产品中出现异常大颗粒现象的分析

产品中出现异常大颗粒现象的分析

栾祖英

（沈阳飞机研究所粉体公司 110035）

摘要  本文对气流粉碎的产品中出现异常大颗粒现象，从粉碎机理和分级机理出

      发，分析其产生的可能原因，并指出解决该问题的相应技术措施。

关键字  异常大颗粒  气流粉碎  分级粒径

1．前言

 气流粉碎的产品具有粒度调整方便，颗粒细，粒度分布范围狭

窄，颗粒形状稳定，产品纯度高，活性大，分散性好等一系列特点。在现代超细粉碎加工工业中占有重要地位，应用范围越来越广。特别在燃料、农药、化妆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、磨料等行业中，产品的质量要求严格，决不允许在产品中出现异常大颗粒。但是在生产实践中却会发现产品中有异常大颗粒现象。这是气流粉碎中不可避免的现象，如同机床出现加工精度达不到要求，需要维修一样。针对出现的问题，要有一个明析的认识，正确分析其产生的原因，采取相应措施，使设备恢复正常运行。但是若不采取对症下药的措施，将会导致不能生产出合格产品。

             出料筒          

              分级轮

              进料管

             供气环管          

               喷嘴                                                       

                                                      流化床式逆向对喷气流磨                                        

为了能找到产品中出现异常大颗粒现象的原因，必须对其粉碎机理和分级机理有较深刻的认识。下面以流化床式逆向对喷式气流磨为例进行分析，其基本结构如上页图所示。

2．粉碎机理和分级机理

2.1 粉碎机理

高速气流是通过安装气流磨体周边的超音速喷嘴将压缩空气（一般0.6～0.7MPa)或者高压热气流(300～400℃ 0.7～20MPa)喷出后迅速膨胀产生的。由于喷嘴出口附近速度梯度很高，逆向对喷出的高速气流的交汇形成一个低压高速区，在压差作用下，磨内粉体颗粒沸腾起来，呈流态化涌向这个低压高速区（粉碎区）的气流中，形成气固一体化流场，粉体颗粒被加速，颗粒之间受到来自各个方向（三维流）激烈地冲击、剪切、扭转、碰撞，使得进入该区的绝大多数颗粒被粉碎。

2.2 分级机理

被粉碎的粉体随着上升气流一起进入分级区，由卧式分级轮的高速旋转和鼓风机的抽气共同作用，产生螺旋气流。粉体颗粒（假设为球形，直径为d）随着气流沿着一个阿基米德螺线轨迹进入分级轮内。粉体颗粒在运动中同时受到使其向外侧运动的离心力F和使其向中心运动的气体粘滞力R的作用，其表达式为：

       F=                               （1）

       R= 3πdμU_r                           （2）

其中：d - 颗粒直径              ρ-颗粒的密度

      U_t -颗粒的圆周方向分速度

      U_r  -颗粒的径向分速度

       μ-空气的粘滞系数

       r -颗粒距旋转中心的距离

当离心力F等于气体粘滞力R时，可以求出临界分级粒径dpc

        dpc=  18μU_r r                        （3）

               ρU_t²

当颗粒直径d大于dpc时，离心力F大于气体粘滞力R，颗粒被抛出，在重力作用下返回研磨腔，继续粉碎。当颗粒直径d小于dpc时，气体粘滞力R大于离心力F，颗粒被吸入分级轮内，经出料筒送至气固分离设备，将粉体分离出来即是产品。

3. 产品中出现异常大颗粒原因分析

3.1 喷嘴喷出的气流失去原有正常状态

投入正式生产之前，进行安装和调试，以确保多个喷嘴喷出的高速气流在设计的汇交点处交汇。这样才能保证气流磨正常粉碎和分级。根据产品的质量要求，调定分级轮的转速、喂料量，即可投入试生产。检验产品的粒度、产量是否满足要求，根据情况再次调整相关参数，即可投入正式生产。

但是，由于长期运行，环境、温度、湿度的变化，压缩空气中的水、油等杂质腐蚀管壁、生锈及其它原因，可能出现某个喷嘴喉部被堵，气流受阻，使喷嘴喷出的高速气流失去了原来状态，发生偏斜，导致汇交点发生偏移，干扰、破坏低压高速区（粉碎区）的状态，使得粉碎效果变差，出现较多异常大颗粒。这些大颗粒可能被异常的偏斜气流冲击出粉碎区至磨壁折射，意外地打进分级轮内混入产品中（相当于向正常运行的分级轮打入一个意外飞弹），出现异常大颗粒。

3.2 物料的密度

更换加工密度较轻的物料时，也容易在产品中出现大颗粒，这是由于没有调整鼓风机，抽力过大造成的。

其原因可以考虑由于密度的改变（变轻）、空气中含粉浓度等变化，鼓风机的负载相对也发生了变化，必须进行调整，确保磨腔压力稳定在一个合适的条件下，才能正常生产。否则，破坏了磨腔内正常流场和压力，物料就不能正常粉碎。鼓风机的抽力破坏了分级轮产生的旋流流场的平衡（稳定）。将发生不能按离心力、粘滞力平衡原理进行分级，而是被鼓风机强行吸入分级轮内，混入产品中，出现异常大颗粒。

    顺便提示一下，气流磨适应物料的密度也是有一定范围的。密度过轻或过重都会出现分级困难的问题。理论上讲，在相同分级轮转速下，密度越大的物料，获得分级粒径越小。但是，分级原理是根据离心力F和气体粘滞力R平衡原理决定分级粒径的大小。从F、R的计算公式看出，当密度ρ达到一定值以后，粒度再细也会出现F大于R，造成分级论分不出产品的现象。同样密度ρ过轻，颗粒再粗也会出现R大于F，大颗粒自然随着气流通过分级轮而到产品中，造成很难分级。上述两种现象都已被气流粉碎的实践所证明。更进一步理解，对应一定密度ρ范围，在气流粉碎中可能分级的粒度也是有一定范围的，并非想要多细就能达到多细。这里还存在一个经济粒度和极限粒度问题。

3.3 操作上喂料不均匀或喂料过多

喂料不均匀或喂料过多造成对喷嘴喷出的高速气流的干扰不能正常交汇，改变了正常的粉碎区流场，流场失去原来平衡状态，使得物料不能正常粉碎，异常颗粒增多，就会使产品出现异常大颗粒。

3.4 设备的磨损

由于长期运转，分级轮的电机轴承磨损，轴承间隙增大，致使分级轮产生了轴向窜动，造成分级轮与出料筒的端面间隙变大。或者该处的气封压力不足，都可以使大颗粒绕过分级轮的分级，从此增大的间隙进入产品中，造成出现异常大颗粒。

4．针对出现异常大颗粒，应当采取的相应措施

综上所述，气流粉碎的产品中出现异常大颗粒是不可以避免的现

象。如同机床，工作久了，加工精度达不到要求的现象一样，需要进行维修保养。维修前，要进行分析，是什么原因造成的，再采取相应措施进行维护保养，使设备恢复正常工作状态。

    对气流粉碎设备也一样，一般要采取如下措施进行：

    气流磨运行中，注意观察各技术参数变化，加强对产品粒度的监测，发现产品中出现异常大颗粒，要及时分析，采取相应措施。

    首先要排除环境污染、检测的误操作的可能性。排除工艺造成的污染，如先加工粗粒产品，又接着加工细粒产品等。

    检查气流磨运行中的各种技术参数，研磨气压力是否正常和稳定？气封压力、磨腔压力是否正常？鼓风机气量是否匹配？除尘气的反吹清灰压力、吹气时间及间隔是否合理？喂料是否均匀？喂料量是否合适？这些技术参数出现不正常，只要及时进行调整，经过一段时间，系统达到了稳定平衡状态，就会恢复正常工作，这也是运行中的日常维护范围。

    排除了上述诸因素，就要考虑停机检查！

    首先看磨内料位是否合适。如果料位过高，取出部分原料至合适位置。再运行，若还有异常大颗粒现象，就要进行如下检查：

    a) 检查分级轮。磨损严重，应更换分级轮。

    b) 检查分级轮与出料筒的端面间隙是否变大，并分析其原因。如果发现分级轮有轴向窜动，应考虑分级轮的电机轴承磨损，更换电机中的轴承。

    c) 再检查各个喷嘴喉部是否磨损？如果磨损应更换喷嘴。如果喷嘴喉部有异物堵塞，应清理喷嘴座及供气管道，将锈及杂物清理彻底。安装喷嘴时保证与中心对称。

上述诸因素都要进行彻底维护，再重新恢复至原来状态，产品出现大颗粒问题就可以解决。

出现异常大颗粒问题，根本原因是磨腔内流场状态发生了变化，失去了原来系统的稳定状态。因此，建议气流粉碎的产品粒度检验应在气流磨系统稳定一段时间（一般20分钟）后进行。在不稳定状态下的产品出现大颗粒是正常现象，应当把这部分产品排除合格产品之外。

附带说明，任何一种物料，对气流粉碎都有一个粉碎极限粒径。超过了这个极限粒径，再提高分级论轮转速，不仅不会使粒度变细，反而会出现过粉碎现象，细的微粒产生聚集，出现粒度变粗的现象。因此，气流粉碎的粒径一般控制在1～10μm之间。

任何一种物料，用什么样磨机加工，都有一个相应的经济粒度。即加工同一粒径用什么磨机最经济。或用同一磨机投什么细度的物料，加工出什么样粒度的产品最经济，这一点对用户很重要。根据产品的综合性质，产品粒度、产量、经过加工的增益值及运行成本统一考虑，选用最经济的加工设备，才能创造预想的经济价值。