窄级别超细粉体的干式分级研究

窄级别超细粉体是制备结构和功能材料的基本原材料，广泛应用于精细陶瓷、电子元件、耐火材料等领域。超细粉体目前主要采用机械粉碎方法制备，制备的粉体粒度分布范围宽,不能满足对超细粉体窄粒度范围的要求,需要分级。超细粉体容易团聚，这使得对超细粉体的分级比普通粉体分级更困难。本研究以粉体物料的物理、力学、表面物理和表面化学，流体力学以及概率与数理统计等基本理论为基础，从理论上探明超细粉体在涡流空气分级机内的动态分散机理、途径，建立机内超细粉体分散评价模型、窄级别多段分级理论、分级流程、分级粒径理论或经验模型，提出分级力场空间分布均匀和稳定的措施，数值模拟计算、仿真优化模型，通过流场测定和物料实验验证建立的模型。以期确定涡流空气分级机多段分级获得窄级别超细粉体产品达到高效、高精度和低阻力的结构和分级流程，丰富并发展涡流空气分级机的分级理论，为实现涡流空气分级机分级获得窄级别超细粉体提供理论依据和指导。

项目研究内容、发表论文和申请专利数量按项目计划书要求完成。取得成果为：实验得出石英粉体粒径分别与休止角和颗粒间摩擦系数存在线性关系，定义新的团聚参数表征石英粉体软团聚的团聚程度。将单层撒料盘改为双层撒料盘使物料分散更均匀。通过加大颗粒与撒料盘间的摩擦力可改善物料的分散性。以涡流空气分级机为研究对象，模拟和物料实验转笼叶片个数和形状对转笼叶片间流场和分级效果的影响得出：改变转笼叶片数会影响叶片通道内的流场，存在一个较佳的转笼叶片个数使得流场稳定。采用长短交错叶片代替等长叶片使转笼入口气流径向速度减小，切向速度增大，转笼外缘的径向速度标准偏差减小78.8%、切向速度标准偏差减小73.3%。当短叶片的长度与长叶片的比值为0.77时，转笼外缘圆周上气流速度分布均匀，叶片间流场稳定；氧化铝粉体实验表明当转笼转速为600rpm、进口风速为20m/s时，与等长叶片相比分级精度提高了78.6%，分级粒径降低了18.3%；当转笼转速为1200rpm时，分级精度提高了55%，分级粒径降低了33.8%。弯曲转笼叶片可减弱叶片间的反漩涡，转笼外缘圆周上气流的切向和径向速度分布的标准偏差减小，环形区气流轴向速度降低，叶片间气流切向和径向速度分布更均匀；在转笼高度方向上，转笼外缘入口处的气流径向速度减小，切向速度增加，切向和径向速度分布更均匀；氧化铝物料实验结果符合模拟结果。涡流空气分级机内部流场的Fluent软件模拟结果表明，转笼转速过大或过小都易在环形区产生湍流脉动，使得流场不均匀，滑石粉和石英砂物料分级实验结果与模拟结果吻合。采用Fluent离散相模型模拟机内颗粒运动轨迹，获得使其内部流场均匀稳定的结构参数和操作参数，提出计算切割粒径的新方法，模拟结果与滑石粉和石英砂物料实验结果吻合。设计制造一套窄级别多段涡流空气分级机分级系统并对其进行工艺优化，得到获得窄级别粉体的工艺参数组合方案，优化结构，快速、准确地获得了不同结构下分级机内流场的变化规律。研发出日处理1吨粉体物料的窄级别多段涡流空气分级机分级系统，用于分级氧化铝粉体得到的产品粒度-5μm粒级含量99.19%，-10μm粒级含量100%。建立分级性能指标（分级粒径、分级精度和牛顿分级效率）的评价模型，借助可视化三维视图法、多目标规划优化及建立准数方程法综合评价分级机的分级性能。模型模拟计算结果和实验结果较接近。