喂料方式對(duì)粉體氣力分級(jí)性能的影響及成因分析

摘要： 【目的】為了提高粉體氣力分級(jí)設(shè)備的分級(jí)性能，研究螺旋喂料和振動(dòng)喂料2種不同喂料方式對(duì)氣力分級(jí)性能的影響?！痉椒ā坎捎酶咚贁z像機(jī)對(duì)不同喂料方式下粉體下落運(yùn)動(dòng)（喂料）進(jìn)行圖像采集，運(yùn)用圖像處理技術(shù)對(duì)采集到的圖像進(jìn)行處理，通過圖像觀察法和引入喂料時(shí)連續(xù)時(shí)刻粉體面積分布變異系數(shù)分析喂料方式對(duì)粉體分散性的影響；通過碳酸鈣粉體分級(jí)實(shí)驗(yàn)方法探討喂料方式對(duì)分級(jí)性能的影響。【結(jié)果】相較于螺旋喂料，振動(dòng)喂料有利于粉體解團(tuán)，提升粉體喂料時(shí)的均勻性和分散性；相較于螺旋喂料方式，振動(dòng)喂料有助于提升氣力分級(jí)機(jī)的分級(jí)性能，尤其在較高的喂料速度下，分級(jí)性能提升效果顯著，喂料速度為18 kg/h時(shí)，分級(jí)精度提升185%，旁路值減小75%，“魚鉤效應(yīng)”峰值點(diǎn)高度降低29%；粒徑小于10 μm的超細(xì)顆粒在粗粉中占比從螺旋喂料時(shí)的11.4%減小到振動(dòng)喂料時(shí)的4.4%，粗粉中細(xì)粉占比大幅減小，粗細(xì)顆粒分離效果得到改善?！窘Y(jié)論】螺旋喂料不適合輸運(yùn)黏性較強(qiáng)、 流動(dòng)性較差的粉體，如碳酸鈣；振動(dòng)喂料可改善粉體材料的喂料均勻性和分散程度，有利于提高氣力分級(jí)機(jī)分級(jí)性能。

關(guān)鍵詞： 粉體； 氣力分級(jí)； 喂料方式； 魚鉤效應(yīng)

中圖分類號(hào)： TQ028； TB4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

引用格式：

于源， 劉克潤(rùn)， 劉曉勇， 等. 喂料方式對(duì)氣力分級(jí)性能的影響及成因分析［J］. 中國(guó)粉體技術(shù)， 2024， 30（2）： 36-44.

YU Y， LIU K R， LIU X Y， et al. Influence of feeding methods on classification performance of powder pneumatic classification and cause analyses［J］. China Powder Science and Technology， 2024， 30（2）： 36-44.

利用顆粒在氣流中受到離心力、 重力、 慣性力等作用產(chǎn)生不同運(yùn)動(dòng)軌跡而實(shí)現(xiàn)不同粒徑顆粒的氣力分級(jí)是粉體工程學(xué)中基礎(chǔ)操作單元之一。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和不斷進(jìn)步，各行業(yè)對(duì)分級(jí)機(jī)的要求越來越高，更小的分級(jí)粒徑、 更窄的細(xì)粉產(chǎn)品粒度分布、 更高的分級(jí)效率和分級(jí)精度是目前高精度分級(jí)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。渦流空氣分級(jí)機(jī)具有操作參數(shù)可調(diào)、 分級(jí)精度高、 分級(jí)效果好的優(yōu)點(diǎn)，是常用的氣力動(dòng)態(tài)分級(jí)設(shè)備［1-3］。待分級(jí)粉體原料由氣力分級(jí)機(jī)喂料裝置進(jìn)入分級(jí)機(jī)內(nèi)，喂料方式直接影響粉體喂入時(shí)粉體狀態(tài)和分散特性，而粉體分散性的好壞會(huì)影響分級(jí)效果。超細(xì)顆粒具有較強(qiáng)的團(tuán)聚特性，使得超細(xì)粉體的分散和分級(jí)比普通粉體更加困難。由細(xì)粉團(tuán)聚而成的二次顆粒作為粗粉被收集，直接影響分級(jí)效率和細(xì)粉產(chǎn)率，分級(jí)機(jī)部分分級(jí)效率曲線圖中的“魚鉤效應(yīng)”就是這一現(xiàn)象的具體體現(xiàn)［4］。

螺旋式給料機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 易于操作且密封性好，是氣流分級(jí)機(jī)常采用的喂料方式，但是對(duì)于黏性大且流動(dòng)性較差的粉體，螺旋喂料方式會(huì)造成粉體團(tuán)聚和結(jié)塊現(xiàn)象，影響后續(xù)粉體進(jìn)入分級(jí)機(jī)時(shí)的分散效果。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此展開研究以改善給料的分散性。Kerins等［5］研究了用雙螺桿螺旋給料機(jī)低速輸送黏性藥用輔料介孔二氧化硅時(shí)螺桿螺距、 過濾網(wǎng)和進(jìn)給速度對(duì)給料均勻性的影響，并指出給料機(jī)出口處的過濾網(wǎng)對(duì)粉體流動(dòng)性及其堆積密度影響較大。Jamshidi等［6］設(shè)計(jì)了一種螺旋-刷式給料裝置用于解決細(xì)粉給料時(shí)存在不能均勻分散的問題，實(shí)驗(yàn)表明，該裝置在低速給料時(shí)可以減小團(tuán)聚體平均粒徑且可形成均勻的顆粒流動(dòng)。朱順明等［7］發(fā)明了一種帶有葉片分散裝置和篩網(wǎng)的選粉機(jī)喂料裝置，提高了物料進(jìn)入分級(jí)

機(jī)前的分散性。Nematollahi等［8］通過料槽形狀和結(jié)構(gòu)參數(shù)為三級(jí)錐狀破碎機(jī)提供均勻的喂料并通過生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證新給料槽形狀可得到細(xì)而

窄的產(chǎn)品。謝崗等［9］發(fā)明了一種安裝在分級(jí)機(jī)進(jìn)料管內(nèi)部的帶有粉碎機(jī)構(gòu)的喂料裝置，使物料與撞擊板撞擊分散后再進(jìn)入分級(jí)機(jī)進(jìn)料口，提高物料分散性。馮永國(guó)等［10］設(shè)計(jì)了一種機(jī)械打散裝置，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，打散裝置對(duì)易團(tuán)聚物料分級(jí)精度的提高效果明顯。宋偉［11］發(fā)明了一種帶有散料轉(zhuǎn)軸和分料隔板的喂料分散裝置，可減少物料的堆積，提高分級(jí)效率。楊苑等［12］通過在喂料管口設(shè)置可同時(shí)擺動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的分散盤對(duì)水泥粉料進(jìn)行均勻分散，以提高后續(xù)分級(jí)效果。Sun等［13］研究了顆粒喂入位置對(duì)分級(jí)機(jī)中顆粒流動(dòng)和顆粒分級(jí)精度的影響，結(jié)果表明，將顆粒從強(qiáng)旋流區(qū)喂入可減少顆粒停留時(shí)間，實(shí)現(xiàn)粗細(xì)顆?？焖俜旨?jí)，提高物料分散性，從而提高分級(jí)精度。

通過改進(jìn)螺旋喂料裝置結(jié)構(gòu)或者增加喂料分散裝置，有助于提高粉體分散效果，不過仍存在一些問題，例如喂料裝置尺寸大對(duì)安裝空間有較高要求；結(jié)構(gòu)復(fù)雜引起粉料在分散裝置上堆積；受低速給料限制無法適應(yīng)不同喂料速率，有一定局限性等。此外，上述分散措施主要是針對(duì)螺旋喂料這種氣力分級(jí)最常用的喂料方式。事實(shí)上，振動(dòng)喂料機(jī)也是一種常用的喂料機(jī)械設(shè)備，振動(dòng)喂料機(jī)原理為在重力驅(qū)動(dòng)下輔以振動(dòng)助流裝置，使顆粒在輸運(yùn)槽中呈現(xiàn)跳躍運(yùn)動(dòng)，因此具有喂料均勻且連續(xù)性較好的特點(diǎn)［14-15］。本文中針對(duì)螺旋喂料和振動(dòng)喂料2種喂料方式，利用高速攝像機(jī)采集粉體下落時(shí)的運(yùn)動(dòng)圖像，基于圖像處理技術(shù)分析并探討喂料方式對(duì)粉體喂料連續(xù)性和分散性的影響，并通過物料分級(jí)實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析不同喂料方式對(duì)氣力分級(jí)性能的影響，為氣力分級(jí)系統(tǒng)喂料裝置的設(shè)計(jì)和選擇提供參考和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1材料和儀器設(shè)備

材料：粉體原料為碳酸鈣，密度為2 710 kg/m3，粉體粒度微分分布如表1所示。

儀器設(shè)備： LHB-10型渦流空氣分級(jí)機(jī)（濰坊正遠(yuǎn)粉體工程設(shè)備有限公司）； LT3600型激光粒度分析儀（珠海真理光學(xué)儀器有限公司）； NMRV040-30-71B5型螺旋喂料機(jī)（廣東星光傳動(dòng)股份有限公司）； GZV1型振動(dòng)喂料機(jī)（海安智康金屬材料加工廠）； GVCC04-B05型高速攝像機(jī)（美國(guó)Giga View公司）； MM240型LED光源（中山市光影攝影器材有限公司）。

1.2渦流空氣分級(jí)機(jī)及其工作原理

選用渦流空氣分級(jí)機(jī)，搭建氣力分級(jí)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如圖1所示。

氣力分級(jí)工作原理為： 在風(fēng)機(jī)的抽吸作用下， 空氣通過進(jìn)氣口進(jìn)入渦流空氣分級(jí)機(jī)， 待分級(jí)物料通過喂料裝置由進(jìn)料口進(jìn)入立式渦流空氣分級(jí)機(jī)。 分級(jí)機(jī)中唯一動(dòng)部件轉(zhuǎn)籠由電機(jī)驅(qū)動(dòng)， 粉體在分級(jí)機(jī)內(nèi)主要受到空氣曳力、 離心力和自身重力作用。 當(dāng)粉體受到的空氣曳力小于離心力， 粉體沉降后作為粗粉被收集； 當(dāng)粉體受到的空氣曳力大于離心力， 粉體由氣流攜帶通過轉(zhuǎn)籠通道進(jìn)入轉(zhuǎn)籠中心后從出口離開分級(jí)機(jī)進(jìn)入旋風(fēng)分離器進(jìn)行氣固分離， 收集為細(xì)粉。 氣固分離后的氣流再經(jīng)過袋式除塵器清潔除塵。 設(shè)置轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速為800 r/min， 進(jìn)口風(fēng)速為29 m/s， 喂料速度為5、 12、 18 kg/h。 每組分級(jí)實(shí)驗(yàn)完成后， 分別將獲得的粗粉和細(xì)粉進(jìn)行稱重、 取樣和標(biāo)記并使用激光粒度分析儀對(duì)粉體樣本進(jìn)行粒度測(cè)試。

1.3 喂料裝置

圖2所示為螺旋喂料機(jī)實(shí)物圖。 螺旋喂料機(jī)主要由喂料漏斗、 螺旋輸送管、 蝸輪蝸桿減速器和交流三相變頻電機(jī)組成。 變頻電機(jī)可按設(shè)定轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿減速器將動(dòng)力傳輸給螺旋輸送管， 物料從喂料漏斗中進(jìn)入螺旋輸送管， 隨著螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)被輸送至出料口流出。 圖3所示為振動(dòng)喂料機(jī)實(shí)物圖， 由喂料管、 板簧、 線圈、 銜鐵和底座等組成， 最大振幅為1.5 mm， 振動(dòng)頻率為3 000 min-1。 控制器產(chǎn)生給定電壓的半波電流傳輸給線圈， 線圈間斷產(chǎn)生磁性， 銜鐵被線圈產(chǎn)生的間斷磁性吸引， 帶動(dòng)喂料管產(chǎn)生振動(dòng)， 物料隨著喂料管的振動(dòng)被輸送到出料口流出。 通過控制器控制給定電壓改變振動(dòng)幅值來調(diào)節(jié)喂料速度。

1.4圖像采集平臺(tái)搭建

粉體（粒群）從喂料口自由下落（喂料）的動(dòng)態(tài)視頻采用高速攝像機(jī)拍攝，像素為1 280×1 024時(shí)幀率（每秒傳輸幀數(shù)）可達(dá)500 s-1， 像素為1 280×32時(shí)幀率可達(dá)17 000 s-1，曝光時(shí)間最低為2 μs。拍攝完成后采用圖像截取軟件可獲得每幀圖像。采用LED光源為高速攝像機(jī)拍攝粉體下落過程提供合適的環(huán)境亮度，光源的色溫為3 200～5 700 K，顯色等級(jí)為Ra96+。

分別搭建螺旋喂料方式和振動(dòng)喂料方式下粉體下落運(yùn)動(dòng)圖像采集裝置，如圖4所示。圖像采集裝置分別由上位機(jī)、 高速攝像機(jī)、 喂料裝置（螺旋喂料機(jī)或振動(dòng)喂料機(jī)）以及光源組成。圖像采集實(shí)驗(yàn)中喂料裝置的喂料速度分別為5、 12、 18 kg/h。將喂料裝置（螺旋喂料機(jī)或振動(dòng)喂料機(jī)）調(diào)平，調(diào)整高速攝像機(jī)、 喂料裝置、 光源的位置并調(diào)節(jié)高速攝像機(jī)的焦距，確保能夠清晰拍攝到粉體從喂料裝置出料口下落時(shí)的畫面；清空喂料裝置；設(shè)定喂料速度，開啟喂料裝置開關(guān)，待粒群流動(dòng)穩(wěn)定后開啟高速攝像機(jī)進(jìn)行拍攝，每次實(shí)驗(yàn)拍攝10 s視頻文件。圖像采集現(xiàn)場(chǎng)照片如圖5所示。

1.5圖像采集及處理

使用截圖軟件FastStone Capture的定時(shí)屏幕截圖功能，對(duì)所拍攝視頻分別進(jìn)行截圖，在10 s拍攝圖片的1 200幀中連續(xù)截取100幀。圖6、 7分別是在喂料速度為5 kg/h時(shí)螺旋喂料和振動(dòng)喂料方式在同一視圖區(qū)域連續(xù)截取的t1～t10時(shí)刻的10幀圖片。

為了分析粉體下落過程中的分布情況，需要獲悉粉體在不同時(shí)刻的分布形態(tài)，故求取各圖片灰色區(qū)域的面積A，用以表示喂料過程粉體分布面積。方法為：首先采用基于亮度加權(quán)平均值法［16］，將RGB圖像（原圖，見圖8（a））轉(zhuǎn)換為灰度圖像，如圖8（b）所示；采用Sobel算子實(shí)現(xiàn)邊緣梯度二值掩模［17］提取灰度圖像的形狀特征，如圖8（c）所示。邊緣是圖像中局部亮度變化最明顯的部分，是圖像分割、形狀特征提取等圖像分析的重要依據(jù)。對(duì)圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)并去除背景雜質(zhì)后（如圖8（d）），通過膨脹二值掩模［18］連通粉體區(qū)域并消除圖像中的部分空洞以獲得更加真實(shí)的粉體區(qū)域分布形態(tài)，如圖8（e）所示；在其基礎(chǔ)上，以圖像中的像素點(diǎn)作為計(jì)量單位，通過檢測(cè)圖像中的連通域，可以獲取圖像中粉體區(qū)域的像素點(diǎn)數(shù)。像素具有連通性，使用四連通方法［19］可將經(jīng)過上述處理的圖像劃分為不同的連通區(qū)域，以所有連通區(qū)域?qū)嶋H像素?cái)?shù)作為粉體分布面積。

2 結(jié)果與分析

2.1喂料方式對(duì)粉體喂料分散性的影響

從圖6、 7可以看出，不同喂料方式下，粉體喂料時(shí)下落狀態(tài)和粉體分散差異較為明顯。對(duì)于螺旋喂料方式而言，同一區(qū)域相鄰時(shí)刻的圖像中粉體顆粒下落形成的灰黑色區(qū)域的面積變化很大，甚至存在圖像中沒有粉體顆粒的“空白”情況；對(duì)于振動(dòng)喂料方式而言，同一區(qū)域相鄰時(shí)刻的圖像中粉體顆粒下落形成的灰黑色區(qū)域的面積變化并不大，因此通過觀察法可以得出：振動(dòng)喂料方式的粉體喂料連續(xù)性要優(yōu)于螺旋喂料方式的。

為了量化粉體下落連續(xù)性，根據(jù)上文計(jì)算得到的粉體分布面積，分別計(jì)算碳酸鈣粉體在2種喂料方式和不同喂料速度的工況下的粉體分布變異系數(shù)［20］，如表2所示。

可以看出，螺旋喂料的粉體分布變異系數(shù)遠(yuǎn)大于振動(dòng)喂料的，用螺旋喂料時(shí)碳酸鈣粉體下落時(shí)相同區(qū)域內(nèi)分布面積數(shù)據(jù)的離散程度大于使用振動(dòng)喂料時(shí)粉體分布面積數(shù)據(jù)的離散程度。相較于螺旋喂料，振動(dòng)喂料時(shí)在不同時(shí)刻粉體分布面積差異更小，螺旋喂料連續(xù)時(shí)刻粉體分布面積變異系數(shù)大，喂料不均勻。其主要原因是螺旋喂料時(shí)，物料容易黏附在螺旋葉片上，尤其是黏性較大、流動(dòng)性差的物料。隨著輸送過程的推進(jìn)，黏附的物料相應(yīng)增多，形成假大顆粒，嚴(yán)重時(shí)會(huì)有結(jié)塊現(xiàn)象，因此粉體離開螺旋輸運(yùn)管下落時(shí)喂料不均勻，粒群團(tuán)聚或結(jié)塊，粒群分散性差。振動(dòng)喂料連續(xù)時(shí)刻粉體分布面積變異系數(shù)小，喂料均勻且連續(xù)，主要原因是振動(dòng)喂料機(jī)通過設(shè)置振動(dòng)部件所產(chǎn)生的高頻微幅（微小振幅）破壞粉體結(jié)拱和團(tuán)聚來實(shí)現(xiàn)助流，因此，螺旋喂料方式不適合輸運(yùn)黏度大、 流動(dòng)性差的粉體，如碳酸鈣粉體，會(huì)造成粉體在喂料過程中下落不均勻，影響喂料分散性。振動(dòng)部件利于粉體的解團(tuán)，提高粉體分散性，振動(dòng)喂料在輸運(yùn)易團(tuán)聚粉體時(shí)較于螺旋喂料更能體現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)。

2.2喂料方式對(duì)氣力分級(jí)性能的影響

對(duì)分級(jí)實(shí)驗(yàn)所得粗粉產(chǎn)品測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析，計(jì)算出部分分級(jí)效率［21］，并計(jì)算得到各組實(shí)驗(yàn)的分級(jí)粒徑d50（顆粒粒徑所對(duì)應(yīng)的部分分級(jí)效率為50%）、分級(jí)精度（d25/d75）、 峰值點(diǎn)和旁路值，計(jì)算結(jié)果見表3。理想分級(jí)的分級(jí)精度為1?！棒~鉤效應(yīng)”是粗粉產(chǎn)品中含有細(xì)粉的體現(xiàn)，“魚鉤”的最高點(diǎn)稱為峰值點(diǎn)，峰值點(diǎn)越高則“魚鉤效應(yīng)”越強(qiáng)?！棒~鉤”的最低點(diǎn)是旁路值，旁路值越小，粗粉產(chǎn)品中的細(xì)粉量越少，粗細(xì)分離效果越好［22］。理想分級(jí)的峰值點(diǎn)高度和旁路值為0，不存在“魚鉤效應(yīng)”，氣力分級(jí)機(jī)的工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)以及粉體在分級(jí)機(jī)內(nèi)的分散效果都會(huì)對(duì)分級(jí)機(jī)中的“魚鉤效應(yīng)”產(chǎn)生影響。

從表3可以看出，在螺旋喂料方式下，隨著喂料速度增大，d50減小，分級(jí)精度下降，“魚鉤效應(yīng)”增強(qiáng)。這是因?yàn)殡S著喂料速度增大，更多的團(tuán)聚顆粒喂入分級(jí)機(jī)內(nèi)，粗細(xì)顆粒分離效果變差。在3種不同喂料速度下，相較于螺旋喂料，振動(dòng)喂料的d50變化不大，分級(jí)精度增大，旁路值變小，“魚鉤”峰值點(diǎn)降低。在較高喂料速度18 kg/h時(shí)，振動(dòng)喂料相比于螺旋喂料，分級(jí)精度提升了185%，旁路值減小了75%，“魚鉤效應(yīng)”峰值點(diǎn)高度降低29%。這表明，相比于螺旋喂料，振動(dòng)喂料方式不僅可以提高分級(jí)精度，也能夠大大降低混入粗粉中的細(xì)粉比例，削弱“魚鉤效應(yīng)”，改善粗細(xì)顆粒分離效果，且隨著喂料速度增大，改善程度更加顯著。

為了進(jìn)一步說明此問題，在喂料速度為18 kg/h時(shí)，對(duì)2種喂料方式下所得粗粉產(chǎn)品進(jìn)行分析，并繪制粗粉產(chǎn)品各粒徑粉體的微分分布圖，如圖9所示。其中橫坐標(biāo)為粒徑，縱坐標(biāo)為分級(jí)得到的粗粉產(chǎn)品中不同粒徑粉體在粗粉中的占比即微分分布γ。

從圖9可以看出，相較于螺旋喂料方式，振動(dòng)喂料方式得到的粗粉中細(xì)粉占比明顯減小。螺旋喂料方式下，粒徑小于5 μm的超細(xì)顆粒在粗粉中的占比是6.34%，而在振動(dòng)喂料方式下，粒徑小于5 μm的超細(xì)顆粒在粗粉中的占比是2.45%；螺旋喂料方式下，粒徑小于10 μm的超細(xì)顆粒在粗粉中的占比是11.39%，而在振動(dòng)喂料方式下，粒徑小于10 μm的超細(xì)顆粒在粗粉中的占比是4.36%；螺旋喂料方式下，粒徑小于20 μm的超細(xì)顆粒在粗粉中的占比是21.95%，而在振動(dòng)喂料方式下，粒徑小于20 μm的超細(xì)顆粒在粗粉中的占比是9.97%。綜上所述，相比于螺旋喂料方式，振動(dòng)喂料方式收集到的粗粉中含有的細(xì)粉比例大幅減小，這也是振動(dòng)喂料方式部分分級(jí)效率曲線旁路值減小且“魚鉤效應(yīng)”峰值點(diǎn)高度降低的原因。同時(shí)，根據(jù)2.1節(jié)中物料下落時(shí)的圖像分析和對(duì)比可以得出，相較于螺旋喂料方式，振動(dòng)喂料方式粉體喂料均勻且粉體分散性更好，從而使混入粗粉中的細(xì)粉比例減小，削弱了“魚鉤效應(yīng)”。

3 結(jié)論

為了探究喂料方式對(duì)于氣力分級(jí)性能的影響，借助圖像處理技術(shù)分析粉體喂料均勻性及其分散性，并通過碳酸鈣粉體分級(jí)實(shí)驗(yàn)對(duì)螺旋喂料和振動(dòng)喂料方式下氣力分級(jí)性能進(jìn)行對(duì)比。

1）引入喂料過程連續(xù)時(shí)刻粉體分布面積的變異系數(shù)作為喂料連續(xù)性評(píng)價(jià)參數(shù)，在不同喂料速度下，振動(dòng)喂料的粉體分布變異系數(shù)均小于螺旋喂料的，說明振動(dòng)喂料方式下粉體喂料連續(xù)性優(yōu)于螺旋喂料方式。

2）相比于螺旋喂料，振動(dòng)喂料方式可增大分級(jí)精度，減小旁路值，使“魚鉤”峰值點(diǎn)降低。隨著喂料速度增大，振動(dòng)喂料對(duì)分級(jí)性能的提升更加顯著，在喂料速度為18 kg/h時(shí)，分級(jí)精度提升了185%，旁路值減小了75%，“魚鉤效應(yīng)”峰值點(diǎn)高度降低29%，混入粗粉中細(xì)粉占比大幅降低，顯著改善粗細(xì)顆粒分級(jí)效果。

3）由于粉體離開螺旋輸運(yùn)管下落時(shí)喂料不均勻，粒群團(tuán)聚或結(jié)塊，粒群分散性差；而振動(dòng)喂料方式利于粉體解團(tuán)，提高粉體分散性，粉體下落時(shí)更加均勻，有利于提高分級(jí)精度，削弱“魚鉤效應(yīng)”。

利益沖突聲明（Conflict of Interests）

所有作者聲明不存在利益沖突。

All authors disclose no relevant conflict of interests.

作者貢獻(xiàn)（Author’s Contributions）

于源、 劉克潤(rùn)、 劉曉勇、 劉家祥、 焦志偉、 付俊杰參與了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、 論文的寫作和修改。所有作者均閱讀并同意了最終稿件的提交。

The study was designed by YU Yuan， LIU Kerun， LIU Xiaoyong， LIU Jiaxiang， JIAO Zhiwei and FU Junjie. Themanuscript was drafted and revised by YU Yuan， LIU Kerun， LIU Xiaoyong， LIU Jiaxiang， JIAO Zhiwei and FU Junjie. All authors have read the last version of paper and consentedfor submission.

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Influence of feeding methods on classification performance of

powder pneumatic classification and cause analyses

YU Yuana， LIU Keruna， LIU Xiaoyonga， LIU Jiaxiangb， JIAO Zhiweia， FU Junjie*a

（a. College of Mechanical and Electrical Engineering，b. Beijing Key Laboratory of Materials Electrochemical Process and Technology，

Beijing University of Chemical Technology， Beijing 100029， China）

Abstract

Objective The feeding method is crucial factors influencing the classification performance of the pneumatic classifier. Spiral feeding and vibration feeding are popular feeding method for powder preparation. This study aims to comparatively analyze their effects on the classification performance， providing valuable insights for the theoretical guidanceof structural optimization in the pneumatic classifier.

Methods In this paper， firstly， the image acquisition of the falling motion of material particles （feeding process） with different feeding methods was carried out using a high-speed camera.The collected images were processed using image processing technology. The influence of feeding methods on powder dispersion was analyzed through image observation and the variation coefficient of the powder distribution area of continuous moments. Then the influence of feeding methods on the classification performance was explored through the CaCO3 powder classification experiments.

Results and Discussion According to the image processing results， there are significant differences in the falling state and dispersion of powder at different feeding methods.Atthe feeding speed of 5 kg/h， the variation coefficients of spiral feeding and vibration feeding are 1.73 and 0.16， respectively. This trend continued at higher feeding speeds， with values forspiral feeding and vibration feeding at the feeding speed of 12 kg/h being 1.38 and 0.15， and at 18 kg/h being 0.90 and 0.12， respectively. Remarkably， the variation coefficient of vibration feeding is smaller than that of spiral feeding at the same feeding speed. According to the CaCO3 powder classification experimental results， the vibration feeding is conducive to improving classification performances of the pneumatic classifier， especially under the operating condition with high feeding speed， ascompared to the spiral feeding method. At the feeding speed of 18 kg/h， the pneumatic classifier exhibits substantial improvements in classification metrics when utilizing vibration feeding. Specifically， the classification accuracy is improved by 185%， the bypass value is decreased by 75% and the peak on the “fish-hook effect” is reduced by 29%. Moreover， the proportion of ultrafine particles less than 10 μm in the coarse powder is decreased from 11.4% withspiral feeding to 4.4% using vibration feeding. The proportion of fine particles in the coarse powder is greatly reduced，contributing to animprovement in theseparationefficiencybetween coarse particles and fine particles.

Conclusion Compared to the spiral feeding method， the vibration feeding method is conducive to improving the classification performances of the pneumatic classifier and its classification effects， especially under" operatingconditionswith high feeding speed. The vibration feeding method is beneficial to powder disaggregation， which can improve the uniformity and dispersion of powder material feeding compared to the spiral feeding method. The spiral feeding method is not suitable for transporting powder with high viscosity and poor flowability， such as CaCO3 powder， which causes uneven powderdrops during the feeding process and adverselyaffects the dispersion of the feeding. It is the reason that the vibration feeding method can improve the classification accuracy and weaken the “fish-hook” effect. The research results demonstrate that the vibration feeding method has advantages in transporting easily agglomerated powder compared to the spiral feeding method.

Keywords： powder； pneumatic classification； feeding methods； fish-hook effect

（責(zé)任編輯：王雅靜）

收稿日期： 2023-10-12，修回日期：2023-11-27，上線日期：2024-01-16。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，編號(hào)：52174234。

第一作者簡(jiǎn)介：于源（1976—），女，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榉垠w分離技術(shù)及設(shè)備研發(fā)、智能制造及工業(yè)自動(dòng)化。

E-mail： yuyuan@mail.buct.edu.cn。