1影响产品粒径的因素
研究采用的粉碎-分级系统流程如所示。图中空气压缩机产生压力为0. 1 0. 8 M Pa的压缩空气工质，经冷凝冷却器、缓冲罐、干燥器后，除去工质中的油和水，进入安装在扁平式超细气流粉碎机机座上的拉乌尔喷嘴，产生超音速射流进入粉碎机粉碎室，物料经由电磁振荡加料机和引射喷嘴定量均匀加入，在超音速气流带动下，颗粒相互碰撞，部分颗粒与粉碎机壁面碰撞实现粉碎。由于扁平式粉碎机具有一定自分级功能，细颗粒经管路沿切向进入离心式超细空气分级机，粗颗粒留在粉碎室进一步粉碎。分级机高速旋转的分级叶轮及二、三次风形成离心力场，细颗粒穿过分级叶轮的叶片间隙，随气流从分级机上部进入后续由扩散式旋风分离器及袋式过滤器组成的粉体捕集系统，而粗颗粒则由分级机下部重新进入粉碎机，实现循环粉碎。漩涡气泵对系统进行抽吸，保证系统的压力平衡并维持负压操作，防止粉尘外泄。产品则由出料机构排出。
由上述流程分析可知，影响系统产品粒径的因素主要有：原料加入速度、粉碎工质的压力、分级机分级叶轮的转速及二、三次风量等。
1. 1原料加入速度
原料加入速度F，即单位时间加入粉碎机的原料质量，也即粉碎分级闭路系统的处理量。
系统曾对数百种物料进行粉碎分级试验，这里以江苏宜兴非金属矿厂提供的白云石为例进行分析试验。白云石的主要成分为CaCO 3nMgCO3，其超细粉体可作为涂料、橡胶混炼、塑料加工等的添加剂，其莫氏硬度为3. 5 4，抗压强度为116 MPa，属中等硬度物料。加入前过100目筛， 120烘干2 h.
通过试验可以发现，在工质压力为0. 7 M Pa时，随着加料速度的增加，粉碎产品的粒度不断增加，如2.加料速度F< 12 kg h - 1时，粒度随加料速度增加而增加的趋势较缓；加料速度F> 12 kg h- 1时，粒度随加料速度增加而迅速增加。这主要是由于粉碎机粉碎室浓度增加，每个颗粒所获得的平均动能减少，导致由碰撞转变成颗粒粉碎的应变能变小的缘故。同时，加料速度又不能太小，如果粉碎室被粉碎颗粒数量较少，则颗粒相互碰撞的机率下降。事实上，如加料速度下降到一定程度，产品的粒度不降反升。正因为如此，在后续的系统试验中，加料速度控制在F< 12 kg h - 1范围内。
1. 2工质压力p的影响
所谓工质压力即经除油除水后进入粉碎机超音速喷嘴入口的干空气的表压力。从3可见，在加料速度F= 8. 0 kg h- 1时，工质压力p的增加导致粉碎产品粒度的下降，这主要是由于工质压力的提高，在一定范围内提高喷嘴出口气流的速度，从而提高被粉碎物料的速度，颗粒获得的动能提高，颗粒喷嘴的变形能提高，粉碎产品粒度变细。但当工质压力达到或大于0. 7 MPa时，粉碎产品粒度下降的趋势大大减缓。这是因为喷嘴出口速度与喷射压力并非线性关系，当工质压力超过一定数值时，打破了喷嘴前后的压力比，从而可能在粉碎室产生激波，气相穿过激波时速度下降，固相速度几乎不变，气固相的速度差，导致固相撞击速度下降，影响粉碎效果。因此，为减少系统的影响因素，将工质压力固定为p = 0. 7 M Pa，以获得*佳粉碎产品粒度为前提，进行系统粉碎分级性能试验研究。
1. 3分级机分级叶轮转速的影响
粉体经超细粉碎后进入系统设置的高速离心式空气分级机。分级机的原理是由高速旋转的分级叶轮、切向进气流、二三次风等共同形成强大的离心力场，颗粒在此离心力场中受到离心力Fc和离心沉降时产生的与离心力方向相反的介质阻力R及本身重力的作用。由于颗粒重力比离心力及介质阻力小得多，在分析时可以忽略。显然当Fc> R时，颗粒飞向壁面，并沿壁面下降成为粗颗粒排出，进入粉碎机循环粉碎；当Fc< R时，颗粒则穿过分级机叶轮，随气流进入捕集系统；当Fc = R时，粉体在离心力场中处于暂时的平衡状态，即粉体颗粒绕所处轨道无休止运行，当然这仅是理想状态，任何因素的变化都将打破这种平衡。
粉体颗粒所受离心力F c可由下列公式求得：
F c = 6 D 3（ - ）v 2 t r（ 1）在层流状态下，粉体颗粒所受介质阻力R可由斯托克斯公式求得：
R = 3 Dvr（ 2）在紊流状态下，粉体颗粒所受介质阻力R可采用牛顿公式：
R =8D2 v 2 r（ 3）在F c = R时，可求得在层流状态和紊流状态下分级机的理论分级粒径分别为：
D 1 = （1/ v t）18 rv r / （ - ）（ 4）D 2 = 3K v 2 r / < 4（ - ） v 2 t >（ 5）显然，在层流状态下，理论分级粒径D 1与颗粒的切向速度v t成反比；在紊流状态下，理论分级粒径D2与颗粒的切向速度vt的平方成反比。分级叶轮的转速越高，离心力场的切向速度越高，分级粒径则越小。
1. 4二、三次风量的影响
二次风从分级机下部经调隙锥进入分级机，将沿壁面下降的粗颗粒中的细颗粒粉体重新吹起送回分级区进一步分级，起风筛作用。
沿切向进入的三次风强化分级机对被分级物料的分散和分级作用。
二、三次风的存在，增加了气流场的切向速度vt，同时，二、三次风又都沿径向穿过分级机分级叶轮叶片间隙，使分级流场中的气流径向速度v r提高。从公式（ 4）、（ 5）可见， v t的增加，使得分级粒径下降， v r的提高，使得分级粒径有所增加，两者相反的影响结果，使二、三次风成为影响分级粒径的弱影响因素。但二、三次风的存在，对于维持离心式空气分级机的良好分级效果又是必不可少的。
2系统操作参数的优化
基于上述分析，对粉碎分级系统进行4因素3水平的正交试验，因素及水平见。试验按正交表进行，每组试验重复进行3次，目标值分级粒径取试验结果的平均值，试验中粉体粒径由NSKC- 1A型粉体粒径测试仪测定。
1粉碎分级系统正交试验因素水平
2正交试验结果
由正交试验结果看出， R j（ B） > R j（ C） > R j（A） > R j（ D） ，影响系统产品粒径的因素顺序是B> C> A> D.
用*小二乘法对正交试验结果进行回归分析，在置信度为95% ，线性相关系数为0. 899时，得到以下经验回归公式：
D50 = 42 920 n - 1. 271 F 0. 474 Q - 0. 1882（ 6）
当分级机分级叶轮转速n增加时，分级粒径下降；当原料加入速度F增加，分级粒径增加；二次风量Q2增加，分级粒径稍有下降，这与前面章节的分析是吻合的。
3系统产品粒径的控制
3. 1基本思路
在粉碎分级系统工艺操作参数优化研究的基础上，集成系统的控制系统。控制系统将系统中的温度、压力、转速、风量等的数字显示及空气压缩机、分级机、振动加料机、料斗搅拌器、袋式过滤器脉冲反吹、旋涡气泵等的启闭操作集中到控制台控制。同时，袋式过滤器的脉冲反吹宽度和周期、离心式分级机分级叶轮的转速、加料速度等则由计算机自动控制。
计算机控制部分主要是将正交试验的回归公式（ 6）编制成可自动执行的程序，在输入用户所需的产品粒径后，由计算机确定*优的加料速度、分级机分级叶轮转速及二次风量，形成控制信号控制执行机构。
3. 2控制系统及控制结果分析
超细气流粉碎分级系统的控制流程如4所示。计算机通过HY- 6050多功能接口卡形成D/ A通道1和D/ A通道2两个12 bit的输出通道及一个输入通道。D/A通道1与XKZ- 5GZ4型电磁振动加料器连接，控制加料速度F； D/ A通道2与9305型调频器相连，控制分级机分级叶轮的转速；输入通道则与SZGB- 5型光电转速传感器相连，由光电转速传感器实测分级机分级叶轮的转速，经HY- 6050多功能接口卡变换后进入计算机，从而构成控制回路。
为检验控制系统的控制精度，进行了全系统联机试验，结果表明，计算机控制后产品粒径与输入计算机的期望粒径误差在10%以内。
系统的操作也大为简便，从而实现了粉碎分级系统产品粒径的控制。
在系统处理物料发生改变时，只要对系统进行一定的正交试验，获得控制系统运行的操作参数回归公式，即能很快实现对系统的控制。
为此，曾对Al（ OH）3、方解石等进行试验，结果是令人满意的。
符号说明D理论分级粒径， m；D50产品粒径（中位径） ， m；d50粉碎产品粒径（中位径） ， m；F加料速度， kg s - 1；F c颗粒所受离心力， N；K阻力系数；p工质压力， M Pa；R颗粒所受介质阻力， N；r颗粒轨迹半径， m；v r气相径向速度， m s - 1；v t气相切向速度， m s - 1；Q 2二次风量， m 3 h - 1；气相密度， kg m - 3；气相动力粘度， N s m - 2；固相密度， kg m- 3.
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