研究球磨機(jī)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)過(guò)粉現(xiàn)象的影響

球磨機(jī)是一種粉磨設(shè)備，具有節(jié)能、環(huán)保、占地面積小及操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，在水泥行業(yè)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。球磨機(jī)工作流程是：物料從進(jìn)料口落到轉(zhuǎn)筒中間，在離心力的作用下被分散在轉(zhuǎn)筒的四周，在磨輥重力和研磨力的作用下被粉碎成細(xì)小顆粒，并繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到轉(zhuǎn)筒邊緣與高溫廢氣耦合，細(xì)小的顆粒被氣流輸運(yùn)到選粉機(jī)，選粉合格后被送入料倉(cāng)，其他不合格顆粒經(jīng)灰斗重新落回轉(zhuǎn)筒。在輸運(yùn)過(guò)程中大量顆粒由于碰撞、渦流等因素，使顆粒在還沒(méi)到達(dá)選粉機(jī)之前就產(chǎn)生了回流，又落回到了轉(zhuǎn)筒，并被再次碾壓、耦合，這種現(xiàn)象稱為過(guò)粉現(xiàn)象，由此造成了不必要的能量損失，是影響球磨機(jī)粉體輸運(yùn)效率的一個(gè)重要方面。所以減小過(guò)粉現(xiàn)象是提高球磨機(jī)粉體輸運(yùn)效率的一個(gè)重要措施。

研究表明，球磨機(jī)磨腔的結(jié)構(gòu)決定了氣流流動(dòng)狀態(tài)，而過(guò)粉現(xiàn)象受氣流流動(dòng)狀態(tài)的影響尤為明顯；所以，球磨機(jī)磨腔結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)對(duì)于減少過(guò)粉現(xiàn)象也非常重要。我們通過(guò)對(duì)球磨機(jī)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，來(lái)降低過(guò)粉現(xiàn)象。

1、模型的建立與條件選擇

（1）模型的建立與Fluent模型的選擇

結(jié)合紅星機(jī)器公司設(shè)計(jì)的球磨機(jī)，運(yùn)用軟件建模，通過(guò)球磨機(jī)模型評(píng)價(jià)其磨礦性能，并且只對(duì)熱風(fēng)進(jìn)口、球磨機(jī)腔體等氣流流經(jīng)的部分進(jìn)行建模，其余結(jié)構(gòu)去除，該球磨機(jī)系統(tǒng)模擬為氣固兩相流，在離散相模型中，Mixture模型計(jì)算資源占用少，收斂性好，計(jì)算速度快，在模擬顆粒相與非顆粒相的混合流動(dòng)方面效果好，所以多相流選用Mixture模型。系統(tǒng)湍流模型選用常見(jiàn)的穩(wěn)定性較高、計(jì)算精度高的標(biāo)準(zhǔn)模型。因流體有熱量的傳遞，所以激活能量方程并考慮重力影響。

（2）邊界條件的選擇

設(shè)置流體模型邊界條件：底端進(jìn)風(fēng)口只進(jìn)熱空氣，灰斗底端設(shè)置為物料進(jìn)口，選粉機(jī)邊界設(shè)置為壓力出口，轉(zhuǎn)筒和大小磨輥為轉(zhuǎn)動(dòng)件，其邊界設(shè)置為轉(zhuǎn)動(dòng)壁面，灰斗與其他壁面為非轉(zhuǎn)動(dòng)部件，其邊界默認(rèn)為固定壁面，以上設(shè)置比較符合實(shí)際工況。

2、計(jì)算結(jié)果與討論

由球磨機(jī)在Fluent仿真中的顆粒軌跡和灰斗附近的速度矢量可以看出，在灰斗下端，氣流的流動(dòng)比湍動(dòng)現(xiàn)象要嚴(yán)重，易形成大量渦流，粉體顆粒在轉(zhuǎn)筒邊緣與空氣耦合后在灰斗附近隨氣流一起運(yùn)動(dòng)，粗大的粉體顆粒落回轉(zhuǎn)筒，細(xì)小的粉體顆粒隨螺旋氣流一起上升，在粉體顆粒上升期間，有很大一部分在渦流影響下產(chǎn)生局部螺旋運(yùn)動(dòng)并與灰斗劇烈碰撞，其后又落回到轉(zhuǎn)筒被再次碾壓，耦合循環(huán)，造成過(guò)粉現(xiàn)象。在粉體輸運(yùn)過(guò)程中由于過(guò)粉現(xiàn)象造成的能量損失占有很大比例，影響了粉體的輸運(yùn)效率。

分別對(duì)不同節(jié)距值的全封閉模型進(jìn)行再次仿真計(jì)算，并在仿真過(guò)程中加入離散顆粒相。當(dāng)節(jié)距值為5m時(shí)，顆粒從進(jìn)料口進(jìn)入磨腔到達(dá)到選粉機(jī)高度這段時(shí)間，大部分時(shí)間是停留在了轉(zhuǎn)筒上，不能迅速到達(dá)轉(zhuǎn)筒邊緣與空氣進(jìn)行耦合。其原因是由于受到葉片的影響，氣流旋轉(zhuǎn)加速，使轉(zhuǎn)筒上方的氣流湍動(dòng)加劇，顆粒落下后在轉(zhuǎn)筒上方旋轉(zhuǎn)一段時(shí)間后才運(yùn)動(dòng)到轉(zhuǎn)筒邊緣。當(dāng)節(jié)距值為10m時(shí)，顆粒從進(jìn)料口落下后均勻地灑落在轉(zhuǎn)筒上，并迅速移動(dòng)到了轉(zhuǎn)筒的邊緣與熱風(fēng)耦合，耦合后上升的大部分顆粒在上升到葉片底部高度時(shí)開(kāi)始往下回落，但由于葉片的作用，在回落前打擊在了螺旋葉片上，然后繼續(xù)沿著螺旋葉片的方向上升，因此大大降低了過(guò)粉現(xiàn)象，減少了大量不必要的再次碾壓過(guò)程。

3、球磨機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)得出的結(jié)論

通過(guò)分析可以看出，球磨機(jī)流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)對(duì)過(guò)粉現(xiàn)象影響非常明顯，而對(duì)球磨機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)可明顯改善過(guò)粉現(xiàn)象，得出以下結(jié)論：

（1）在球磨機(jī)磨腔內(nèi)加螺旋葉片可以很好地改進(jìn)球磨機(jī)磨腔內(nèi)的氣流流動(dòng)狀況；

（2）螺旋葉片的節(jié)距值越小，轉(zhuǎn)筒上方的氣流旋轉(zhuǎn)速度越快；

（3）在適當(dāng)范圍內(nèi)，螺旋葉片的節(jié)距值越大，對(duì)轉(zhuǎn)筒邊緣空氣流動(dòng)的速度影響越?。?/p>

（4）通過(guò)對(duì)比螺旋葉片不同節(jié)距值對(duì)顆粒運(yùn)動(dòng)的影響，可以得出當(dāng)節(jié)距值為10m時(shí)，球磨機(jī)的過(guò)粉現(xiàn)象降低較為明顯，其顆粒的運(yùn)動(dòng)狀況也較為理想。

紅星為打造較好球磨機(jī)不懈努力，生產(chǎn)出的設(shè)備性價(jià)比更高，可為用戶帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。