在粉末加工領域，氣流分級技術是粉末深度加工的主要技術之一，對於無機非金屬材料領域的粉末細化至關重要。隨著現代工業對微米級粒度控制要求的不斷提高，如何有效節能地生產均勻的超細粉末已成為關鍵挑戰。
分類原則和類型
• 廣義分類：依生產需求，將物料顆粒依其物理特性（如尺寸、形狀、密度、磁性、放射性）的差異進行分離。常用方法是篩分，適用於粒徑大於50μm的顆粒。然而，篩分設備通常佔用空間較大，且可能造成二次破碎。
狹義分級：利用不同尺寸顆粒在流體介質中受力差異，使其運動軌跡不同，進而實現分離。根據介質的不同，粉末分級可分為乾式（空氣分級）和濕式（水或其他液體分級）。濕式分級需後續脫水乾燥，耗水量大，能耗也較高。因此，乾式分級（空氣分級）在工業生產上應用更為廣泛。
分類設備
根據內部是否有旋轉部件，空氣分級器可分為兩類：靜態（或固定）空氣分級器和動態空氣分級器。
01 靜態空氣分級器
這些分級機的結構相對簡單，易於維護，但分級精度較低，且調整粒度的方法較少。根據主要作用力，它們可分為重力式分級機和離心式分級機。
① 重力分級器：此方法根據不同尺寸顆粒的重力和沈降速度差異及其與流體的相互作用對顆粒進行分類。根據流體流動方向和力場，可以是垂直流動或水平流動。
重力分級機是最早開發的分級機類型，目前已應用於各領域。然而，隨著精細工業和粉末技術的進步，其分級效率和精度受到限制。多級分離可以提高分級效率，因此鋸齒形分級機成為目前的研究熱點。垂直和水平流的耦合還可以優化內部流場。低壓降、良好的散熱性和大容量等優點使其適用於預處理較大顆粒或對分級精度要求不高的物料。
② 離心分級機在離心分級中，粗顆粒和細顆粒在空氣阻力和離心力的作用下沿著不同方向移動而分離。靜態離心分級機通常採用切向入口產生高速旋轉氣流，或使用導流葉片使顆粒旋轉。它們結構簡單、成本低廉且易於維護。與重力式分級機相比，它們具有顯著更高的效率和精度，因此在工業領域得到更廣泛的應用。目前的研究通常集中在旋風分級機的入口結構或增加入口數量。而對分級機內顆粒碰撞和團聚的機制研究較少；諸如CFD-DEM之類的工具可以分析顆粒間的相互作用，從而進一步揭示分級機制。
02 動態空氣分級器
動態空氣分級機內部帶有旋轉部件，與靜態空氣分級機相比，分級效率和精度顯著提高，因此成為當今的主流設備。雖然其內部結構更為複雜，導致運作成本和能耗更高，但動態空氣分級機具有更高的效率、更多可調參數，更適合精密分級。
根據轉子籠的朝向，渦流空氣分級機可分為垂直式和水平式兩種。朝向對性能有顯著影響：
• 機械結構：水平分級機採用懸臂支撐的轉子籠，因此需要更大的主軸和軸承。垂直分級機的整體結構更複雜，製造成本更高。
• 分級效率：無論採用何種進料方式，垂直分級機都能確保在轉子籠圓週的90%範圍內進行分級。而臥式分級機通常採用單側進氣，導致至少四分之一的區域無法參與分級。
• 分級精度：垂直分級機可讓空氣從各個方向進入，從而形成穩定的流場，並獲得粒徑均勻的產品。而水平分級機中，轉子底部的風速高於頂部/側面，導致分級粒徑範圍變寬，並可能造成粗顆粒殘留。
• 壓力降：垂直分級機中的氣流方向會多次改變，導致壓力降較大。水平分級機結構緊湊，內部組件較少，因此壓降較低。
結論
從簡單的重力分離到精密渦流分離，氣流分級技術已成為推動粉體產業高品質發展的關鍵引擎。隨著對顆粒行為和流場動力學認識的不斷深入，未來的氣流分級設備將更有效率。這項進步將為新材料、新能源等戰略性新興領域提供更強大的粉體處理解決方案。
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