產(chǎn)品中出現(xiàn)異常大顆粒現(xiàn)象的分析

欒祖英

（沈陽飛機研究所粉體公司 110035）

摘要  本文對氣流粉碎的產(chǎn)品中出現(xiàn)異常大顆?，F(xiàn)象，從粉碎機理和分級機理出

      發(fā)，分析其產(chǎn)生的可能原因，并指出解決該問題的相應(yīng)技術(shù)措施。

關(guān)鍵字  異常大顆粒  氣流粉碎  分級粒徑

1．前言

 氣流粉碎的產(chǎn)品具有粒度調(diào)整方便，顆粒細，粒度分布范圍狹

窄，顆粒形狀穩(wěn)定，產(chǎn)品純度高，活性大，分散性好等一系列特點。在現(xiàn)代超細粉碎加工工業(yè)中占有重要地位，應(yīng)用范圍越來越廣。特別在燃料、農(nóng)藥、化妝品的干法超微粉碎具有不可替代的地位。在化工、塑料、油漆、涂料、陶瓷、磨料等行業(yè)中，產(chǎn)品的質(zhì)量要求嚴格，決不允許在產(chǎn)品中出現(xiàn)異常大顆粒。但是在生產(chǎn)實踐中卻會發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中有異常大顆?，F(xiàn)象。這是氣流粉碎中不可避免的現(xiàn)象，如同機床出現(xiàn)加工精度達不到要求，需要維修一樣。針對出現(xiàn)的問題，要有一個明析的認識，正確分析其產(chǎn)生的原因，采取相應(yīng)措施，使設(shè)備恢復(fù)正常運行。但是若不采取對癥下藥的措施，將會導(dǎo)致不能生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。

             出料筒          

              分級輪

              進料管

             供氣環(huán)管          

               噴嘴                                                       

                                                      流化床式逆向?qū)姎饬髂?/span>                                        

為了能找到產(chǎn)品中出現(xiàn)異常大顆?，F(xiàn)象的原因，必須對其粉碎機理和分級機理有較深刻的認識。下面以流化床式逆向?qū)娛綒饬髂槔M行分析，其基本結(jié)構(gòu)如上頁圖所示。

2．粉碎機理和分級機理

2.1 粉碎機理

高速氣流是通過安裝氣流磨體周邊的超音速噴嘴將壓縮空氣（一般0.6～0.7MPa)或者高壓熱氣流(300～400℃ 0.7～20MPa)噴出后迅速膨脹產(chǎn)生的。由于噴嘴出口附近速度梯度很高，逆向?qū)姵龅母咚贇饬鞯慕粎R形成一個低壓高速區(qū)，在壓差作用下，磨內(nèi)粉體顆粒沸騰起來，呈流態(tài)化涌向這個低壓高速區(qū)（粉碎區(qū)）的氣流中，形成氣固一體化流場，粉體顆粒被加速，顆粒之間受到來自各個方向（三維流）激烈地沖擊、剪切、扭轉(zhuǎn)、碰撞，使得進入該區(qū)的絕大多數(shù)顆粒被粉碎。

2.2 分級機理

被粉碎的粉體隨著上升氣流一起進入分級區(qū)，由臥式分級輪的高速旋轉(zhuǎn)和鼓風(fēng)機的抽氣共同作用，產(chǎn)生螺旋氣流。粉體顆粒（假設(shè)為球形，直徑為d）隨著氣流沿著一個阿基米德螺線軌跡進入分級輪內(nèi)。粉體顆粒在運動中同時受到使其向外側(cè)運動的離心力F和使其向中心運動的氣體粘滯力R的作用，其表達式為：

       F=                               （1）

       R= 3πdμU_r                           （2）

其中：d - 顆粒直徑              ρ-顆粒的密度

      U_t -顆粒的圓周方向分速度

      U_r  -顆粒的徑向分速度

       μ-空氣的粘滯系數(shù)

       r -顆粒距旋轉(zhuǎn)中心的距離

當(dāng)離心力F等于氣體粘滯力R時，可以求出臨界分級粒徑dpc

        dpc=  18μU_r r                        （3）

               ρU_t²

當(dāng)顆粒直徑d大于dpc時，離心力F大于氣體粘滯力R，顆粒被拋出，在重力作用下返回研磨腔，繼續(xù)粉碎。當(dāng)顆粒直徑d小于dpc時，氣體粘滯力R大于離心力F，顆粒被吸入分級輪內(nèi)，經(jīng)出料筒送至氣固分離設(shè)備，將粉體分離出來即是產(chǎn)品。

3. 產(chǎn)品中出現(xiàn)異常大顆粒原因分析

3.1 噴嘴噴出的氣流失去原有正常狀態(tài)

投入正式生產(chǎn)之前，進行安裝和調(diào)試，以確保多個噴嘴噴出的高速氣流在設(shè)計的匯交點處交匯。這樣才能保證氣流磨正常粉碎和分級。根據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量要求，調(diào)定分級輪的轉(zhuǎn)速、喂料量，即可投入試生產(chǎn)。檢驗產(chǎn)品的粒度、產(chǎn)量是否滿足要求，根據(jù)情況再次調(diào)整相關(guān)參數(shù)，即可投入正式生產(chǎn)。

但是，由于長期運行，環(huán)境、溫度、濕度的變化，壓縮空氣中的水、油等雜質(zhì)腐蝕管壁、生銹及其它原因，可能出現(xiàn)某個噴嘴喉部被堵，氣流受阻，使噴嘴噴出的高速氣流失去了原來狀態(tài)，發(fā)生偏斜，導(dǎo)致匯交點發(fā)生偏移，干擾、破壞低壓高速區(qū)（粉碎區(qū)）的狀態(tài)，使得粉碎效果變差，出現(xiàn)較多異常大顆粒。這些大顆粒可能被異常的偏斜氣流沖擊出粉碎區(qū)至磨壁折射，意外地打進分級輪內(nèi)混入產(chǎn)品中（相當(dāng)于向正常運行的分級輪打入一個意外飛彈），出現(xiàn)異常大顆粒。

3.2 物料的密度

更換加工密度較輕的物料時，也容易在產(chǎn)品中出現(xiàn)大顆粒，這是由于沒有調(diào)整鼓風(fēng)機，抽力過大造成的。

其原因可以考慮由于密度的改變（變輕）、空氣中含粉濃度等變化，鼓風(fēng)機的負載相對也發(fā)生了變化，必須進行調(diào)整，確保磨腔壓力穩(wěn)定在一個合適的條件下，才能正常生產(chǎn)。否則，破壞了磨腔內(nèi)正常流場和壓力，物料就不能正常粉碎。鼓風(fēng)機的抽力破壞了分級輪產(chǎn)生的旋流流場的平衡（穩(wěn)定）。將發(fā)生不能按離心力、粘滯力平衡原理進行分級，而是被鼓風(fēng)機強行吸入分級輪內(nèi)，混入產(chǎn)品中，出現(xiàn)異常大顆粒。

    順便提示一下，氣流磨適應(yīng)物料的密度也是有一定范圍的。密度過輕或過重都會出現(xiàn)分級困難的問題。理論上講，在相同分級輪轉(zhuǎn)速下，密度越大的物料，獲得分級粒徑越小。但是，分級原理是根據(jù)離心力F和氣體粘滯力R平衡原理決定分級粒徑的大小。從F、R的計算公式看出，當(dāng)密度ρ達到一定值以后，粒度再細也會出現(xiàn)F大于R，造成分級論分不出產(chǎn)品的現(xiàn)象。同樣密度ρ過輕，顆粒再粗也會出現(xiàn)R大于F，大顆粒自然隨著氣流通過分級輪而到產(chǎn)品中，造成很難分級。上述兩種現(xiàn)象都已被氣流粉碎的實踐所證明。更進一步理解，對應(yīng)一定密度ρ范圍，在氣流粉碎中可能分級的粒度也是有一定范圍的，并非想要多細就能達到多細。這里還存在一個經(jīng)濟粒度和極限粒度問題。

3.3 操作上喂料不均勻或喂料過多

喂料不均勻或喂料過多造成對噴嘴噴出的高速氣流的干擾不能正常交匯，改變了正常的粉碎區(qū)流場，流場失去原來平衡狀態(tài)，使得物料不能正常粉碎，異常顆粒增多，就會使產(chǎn)品出現(xiàn)異常大顆粒。

3.4 設(shè)備的磨損

由于長期運轉(zhuǎn)，分級輪的電機軸承磨損，軸承間隙增大，致使分級輪產(chǎn)生了軸向竄動，造成分級輪與出料筒的端面間隙變大?；蛘咴撎幍臍夥鈮毫Σ蛔悖伎梢允勾箢w粒繞過分級輪的分級，從此增大的間隙進入產(chǎn)品中，造成出現(xiàn)異常大顆粒。

4．針對出現(xiàn)異常大顆粒，應(yīng)當(dāng)采取的相應(yīng)措施

綜上所述，氣流粉碎的產(chǎn)品中出現(xiàn)異常大顆粒是不可以避免的現(xiàn)

象。如同機床，工作久了，加工精度達不到要求的現(xiàn)象一樣，需要進行維修保養(yǎng)。維修前，要進行分析，是什么原因造成的，再采取相應(yīng)措施進行維護保養(yǎng)，使設(shè)備恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

    對氣流粉碎設(shè)備也一樣，一般要采取如下措施進行：

    氣流磨運行中，注意觀察各技術(shù)參數(shù)變化，加強對產(chǎn)品粒度的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中出現(xiàn)異常大顆粒，要及時分析，采取相應(yīng)措施。

    首先要排除環(huán)境污染、檢測的誤操作的可能性。排除工藝造成的污染，如先加工粗粒產(chǎn)品，又接著加工細粒產(chǎn)品等。

    檢查氣流磨運行中的各種技術(shù)參數(shù)，研磨氣壓力是否正常和穩(wěn)定？氣封壓力、磨腔壓力是否正常？鼓風(fēng)機氣量是否匹配？除塵氣的反吹清灰壓力、吹氣時間及間隔是否合理？喂料是否均勻？喂料量是否合適？這些技術(shù)參數(shù)出現(xiàn)不正常，只要及時進行調(diào)整，經(jīng)過一段時間，系統(tǒng)達到了穩(wěn)定平衡狀態(tài)，就會恢復(fù)正常工作，這也是運行中的日常維護范圍。

    排除了上述諸因素，就要考慮停機檢查！

    首先看磨內(nèi)料位是否合適。如果料位過高，取出部分原料至合適位置。再運行，若還有異常大顆?，F(xiàn)象，就要進行如下檢查：

    a) 檢查分級輪。磨損嚴重，應(yīng)更換分級輪。

    b) 檢查分級輪與出料筒的端面間隙是否變大，并分析其原因。如果發(fā)現(xiàn)分級輪有軸向竄動，應(yīng)考慮分級輪的電機軸承磨損，更換電機中的軸承。

    c) 再檢查各個噴嘴喉部是否磨損？如果磨損應(yīng)更換噴嘴。如果噴嘴喉部有異物堵塞，應(yīng)清理噴嘴座及供氣管道，將銹及雜物清理徹底。安裝噴嘴時保證與中心對稱。

上述諸因素都要進行徹底維護，再重新恢復(fù)至原來狀態(tài)，產(chǎn)品出現(xiàn)大顆粒問題就可以解決。

出現(xiàn)異常大顆粒問題，根本原因是磨腔內(nèi)流場狀態(tài)發(fā)生了變化，失去了原來系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)。因此，建議氣流粉碎的產(chǎn)品粒度檢驗應(yīng)在氣流磨系統(tǒng)穩(wěn)定一段時間（一般20分鐘）后進行。在不穩(wěn)定狀態(tài)下的產(chǎn)品出現(xiàn)大顆粒是正?，F(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)把這部分產(chǎn)品排除合格產(chǎn)品之外。

附帶說明，任何一種物料，對氣流粉碎都有一個粉碎極限粒徑。超過了這個極限粒徑，再提高分級論輪轉(zhuǎn)速，不僅不會使粒度變細，反而會出現(xiàn)過粉碎現(xiàn)象，細的微粒產(chǎn)生聚集，出現(xiàn)粒度變粗的現(xiàn)象。因此，氣流粉碎的粒徑一般控制在1～10μm之間。

任何一種物料，用什么樣磨機加工，都有一個相應(yīng)的經(jīng)濟粒度。即加工同一粒徑用什么磨機最經(jīng)濟。或用同一磨機投什么細度的物料，加工出什么樣粒度的產(chǎn)品最經(jīng)濟，這一點對用戶很重要。根據(jù)產(chǎn)品的綜合性質(zhì)，產(chǎn)品粒度、產(chǎn)量、經(jīng)過加工的增益值及運行成本統(tǒng)一考慮，選用最經(jīng)濟的加工設(shè)備，才能創(chuàng)造預(yù)想的經(jīng)濟價值。