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粉体流变仪动态表征煤粉的流动性

荆棘鸟fiona

2015/09/10

常用设备综合讨论

一、背景介绍
流动性的表征对于粉体的加工处理至关重要。工程师可籍此解决有关的粉体流动问题，并优化设备设计。但表征技术的选择应恰如其分，使之与粉体的应用相匹配。动态粉体表征技术通过对规定条件下的松装密度（CBD）、基本流动能(BFE)、特别流动能（SE）、FRI(流动速率敏感度)等几项指标进行测量，可以清晰地分析比较不同粒径煤粉的流动性能，并确定煤粉的流变和粒径对流动性能的影响。
本文基于华东理工大学利用英国富瑞曼科技有限公司所提供的独特专利技术，对煤粉动态流动过程中的CBD、BFE、SE、FRI进行测量研究分析后撰写而成。实验中，精密加工的“叶片”在选定的煤粉样品中同时完成旋转和轴向移动，建立起一个精确的流动模式，使成千上万颗粒在其中发生相对流动。此时，作用在叶片上的阻力则代表了煤粉相对移动的难度，或者整体流动性质。叶片移动越困难，意味着颗粒对移动形成的阻力越大，使粉末产生流动的难度越高。采用这种可重复的精确方式移动叶片，测得数据的重现性极佳，对实际生产具有实质性的指导意义。
二、实验方法
1、实验仪器
FT4流变仪(英国富瑞曼科技有限公司制造)
2、实验过程
首先对田坝煤进行研磨、分筛，形成7种不同粒径的粉末，见表1。

FT4流变仪的功能之一是测量粉体在受限空间中的流动性能。本例中所有测试采用的叶片直径均为48mm。160ml的粉体样本被置于50mm硼硅酸盐测试容器中。

叶片旋转并向上向下作轴向运动，FT4测得叶片旋转方向和轴向遭遇的阻力，分别以扭矩和力的形式表示，如图2所示。我们可以计算出叶片从粉体柱上方移动到下方所需要的能量，用公式表示为：
流动能=阻力x运动距离 (1)
阻力：扭矩和力

可以自动计算所有压实状态下粉体流动所需的流动能。本文包括CBD、BFE、SE和FRI。松装密度（CBD）：将煤粉置于规定的温、湿度条件，经过一定时间后测量煤粉松装密度。
基本流动能（BFE）

特别流动能（SE）
叶片穿过粉体向上运动时，测得SE。图4显示了叶片顺时针向上运动时的流动模式，粉体被轻轻抬起，流动压力低。

流动速率敏感度（FRI）
测量了叶尖速度从100 mm/s下降至10 mm/s时，煤粉流动能变化率。可按如下公式计算出FRI：

三、结果和讨论
1，开始时，随着粒径增加，煤粉的CBD也增加。但是粒径的持续增加并不会对粉体松装密度有很大影响，即，粒径对CBD的影响会逐渐变弱，尤其是当粒径大于140μm时。

2， BFE随着粒径的增加而大幅增加。在BFE测试中，精细颗粒的表现更接近流体。它们可以挤压着穿过角落或孔洞，粗颗粒在受力流动状态时，流动困难。

3，细煤粉的CBD较低， BFE值较低；粗颗粒煤粉的BFE值较高。整体而言，BFE随CBD线性增加。

4，存在一个临界粒径，在此以上，粉体没有任何粘性；而在此之下，粘性则随着粒径的下降而增加。平均粒径高于140μm时，SE趋向于稳定的8.8mg/J。平均粒径为44.3μm时，SE为13.3 mg/J。SE最高，表明粘性最大，很难流动。粒径小，SE不会持续增加，但会保持稳定。

5，粒径较小时(17.7 μm - 94.2 μm)，随着叶尖速度下降，流动能逐渐增加。平均粒径为223.8μm时，随着叶尖速度下降，流动能整体下降。当平均粒径为141.3μm时，叶尖速度对流动能量的影响很小。这也可以视为获得稳定性能的理想的粒径。

6，当叶尖速度从100mm/s下降至10mm/s时，流体阻力急剧增加。平均粒径为17.7μm的煤粉的FRI最高，对叶尖速度下降最为敏感，可压缩性最大。当粒径超过大约100μm时，FRI逐渐下降。大粒径煤粉的流动能量对叶尖速度变化敏感度较小，流动能变化小。当煤粉粒径为223.8μm时，FRI最低，为0.95。表明当煤粉粒径大于一定值时，其行为更接近牛顿运动方式，在叶尖速度较低时，需要的能量较少，这一点与细煤粉是不同的。

四、结论
本文采用FT4粉末流变仪，通过动态方法测定煤粉对流动的阻力，考察了具有不同粒径的煤粉的流动性能。结果显示，FT4对煤粉的流变性具有出色的表征能力。
随着粒径的增加，CBD和BFE均明显增加。它们都与煤粉的压实状态或可压缩性密切相关。因为随着粒径的增加，颗粒之间的相互作用力变弱，导致CBD和BFE上升。
至于粉体粘性及粒径之间的关系，事实证明，SE随粒径的增大而逐步下降。FRI 则反映了不同速率下流动能的敏感度。随着平均粒径增大，煤粉从非牛顿流体运动状态向牛顿流体运动方式转变。

精
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面对面想你

第1楼2015/09/10

这个仪器测试的颗粒流动性指标比较少。
我这里粉体综合测试仪，可以测试松装密度、分散度、安息角、刮铲角等等。

0

土老冒豆豆

第2楼2015/09/11

应助达人

看图片觉得不管是细煤粉还是粗煤粉，都是一粒粒大块的啊。

0

面对面想你

第3楼2015/09/11

可能是放大的图片。

0

我爱吃芒果

第4楼2015/09/18

哇塞研究内容很高端啊

0

白云和黑土

第5楼2015/09/18

流动性研究，博士课题吧？

0

荆棘鸟fiona

第6楼2015/09/21

哈哈哈，是的呢~~
白云和黑土(v3041804) 发表:流动性研究，博士课题吧？

0

qianguiyun1

第7楼2015/09/21

应助达人

哪些方面需要这个指标？

0

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