Какие факторы влияют на эффективность классификации в воздушной классификационной мельнице (ВКМ)?

В области современной обработки ультратонких порошков пневматическая классификационная мельница (ПЦМ) стала основополагающим оборудованием для многих отраслей промышленности. Она широко используется для обработки промышленных минералов (карбонат кальция, тальк, каолин), неметаллических минералов, катодных/анодных материалов литиевых батарей, пищевой и фармацевтической промышленности. Такая популярность обусловлена ее компактной, интегрированной конструкцией, сочетающей в себе функции измельчения и классификации.

Главное техническое преимущество воздушной классификационной мельницы (ВКМ) заключается в её внутренней эффективности. Измельчённый материал не нужно выгружать из машины. Вместо этого он мгновенно просеивается внутри камеры встроенным высокоскоростным классификационным колесом. Мелкодисперсный порошок, соответствующий требованиям к размеру частиц, отводится вытяжным вентилятором. При этом некачественный крупнозернистый порошок напрямую возвращается в зону измельчения для повторного помола. Таким образом, эффективность классификации является критически важным показателем. Она напрямую определяет производительность, энергопотребление и четкость гранулометрического состава конечного продукта.

Что именно определяет эффективность классификации на АСМ-мельнице в процессе реального производства? В этой статье представлен углубленный анализ по трем важнейшим параметрам: конструкция, параметры технологического процесса и физические характеристики материалов.

I. Основная структурная конструкция: «врожденные гены» эффективности классификации

Механическая структура Мельница воздушного классификатора (ACM) составляет основу его классификационной эффективности. После завершения формирования структуры определяется верхний предел эффективности.

Конструкция и геометрия лопастей классификационного колеса

Классификационное колесо — это «сердце» всей системы классификации. Когда материал попадает в зону классификации вместе с потоком воздуха, он сталкивается с двумя силами. Эти силы постоянно действуют между лопастями классификационного колеса. Первая — это центробежная сила Вторая причина — это аэродинамическое сопротивление, создаваемое вращением колеса, которое стремится отбрасывать частицы наружу. Вторая причина — это сила аэродинамического сопротивления, создаваемая вытяжным вентилятором, которая стремится затягивать частицы внутрь колеса.

• Количество и расстояние между лопастями: Конструкция с большим количеством лопастей и меньшим расстоянием между ними обеспечивает более равномерное поле потока. Это снижает вероятность «просачивания» крупных частиц. В результате достигается более точный размер среза.
• Состояние износа лезвия: При длительной обработке материалов высокой твердости (таких как кварц или силикат циркония) кромки лопастей сортировочного колеса неизбежно изнашиваются. После деформации лопастей из-за износа в потоке образуются локальные вихри. Это приводит к резкому снижению эффективности сортировки, и в готовом продукте начинают появляться крупные, нестандартные частицы.

Зазор между колесом классификатора и уплотнительным кольцом.

Это критически важная область, которая часто вызывает проблемы, но многие заводы её игнорируют. Между вращающейся верхней частью классификационного колеса и неподвижными компонентами корпуса должен быть зазор. Чтобы предотвратить попадание неклассифицированного крупного порошка непосредственно через этот зазор в готовый мелкодисперсный порошок, возникает явление, известное как «короткое замыкание потока». Для его предотвращения обычно используется лабиринтное или воздушное уплотнение. Если этот зазор становится слишком большим или если уплотнения изнашиваются, крупные частицы будут смешиваться непосредственно с готовым продуктом. Это приводит к мгновенному снижению эффективности классификации и чистоты продукта.

II. Рабочие параметры: Динамическое управление «Волшебными руками» классификации

При фиксированной конструкции оборудования инженеры регулируют рабочие параметры для переключения мельницы ACM между различными сортами продукции (например, D50 от 3 мкм до 45 мкм). Следующие четыре ключевых параметра совместно определяют динамический баланс классификации.

1. Скорость вращения классификационного колеса

Скорость вращения классификационного колеса является наиболее прямым и эффективным параметром для контроля тонкости помола продукта.

• Высокоскоростной: Центробежная сила пропорциональна квадрату скорости вращения. При увеличении скорости классификатора центробежная сила, действующая на частицы, возрастает экспоненциально. Только ультратонкий порошок может преодолеть такую огромную центробежную силу и попасть в колесо. В этих условиях размер частиц продукта становится мельче. Однако, если скорость слишком высока и не соответствует потоку воздуха, большое количество качественного тонкого порошка не попадет в колесо. Он будет вытеснен обратно в зону измельчения для «переизмельчения». Это снижает эффективность классификации и увеличивает энергопотребление системы.
• Низкая скорость: Сниженная центробежная сила позволяет более крупным частицам попадать в классификационное колесо, что приводит к получению более крупнозернистого продукта.

2. Поток воздуха и скорость газа в системе

Объем воздушного потока напрямую определяет силу сопротивления.

• Если скорость воздушного потока слишком высока, сила сопротивления, направленная внутрь, становится чрезмерной. Это приводит к тому, что крупные частицы, не соответствующие требуемому размеру, с силой затягиваются в готовый продукт. В результате снижается эффективность классификации и расширяется распределение частиц по размерам.
• Если скорость воздушного потока слишком низкая, силы сопротивления, направленной внутрь, недостаточно для удаления качественного мелкодисперсного порошка. В этом случае мелкие частицы застаиваются в зоне классификации и подвергаются вторичной агломерации. Или же они падают обратно в зону измельчения, вызывая переизмельчение. Это не только снижает эффективность классификации, но и приводит к быстрому повышению температуры внутри камеры мельницы ACM.

3. Скорость подачи и концентрация материала

Многие операторы увеличивают скорость подачи в погоне за большей производительностью, что часто приводит к обратному эффекту.

• Чрезмерная скорость подачи приводит к высокой концентрации частиц в зоне классификации.
• В такой плотной среде часто происходят столкновения и интерференция между частицами, что приводит к хаотичному процессу осаждения.
• Мелкие частицы могут попадать в классификатор вместе с крупными, в то время как крупные частицы задерживают мелкие, выталкивая их обратно в зону измельчения.
• Высокая концентрация серьезно нарушает стабильность поля потока, вызывая резкое падение эффективности классификации при возникновении перегрузки.

III. Физические характеристики материала: невидимая переменная

Одна и та же мельница для измельчения композитных материалов может демонстрировать совершенно разную эффективность классификации в зависимости от обрабатываемого материала. Обработка карбоната кальция может давать совершенно иные результаты по сравнению с обработкой лекарственных трав или материалов для литиевых батарей. Причина кроется в физических свойствах самого материала.

1. Форма частиц

В аэродинамических расчетах обычно предполагается, что частицы представляют собой идеальные сферы. Однако реальные материалы имеют различную форму:

• Сферические или правильные многогранные частицы: В этих областях действуют стабильные силы в потоке. Эта стабильность приводит к исключительно высокой эффективности классификации.
• Чешуйчатые или игольчатые частицы (например, тальк, слюда): Поскольку эти частицы поднимаются вместе с потоком воздуха, испытываемое ими аэродинамическое сопротивление сильно колеблется. Это происходит из-за постоянных изменений площади их соприкасающихся поверхностей. Например, крупная плоская чешуйка талька может быть затянута прямо в классификационное колесо, как воздушный змей. Это приводит к появлению «неправильных крупных частиц» в готовом продукте и серьезно нарушает точность классификации.

2. Адгезия материала и влажность

Проблемы возникают, если содержание влаги в материале превышает нормы. Аналогичные проблемы возникают, если материал естественным образом накапливает статическое электричество и легко прилипает, например, некоторые синтетические химические смолы или порошок матча.

• Мелкие частицы прочно прилипают к лопастям сортировочного колеса. Со временем они постепенно образуют корку. Это накопление изменяет геометрию лопастей и забивает сортировочные каналы, делая поле потока турбулентным.
• Частицы также склонны к вторичная агломерацияНесколько мелкодисперсных частиц, соответствующих определенным параметрам, образуют крупный агломерат. Затем классификационное колесо ошибочно принимает эту группу за «крупные частицы» и отбрасывает их обратно в зону измельчения, что приводит к неэффективному циклу измельчения.

IV. Подробный анализ: Вопросы и ответы: Преодоление узкого места в процессе классификации в воздушно-классификационной мельнице (ВКМ).

Технические специалисты по всему миру сталкиваются с досадными практическими трудностями при работе на станах для производства композитных материалов. Для решения этих проблем давайте подробно рассмотрим два ключевых вопроса.

В1: Почему производительность моей мельницы ACM крайне низка, а энергопотребление резко возрастает при производстве ультратонкого порошка (например, D97 < 5 мкм)?

Отвечать: Это классический случай «Порочный круг чрезмерной обработки и классификации». При попытке получить чрезвычайно мелкий порошок с помощью пневматической классификационной мельницы (ПЦМ) необходимо установить очень высокую скорость вращения классификационного колеса. В этом случае пороговое значение для блокировки мелкого порошка в зоне классификации значительно возрастает.

Сверхмелкодисперсный порошок обладает огромной удельной поверхностью. Из-за этого он очень подвержен сильным воздействиям. электростатическая агломерация и захват воздушного потока Внутри высококонцентрированной классификационной камеры большой объем качественного мелкодисперсного порошка, размер частиц которого уже достиг 2-3 мкм, не может быть удален за короткий промежуток времени прохождения через классификационное колесо. Эта ошибка происходит из-за того, что порошок блокируется крупными частицами или слипается. Вместо этого он в больших количествах попадает обратно в зону измельчения. В зоне измельчения эти мелкие частицы многократно и бесполезно перемалываются футеровками главного вала и молотками. Это создает «эффект амортизации». Он не только потребляет огромное количество механической энергии, вызывая перегрев машины, но и серьезно затрудняет измельчение вновь поступающих сыпучих материалов.

Решения:

1. Ввести систему вторичного воздуха: Между зоной измельчения и зоной классификации необходимо подать специально разработанный поток вторичного воздуха. Этот вторичный воздух поднимается снизу вверх, разрыхляя агломерированный мелкий порошок и осуществляя «предварительную классификацию» падающей смеси. Это действие возвращает мелкие частицы обратно в зону классификации, разрывая порочный круг.
2. Добавьте необходимое количество вспомогательного средства для помола: Это полезно для минералов с высокой твердостью или сильной склонностью к агломерации, таких как тяжелый карбонат кальция. Небольшое количество нетоксичного поверхностно-активного вещества можно распылить непосредственно в потоке. Это значительно снижает статическое электричество на поверхностях частиц. Это предотвращает «скопление» мелкого порошка перед классификационным колесом, повышая эффективность классификации более чем на 201 тонну на 3 тонны.

V. Заключение и рекомендации по оптимизации процесса

Эффективность классификации в мельнице для измельчения композитных материалов — это не изолированный параметр, а результат конструктивных особенностей и динамического баланса воздушного потока во всей системе.

Для достижения максимальной производительности в реальных производственных условиях:

• Вместо стратегии «низкий поток воздуха + перегрузка» следует придерживаться принципа «высокий поток воздуха + высокая скорость»..
  Для обеспечения стабильных условий разделения необходимо поддерживать разбавленную фазу в зоне классификации.
• Используйте автоматизированные системы управления на базе ПЛК..
  Связывание скорости подачи с током классификатора и давлением в системе в замкнутом контуре управления для стабилизации условий классификации.
• Настройте компоненты в соответствии со свойствами материала..
  Для защиты от загрязнений и повышения износостойкости выбирайте керамические классификационные колеса или многолопастные конструкции для повышения эффективности и устойчивости.

«Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете связаться со службой поддержки Zelda Online по любым дополнительным вопросам».

— Опубликовано Эмили Чен