在粉體加工領(lǐng)域，分級技術(shù)是無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域中粉體的主要深加工技術(shù)之一，對實現(xiàn)粉體精細(xì)化至關(guān)重要。隨著現(xiàn)代工業(yè)對微米級粉體粒度控制要求的提高，如何高效、節(jié)能地生產(chǎn)出粒度均勻的超細(xì)粉體成為行業(yè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

1、分級原理與分類

·廣義上的分級：利用物料顆粒的物理特性(如粒徑大小、形狀、密度、磁性和放射性等) 差異，將不同特征的物料顆粒按照生產(chǎn)要求進(jìn)行分離。分級方式一般為通過篩網(wǎng)篩分，但篩分適用于50μm以上顆粒，且存在設(shè)備占地大、易導(dǎo)致二次粉碎等問題。

·狹義上的分級：利用不同粒徑大小的顆粒在流體介質(zhì)所受到的合力不同，從而使顆粒產(chǎn)生不同的運動軌跡，實現(xiàn)分級的操作過程。

按介質(zhì)的性質(zhì)分類，粉體分級有干法分級（介質(zhì)為空氣）和濕法分級（介質(zhì)為水或其他液體）兩種。濕法分級所用流體介質(zhì)為水，故分級后需要對物料顆粒進(jìn)行脫水、干燥等后處理工作，且耗水量大、能耗高，因此干法分級（氣流分級）在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用領(lǐng)域更廣。

2、分級設(shè)備

氣流分級機(jī)按照其內(nèi)部是否具有轉(zhuǎn)動部件可分為兩類：靜態(tài)氣流分級機(jī)、動態(tài)氣流分級機(jī)。

（1）靜態(tài)氣流分級機(jī)

結(jié)構(gòu)相對簡單，便于維護(hù)，但分級精度不高，調(diào)節(jié)粒徑手段也較少。根據(jù)作用在物料顆粒上力的不同，可分為重力式分級機(jī)和離心式分級機(jī)。

①重力式分級機(jī)

重力式分級的原理是根據(jù)不同粒徑的顆粒所受重力和沉降速度不同，以及顆粒和流體之間的相互作用進(jìn)行分級。根據(jù)流體流動方向和作用力場的不同，重力式分級又可分為垂直流型和水平流型。

垂直流型重力式分級機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 水平流型重力式分級機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

重力式分級機(jī)是最早出現(xiàn)的分級機(jī)，現(xiàn)已用于各個領(lǐng)域，隨著精細(xì)工業(yè)、粉體技術(shù)的發(fā)展，重力式分級機(jī)的分級效率和分級精度是其發(fā)展的短板。但可通過多級分離提高分級效率，因此目前研究熱點多集中在鋸齒狀分級機(jī)上；另外也可以將垂直流型與水平流型耦合進(jìn)行分級，從而改善內(nèi)部流場。

由于重力式分級機(jī)具有壓降小、散熱性好以及處理量大等優(yōu)點，因此可用于較大顆粒物料的前處理和不要求精細(xì)分級的物料。

鋸齒形分級機(jī)結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)

②離心式分級機(jī)

離心式分級中，粗、細(xì)顆粒在氣流曳力和離心力的作用下向不同方向運動而分離。離心式靜態(tài)分級機(jī)一般是利用切向入口產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)氣流或?qū)эL(fēng)葉片等，帶動顆粒做回轉(zhuǎn)運動，因此該分級機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低和便于維護(hù)等優(yōu)點。

相較于重力式分級機(jī)，離心式分級機(jī)的分級效率和分級精度有很大的提高，目前在工業(yè)上應(yīng)用比較廣泛。

目前離心式分級機(jī)研究大多關(guān)注旋風(fēng)分離器的進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)和增設(shè)進(jìn)風(fēng)口，而對離心式分級機(jī)內(nèi)顆粒碰撞、團(tuán)聚等現(xiàn)象的機(jī)理研究較少，可借助CFD-DEM等手段對顆粒之間的相互關(guān)系進(jìn)行分析，進(jìn)一步揭示分級機(jī)理。

旋風(fēng)式分級機(jī)的改進(jìn)

（2）動態(tài)氣流分級機(jī)

動態(tài)氣流分級機(jī)因其內(nèi)部具有轉(zhuǎn)動部件，相比于靜態(tài)氣流分級機(jī)分級效率和分級精度都得到很大的提升，是目前主流的分級設(shè)備。

內(nèi)部具有轉(zhuǎn)動部件，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，運行成本和能耗都比較高，但分級效率更高，可調(diào)控的操作參數(shù)也較多，更適用于精密分級。根據(jù)轉(zhuǎn)籠安裝方式的不同，可將渦流氣流分級機(jī)分為立式渦流分級機(jī)和臥式渦流分級機(jī)。

動態(tài)分級機(jī)的分類及性能

立式和臥式分級機(jī)因轉(zhuǎn)籠安裝方式不同，分級性能也有較大差異：

·在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，臥式分級機(jī)的轉(zhuǎn)籠為懸臂梁支撐，因此相應(yīng)主軸和軸承尺寸偏大，但立式分級機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高；

·在分級效率方面，立式分級機(jī)無論采取哪種進(jìn)料方式，都能確保進(jìn)料點在轉(zhuǎn)籠周向的 90%以上的范圍進(jìn)行分級，而臥式分級機(jī)只能從單側(cè)進(jìn)風(fēng)，至少1/4 區(qū)域不參與分級；

·在分級精度方面，立式分級機(jī)可以四周進(jìn)風(fēng)，流場較穩(wěn)定，分級產(chǎn)品粒徑均齊，而臥式分級機(jī)轉(zhuǎn)籠底部風(fēng)速大于轉(zhuǎn)籠頂部和側(cè)面風(fēng)速，分級粒徑范圍變寬，容易跑粗；

·在設(shè)備壓損方面，立式分級機(jī)氣流會經(jīng)歷多次轉(zhuǎn)向，因此壓力損失偏高，而臥式分級機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)構(gòu)件較少，故壓力損失偏低。

動態(tài)分級機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

結(jié)語

從簡單重力分級到精密渦流分離，氣流分級技術(shù)已成為推動粉體工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵引擎。隨著對顆粒行為和流場規(guī)律的認(rèn)知不斷深入，以及跨學(xué)科技術(shù)的融合應(yīng)用，未來的氣流分級設(shè)備必將更加智能、高效，為新材料、新能源等戰(zhàn)略新興領(lǐng)域提供更強(qiáng)大的粉體加工解決方案。

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粉體圈七七