분말 가공 분야에서 공기 분급 기술은 분말의 주요 심층 가공 기술 중 하나입니다. 무기 비금속 재료 분야에서 분말 미세화를 달성하는 데 매우 중요합니다. 현대 산업에서는 미크론 단위의 입자 크기에 대한 더욱 엄격한 제어가 요구됨에 따라, 균일하고 에너지 효율적인 초미립 분말을 생산하는 것이 핵심 과제가 되었습니다.
분류 원칙 및 유형
• 광의 분류: 생산 요건에 따라 물리적 특성(크기, 모양, 밀도, 자성, 방사능 등)의 차이를 기반으로 재료 입자를 분리합니다. 일반적인 방법은 50μm 이상의 입자에 적합한 망사를 이용한 선별입니다. 그러나 선별 장비는 공간을 많이 차지하고 2차 파쇄를 유발할 수 있습니다.
• 협의 분급: 유체 매질 내에서 크기가 다른 입자들이 받는 합력의 차이를 이용하여 입자들이 서로 다른 궤적을 따라 이동하도록 하여 분리하는 방법입니다. 분말 분급은 매질에 따라 건식(공기 사용)과 습식(물 또는 기타 액체 사용)으로 나뉩니다. 습식 분급은 입자의 탈수 및 건조 과정이 필요하고, 많은 양의 물을 소비하며, 에너지 소비량이 높습니다. 따라서 건식 분급(공기 분급)은 산업 생산 분야에서 더 폭넓게 활용되고 있습니다.
분류 장비
공기 분류기는 회전하는 내부 부품의 존재 여부에 따라 정적(또는 고정) 공기 분류기와 동적 공기 분류기의 두 가지 유형으로 분류할 수 있습니다.
01 정적 공기 분류기
이러한 분류기는 구조가 비교적 간단하고 유지 관리가 용이하지만, 분류 정밀도가 낮고 입자 크기를 조절할 수 있는 수단이 부족합니다. 지배적인 힘에 따라 중력식 분류기와 원심식 분류기로 구분됩니다.
① 중력 분류기: 이 방법은 크기가 다른 입자의 중력과 침강 속도 차이, 그리고 유체와의 상호작용을 기반으로 입자를 분류합니다. 유체 흐름 방향과 힘장에 따라 수직 또는 수평 흐름으로 분류할 수 있습니다.
중력식 분급기는 가장 초기에 개발되었으며 현재 다양한 분야에서 사용되고 있습니다. 그러나 미세 산업 및 분체 기술의 발전으로 분급 효율과 정밀도가 제한되고 있습니다. 다단계 분리를 통해 효율을 향상시킬 수 있기 때문에 지그재그 분급기가 현재 연구 중심 분야입니다. 수직 및 수평 유동을 결합하면 내부 유동장을 최적화할 수도 있습니다. 낮은 압력 강하, 우수한 방열, 대용량과 같은 장점 덕분에 정밀한 분급이 필요하지 않은 대형 입자 또는 재료의 전처리에 적합합니다.
② 원심분류기: 원심분리에서는 조립입자와 미립입자가 공기 저항과 원심력의 영향으로 서로 다른 방향으로 이동하면서 분리됩니다. 정적 원심분리기는 일반적으로 접선 방향의 유입구를 사용하여 고속 회전 기류를 생성하거나 가이드 베인을 사용하여 입자를 회전시킵니다. 이러한 원심분리기는 간단하고 저렴하며 유지 보수가 용이합니다. 중력식에 비해 효율과 정밀도가 크게 향상되어 산업적으로 널리 사용되고 있습니다. 현재 연구는 사이클론 분리기의 유입구 구조 또는 유입구 추가에 중점을 두고 있습니다. 이러한 분리기 내에서 입자 충돌 및 응집에 대한 기전 연구는 상대적으로 적습니다. CFD-DEM과 같은 도구를 사용하여 입자 상호작용을 분석하면 분류 메커니즘을 더욱 명확히 밝힐 수 있습니다.
02 동적 공기 분류기
내부 회전 부품을 갖춘 동적 공기 분류기는 정적 분류기에 비해 훨씬 높은 분류 효율과 정밀도를 제공하여 오늘날 주류 장비로 자리 잡았습니다. 동적 공기 분류기는 내부 구조가 복잡하여 운영 비용과 에너지 소비가 증가하지만, 효율성이 뛰어나고 매개변수 조정이 더 자유로우며 정밀 분류에 더 적합합니다.
로터 케이지 방향에 따라 수직 및 수평 와류 공기 분류기로 구분됩니다. 방향은 성능에 상당한 영향을 미칩니다.
• 기계적 구조: 수평 분급기는 외팔보 지지 방식의 로터 케이지를 사용하므로 더 큰 스핀들과 베어링이 필요합니다. 수직 분급기는 전체 구조가 더 복잡하고 제조 비용이 더 높습니다.
• 분류 효율성: 수직 분류기는 공급 방식에 관계없이 로터 케이지 둘레의 90% 이상에 걸쳐 분류가 이루어지도록 보장합니다. 수평 분류기는 일반적으로 한쪽 면에만 공기 흡입구가 있어 최소 4분의 1의 면적이 비분류됩니다.
• 분류 정밀도: 수직 분류기는 모든 면에서 공기를 흡입하여 안정적인 유동장을 형성하고 균일한 제품 크기를 생성합니다. 수평 분류기의 경우, 로터 하단의 공기 속도가 상단/측면보다 높아 분류 크기 범위가 넓어지고 조대 입자의 유입이 발생할 가능성이 있습니다.
• 압력 강하: 수직 분류기의 공기 흐름은 여러 방향 변화를 겪어 압력 손실이 커집니다. 수평 분류기는 내부 부품 수가 적어 소형화되어 압력 손실이 적습니다.
결론
단순 중력 분리부터 정밀 와류 분리까지, 공기 분류 기술은 핵심 동력으로 자리 잡았습니다. 이는 분말 산업의 고품질 발전을 견인하고 있습니다. 입자 거동과 유동장 역학에 대한 이해가 깊어짐에 따라 미래의 공기 분류 장비는 더욱 효율화될 것입니다. 이러한 발전은 신소재 및 신에너지와 같은 전략적 신흥 분야에 더욱 강력한 분말 처리 솔루션을 제공할 것입니다.
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