噴霧工藝參數對出料率的影響

楊文超,甘緒發,譚會文

(自貢硬質合金有限公司,四川自貢643011)

噴霧工藝參數對出料率的影響

楊文超,甘緒發,譚會文

(自貢硬質合金有限公司,四川自貢643011)

以粗顆粒和超粗顆粒為原料,通過噴嘴組合、噴霧壓力和噴霧風量三個工藝參數的七種搭配組合來進行試驗摸索,分別對其出料率、收塵率和附壁率開展數據對比,找到提高出料率的方法。

出料率;收塵率;附壁率;噴嘴組合;噴霧壓力;噴霧風量

1 引言

混合料制備的方法主要有兩種:一種是機械制粒,一種是噴霧干燥制粒。前一種方法設備簡單,操作方便,但所生產的混合料質量較差,后一種方法投資大,設備復雜,但生產出的混合料流動性能好,松裝密度穩定,粒度分布均勻,能滿足高質量、高性能硬質合金產品的需要[1]。在眾多的干燥設備中,噴霧干燥塔是應用較廣的一種,是處理溶液、懸浮液和泥漿狀物料的理想設備[2]。

噴霧干燥塔的工作原理:料漿在霧化噴霧的作用下被霧化成霧滴,在干燥塔內與熱風相遇,發生劇烈的熱交換,經幾秒或幾十秒后,霧滴被干燥成符合要求的顆粒狀粉料,集聚在塔底并由卸料閥卸出[3]。卸出的這部分粉料與投入到噴霧塔內的粉料的比值就為噴霧塔出料率。噴霧塔出料率直接反映噴霧塔的生產能力,出料率越高,噴霧塔生產能力越大。一般來說,噴霧塔出料率為94%,另外的6%分別被旋風收塵器回收和附著在噴霧塔內壁之中。然而對于晶粒度越粗的粉料而言,出料率僅僅為90%,附著在噴霧塔內壁的粉料可以高達8%。這對于制造企業來說,無疑增加了更多的生產成本。下面就粗顆粒的粉料出料率的提升空間這個問題,對噴霧工藝對噴霧塔出料率的影響進行討論。

2 工藝試驗

2.1 現狀

盡量選取FSSS更高,合金晶粒度高的牌號作為試驗對象。

某牌號混合料粉料YG-1,WC的FSSS＞20μm,合金晶粒度＞4.0μm,屬于粗顆粒粉料。

某牌號混合料粉料ZL-1,WC的FSSS＞20μm,合金晶粒度＞4.0μm,屬于粗顆粒粉料。

某牌號混合料粉料ZD-1,WC的FSSS＞30μm,合金晶粒度＞5.0μm,屬于超粗顆粒粉料。

某牌號混合料粉料ZD-2,WC的FSSS＞30μm,合金晶粒度＞5.0μm,屬于超粗顆粒粉料。

某牌號混合料粉料ZD-3,WC的FSSS＞30μm,合金晶粒度＞5.0μm,屬于超粗顆粒粉料。

2013年以上牌號生產情況見表1。

表1 2013年以上牌號生產情況(%)

該表中的附壁率是指在噴霧制料過程中粘附在塔壁上的物料;收塵率指在噴霧制料過程通過旋風收塵器收集到的粉料;出料率是指噴霧制粒料的重量除以球磨投入的物料重量乘以100。

從表1可知,粗顆粒粉料出料率低的主要影響因素是附壁率高,也就是說該粉料在霧化的過程中,容易在塔壁上附著。

2.2 試驗方法

本試驗設計從三個方面改進,搭配七種實驗方法來摸索提高噴霧塔粗顆粒粉料出料率。三個方面是批噴嘴組合、噴霧壓力、噴霧風量。七種方法包括(1)單獨調整噴嘴組合工藝;(2)單獨調整噴霧壓力工藝;(3)單獨調整噴霧風量工藝;(4)同時調整噴嘴組合工藝和噴霧壓力工藝;(5)同時調整噴嘴組合工藝和噴霧風量工藝;(6)同時調整噴霧壓力工藝和噴霧風量工藝;(7)同時調整噴嘴組合工藝、噴霧壓力工藝和噴霧風量工藝。

2.3 實驗過程

2.3.1 單獨調整噴嘴組合工藝

方法:噴嘴組合由雙槍?1.4/P9+?1.4/ P9調整為單槍?1.6/P9,數據見表2。

從表2可知,通過改變噴嘴組合,由?1.4/P9+?1.4/P9雙槍調整為?1.6/P9單槍生產粗顆粒牌號,清塔量超過4.5%且和收塵產生量之和都大大超過8%,出料率無明顯增長。

2.3.2 單獨調整噴霧壓力工藝

方法:噴霧壓力由9.0bar調整到10bar,數據見表3。

從表3可知,通過改變噴霧壓力,由9.0bar調整為10.0bar生產粗顆粒牌號,清塔量超過4.5%且和收塵產生量都超過8%,出料率無明顯增長。

2.3.3 單獨調整噴霧風量工藝

方法:風量由1 600r/min降低到1 400r/ min,數據見表4。

表2 調整噴嘴組合后的生產情況

表3 調整噴嘴壓力后的生產情況

表4 調整噴嘴風量后的生產情況

從表4可知,通過改變風量,由1 600r/ min調整為1 400r/min生產粗顆粒牌號,清塔量超過4.5%且和收塵產生量都超過8%,甚至超過10%,出料率無明顯增長。

分析:噴嘴組合、噴霧壓力和風量三個不同工藝參數的單獨變化對降低粗顆粒牌號清塔料、收塵料的重量不明顯,提高出料率的效果并不顯著。

2.3.4 同時調整噴嘴組合工藝和噴霧壓力工藝

方法:噴嘴組合由雙槍?1.4/P9+?1.4/ P9調整為單槍?1.6/P9,噴霧壓力由9.0bar調整到10bar,數據見表5。

從表5可知,通過同時改變噴嘴組合(由?1.4/P9+?1.4/P9雙槍調整為?1.6/P9單槍)、噴霧壓力(由9.0bar調整為10.0bar)生產粗顆粒牌號,清塔量超過4.5%且和收塵產生量加起來依然超過9%,出料率無明顯增長。

2.3.5 同時調整噴嘴組合工藝和噴霧風量工藝

方法:噴嘴組合由雙槍?1.4/P9+?1.4/ P9調整為單槍?1.6/P9,風量由1 600r/min降低到1 400r/min,數據見表6。

從表6可知,通過同時改變噴嘴組合(由?1.4/P9+?1.4/P9雙槍調整為?1.6/P9單槍)、風量(由1 600r/min降低到1 400r/ min)生產粗顆粒牌號,清塔量超過4.5%且和收塵產生量加起來依然超過10%,出料率無明顯增長。

2.3.6 同時調整噴霧壓力工藝和噴霧風量工藝

方法:噴霧壓力由9.0bar調整到10bar,風量由1 600r/min降低到1 400r/min,數據見表7。

表5 調整噴嘴組合和噴霧壓力后的生產情況

表6 調整噴嘴組合和噴霧風量后的生產情況

表7 調整噴嘴壓力和噴霧風量后的生產情況

從表7可知,通過同時改變噴霧壓力(由9.0bar調整到10bar)、風量(由1 600r/min降低到1 400r/min)生產粗顆粒牌號,清塔量超過4.5%且和收塵產生量加起來超過9%,出料率無明顯增長。

分析:噴霧壓力和風量兩個不同工藝參數同時調整對降低粗顆粒牌號清塔料、收塵料的重量不明顯,提高出料率的效果并不顯著。

2.3.7 同時噴嘴組合工藝、噴霧壓力工藝和噴霧風量工藝

方法:噴嘴組合由雙槍?1.4/P9+?1.4/ P9調整為單槍?1.6/P9,噴霧壓力由9.0bar調整到10bar,風量由1 600r/min降低到1 400r/min,數據見表8。

由表8可知,通過同時改變噴嘴組合(由?1.4/P9+?1.4/P9雙槍調整為?1.6/P9單槍)、噴霧壓力(由9.0bar調整為10.0bar)、風量(由1 600r/min調整為1 400r/min)生產粗顆粒牌號,清塔量低于4.5%且和收塵產生量加起來不超過6%,出料率均超過94%,但ZD系列牌號在該工藝下清塔量和收塵產生量較高,出料率變化不明顯。

2.3.8 噴嘴組合+噴霧壓力+噴霧風量

方法:噴嘴組合由雙槍?1.4/P9+?1.4/ P9調整為單槍?1.6/P9,噴霧壓力由9.0bar調整到10bar,風量由1 600r/min降低到1 200r/min～1 400r/min,數據見表9。

表8 同時調整噴嘴組合、噴嘴壓力、噴霧風量后的生產情況

表9 噴嘴組合+噴嘴壓力+噴霧風量改變后的生產情況

從表9可知,通過驗證同時改變噴嘴組合(由?1.4/P9+?1.4/P9雙槍調整為?1.6/ P9單槍)、噴霧壓力(由9.0bar調整為10.0bar)、風量(由1 600r/min調整為1 200r/min～1 400r/min)生產粗顆粒牌號,促使噴霧出口溫度得到降低,清塔量低于4.5%且和收塵產生量加起來不超過6%,出料率均超過94%,且ZD系列牌號在該工藝下清塔量和收塵產生量稍有降低,出料率有一定幅度的提升。

噴霧工藝改進后的出料率情況如表10。

實驗結果分析與討論:

依據于才淵對空心顆粒形成的機理可知:由于毛細管的作用,干燥時,其中的液體通過固體微粒間的微細孔隙移動至液滴表面[4]。通過顯微粒度放大2 000倍觀察,噴霧顆粒是由無數個細小的晶粒構成,而晶粒與晶粒之間存在著晶界,晶界是原子快速擴散的通道[5],正是這些晶界的存在使得液滴在霧化過程中得以液體揮發,干燥成粒。但不同的牌號和不同的晶粒其晶界多少是不一樣的,眾所周知,晶粒越小,晶界越多,縫隙越多,反之,晶粒越大,晶界越少,縫隙越少。以下圖1證實了以上觀點。

由圖可知圖1(a)為細晶粒顆粒,圖1(b)為粗晶粒顆粒,很明顯圖1(b)顆粒上的晶粒較圖1(a)大,晶界較圖1(a)少。

表10 噴霧工藝改進后的出料率情況

圖1 晶粒顆粒圖

我們所使用的原料為WC的FSSS＞20μm,合金晶粒度＞4.0μm的粗顆粒牌號,其特點晶粒大,晶界少,縫隙少,液體揮發速度慢,因此改雙槍為單槍,將單槍移至噴霧塔中心部位,提高液滴的行程距離,增加揮發時間。

由于雙槍改單槍,出料效率降低,出于對噴料效率的考慮,我們將單槍的噴嘴孔徑由?1.4提高到?1.6,以提高噴料速度,提高出料量。伴隨著噴嘴孔徑的增大,液滴尺寸隨孔徑的平方而增加[5]。而粗霧滴,由于沒有充分的停留時間,使這樣大的液滴表面,未完成干燥前,一個半濕狀態的顆粒,就飛行到壁上[6]。為了維持噴霧顆粒的原始粒度,我們提高噴霧壓力,由9.0bar提高到10.0bar。因為在高壓下,液滴具有較大能量,液滴尺寸將隨著壓力的增加而減少[5]。

再由于雙槍改單槍生產,噴料量降低,液滴量也降低,熱交換也隨之降低,此時需要通過降低噴霧塔體的進風量或者進風溫度來匹配較少的液滴量,防止熱交換過多,噴霧顆粒過于干燥破裂,而引發粘塔壁。我們這里選擇降低風機轉速來實現降低進風量。因為風機轉速增加,風量增加一次方倍,風壓增加平方倍;反之風機轉速降低,風量降低一次方倍,風壓降低平方倍。降低進風量不僅可以降低熱交換,同時降低風壓,減少熱風對液滴向下壓力,變相延長液滴在噴霧塔內的停留時間。

3 結論

(1)在噴霧制粒工藝中,通過調整噴槍(噴嘴孔徑按自己需求調整)、噴霧壓力、風量三個參數對提高牌號的出料率很有利。

(2)牌號出料率的提高是通過降低噴霧塔附壁料來實現的。

(3)提高粗、超粗晶粒合金牌號的牌號出料率也可采用以上方法來實現。

[1] 梁志剛,任小洪.PWG-300型噴霧干燥設備的研制[J].硬質合金,2005,22(4):221-225.

[2] 章其鴿.噴霧干燥塔的尾氣余熱回收[J].化學工程師,2008,153(6):0045-0046.

[3] 劉興國,高淑雅.陶瓷廠噴霧干燥設備節能方法概述[J].西北輕工業學院學報,2000,18 (1):0107-0109.

[4] 于才淵,王寶和,王喜忠.噴霧干燥技術[M].化學工業出版社,2013.127.

[5] 制造加工工藝.

[6] 于才淵,王寶和,王喜忠.噴霧干燥技術[M].化學工業出版社,2013.78.

[7] 于才淵,王寶和,王喜忠.噴霧干燥技術[M].化學工業出版社,2013.174.

Study Onpreperation Method of Ultra Coarse Grain Mixture System

YANG Wen-chao,GAN Xu-fa,TAN Hui-wen
(Zigong cemented carbide Co.Ltd.,Zigong 643011,Sichuan,China)

Abstract:in this paper,the coarse particles and coarse particles as raw material, through thenozzle,spray pressure,seven combinations of test spray volume of three process parameters on the discharge rate,recovery rate and adhesion rate of data comparison,find the method of increasing the feed rate.

recovery rate;adhesion rate;nozzle;spray pressure;spray volume

TF123

:A

1001-5108(2015)04-0032-06

楊文超,助理工程師,主要從事硬質合金混合料生產工藝。