研究球磨机流场结构对过粉现象的影响

球磨机是一种粉磨设备，具有节能、环保、占地面积小及操作简便等优点，在水泥行业得到了越来越广泛的应用。球磨机工作流程是：物料从进料口落到转筒中间，在离心力的作用下被分散在转筒的四周，在磨辊重力和研磨力的作用下被粉碎成细小颗粒，并继续运动到转筒边缘与高温废气耦合，细小的颗粒被气流输运到选粉机，选粉合格后被送入料仓，其他不合格颗粒经灰斗重新落回转筒。在输运过程中大量颗粒由于碰撞、涡流等因素，使颗粒在还没到达选粉机之前就产生了回流，又落回到了转筒，并被再次碾压、耦合，这种现象称为过粉现象，由此造成了不必要的能量损失，是影响球磨机粉体输运效率的一个重要方面。所以减小过粉现象是提高球磨机粉体输运效率的一个重要措施。

研究表明，球磨机磨腔的结构决定了气流流动状态，而过粉现象受气流流动状态的影响尤为明显；所以，球磨机磨腔结构的合理设计对于减少过粉现象也非常重要。我们通过对球磨机流场结构进行改进，来降低过粉现象。

1、模型的建立与条件选择

（1）模型的建立与Fluent模型的选择

结合红星机器公司设计的球磨机，运用软件建模，通过球磨机模型评价其磨矿性能，并且只对热风进口、球磨机腔体等气流流经的部分进行建模，其余结构去除，该球磨机系统模拟为气固两相流，在离散相模型中，Mixture模型计算资源占用少，收敛性好，计算速度快，在模拟颗粒相与非颗粒相的混合流动方面效果好，所以多相流选用Mixture模型。系统湍流模型选用常见的稳定性较高、计算精度高的标准模型。因流体有热量的传递，所以激活能量方程并考虑重力影响。

（2）边界条件的选择

设置流体模型边界条件：底端进风口只进热空气，灰斗底端设置为物料进口，选粉机边界设置为压力出口，转筒和大小磨辊为转动件，其边界设置为转动壁面，灰斗与其他壁面为非转动部件，其边界默认为固定壁面，以上设置比较符合实际工况。

2、计算结果与讨论

由球磨机在Fluent仿真中的颗粒轨迹和灰斗附近的速度矢量可以看出，在灰斗下端，气流的流动比湍动现象要严重，易形成大量涡流，粉体颗粒在转筒边缘与空气耦合后在灰斗附近随气流一起运动，粗大的粉体颗粒落回转筒，细小的粉体颗粒随螺旋气流一起上升，在粉体颗粒上升期间，有很大一部分在涡流影响下产生局部螺旋运动并与灰斗剧烈碰撞，其后又落回到转筒被再次碾压，耦合循环，造成过粉现象。在粉体输运过程中由于过粉现象造成的能量损失占有很大比例，影响了粉体的输运效率。

分别对不同节距值的全封闭模型进行再次仿真计算，并在仿真过程中加入离散颗粒相。当节距值为5m时，颗粒从进料口进入磨腔到达到选粉机高度这段时间，大部分时间是停留在了转筒上，不能迅速到达转筒边缘与空气进行耦合。其原因是由于受到叶片的影响，气流旋转加速，使转筒上方的气流湍动加剧，颗粒落下后在转筒上方旋转一段时间后才运动到转筒边缘。当节距值为10m时，颗粒从进料口落下后均匀地洒落在转筒上，并迅速移动到了转筒的边缘与热风耦合，耦合后上升的大部分颗粒在上升到叶片底部高度时开始往下回落，但由于叶片的作用，在回落前打击在了螺旋叶片上，然后继续沿着螺旋叶片的方向上升，因此大大降低了过粉现象，减少了大量不必要的再次碾压过程。

3、球磨机结构改进得出的结论

通过分析可以看出，球磨机流场的结构对过粉现象影响非常明显，而对球磨机结构的改进可明显改善过粉现象，得出以下结论：

（1）在球磨机磨腔内加螺旋叶片可以很好地改进球磨机磨腔内的气流流动状况；

（2）螺旋叶片的节距值越小，转筒上方的气流旋转速度越快；

（3）在适当范围内，螺旋叶片的节距值越大，对转筒边缘空气流动的速度影响越小；

（4）通过对比螺旋叶片不同节距值对颗粒运动的影响，可以得出当节距值为10m时，球磨机的过粉现象降低较为明显，其颗粒的运动状况也较为理想。

红星为打造较好球磨机不懈努力，生产出的设备性价比更高，可为用户带来更大的经济和社会效益。