽酸、硫酸，引燃溫度為645，最小點(diǎn)火能為15mJ，最大爆炸壓力為0.415MPa。微細(xì)鋁粉是隨著納米技術(shù)及納米材料的發(fā)展而

8、發(fā)展起來(lái)的一種優(yōu)良金屬顏料。不但表面光滑，金屬光澤效應(yīng)較強(qiáng)，而且還具有一般金屬顏料所沒有的優(yōu)良反射光線和反射熱量的能力。雖然，鋁粉有較多的優(yōu)點(diǎn)，但是因?yàn)殇X粉在空氣中是導(dǎo)電的，能量傳遞的非常快，當(dāng)鋁粉在空氣中達(dá)到一定的濃度時(shí)，遇到火星會(huì)發(fā)生爆炸。同時(shí)長(zhǎng)期吸入鋁粉可致鋁塵肺，對(duì)人體有健康一定的損害。1.1.2 鋁粉的用途微細(xì)球形鋁粉主要應(yīng)用于鋁銀裝顏料，它是一種不可缺少的金屬顏料。其主要成分為雪片狀鍋粒子和石油溶劑，呈膏狀。其特點(diǎn)是鋁片表面光滑平整，粒度分布集中，形狀規(guī)則，具有優(yōu)異的光反射能力和金屬光澤，與透明彩色顏料混合使用，漆膜具有明顯的“隨角異色效應(yīng)”，裝飾效果非常華麗美觀。目前，主要用于汽

9、車涂料、弱電塑料涂料、金屬工業(yè)涂料、船舶涂料、耐熱涂料、屋頂用涂料等。上個(gè)世紀(jì)90年代初，美國(guó)Silberline公司率先研制出以霧化微細(xì)球型鋁粉為原料，生產(chǎn)具有透鏡狀、高反射率和強(qiáng)韌性的鋁銀漿鋁粉顏料新型產(chǎn)品，其它國(guó)際著名廠商隨之也陸續(xù)研制開發(fā)與其類似的產(chǎn)品，目前國(guó)際上最有競(jìng)爭(zhēng)力的鋁銀漿鋁粉顏料生產(chǎn)商有美國(guó)Silberline公司、德國(guó)Eckart公司、日本東洋鋁業(yè)株式會(huì)社等，如今高檔鋁銀漿鋁粉顏料已經(jīng)成為鋁粉顏料市場(chǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)品。鋁粉產(chǎn)品還廣泛應(yīng)用于化工催化劑、農(nóng)藥、固體火箭推進(jìn)劑、火藥、金屬閃光涂料、防腐材料、導(dǎo)電涂料、加氣混凝土發(fā)氣劑、煉鋼脫氧劑、耐火材料、鍋熱法合金、熱噴涂復(fù)合粉末、光

10、伏太陽(yáng)能電池漿料等領(lǐng)域，在建筑、電子、化工和國(guó)防工業(yè)中發(fā)揮了重要作用。1.2 國(guó)內(nèi)鋁粉產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀我國(guó)金屬顏料的主要品種是鋁粉,鋁粉的生產(chǎn)能力從20世紀(jì)70年代后期的0.4萬(wàn)t上升到目前的2萬(wàn)t左右。鋁粉顏料的主要產(chǎn)地在山東濟(jì)南周圍,重要的生產(chǎn)企業(yè)有濟(jì)南金屬顏料總廠、濟(jì)南雅思達(dá)化工公司和章丘金屬顏料廠。鋁粉顏料有粉料和漿料2種形式,上述三企業(yè)的漿料產(chǎn)量占全國(guó)的90%。湖南張家界的今天鋁業(yè)高科技有限公司是我國(guó)最大的球形微細(xì)鋁粉生產(chǎn)企業(yè),為上述鋁粉顏料廠提供原料。由于鋁粉市場(chǎng)一直是供大于求的面,而且粒徑小于6m超細(xì)鋁粉的供需產(chǎn)生了很大的轉(zhuǎn)變,嚴(yán)重供大與求,所以2008年的產(chǎn)品整體價(jià)格下滑,但2009年

11、之后國(guó)外在中國(guó)鋁銀漿項(xiàng)目陸續(xù)投產(chǎn),國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)對(duì)粒徑小于6m超細(xì)鋁粉需求量的增加,再加上韓國(guó)和新加坡等國(guó)家大量購(gòu)買我微細(xì)鋁粉,使得鋁粉價(jià)格回升很大,產(chǎn)品整體價(jià)格打所提升,部分企業(yè)粒徑35m鋁粉出口價(jià)格更高。目前國(guó)內(nèi)的鋁粉生產(chǎn)企業(yè)較多，但是但是鋁粉產(chǎn)品的生產(chǎn)水平參差不齊,雖然有部分生產(chǎn)技術(shù)落后,產(chǎn)品質(zhì)量不高,無(wú)法滿足高檔鋁粉制品的需求。但還有部分企業(yè)加大生產(chǎn)資金的投入和對(duì)鋁粉產(chǎn)品研發(fā)的重視，其產(chǎn)品質(zhì)量水平也有很大的提高，甚至在國(guó)際上趕超歐美先進(jìn)的鋁粉生產(chǎn)企業(yè)。1.3 鋁粉的制取方法 目前，鋁粉的生產(chǎn)工藝有機(jī)械研磨法、霧化法、氣霧化法、離心霧化法等。隨著生產(chǎn)工藝的改進(jìn)和對(duì)安全生產(chǎn)的重視。目前，微細(xì)

12、球形鋁粉生產(chǎn)多采用氮?dú)忪F化法，氮?dú)忪F化工藝法是在空氣霧化工藝法基礎(chǔ)上演變而來(lái)，以提高霧化鋁粉的細(xì)粉率和化學(xué)活性。氮?dú)忪F化制鋁粉方法是近年發(fā)展起來(lái)的鋁粉霧化生產(chǎn)方式，它與空氣霧化法不同，在于它的生產(chǎn)設(shè)備是完全的密封并且充滿了氮?dú)猓訅杭訜岬牡獨(dú)馔ㄟ^霧化器將溶融的鋁液噴出形成霧狀鋁液滴，氮?dú)猸h(huán)境迅速吸收鋁液滴中的熱量，呈霧珠狀的鋁液滴則迅速冷卻凝結(jié)收縮為球形狀的鋁粉。目前，大多企業(yè)采用氮?dú)忪F化生產(chǎn)的鋁粉，其生產(chǎn)的鋁粉細(xì)粉率高，球形鋁粉成形率高，粉活性好，生產(chǎn)安全。1.3.1 機(jī)械球磨法球磨法是始于1894年，德國(guó)的Hamtag開始使用球磨機(jī)生產(chǎn)鋁粉。該方法利用氣體在鋁粉球磨機(jī)內(nèi)的循環(huán)過程進(jìn)行物料的

13、轉(zhuǎn)移、分離。但是由于鋁粉太活潑，很容易與氧氣發(fā)生軟化放熱反應(yīng)，所以在生產(chǎn)過程中有一定的危險(xiǎn)?？紤]到干磨有一定危險(xiǎn)性，我們主要介紹機(jī)械球磨法中的濕法球磨。采用濕法球磨工藝來(lái)進(jìn)行球狀鋁粉制備過程中，不同的研磨介質(zhì)，不同的球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速，不同的研磨時(shí)間，助磨劑的加入量都起到了不同的作用。在球磨過程中，首先需要確定球磨機(jī)的生產(chǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速低，其媒介隨著筒體上升較低的高度，即沿著筒體的內(nèi)壁下滑,或著球體以其本身的主線轉(zhuǎn)動(dòng)（圖1.3.1）； 圖1.3.1 圖1.3.2 圖1.3.3當(dāng)磨機(jī)轉(zhuǎn)速太高時(shí)，磨球在離心力的作用下緊緊的貼在筒壁隨著筒壁一起做圓周運(yùn)動(dòng)（圖1.3.2）。所以這兩種情況，都無(wú)法達(dá)

14、到球磨的最佳效果。當(dāng)轉(zhuǎn)速確定后，不同直徑媒質(zhì)的配比對(duì)鋁粉粉碎起重要作用。媒質(zhì)磨球伴隨著筒壁上升到一定高度后，然后離開簡(jiǎn)體內(nèi)壁呈拋物線下落，這時(shí)磨球在球磨機(jī)內(nèi)達(dá)到了最大的有效行程，具備了最大的沖擊力（圖1.3.3）。直徑大的和直徑小的磨球相互之間擠壓，反復(fù)進(jìn)行將大顆粒磨成小顆粒，最終形成成品。其次，助磨劑的加入對(duì)鋁粉的球磨過程也起一定的作用，它可以加速鋁粉粉碎的速度及進(jìn)程。 圖1.3.4鋁粉球磨工藝流程圖1-提升機(jī)； 2-料倉(cāng)； 3-變頻進(jìn)料； 4-超細(xì)球磨機(jī)； 5-分級(jí)機(jī)； 6-旋風(fēng)收集器； 7-脈沖收塵器； 8-引風(fēng)機(jī)； 9-空氣壓縮機(jī)；圖1.3.4為鋁粉的球磨工藝流程圖，原料經(jīng)過提升機(jī)進(jìn)入

15、料倉(cāng)，通過變頻進(jìn)料進(jìn)入球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，一段時(shí)間后對(duì)球磨后的物料進(jìn)行分級(jí)，合格的物料被收集，粒度達(dá)不到要求的物料繼續(xù)球磨。在鋁粉球磨工藝流程中，球磨粉碎物料是一個(gè)很慢的過程，特別是要粉碎成很細(xì)的粒度時(shí)，研磨時(shí)間就要很長(zhǎng)。因此，提高研磨效率，就需要強(qiáng)化研磨效果。例如采用振動(dòng)球磨和行星球磨。振動(dòng)球磨主要是慣性式，由于偏心軸旋轉(zhuǎn)的慣性使得簡(jiǎn)體發(fā)生振動(dòng)。球體的運(yùn)動(dòng)方向與主軸的旋轉(zhuǎn)方向是相反的，除了整體的運(yùn)動(dòng)之外，每個(gè)球還有自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)的頻率越高自轉(zhuǎn)就越激烈。隨著頻率的增高，各球?qū)娱g的相對(duì)運(yùn)動(dòng)逐漸增加，而且球體在內(nèi)部也會(huì)脫離磨筒發(fā)生拋射，因而會(huì)對(duì)物料產(chǎn)生沖擊力。由于沖擊次數(shù)是極高的，為此可以大大提高研

16、磨效率。一般說(shuō)來(lái)，提高振動(dòng)頻率是提高研磨效率的有效方法。頻率高時(shí)振幅應(yīng)小，這樣可以用來(lái)研磨極細(xì)的粉末，有時(shí)可達(dá)13m。頻率低時(shí)振幅應(yīng)大，適用作于稍粗粉末的研磨。這種球磨的缺點(diǎn)是：彈簧在高頻振動(dòng)下易于疲勞;振幅小，進(jìn)料粒度就不能大。在提高滾動(dòng)球磨的研磨效率辦法中，以提高球磨筒轉(zhuǎn)速最為有效，但它受到臨界轉(zhuǎn)速的限制，行星球磨則剛好可以超越這種限制。裝有物料的球磨筒圍繞中心軸作高速的圓周運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，每一個(gè)球磨筒又圍繞自己的軸作反向轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就成倍地提高了研磨效率。但是，如同滾動(dòng)球磨時(shí)球磨筒轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的離心力必須小于球體的重力一樣，行星球磨筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的離心力也必須小于裝置球磨筒的圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的離心

17、力。這是行星球磨能進(jìn)行研磨的一個(gè)基本條件。1.3.2 空氣霧化法霧化法也叫做噴霧法，是將液體金屬或合金直接破碎成為細(xì)小液滴，可以用來(lái)制取多種金屬粉末，也可制取各種預(yù)合金粉末，即屬于機(jī)械制粉法，也屬于液相法的一種。霧化法于機(jī)械球磨法的區(qū)別就是霧化法生產(chǎn)鋁粉的過程實(shí)際上是通過高壓霧化介質(zhì)，如氣體或水強(qiáng)烈沖擊液流，或通過離心力使之破碎、冷卻凝固來(lái)實(shí)現(xiàn)的。機(jī)械粉碎法是在機(jī)械作用破壞固體金屬原子間的結(jié)合，霧化法則只克服了液體金屬原子間的結(jié)合力就可以使之分散成粉末，所以霧化過程所消耗的外力比機(jī)械粉碎法要小得多。從能量消耗來(lái)說(shuō)，霧化法是一種簡(jiǎn)便且經(jīng)濟(jì)的粉末生產(chǎn)方法。按照霧化介質(zhì)（氣體、水）對(duì)金屬液流作用的方

18、式不同,霧化具有多種形式（圖1.3.5）：平行噴射 氣流與金屬液流平行；垂直噴射 氣流或水流與金屬液流成垂直方向；V形噴射 霧化介質(zhì)與金屬液流成一定角度；錐形噴射 氣體或水從若干均勾分布在圓周上的小孔噴出，構(gòu)成一個(gè)未封閉的錐體，交匯于錐頂點(diǎn)，將流經(jīng)該處的金屬液流擊碎；旋渦環(huán)形噴射壓縮氣體從切向進(jìn)入噴嘴內(nèi)腔，然后以高速噴出造成一旋渦封閉的錐體，金屬液流在錐底被擊碎。 (a) (b) (c) (d) (e) 圖1.3.5常見的霧化法的幾種形式(a)平行噴射 (b)垂直噴射 (c)V型噴射 (d)錐形噴射 (e)漩渦環(huán)形噴射霧化時(shí)在高壓風(fēng)和渦流器作用下使得噴口

19、區(qū)產(chǎn)生真空，靠壓力作用使熔融金屬進(jìn)入霧化區(qū)。在噴嘴的出口處，熔融金屬的射流受到高壓風(fēng)氣流的作用、壓縮、快速流動(dòng)?？磕Σ亮κ谷垠w表面層和內(nèi)層產(chǎn)生相對(duì)位移，靠沖擊力使熔體被擊碎。氣體使熔體射速波動(dòng)，并形成所謂的壓縮突變，金屬射流也得到進(jìn)一步加速。此時(shí)高壓氣體從熔體表面帶走單獨(dú)的顆?；蛞旱?，當(dāng)熔體射流的振幅達(dá)到臨界值，并且熔體的射流有可能自由擴(kuò)散時(shí)，隨著被氣流帶走的金屬分散顆粒流線譜的形成，金屬熔體流則迅速破壞"隨著熔體中的氣體從熔體中逸出，金屬射流和液滴破壞過程加劇，粉碎后的液滴在沉降器內(nèi)經(jīng)重力、表面張力、冷凝等作用形成粉粒。霧化是一個(gè)復(fù)雜的過程，按照霧化時(shí)介質(zhì)與金屬液流相互作用的實(shí)質(zhì)，

20、既有物理機(jī)械作用，又有物理化學(xué)的變化。高速的氣流或水流，既是破碎金厲液的動(dòng)力，又是金屈液流的冷卻劑。因此在霧化介質(zhì)同金屬液流之間既有能量交換，又有熱量交換。同時(shí)液態(tài)金屬的粘度和表而張力在霧化過程和冷卻過程中不斷發(fā)生變化，以及液態(tài)金屬與霧化介質(zhì)的化學(xué)作用（氧化、脫碳），使霧化過程變得較為復(fù)雜。在進(jìn)行霧化法制粉時(shí)，先將一定品位的鋁錠預(yù)熱后投入已升到一定溫度的電爐中，待鋁錠熔化成鋁熔體并達(dá)到一定溫度和一定液面高度后，再通過霧化器在高壓風(fēng)作用下粉碎，然后進(jìn)行冷卻。較細(xì)的一部分鋁粉經(jīng)多級(jí)集塵器被收集起來(lái)，較粗的一部分鋁粉落入活底漏斗、經(jīng)篩子分級(jí)成為所需的毛料與成品。雖然霧化法是最早發(fā)展起來(lái)的工藝方法，也

21、是目前仍是霧化法生產(chǎn)鋁粉使用最多的方法。它的特點(diǎn)是生產(chǎn)能力大，成本低，設(shè)備簡(jiǎn)單，但是該方法生產(chǎn)安全性差，在生產(chǎn)過程中鋁粉懸浮在空氣氣流中，運(yùn)動(dòng)形成塵霧并伴生靜電，當(dāng)鋁塵霧達(dá)到相當(dāng)濃度時(shí)遇到火花可能引起爆燃。由于安全問題限制了大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。1.3.3 離心霧化法離心霧化法是利用機(jī)械旋轉(zhuǎn)離心力將金屬液流擊碎成細(xì)液滴，然后冷卻凝結(jié)成粉末。其方法有多種，常見的有旋轉(zhuǎn)圓盤離心霧化、旋轉(zhuǎn)杯離心霧化、旋轉(zhuǎn)輪離心霧化、旋轉(zhuǎn)網(wǎng)離心霧化，如圖1.3.7. (a) (b) (c) (d)圖1.3.7常見的旋轉(zhuǎn)霧化方法 (a)旋轉(zhuǎn)圓盤 (b)旋轉(zhuǎn)杯 (c)旋轉(zhuǎn)輪 (d)旋轉(zhuǎn)網(wǎng)在旋轉(zhuǎn)霧化時(shí)，機(jī)械旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了離心力，金

22、屬液流在離心力的作用下被擊碎成細(xì)的液滴，然后冷卻凝結(jié)成粉末，最早使用的方法是旋轉(zhuǎn)圓盤霧化法（圖1.3.7(a)）。這種方法適合制取鐵、鋼等粉末。液態(tài)金屬?gòu)穆┳熘校?8mm）流出，被具有一定壓力的水引到轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤上，在圓盤上被特殊葉片所擊碎，并且迅速冷卻成粉末。通過改變圓盤的轉(zhuǎn)速、葉片的形狀和數(shù)目，可以調(diào)整粉末的粒度。葉片沖擊次數(shù)低于1400次/s時(shí)，粉末的細(xì)顆粒百分比隨沖擊次數(shù)的增加而增大。旋轉(zhuǎn)圓盤霧化法還可借助氦氣浪沖擊已生成的粉末顆粒來(lái)強(qiáng)化凝固，提升凝固速度。1.4 鋁粉的分級(jí)1.4.1 分級(jí)機(jī)的分類及發(fā)展分級(jí)是根據(jù)不同粒度、形狀、密度的物料在液體與氣體介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)的差異來(lái)實(shí)現(xiàn)顆粒粗、細(xì)粉的

23、分離。隨著空氣動(dòng)力學(xué)理論的發(fā)展，為多種氣力分級(jí)機(jī)的研制和開發(fā)提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，目前分級(jí)粒徑在1m左右的超細(xì)分級(jí)機(jī)已經(jīng)不再罕見，而我們常用的超細(xì)分級(jí)設(shè)備依據(jù)分級(jí)介質(zhì)的不同可分為兩大類: 一是以空氣為介質(zhì)的干法分級(jí)機(jī)；二是以水等為介質(zhì)的濕法分級(jí)機(jī)。在這里應(yīng)用到鋁粉分級(jí)的方法，我們主要介紹的是干法分級(jí)。干法分機(jī)按照是否有運(yùn)動(dòng)部件可劃分為兩大類。（1）靜態(tài)分級(jí)機(jī)：分級(jí)機(jī)中無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，如重力分級(jí)機(jī)、慣性分級(jí)機(jī)、旋風(fēng)分離器、 終旋線式氣流分級(jí)機(jī)和射流分級(jí)機(jī)等。這類分級(jí)機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單，不需動(dòng)力，運(yùn)行成本低。操作及維護(hù)較方便，但分級(jí)精度不高，不適于精密分級(jí)。（2）動(dòng)態(tài)分級(jí)機(jī)：分級(jí)機(jī)中具有運(yùn)動(dòng)部件，為得到較為穩(wěn)

24、定的分級(jí)力場(chǎng)，通常采用二種方法：一是利用顆粒本身的重力與顆粒所受到的氣 體阻力形成分級(jí)力場(chǎng)對(duì)物料進(jìn)行分級(jí)：另一種做法是在分級(jí)區(qū)內(nèi)建立較強(qiáng)的離心力場(chǎng)，使顆粒在受到氣體阻力的同時(shí)，還受到離心力的作用， 通過二者之間的平衡來(lái)達(dá)到分級(jí)物料的目的。前者因采用重力場(chǎng)進(jìn)行分級(jí)，分級(jí)力場(chǎng)強(qiáng)度較弱，不能得到較好的分級(jí)效果；后者的分級(jí)力場(chǎng)強(qiáng) 度大且可調(diào)，可得到更小的切割粒徑及更好的分級(jí)效果，因此在高效率的分級(jí)設(shè)備中常采用該方式，此種分級(jí)設(shè)備稱為強(qiáng)制渦離心分級(jí)機(jī)。1.4.2 旋風(fēng)分級(jí)機(jī)旋風(fēng)式分級(jí)機(jī)（如圖1.4.1）屬于氣流式分級(jí)機(jī)的一種，它以旋風(fēng)分離器作為它的母體，在其內(nèi)部增加分散裝置、粒徑調(diào)節(jié)裝置、篩分裝置等等，

25、經(jīng)過各種技術(shù)改進(jìn)演變而來(lái)。它是自由渦類型的分級(jí)機(jī)，其分級(jí)的原理是利用顆粒在氣流產(chǎn)生的自由渦或準(zhǔn)自由渦離心力場(chǎng)中受到的離心力與空氣拽力作用來(lái)離心沉降分級(jí)。 1-電動(dòng)機(jī)； 2-傳動(dòng)裝置；3-懸轉(zhuǎn)軸； 4-旋風(fēng)分離器； 5-分級(jí)室； 6-粗粉出口；7-細(xì)粉出口； 圖1.4.1 旋風(fēng)式分級(jí)機(jī)結(jié)構(gòu)圖如圖1.4.1為旋風(fēng)式分級(jí)機(jī)，物料通過上部進(jìn)料口進(jìn)入，落到與轉(zhuǎn)子成一體的撒料盤上，轉(zhuǎn)子隨主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，撒料盤上的物料在離心力的作用下沿徑向甩出而分散于選粉室內(nèi)與旋轉(zhuǎn)上升的氣流相遇，在選粉室內(nèi)，分級(jí)圈下面附近的氣流及分散于氣流中的物料在分級(jí)圈的帶動(dòng)下與分級(jí)圈一起作高速旋轉(zhuǎn)，而使氣流中的物料受較強(qiáng)的離心力，該力的大

26、小可以通過調(diào)節(jié)主軸的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)。當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，該力也增大。此時(shí)如果保持處理風(fēng)量一定，則此時(shí)的切割粒徑減小，產(chǎn)品變細(xì)，如轉(zhuǎn)速降低則產(chǎn)品變粗。物料中的粗顆粒，質(zhì)量較大，受撒料盤和分級(jí)圈作用，落到滴流裝置時(shí)，再次受上升氣流的分選，落到內(nèi)錐，從粗粉管排出，通過分級(jí)圈的細(xì)粉經(jīng)旋風(fēng)筒收集落入集灰斗，經(jīng)細(xì)粉管排出，清除細(xì)粉后的空氣則從旋風(fēng)筒中心經(jīng)風(fēng)管返回風(fēng)機(jī)形成氣流閉路循環(huán)。 旋風(fēng)式分級(jí)機(jī)的構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，非常適合顆粒較細(xì)（550m）的分級(jí)，不適合具有高濃度、精密分級(jí)。 1.4.3 渦輪分級(jí)機(jī)渦輪分級(jí)機(jī)主要是依據(jù)不同粒徑大小的顆粒，在旋轉(zhuǎn)氣流場(chǎng)中受到的離心力大小不同的原理進(jìn)行分級(jí)的。粗的顆粒由于其所

27、受的離心力大于氣流對(duì)之產(chǎn)生的粘滯阻力被甩出分級(jí)輪，由粗粉出口排出；而細(xì)顆粒隨空氣一道被吸進(jìn)轉(zhuǎn)子中心，由細(xì)粉引出筒排到物料收集器收集。 圖1.4.2 渦輪分級(jí)機(jī)結(jié)構(gòu)圖如圖1.4.2，渦輪分級(jí)機(jī)主要由電機(jī)、分級(jí)機(jī)殼體及分機(jī)輪組成。電機(jī)帶動(dòng)分級(jí)輪在分級(jí)殼體中高速轉(zhuǎn)動(dòng)（轉(zhuǎn)速可任意調(diào)節(jié)），在分級(jí)機(jī)中形成強(qiáng)大的離心力。進(jìn)入到分級(jí)機(jī)中的氣粉混合物先進(jìn)入分級(jí)輪內(nèi)部，在離心力的作用下，大或重的顆粒受離心作用力大，故被甩至分級(jí)輪外圍至分級(jí)機(jī)邊壁，并不再受離心力的影響，自然下落到粉碎主機(jī)內(nèi)繼續(xù)粉碎或者下落到出料口進(jìn)行收集；小或輕的物料受離心力作用小，在分級(jí)輪內(nèi)部懸停，受引風(fēng)機(jī)的引風(fēng)力影響被帶至高處，順管道動(dòng)動(dòng)至下一

28、組件內(nèi)被分級(jí)或收集。通過變頻調(diào)節(jié)分級(jí)輪的轉(zhuǎn)速便可調(diào)整分級(jí)機(jī)中離心力的大小，達(dá)到分出指定粒度的物料的目的。1.4.4 分級(jí)粒徑推導(dǎo)分級(jí)輪作為渦輪分級(jí)機(jī)的重要組成部分之一，對(duì)于物料分級(jí)、分散都起著 非常關(guān)鍵作用。在分級(jí)過程中，分級(jí)輪的周圍會(huì)形成高速的旋轉(zhuǎn)氣-固兩相流。分級(jí)輪相當(dāng)于一個(gè)圓筒狀篩子，細(xì)顆粒通過旋轉(zhuǎn)的圓筒通道過后，被收集成為細(xì)粉，粗顆粒則直接被甩出，從粗粉出口排出。氣流的速度由分級(jí)輪的轉(zhuǎn)度來(lái)控制，通過調(diào)節(jié)分級(jí)輪的轉(zhuǎn)度可以控制固體顆粒的離心力，從而達(dá)到控制粒度和分級(jí)精度的目的。分級(jí)輪的形式有很多種，通過調(diào)整葉片的形狀、數(shù)量、大小等參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)不同要求的分級(jí)操作。分級(jí)輪（圖1.4.3）則主要

29、由底盤、環(huán)盤和均勻分布的分級(jí)輪葉片構(gòu)成。 圖1.4.3分級(jí)渦輪根據(jù)分級(jí)輪葉片角度的不同， 可分為正角度葉片、 徑向葉片和負(fù)角度葉片分級(jí)輪三種，如圖 1.4.4所示。 正角度葉片 徑向葉片 負(fù)角度葉片 圖 1.4.4分級(jí)輪三種葉片形式 為了便于討論，需要建立氣體在這三種不同葉片角度分級(jí)輪中的流場(chǎng)模型， 因此作如下假設(shè)：（1）所用氣體為理想氣體；（2）分級(jí)輪葉片的數(shù)量趨于無(wú)限多， 厚度趨于無(wú)限薄;（3）在相同半徑附近的氣體密度相同。分級(jí)輪的葉片角度可設(shè)為-、+和0，本設(shè)計(jì)主要分析氣體在負(fù)角度（-）葉片分級(jí)輪中的速度分布，并由此建立一個(gè)直角坐標(biāo)系（見圖 1.4.5）。在分級(jí)輪的葉片間隙中取一個(gè)氣體微

30、元，設(shè)該微元長(zhǎng)度為ds，寬度為dh，厚度為b，密度為，因此其質(zhì)量 dm = ds · dh · b。 圖1.4.5 負(fù)角度葉片分級(jí)機(jī)葉輪上微元隨著分級(jí)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)， 半徑為 Rc處的彎曲流道產(chǎn)生垂直于葉片流道的離心力 。同時(shí)，由于該分級(jí)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)沿分級(jí)輪半徑方向的離心力。該離心力的分力垂直作用于流動(dòng)方向。當(dāng)物體被引入一個(gè)旋轉(zhuǎn)的軌道，沿著這條軌道以相對(duì)速度V運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生哥氏力。這時(shí)就會(huì)有一個(gè)軌道壓力垂直作用于流動(dòng)方向。所有這些力的合力會(huì)產(chǎn)生一個(gè)垂直于流動(dòng)方向的壓力變化。從圖1.4.5可以看出力的大小和方向。對(duì)于負(fù)角度葉片這些力為 (1)式中 分級(jí)輪角速度；V氣流在分級(jí)

31、輪中的相對(duì)速度。由于垂直于垂直于流動(dòng)方向，因此就是垂直于流動(dòng)方向的壓力梯度。由式（1）可以計(jì)算出為 (2)沿著流動(dòng)方向所受到的力是由離心力的分量和流動(dòng)方向上的壓力組成的。依據(jù)牛頓定律可知，這兩個(gè)力作用在一起會(huì)對(duì)氣體微元產(chǎn)生一個(gè)加速度，即有下式： (3)令 (4)將其代入公式(3)并整理，有 (5)由圖1.4.5可知，因此有 (6)積分后得 (7)式中微元的切向速度，；常速。在在整個(gè)過程中可以忽略摩擦的影響，因此就不會(huì)出現(xiàn)切向力，也就是。將此式帶入(7)，得 (8)若以和代入式(8)，則有 (9)將式(9)與式(2)比較，得到 (10)式(10)為為相對(duì)流動(dòng)的微分方程。同理也可對(duì)正角度葉片的分級(jí)

32、輪進(jìn)行分析， 得到正角度葉片的公式為 (11)當(dāng)分級(jí)輪葉片為直葉片時(shí)，即，則有 設(shè)在分級(jí)輪中氣體流速的流場(chǎng)模型為（包括三種葉片形式） (12)且 式中分級(jí)輪中氣流的平均流速； 分級(jí)輪葉片之間的間隙距離的一半； 氣體流量；分級(jí)輪的有效長(zhǎng)度； 分級(jí)輪的外緣半徑。通過式(12)可知，由于值的不同，氣體在分級(jí)輪葉片間隙中的速度分布也不是很一致。在上述的公式推導(dǎo)中，假設(shè)葉片的厚度趨于無(wú)限薄。但實(shí)際上葉片是有厚度的，葉片的厚度會(huì)使分級(jí)輪的流通面積減小，這樣就會(huì)使氣體的徑向速度大?？紤]分級(jí)輪葉片的厚度后，分級(jí)輪中氣體的徑向流速可按下式進(jìn)行修正： (13)式中 分級(jí)輪的葉片數(shù)； 分級(jí)輪的葉片厚度；超細(xì)粉氣流分

33、級(jí)機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)粗顆粒在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力的作用下向轉(zhuǎn)子外緣運(yùn)動(dòng)，而細(xì)顆粒卻在氣流的帶動(dòng)下逆向運(yùn)動(dòng)進(jìn)入轉(zhuǎn)子中心，達(dá)到分級(jí)的目的。假定超細(xì)粉顆粒為球形，并處于層流或弱紊流流場(chǎng)中，顆粒濃度小，相互間無(wú)干擾，此時(shí)為氣固兩相流;假定顆粒圓周速度與氣體的速度一致根據(jù)力學(xué)模型，流體介質(zhì)中分散的單顆粒子運(yùn)動(dòng)方程可近似用下式表示： （14）式中，t為時(shí)間；為顆粒迎流面積；為阻力系數(shù)；為顆粒質(zhì)量；為流體密度；為顆粒與氣體間相對(duì)速度；為顆粒速度；為雷諾數(shù)；為加速度。計(jì)算中忽略隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的影響，可得微分方程式： (15) (16)式中 顆粒圓周速度；顆粒徑向速度；周向流雷諾數(shù)；徑向流雷諾數(shù)；氣體圓周速度；氣體徑向速度；

34、 葉片角；重力加速度。如果已知顆粒速度和氣體速度，即可求得微分方程的數(shù)值解。對(duì)渦輪型分級(jí)機(jī)而言，為簡(jiǎn)化起見特做如下假設(shè)：A、顆粒間的濃度小，相互間無(wú)干擾，此時(shí)為氣固兩相流，并假設(shè)顆粒速度與氣體的一致(顆粒粒徑愈小，則氣體和顆粒速度愈趨近一致);B、分級(jí)是在分級(jí)輪外緣進(jìn)行的，則分級(jí)粒徑以轉(zhuǎn)子外緣的顆粒徑向加速度為零的顆粒粒徑來(lái)表示;根據(jù)如上假設(shè)，由式(16)得： (17)式中 為顆粒密度；為渦輪轉(zhuǎn)速； 為渦輪外緣氣體的徑向速度；為氣流動(dòng)力粘度。由于顆粒形狀對(duì)顆粒的粒徑也有一定的影響。因此將顆粒形狀系數(shù)引入。在設(shè)備運(yùn)行中還會(huì)有其它因素的影響。因此引入系數(shù)K于是（17）成為： (18)將、及公式(13)代入(18)中得到分級(jí)粒徑公式 (19)式中，：流體的粘性阻力系數(shù)；：空氣密度；：轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速；：轉(zhuǎn)籠外徑；：葉片進(jìn)口安裝角度；:進(jìn)入渦輪分級(jí)機(jī)的空氣流量；：轉(zhuǎn)籠的旋轉(zhuǎn)角速度；：轉(zhuǎn)籠葉片數(shù)量；：轉(zhuǎn)籠高度；：葉片厚度。在上式中，的值需要經(jīng)過試驗(yàn)確定。式（19）考慮了分級(jí)輪結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)分級(jí)粒徑影響，并計(jì)及葉片數(shù)、葉片傾角對(duì)分級(jí)粒徑的影響，有利于進(jìn)行分級(jí)輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)和尋找最佳工況點(diǎn)。從上分析可知，分級(jí)粒