? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【沈陽佳美機械制造有限公司】

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關(guān)鍵詞：分級效率，分級精度，分級機

摘要：隨著粉體技術(shù)的不斷發(fā)展，分級機的應(yīng)用范圍越來越分級機的應(yīng)用范圍越來越廣泛，越來越普遍，現(xiàn)在市場上的分級機的品種很多，分級質(zhì)量水平相差也很大，以什么標(biāo)準(zhǔn)來衡量分級機的性能好壞至關(guān)重要評估分級性能的優(yōu)劣一般以分級效率、分級精度來表達(dá)，但現(xiàn)在的分級效率和分級精度的定義，在實際應(yīng)用當(dāng)中還有一些不便。本文通過對本人所能收集到的分級效率、分級精度等的定義，這些評估分級性能的優(yōu)劣一般定義的分析，提出一點個人觀點，對如何評價分級機的性能提出一些建議，僅供參考。

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1.?????分級概念

對任意一組顆粒進(jìn)行分級，在粗粒部分未混入小于d?0的顆粒，同時在細(xì)粉中未混入大于d0的顆粒，稱為理想的分級。此時的分級效率為100%，實際的分級機很難做到。分級效率是評價分級性能好壞的一個重要指標(biāo)，還有一個指標(biāo)就是分級精度，下面是我所能查到的關(guān)于分級性能指標(biāo)的幾種定義，然后再分析用其來評價分級機性能時存在的問題。

1.?????1部分級效率

1-1圖中a是粉末原料的粒度分布曲線，曲線b是粗粉部分粒度分布曲線。Wa為粒度d和粒度d+△d之間的原料重量，同區(qū)間的粗粉的重量為Wb?，則η= Wb/Wa為部分分級效率，又叫區(qū)間回收率。1-2圖中按相同顆粒粒度區(qū)間Wb/Wa的值所得的曲線C，叫做部分分級效率曲線，部分分級效率曲線直觀地反映了分級程度。

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???????????????????????

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1.2牛頓分級效率

l??牛頓分級效率1：出自《粉體加工技術(shù)》 盧壽慈 中國輕工業(yè)出版社

將某一粉體用分級機一分為二，分為粗細(xì)兩部分，大粒部分為粗粒級，小粒部分為細(xì)粒級，牛頓分級效率的綜合表達(dá)式為：

??? 設(shè)mF代表原料量，mA為粗粒級量,mb為細(xì)粒級量，wa為原料中實有的粗粒級比率（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）wb為粗粒級中實有的粗粒比率，wc為細(xì)粒級部分中實有的粗粒比率，上式可寫為：

η=mAwb/mFwa?+mb(1-wc)/ mF(1-wa)-1=ηA+ηB-1? ---1-2

根據(jù)物料平衡mF=mA?+mb???mFwa?= mAwb+mbwc??

?η=(wb-wa)( wa?-wc)/? wa?(1 -wa?)(wb-wc) ????-------1-3

?

l??牛頓分級效率2：李鳳生《超細(xì)粉體技術(shù)》國防工業(yè)出版社。

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ηN=細(xì)粒中實有的粗粒量/原料中實有的粗粒量-粗粒中實有的細(xì)粒量/原料中實有的細(xì)粒量?? -------1-4

設(shè)Q代表被分級的原料總量；Q1代表原料中粗粒量；Q2代表原料中細(xì)粒量。m、n、p分別代表原料、粗粒級部分和細(xì)粒級部分中實有的粗粒級物料的百分含量，則有

Q=Q1+Q2???-----------------1-5

?Q* ｍ = Q1*n +Q2*p -------1-6

將上式代入牛頓分級效率的公式并整理得?

ηN=[(m-p)(n-m)]/[m(1-m)(n-p)]?? -------1-7

1.3理查德分級效率

ηR=粗粒產(chǎn)物中的粗粒回收率x細(xì)粒產(chǎn)物中的細(xì)粒回收率=（粗粒產(chǎn)物中的粗粒量/原料中的粗粒量）*（細(xì)粒產(chǎn)物中的細(xì)粒量/原料中的細(xì)粒量） -----1-8? 李鳳生《超細(xì)粉體技術(shù)》國防工業(yè)出版社。

1．4回收率（蓋國勝 超細(xì)粉碎分級技術(shù)）

????? 在計算牛頓分級效率時，也有實際意義，多用于現(xiàn)場管理：

回收率

?-------1-9

1．5分級粒徑

目前有三種表示方法?? （盧壽慈）

（a）????????d50 表示部分分級效率為50%時的顆粒直徑

（b）???????da表示錯位料量，在橫坐標(biāo)上取da時的面積Ⅰ和Ⅱ相等，這時的da即為分級粒徑。

（c）????????dp?用某一孔徑的篩子篩分其粗粉的篩下物與細(xì)粉的篩上物相等時，這時的篩孔尺寸即為分級粒徑。

（d）???????一般以d50作為分級粒徑

?

1．6分級精度

（1）分級精度最常用的是根據(jù)部分分級效率曲線中，分級效率為25%時的粒徑d25與分級效率為75%時的粒徑d75的比值。K= d25?/d75?? -------1-10

（2）或者K=d75?/d25??--------1-11

理想時K=1，K=1.4至2之間時分級狀態(tài)良好，K〈1.4時分級狀態(tài)很好。

1．7規(guī)范化粒級效率曲線切割粒徑點的斜率

??? ? 規(guī)范化粒級效率曲線切割粒徑點的斜率也經(jīng)常用來評價分級效率與分級精度，其表達(dá)式為：

（dη*Dp/dD*p）D*p?–1?????? 式中Dp為顆粒直徑

D*p?=Dp/d50 ----規(guī)范化粒徑

ηDp?---Dp?粒徑粒級效率；

η*Dp=η* Dp/d50-----規(guī)范化粒徑粒級效率。規(guī)范化粒徑粒級效率曲線如圖所示

?

2.??渦輪氣流分級機的分級原理和分級粒徑

2．1渦輪分級機流場分布模型

建立R-S直角坐標(biāo)系，在葉片通道中取一流體微元

質(zhì)量

,根據(jù)歐拉方程

取力在徑向的平衡

?

?

對s求導(dǎo)得

取力在切向的平衡

整理得

比較1和2式得

取R-S坐標(biāo)原點s=0,這時s的變化范圍為

到

，設(shè)QV為通過渦輪的體積流量，徑向的平均氣流速度

徑向氣流的速度為

考慮葉片厚度時

?

v----為徑向速度

ω-----為渦輪角速度

----為絕對加速度

-----為相對加速度

2ων----為哥氏慣性加速度

?p----壓力梯度

r0-----渦輪半徑

h------渦輪長度

z------葉片數(shù)目

δ------葉片厚度

μ------流體黏度

Qv------風(fēng)量

d-----顆粒粒徑

ρ-------顆粒密度

2．2分級粒徑

如圖所示為渦輪式氣流分級機分級原理示意圖 （李鳳生）

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?????????????????????????? 2-1分級原理示意圖

圖中圓形表示分級機葉輪的截面，虛線表示氣流，P表示葉輪表面上的某一點，? 葉輪半徑r0?，顆粒粒徑d ，ρ密度。顆粒在Ｐ點受兩個相反的作用力R、F，R為氣流阻力，F(xiàn)為離心力

當(dāng)F>R時，顆粒的離心力大于空氣阻力，顆粒飛離葉輪成為粗顆粒排出分級機體，當(dāng)F<R時，離心力小于空氣阻力，顆粒隨氣流進(jìn)入分級輪成為細(xì)顆粒排出分級機。當(dāng)F=R時，理論上顆粒將沿著半徑為r的軌道不停的旋轉(zhuǎn)，此時的顆粒粒徑稱為分級粒徑：

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2.3分級粒徑與分級銳度計算

將流場速度公式2-11代入2-14得

S為一變量，其值在0至

之間。由式2-15可知，因為徑向速度分布不均勻，導(dǎo)致分級粒徑也在一定范圍內(nèi)變化，這一變化造成粗粒部分和細(xì)粒部分互有重疊，上限為d100下限為d0?，大于d100的顆粒都在粗粒產(chǎn)品中，小于d0的顆粒都在細(xì)粒產(chǎn)品中。

dt----分級粒徑

ρ0-----氣流密度Kg/m3

vt------分級輪圓周速度m/s

對于非球形顆粒引入形狀修正系數(shù)Ps得

?

2．4相對分級銳度

重疊區(qū)域d0?至d100的范圍越小，分級效果越好，分級精度也越高。

相對分級銳度值越小，分級精度越高，反之分級精度則越低。

將式7、8、9代入整理得相對分級精度

此式表明分級銳度與分級時的風(fēng)量、轉(zhuǎn)速及渦輪結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。風(fēng)量減小，分級粒徑減小，分級精度降低；渦輪轉(zhuǎn)速增加，分級粒徑減小，分級精度降低；渦輪結(jié)構(gòu)參數(shù)隊分級精度的影響，要增加分級精度，就要減小渦輪半徑及長度，增加葉片數(shù)目，減小葉片厚度。

3.對分級效果的評價指標(biāo)

3．1各種分級效率與分級精度表達(dá)方法的評價

??? 評價分級效果的優(yōu)劣由分級效率來衡量，理想分級是把顆粒在分級點徹底分開，即小于分級粒徑的顆粒不混雜在粗粒產(chǎn)品中，大于分級粒徑的顆粒不混雜在細(xì)粒產(chǎn)品中，這時的分級效率應(yīng)為100%，如果僅把原樣分成兩部分，每部分的粒度分布均與原樣完全相同，這樣稱之為分割，分割的分級效率為0% 。然而，實際分級是介于兩者之間，衡量分級效果優(yōu)劣的分級效率，要能定量確定分級的清晰程度，并能全面完整的評價真實分級效果。評價分級效率的方法大致有如下這些：（1）部分分級效率，部分分級效率是評價分級性能的最好的指標(biāo)，可直觀清晰的表明分級效果，但是部分分級效率難于得到定量值，只能用部分分級效率曲線或表格的方式表示，不能以口述的方式加以表述。在實際應(yīng)用中用起來不太方便。牛頓分級效率計算法，符和理想分級時效率為100%，分割時為0%。但是不論是定義一還是定義二，見公式1-3或1-7，其分級效率的值受物料的粒度分布影響，1-3中包含wa（原料中含粗粒級比率）、1-7中包含m（原料中含粗粒級比率），等與原料粒度分布有關(guān)的參數(shù)，也就是說不管怎樣分級，原料中的粗粒量和細(xì)粒量的多少影響著分級效率值的大小，例如，以1-3式為例，原料在粗粉含量較少的時候，一種情況分級后粗粉中含有50%的細(xì)?；蚋嗉?xì)顆粒，但粗粒沒有減少，計算式中第一項為1，但是因細(xì)顆粒的含量高，第二項分子分母的值都很大，損失一點并不影響計算結(jié)果，其值也接近1，這時的牛頓效率是很高的，但分級結(jié)果并不好，因粗粉中含有太多細(xì)粒；另一情況，分級后粗粉中的細(xì)粒很少，但粗粒略有損失，細(xì)粉中略有粗粒，此時分級效果應(yīng)該很好，但此時第一項可能要小得多，因第二項分子分母都很大，其數(shù)值變化不大，因此牛頓分級效率可能要比前一情況低得多，如果考核分級效果時，后一情況應(yīng)比前一情況好得多，牛頓分級效率反而偏低，這時牛頓分級效率不能很好的表達(dá)分級結(jié)果的好與壞。如以定義2的1-4式計算牛頓效率，存在同樣的問題。理查德計算法，理想分級時效率為100%，但分割時效率不為0%，且不是定值。規(guī)范化粒級效率曲線切割粒徑點的斜率只符合分割時效率0%，但不符合理想分級時效率為100%。為此有建議用粒級效率曲線切割粒徑點的斜率的正弦來評價分級效率：

sin[arctg[dη*Dp?/d D*p] D*p?–1]?????? 此式既符合理想分級時效率為100%,又符合分割時效率為0%，但是不容易讓人輕易理解其含義，使用也不方便?，F(xiàn)工程上最常用的是回收率，見1-9式?；厥章孰m然比較實用，缺點是在分割時回收率仍為50%，本人在實際工程應(yīng)用中，感覺到以粗細(xì)粉的粒度分布來評價分級效果的好壞非常有用且有效，因為分級后關(guān)注的是粗細(xì)粉分離的效果，粗粉和細(xì)粉的狀況決定了分級效果的好壞，原料中粗細(xì)粉的分布不應(yīng)決定分級效果的好壞，不看出身看結(jié)果，因為很多應(yīng)用場合考核的是分級后的產(chǎn)品，以粗粉或細(xì)粉的分布狀態(tài)來決定分級后的產(chǎn)品是成品還是廢品。

3．2以分級后的粗細(xì)粉粒度分布評價分級效率

???? 在實際工程應(yīng)用中，判斷分級好壞、考慮分級后的粗細(xì)粉的應(yīng)用，都是以分析分級后的粗粉和細(xì)粉的化驗報告或篩分或電鏡、顯微鏡等的檢驗結(jié)果來評價分級效果的，至于原料原來什么樣，只是考核如何能更好的滿足分級后的產(chǎn)品的一個因素。如圖曲線a為原料的粒度分布曲線，b為分級后的細(xì)粉粒度分布曲線，c為分級后粗粉的粒度分布曲線，d0粗粉中最細(xì)粒粒徑，d100細(xì)粉中粗最粒粒度徑，d為曲線b、

c相交處的粒徑，代表粗粉中的細(xì)顆粒分布頻率與細(xì)粉中的粗顆粒的分部頻率相同時的粒徑，判斷分級效果的好壞，主要看d0與d100之間b、c曲線所包圍的面積大小，面積大分級效果不好，面積小分級效果好，工程應(yīng)用中實際關(guān)心的也是這一部分面積的大小，對原料中有多少粗顆粒或細(xì)顆粒被分

出來并不是十分關(guān)心，關(guān)注的是結(jié)果而不是過程。如果以粗粉與細(xì)粉分布曲線的交點為分級粒徑d時，m代表細(xì)粉中所含粗粒的百分含量，n代表粗粉中細(xì)粒的百分含量，定義分級效率為：

η=[1 -（

）]x100%

=100%-(細(xì)粉中的粗粒百分比+粗粉中的細(xì)粒百分比)

=100%-(m+n)-------3-1

上式理想分級時為100%，分割時為0%。非常簡單明了，意義也比較明確，即為粗細(xì)粉中重疊部分所占的百分比，使用起來也很方便，直接反映的是分級結(jié)果，用化驗結(jié)果來計算即可。

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?如果考慮如圖3-2，雖然重疊部分的面積相同，但分級效果并不同時，可以把系數(shù)（d100-d0）/d加入，此系數(shù)反映的是粗粉與細(xì)粉相重疊的范圍，定義為分級精度

K=（d100-d0）/d ------------3-2

加入修正系數(shù)后2-21式變?yōu)椋?/span>

η=[1-(m+n)x（d100-d0）/d]x100%------3-3

式2-22從多方面反映了分級效果，以此式定義分級效率能?????????

比較客觀的反映出分級的好壞，式中的d也可以是d100，這樣也滿足理想分級時的效率為100%，分割時為0%。工程中常用到d97和d3，因此式2-21或2-22中的d100、d0也可以用d97、d3來代替。此時的效率表達(dá)式為：

η=[1-（n+b）(d97-d3)/d）]x100%-------3-4或

η=[1-（n+b）(d97-d3)/d97）]x100%------3-5

3-2、3-3式中的d也可以用d100代替。上面幾個公式都符合理想分級時100%，分割時為0%?，F(xiàn)在工程中普遍都用粒度測試儀來測試，考察分級效果也是以粒度分析來衡量，要考察的是粗粉中還含有多少細(xì)顆粒，或是細(xì)粉中含有多少粗顆粒。而對原料中的細(xì)顆?；蚴谴诸w粒被分出多少并不關(guān)心，因關(guān)注的對象不同得出的結(jié)果可能也不相同。3-1至3-5式直接以所關(guān)心的分級結(jié)果，來表達(dá)最終的分級效果。因此用起來很方便且直觀，比現(xiàn)在各資料中提到的分級效率表示法都要好一點。根據(jù)經(jīng)驗，各種粒度儀檢測結(jié)果都不一樣，可能對分級效率的評價不一致。但實際應(yīng)用中，不論如何都是要考核最后的粒度分布來確定分級好壞的。使用庫爾特電阻法粒度儀，與電鏡和顯微鏡檢測比較接近。以上純屬個人觀點。

4．分級機的性能考核

考核分級機的性能，不能簡單的用分級效率和分級精度考核，因為分級與篩分一樣，都是將粗粉和細(xì)粉分離。篩分效率及精度，受諸多因素影響。分級效率和分級精度也受許多因素影響，不能單單從分級效率和分級精度來評價分級機的好壞。常常遇到這樣的問題，你的分級機的效率是多少？這樣的問題不能簡單的給以回答。首先看看影響篩分效率的因素:

l??物料因素

（1）????物料堆積密度

（2）????粒度分布，細(xì)粉多處理量大，難篩料少（大于3/4而小于篩孔尺寸的顆粒），阻礙顆粒少，分級效率高。

（3）????含水量少，分級效率高。

l??篩分機械方面

（1）?????孔隙率

（2）?????篩孔形狀

（3）?????篩孔的均勻度

（4）?????振幅與頻率

（5）?????加料的均勻性

（6）?????料速與料層的厚度

對分級來說，物料方面的因素是一樣影響分級的。機械方面的因素，那就是分級機的性能指標(biāo)了?？紫堵?、篩孔形狀、篩孔的均勻度對應(yīng)分級機的結(jié)構(gòu)、形狀、流場分布等因素，參考式2-20；振幅與頻率對應(yīng)分級機的分散性能；加料的均勻性對應(yīng)喂料的均勻性；料速與料層的厚度對應(yīng)分級機的喂料速度。分級效率與分級精度，雖然可以反映出分級機的性能好壞，但是僅由此就判定分級機的性能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不行，因為分級效率和精度，除了與分級機本身的性能有關(guān)外，還與物料性質(zhì)、處理量（喂料速度）、分離半徑等因素有關(guān)，如同不能簡單的由篩分效率來確定篩分機的好壞一樣，不能單由分級效率和分級精度簡單的判定分級機的好壞，這一點常常沒有人注意，分級效率和分級精度評價的是分級結(jié)果，影響這一結(jié)果的因素不單是分級機本身。怎樣由物料最終的分級結(jié)果來判定分級機的性能呢？只有盡量減少其他因素的影響，使影響分級的因素只有或主要由分級機本身決定，才可以從最終結(jié)果判定分級機的性能，如用同樣的原料，同樣耗能的分級機，以同樣的喂料速度、同樣的分離粒徑來考核其分級精度、分級效率。粗略的考核時，可以考核其極限指標(biāo)，如對同一種物料進(jìn)行兩次分級，所有的分級參數(shù)不變。第一次分級后的粗粉，再投入到分級機中，全部分級完畢。兩次分出來的細(xì)粉重量比大于等于100時，此時的分級效率、分級精度、處理量對分級機而言很重要，因為這時對分級而言，基本上達(dá)到了其合適的處理量下的一個相對極限，在此狀態(tài)下再提高其分級效率，其處理量將受到較大的影響，這樣也可基本達(dá)到用一個通用的統(tǒng)一的試驗標(biāo)準(zhǔn)，來考核分級機的性能。因此這時的分級效率，可以作為考核分級機分級性能的一個重要指標(biāo)，以3-1至3-5式計算分級精度和分級效率，也會給使用者帶來極大的方便。限定條件后再由分級效率判定分級機的性能是有意義的，否則分級效率是不能說明分級機的性能的。對分級機而言，還有一個重要指標(biāo)就是能夠長期穩(wěn)定運行，小量的指標(biāo)好不能說明分級機長期性能指標(biāo)就好，實際應(yīng)用中有很多分級機的購買者，因為有小樣試驗合格后，就定下分級機，結(jié)果不能長期穩(wěn)定運行，因為不能穩(wěn)定而不能工業(yè)化生產(chǎn)，買回去的東西也就成為擺設(shè)或是廢鐵。