產(chǎn)品中出現(xiàn)異常大顆粒現(xiàn)象的分析

欒祖英

（沈陽(yáng)飛機(jī)研究所粉體公司 110035）

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

      發(fā)，分析其產(chǎn)生的可能原因，并指出解決該問(wèn)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(jí)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(xì)，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(diǎn)。在現(xiàn)代超細(xì)粉碎加工工業(yè)中占有重要地位，應(yīng)用范圍越來(lái)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(yán)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(shí)踐中卻會(huì)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(jī)床出現(xiàn)加工精度達(dá)不到要求，需要維修一樣。針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題，要有一個(gè)明析的認(rèn)識(shí)，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(yùn)行。但是若不采取對(duì)癥下藥的措施，將會(huì)導(dǎo)致不能生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。

             出料筒          

              分級(jí)輪

              進(jìn)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(duì)其粉碎機(jī)理和分級(jí)機(jī)理有較深刻的認(rèn)識(shí)。下面以流化床式逆向?qū)娛綒饬髂槔M(jìn)行分析，其基本結(jié)構(gòu)如上頁(yè)圖所示。

2．粉碎機(jī)理和分級(jí)機(jī)理

2.1 粉碎機(jī)理

高速氣流是通過(guò)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(gè)低壓高速區(qū)，在壓差作用下，磨內(nèi)粉體顆粒沸騰起來(lái)，呈流態(tài)化涌向這個(gè)低壓高速區(qū)（粉碎區(qū)）的氣流中，形成氣固一體化流場(chǎng)，粉體顆粒被加速，顆粒之間受到來(lái)自各個(gè)方向（三維流）激烈地沖擊、剪切、扭轉(zhuǎn)、碰撞，使得進(jìn)入該區(qū)的絕大多數(shù)顆粒被粉碎。

2.2 分級(jí)機(jī)理

被粉碎的粉體隨著上升氣流一起進(jìn)入分級(jí)區(qū)，由臥式分級(jí)輪的高速旋轉(zhuǎn)和鼓風(fēng)機(jī)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(gè)阿基米德螺線軌跡進(jìn)入分級(jí)輪內(nèi)。粉體顆粒在運(yùn)動(dòng)中同時(shí)受到使其向外側(cè)運(yùn)動(dòng)的離心力F和使其向中心運(yùn)動(dòng)的氣體粘滯力R的作用，其表達(dá)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(shí)，可以求出臨界分級(jí)粒徑dpc

        dpc=  18μU_r r                        （3）

               ρU_t²

當(dāng)顆粒直徑d大于dpc時(shí)，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(shí)，氣體粘滯力R大于離心力F，顆粒被吸入分級(jí)輪內(nèi)，經(jīng)出料筒送至氣固分離設(shè)備，將粉體分離出來(lái)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(jìn)行安裝和調(diào)試，以確保多個(gè)噴嘴噴出的高速氣流在設(shè)計(jì)的匯交點(diǎn)處交匯。這樣才能保證氣流磨正常粉碎和分級(jí)。根據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量要求，調(diào)定分級(jí)輪的轉(zhuǎn)速、喂料量，即可投入試生產(chǎn)。檢驗(yàn)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(zhǎng)期運(yùn)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(gè)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(lái)狀態(tài)，發(fā)生偏斜，導(dǎo)致匯交點(diǎn)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?？赡鼙划惓５钠睔饬鳑_擊出粉碎區(qū)至磨壁折射，意外地打進(jìn)分級(jí)輪內(nèi)混入產(chǎn)品中（相當(dāng)于向正常運(yùn)行的分級(jí)輪打入一個(gè)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(shí)，也容易在產(chǎn)品中出現(xiàn)大顆粒，這是由于沒(méi)有調(diào)整鼓風(fēng)機(jī)，抽力過(guò)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(jī)的負(fù)載相對(duì)也發(fā)生了變化，必須進(jìn)行調(diào)整，確保磨腔壓力穩(wěn)定在一個(gè)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(chǎng)和壓力，物料就不能正常粉碎。鼓風(fēng)機(jī)的抽力破壞了分級(jí)輪產(chǎn)生的旋流流場(chǎng)的平衡（穩(wěn)定）。將發(fā)生不能按離心力、粘滯力平衡原理進(jìn)行分級(jí)，而是被鼓風(fēng)機(jī)強(qiáng)行吸入分級(jí)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(guò)輕或過(guò)重都會(huì)出現(xiàn)分級(jí)困難的問(wèn)題。理論上講，在相同分級(jí)輪轉(zhuǎn)速下，密度越大的物料，獲得分級(jí)粒徑越小。但是，分級(jí)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(jí)粒徑的大小。從F、R的計(jì)算公式看出，當(dāng)密度ρ達(dá)到一定值以后，粒度再細(xì)也會(huì)出現(xiàn)F大于R，造成分級(jí)論分不出產(chǎn)品的現(xiàn)象。同樣密度ρ過(guò)輕，顆粒再粗也會(huì)出現(xiàn)R大于F，大顆粒自然隨著氣流通過(guò)分級(jí)輪而到產(chǎn)品中，造成很難分級(jí)。上述兩種現(xiàn)象都已被氣流粉碎的實(shí)踐所證明。更進(jìn)一步理解，對(duì)應(yīng)一定密度ρ范圍，在氣流粉碎中可能分級(jí)的粒度也是有一定范圍的，并非想要多細(xì)就能達(dá)到多細(xì)。這里還存在一個(gè)經(jīng)濟(jì)粒度和極限粒度問(wèn)題。

3.3 操作上喂料不均勻或喂料過(guò)多

喂料不均勻或喂料過(guò)多造成對(duì)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(chǎng)，流場(chǎng)失去原來(lái)平衡狀態(tài)，使得物料不能正常粉碎，異常顆粒增多，就會(huì)使產(chǎn)品出現(xiàn)異常大顆粒。

3.4 設(shè)備的磨損

由于長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，分級(jí)輪的電機(jī)軸承磨損，軸承間隙增大，致使分級(jí)輪產(chǎn)生了軸向竄動(dòng)，造成分級(jí)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(guò)分級(jí)輪的分級(jí)，從此增大的間隙進(jìn)入產(chǎn)品中，造成出現(xiàn)異常大顆粒。

4．針對(duì)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(jī)床，工作久了，加工精度達(dá)不到要求的現(xiàn)象一樣，需要進(jìn)行維修保養(yǎng)。維修前，要進(jìn)行分析，是什么原因造成的，再采取相應(yīng)措施進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，使設(shè)備恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

    對(duì)氣流粉碎設(shè)備也一樣，一般要采取如下措施進(jìn)行：

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

    首先要排除環(huán)境污染、檢測(cè)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(xì)粒產(chǎn)品等。

    檢查氣流磨運(yùn)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(jī)氣量是否匹配？除塵氣的反吹清灰壓力、吹氣時(shí)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(shí)進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，系統(tǒng)達(dá)到了穩(wěn)定平衡狀態(tài)，就會(huì)恢復(fù)正常工作，這也是運(yùn)行中的日常維護(hù)范圍。

    排除了上述諸因素，就要考慮停機(jī)檢查！

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

    a) 檢查分級(jí)輪。磨損嚴(yán)重，應(yīng)更換分級(jí)輪。

    b) 檢查分級(jí)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(jí)輪有軸向竄動(dòng)，應(yīng)考慮分級(jí)輪的電機(jī)軸承磨損，更換電機(jī)中的軸承。

    c) 再檢查各個(gè)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(shí)保證與中心對(duì)稱。

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

出現(xiàn)異常大顆粒問(wèn)題，根本原因是磨腔內(nèi)流場(chǎng)狀態(tài)發(fā)生了變化，失去了原來(lái)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(yàn)應(yīng)在氣流磨系統(tǒng)穩(wěn)定一段時(shí)間（一般20分鐘）后進(jìn)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(shuō)明，任何一種物料，對(duì)氣流粉碎都有一個(gè)粉碎極限粒徑。超過(guò)了這個(gè)極限粒徑，再提高分級(jí)論輪轉(zhuǎn)速，不僅不會(huì)使粒度變細(xì)，反而會(huì)出現(xiàn)過(guò)粉碎現(xiàn)象，細(xì)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(jī)加工，都有一個(gè)相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)粒度。即加工同一粒徑用什么磨機(jī)最經(jīng)濟(jì)。或用同一磨機(jī)投什么細(xì)度的物料，加工出什么樣粒度的產(chǎn)品最經(jīng)濟(jì)，這一點(diǎn)對(duì)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(guò)加工的增益值及運(yùn)行成本統(tǒng)一考慮，選用最經(jīng)濟(jì)的加工設(shè)備，才能創(chuàng)造預(yù)想的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。