亚微米粉体干式分级技术难点及解决方案
2020-12-18 17:42:15
一、原理
干式微粉分级机，大都是采用离心法和射流法实现不同粒度的微粉分级。离心法就是利用高速旋转的分级叶轮，在分级叶轮缘处形成了强大的离心场，大尺寸微粉因为离心力更大被甩出，小尺寸微粉颗粒因为离心力较小，被风力“压入”分级叶轮，经过管道导入收集室收集。本文所讨论的EPL亚微米分级机，采用了离心法。
二、给料和多次打散
容重比较重和形状更接近球形颗粒的微粉，在分级桶内的流场中后容易“下沉”；容重比较轻和形状更不规则的微粉，在分级桶内的流场中容易“上浮”。因此，要达到期望的粒度，除了分级机转速和风机转速的有效配合，给料口针对不同的微粉设置有不同的给料导向槽，促使微粉在分级桶内的流场内更均匀地多次参与分级。
亚微米尺寸的粉体的比表面积更大，微粉的表面能增高后，静电和范德华力等使得微粉更容易团聚，因此在分级过程中需要多次打散和分级。
市场上接近亚微米尺寸的分级机，大都是采用中部风力送料+二次进风的方法（增大打散机会和多次分级）。通过观察我们发现，在分级叶轮高速旋转的离心场下，中部送料+二次进风造成了分级机中部的强烈湍流，很多细粉在湍流的裹挟下来不及上升到分级叶轮就被留在了分级机底部的粗粉中，同时也增大了粉尘密度，使得一次分利率降低，分级叶轮和二次进风功耗增大。
针对以上问题，为了使得分级机内的流场更容易控制，EPL亚微米分级机设计了双桶结构，给料位置位于内外桶之间，微粉被螺旋给料机送入分级桶内在离心和风力作用下被初步打散。分级桶内还增设了分风伞，分风伞将分级叶轮附近的层流区与分级桶下部的湍流区隔离开，大尺寸的微粉在离心力作用下依照旋风收集的原理直接沉入下部粗粉收集桶内，小尺寸微粉在分级桶与分风伞之间能够多次单向循环和打散直至分离，不仅提高了分级效率，也提高了一次分离率。
三、粗粉自旋风收集
如果采用中部给料和二次进风，分级机中部强烈的湍流不仅不利于细粉的上升，更容易造成桶内粉尘密度过大，不利于分离。为了控制分级桶内微粉密度，耐驰等公司采用了自动称重装置，增大了设备加工和控制难度。
EPL亚微米分级机粗粉收集桶比照旋风收集器设计，在微粉进入桶内第一次分级后，大部分粗粉就会被自动收集到分级机底部锥形桶内，双桶结构+分风伞可以防止大颗粒被再次带起，同时又允许小尺寸微粉再次上升回到分级桶上部参与多次分级。与其他分级机比较，只需普通中压风机一次给风，不需二次进风。
四、分级叶轮形状及大颗粒带入问题
市场上各种分级机使用的分级叶轮，大致可以分为以下两类：
因为分级叶轮上缘靠近密封壁，分级叶轮在高速旋转过程中，旋转的上缘与静止的密封壁间形成的“附壁效应”，会造成大尺寸微粉的“吸入”。为了解决这个问题，一部分厂家采用在分级叶轮上端面吹压缩空气的方法（A–普通分级叶轮）；一部分厂家采用了在分级叶轮上缘加飞边的设计（B–上缘加飞边的分级叶轮），因为在同样转速下，加大的飞边处离心力更大，用于阻止大颗粒的吸入。
以上两种方法，都会在分级叶轮端面处造成“涡流”，不仅不能完全克服大颗粒的“吸入”，而且还造成分级效率降低和能耗增大。
EPL分级机自住设计的的分级叶轮更像普通分级叶轮的改进，独特的设计使得分级叶轮周边完全实现了“层流流场”，分级叶轮端面既不需要压缩空气，也不需要加飞边，消除了大颗粒带入，分级粒度窄，分离效率高，功耗小。
五、轴头正压喷粉
分级桶内的微正压，以及采用不同的收集方式时的“憋风”现象，都会造成轴头喷粉，部分厂家采用轴端吹入压缩空气的方法防止喷粉，部分厂家采用气密轴承防止喷粉，气密轴承不仅造价高，国内加工能力有限，更因为硬质微粉的磨损问题不适合用在分级机上。经过多种方案测试，我们设计了轴头环吹装置，从风机直接引风至轴头，完全避免了轴头喷粉问题，与气密轴承比造价低，也不需要消耗压缩空气。
附：铁硅铝粉分级后粒度曲线
备注：以上粒度为委托第三方测试。
目前已经为客户测试过碳化硅、硅微粉、铁硅铝粉、碳粉、石墨粉、改性淀粉、色粉等多种微粉。
深圳易普兰科技供稿