研究球磨機流場結(jié)構(gòu)對過粉現(xiàn)象的影響

球磨機是一種粉磨設(shè)備，具有節(jié)能、環(huán)保、占地面積小及操作簡便等優(yōu)點，在水泥行業(yè)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。球磨機工作流程是：物料從進料口落到轉(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小顆粒，并繼續(xù)運動到轉(zhuǎn)筒邊緣與高溫廢氣耦合，細小的顆粒被氣流輸運到選粉機，選粉合格后被送入料倉，其他不合格顆粒經(jīng)灰斗重新落回轉(zhuǎn)筒。在輸運過程中大量顆粒由于碰撞、渦流等因素，使顆粒在還沒到達選粉機之前就產(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)象稱為過粉現(xiàn)象，由此造成了不必要的能量損失，是影響球磨機粉體輸運效率的一個重要方面。所以減小過粉現(xiàn)象是提高球磨機粉體輸運效率的一個重要措施。

研究表明，球磨機磨腔的結(jié)構(gòu)決定了氣流流動狀態(tài)，而過粉現(xiàn)象受氣流流動狀態(tài)的影響尤為明顯；所以，球磨機磨腔結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計對于減少過粉現(xiàn)象也非常重要。我們通過對球磨機流場結(jié)構(gòu)進行改進，來降低過粉現(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)合紅星機器公司設(shè)計的球磨機，運用軟件建模，通過球磨機模型評價其磨礦性能，并且只對熱風(fēng)進口、球磨機腔體等氣流流經(jīng)的部分進行建模，其余結(jié)構(gòu)去除，該球磨機系統(tǒng)模擬為氣固兩相流，在離散相模型中，Mixture模型計算資源占用少，收斂性好，計算速度快，在模擬顆粒相與非顆粒相的混合流動方面效果好，所以多相流選用Mixture模型。系統(tǒng)湍流模型選用常見的穩(wěn)定性較高、計算精度高的標(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：底端進風(fēng)口只進熱空氣，灰斗底端設(shè)置為物料進口，選粉機邊界設(shè)置為壓力出口，轉(zhuǎn)筒和大小磨輥為轉(zhuǎn)動件，其邊界設(shè)置為轉(zhuǎn)動壁面，灰斗與其他壁面為非轉(zhuǎn)動部件，其邊界默認為固定壁面，以上設(shè)置比較符合實際工況。

2、計算結(jié)果與討論

由球磨機在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，氣流的流動比湍動現(xiàn)象要嚴重，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動，粗大的粉體顆粒落回轉(zhuǎn)筒，細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)生局部螺旋運動并與灰斗劇烈碰撞，其后又落回到轉(zhuǎn)筒被再次碾壓，耦合循環(huán)，造成過粉現(xiàn)象。在粉體輸運過程中由于過粉現(xiàn)象造成的能量損失占有很大比例，影響了粉體的輸運效率。

分別對不同節(jié)距值的全封閉模型進行再次仿真計算，并在仿真過程中加入離散顆粒相。當(dāng)節(jié)距值為5m時，顆粒從進料口進入磨腔到達到選粉機高度這段時間，大部分時間是停留在了轉(zhuǎn)筒上，不能迅速到達轉(zhuǎn)筒邊緣與空氣進行耦合。其原因是由于受到葉片的影響，氣流旋轉(zhuǎn)加速，使轉(zhuǎn)筒上方的氣流湍動加劇，顆粒落下后在轉(zhuǎn)筒上方旋轉(zhuǎn)一段時間后才運動到轉(zhuǎn)筒邊緣。當(dāng)節(jié)距值為10m時，顆粒從進料口落下后均勻地灑落在轉(zhuǎn)筒上，并迅速移動到了轉(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開始往下回落，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，因此大大降低了過粉現(xiàn)象，減少了大量不必要的再次碾壓過程。

3、球磨機結(jié)構(gòu)改進得出的結(jié)論

通過分析可以看出，球磨機流場的結(jié)構(gòu)對過粉現(xiàn)象影響非常明顯，而對球磨機結(jié)構(gòu)的改進可明顯改善過粉現(xiàn)象，得出以下結(jié)論：

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

（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，對轉(zhuǎn)筒邊緣空氣流動的速度影響越??；

（4）通過對比螺旋葉片不同節(jié)距值對顆粒運動的影響，可以得出當(dāng)節(jié)距值為10m時，球磨機的過粉現(xiàn)象降低較為明顯，其顆粒的運動狀況也較為理想。

紅星為打造較好球磨機不懈努力，生產(chǎn)出的設(shè)備性價比更高，可為用戶帶來更大的經(jīng)濟和社會效益。