2.4.1 干法超微细分级设备
干法超微细分级机大多是伴随高速机械冲击式超细磨机和气流磨，尤其是对喷式流化床气流磨的引进和开发而发展起来的。因此，占市场主导地位的几种机型是MS/MSS和ATP型及其仿制型和改进型以及LHB型干法精细分级机。这些干法超微细分级机基本上都与相应的机械冲击式超细粉磨机或气流磨配套使用，其分级粒径可以在较大范围内进行调节，其中MS及其类似的分级机的分级产品细度可达d97=10μm左右，MSS和ATP型及其类似的分级机的分级产品细度可达d97=5～6μm。依分级机规格或尺寸的不同，单机处理的能力从几十千克/h到约10t/h不等。LHB型干法超微细分级机分级产品细度可达d97=5～7μm，每小时处理能力可达10t以上，分级效率及单位产品能耗与进口设备相当。
湿式分级机主要有两种类型：一是基于重力沉降原理的水力分级机；二是基于离心力沉降原理的旋流式分级机。这类分级机包括沉降离心机，如卧式螺旋离心分离（级）机、小直径水力旋流器、LS离旋器、GSDF型超细水力旋分机等机型，这是目前湿式精细分级主要采用的设备。其中，沉降离心机（包括卧式螺旋离心分级机）的溢流产品细度可达到d97=2μm，GSDF型超细水力悬分机的溢流产品细度可达d95=2μm，小直径水流旋流器组的溢流产品可达到d85=2μm，LS离悬器可达到d60=2μm，这些分级机可单独设置，也可与湿式超细粉碎设备配套使用。表2-4列出了各主要超细分级机的性能及应用。
表2-4 各主要超细分级机的性能及应用
2.4.1.1 LHB型气流分级机
LHB型气流分级机由进料控制系统、分级机主机、旋风收集系统、布袋收集器及引风机等部分组成，如图2-27所示。进料控制系统由进料变频器及摆线针轮星形卸料阀组成，通过调节变频器输出频率高低来实现对进料的连续匀速控制。分级机主机由电机、分级轮、筒体等组成，通过调节分级轮的转速并配以合理的二次进风来实现对物料的有效分级。叶轮转速通过变频器调整，并设计了失压保护、过电流保护、料位控制、运行状态监视及报警系统等的保护措施。旋风收集器是分级产品的一级收集系统，含尘气流进入旋风收集器后，由于离心力的作用，尘粒延筒壁下滑，在内锥筒尾部被分离。净化后的气体经过旋风中心管排出。布袋收集器由袋式捕集装置、脉冲清灰装置和气动控制装置及电脑自动报警装置等组成。布袋收集系统由滤袋和4个腔体组成，每个腔体实际上就是一个单独的收集器，4个腔组成一个收集器，在关闭一腔其余三腔正常工作的前提下实现脉冲清灰。LHB-N型气流分级机的典型工艺配置如图2-28所示。
图2-27 LHB型气流分级机
1—电机；2—电机底座；3—出料口；4—蜗壳；5—分级轮；6—分级筒；7—进料口；8—料仓；9—二次风系统；10—星形排料阀
图2-28 LHB-N型气流分级机的典型工艺配置
1—空气压缩机；2—过滤出油器；3—冷干机；4—分级进料系统；5—工作平台；6—分级机；7—旋风收集器；8—布袋收集器；9—风机；10—控制柜
2.4.1.2 FJJ型分级机
FJJ型分级机是卧式涡轮转子型分级机，类似于德国的ATP型，其结构及工作原理如图2-29所示，主要分为上下两部分。上部分用涡轮转子分离细粉，在涡轮转子产生的流场条件下，料物中的粗粉按着所设定的切割点分离。粗粉被反弹掉入下部粗粉分离仓，细粉进入涡轮转子，经输粉管路进入细粉收集装置（旋风分离器或过滤器）。粗粉向下掉入粗粉分离仓，又在A处受到强烈清洗，其中含有的细粉于中央区间由上升气流带入上部细分离区，对细粉再次分离。粗粉沿侧壁掉下，排出分级机。B处进风口对物料起上托作用，使细物料能够被送入细粉分级机。如图2-29（a）所示为上部下料式，物料直接投入到细粉分级区，进行粗细粉分离。携带部分细粉的粗粉被分级涡轮反弹后，有的被上升气流送回到细粉分级区，有的沿侧壁掉入到粗粉分级区，对粗粉进行两次（处进风、处进风）强烈清洗。此结构形式相对于其他两种具有更高的分级效率，在相同规格下也有更高的处理量。缺点是安装结构较高，需要较高的厂房空间。如图2-29（b）所示为中部下料式，物料进入分级机后由上升气流将物料带入细粉分级区。此结构与图2-29（a）的结构形式相比，如要达到同样的分级效率，则处理量略低一些；与图2-29（c）的结构形式相比，喂料口位置较低，输送料较易。如图2-29（c）所示为标准设计型，此结构简单，加工制作较图2-29（a）、（b）结构形式容易些。因无清洗粗粉的侧向进风，分级效率较图2-29（a）、（b）型低。如图2-29（d）所示的结构形式为气送料方式，物料由下部进风口与气流一起进入分级机，并由上升气流送入细粉分级区，此结构喂料方式简单，可很容易与其他磨机组合成流水生产线。缺点是与图2-29（a）、（b）两种结构形式相比，要达到同样的分级效率，处理量低一些，但在对粗粉清洗度要求不高的情况下，同样具有大的处理量。
图2-29 FJJ型分级机结构与工作原理示意图
除单个分级结构轮的FJJ型分级机外，还设计了多轮结构的FJJ型分级机。这种多轮分级机具有小涡轮结构的优点，即产品粒度细，d97可达到3～9μm，分级切割点准确、锐利，分级效率高，同时具有大的处理量，回避了采用大型涡轮转子获得大处理量但使分级品质降低的缺点。
FJJ型气流分级机按照向分级机内喂料的方式不同可分为3种配料方式：顶部喂料、中部喂料、下部气固一起方式喂料。按着气路的不同又可分为4种配料方式：负压直通气模式、部分正压直通气模式、部分闭路循环模式和闭路循环模式。
2.4.1.3 WFJ型分级机
WFJ型分级机是带有二次进风及水平安装分级叶轮的强制型离心分离机，它由分级叶轮、导流片整流器、分级筒体等组成。按分级叶轮数量可分为WFJ单叶轮分级机和WFJ多叶轮分级机（图2-30）。WFJ分级机按不同的要求，进料方式有两种，即上筒身加料和下锥体一次风进料。分级叶轮由上筒身加入，外界一次风对物料起风筛作用，使粒子充分分散，并上升至分级区。由于分级机叶轮高速旋转，粒子既受到分级叶轮产生的离心力，又受到气流黏性作用产生的向心力，当粒子受到离心力大于向心力，即分级径以上的粗粒子沿容器壁面旋下，外界二次空气通过导流部整流成均一旋流，将混杂或黏附于粗粉中的细粉分离干净，分离后粗粒从下部粗粒口排出，分级径以下细粒随气流进入旋风分离器、捕集器收集，净化气体从引风机排出。
图2-30 WFJ型分级机
1—导流片整流器；2—分级筒身；3—分级叶轮
WFJ型分级机系统由旋风分离器、捕集器、引风机等组成。WFJ型分级机上部进料工艺配置如图2-31所示。下部进料工艺与上部进料工艺的区别为下进料工艺是物料与一次风混合后从一次风口进入。WFJ型分级机可配合各类干式粉磨机械（气流磨、球磨、雷蒙磨、振动磨、冲击式粉碎机等）组成闭路粉碎分级系统，也可单独用。
图2-31 WFJ型分级机上部进料工艺配置
1—WFJ分级机；2—旋风分离器；3—捕集器；4—引风机
2.4.1.4 FYW型分级机
如图2-32所示，FYW型分级机主要由下筒体、风栅体、中筒体、上筒体、转子等组成。物料由加料口进入上筒体旁的回转阀内送入分级室，在水平安装的转子旁分散、分级；粗粉甩至筒壁处向下移动，在风栅体处受二次空气作用及中心管的一次空气吹送，细粉脱离粗粉被送至转子处再次进行分级，最终粗粉向下移动，由下筒体的回转卸料阀排出机外，细粉穿过转子叶片的间隙由排气管送出机外，在捕集中回收尾气由风机抽放至大气。FYW型分级机工艺配置示意图如图2-33所示。
图2-32 FYW型分级机结构示意图
1—上筒体；2—转子；3—中筒体；4—下筒体；5—风栅体
图2-33 FYW型分级机工艺配置示意图
1—斗式提升机（加料器）；2—振动料仓；3—螺杆式加料器；4—旋风分离器；5—星形阀；6—FYW分级机；7—蝶阀；8—脉冲袋式除尘器；9—高压风机；10—消声器
2.4.1.5 FQZ型分级机
FQZ型分级机结构如图2-34所示，该型精细分级机主要由细粉出口、中心套管、裙式淘析圈、加料管、粗粉出口、二次空气入口等组成。物料由加料器输送入加料管中被风机抽吸到分级室内，在分级锥处充分分散，由于转子产生的强大离心力作用，粗颗粒被甩至筒壁，细粉随气流穿过转子叶片间隙，由上部出口排出，进入系统的捕集装置，粗颗粒在淘析圈和加料管的间隙处由于二次空气风筛作用，把混入粗颗粒中的细粒进一步析出，送至分级室进行再一次分级，粗大颗粒沿筒壁而下，从粗粉出口处由星形卸料阀排出。
图2-34 FQZ型分级机结构示意图
1—细粉出口；2—中心套管；3—裙式淘析器；4—加料器；5—粗粉出口；6—二次空气入口
FQZ型分级机的工艺配置有开路式和闭路式两种，如图2-35所示。开路工艺配置主要由加料器、FQZ型分级机、除尘器及风机组成，可用于单纯的物料分级，也可作为开路粉碎作业的一部分（即一台粉碎机加FQZ型分级机生产两种不同细度的产品）；闭路配置一般是与粉碎设备构成闭路作业，主要由粉碎机、FQZ型分级机、除尘器、高压风机等组成。
图2-35 FQZ型分级机的工艺配置
1，16—加料器；2，9—FQZ分级机；3，10—除尘器；4—高压风机；5，12—消声器；6，13—星形阀；7，14—蝶阀；8—粉碎机；11—高压分机；15—吸气口；17—细粉卸料器；18—尾气；19—粗粉
2.4.1.6 HTC型涡轮分级机
HTC型涡轮分级机结构示意图如图2-36所示，主要由进料系统、排料系统、动力系统、主分级室和二次进风室组成。其分级过程如下：主分级室内有一个可以任意调节转速的分级涡轮，物料由进料系统进入分级区并获得一定的初速度，进入分级区后颗粒受到风的阻力和由于涡轮叶片旋转而产生的离心力作用，因颗粒的大小不同而所受的离心力不同，从而粒径小、重量轻的颗粒从涡轮中间被分选出来。粒径较大的颗粒被涡轮叶片甩向器壁进入主分级室下面的二次进风室，在二次进风室中，粒径较小的颗粒再次被吹回主分级室进行分级，达到提高分级效率的目的。
图2-36 HTC型涡轮分级机示意图
1—电机；2—细粉出口；3—主分级室；4—次进风口；5—二次进风室；6—二次进风口；7—粗粉出口
分级机由喂料系统均匀喂料，物料经分级机分级后进入串联的收集器，将分级出来的细物料分离开来。分级机的第一、二次进风量要和风机的风量相平衡。分级轮的转速通过变频器调节电机的转速进行控制调节。
2.4.1.7 FJG型干法粉体分级机
FJG型干法粉体分级机结构示意图如图2-37所示。转子2由电动机3驱动，根据所需产品的要求，调整到合理速度（配置调频器达到无级调速），转子高速旋转产生离心力场，物料由切向进料口5（或中心给料口8）给入，混合气体中的物料按其颗粒大小分级，大颗粒由于受转子的离心力大，由锥体内壁沉降到锁气器9内储存，小颗粒被悬浮起来，由转子内部进入出料口10，被气流输送到收集器，二次进风口6、三次进风口7、调节器4用来调节物料分级粒度的大小及作为分散用的调节装置，由此控制粒度大小。
图2-37 FJG型干法粉体分级机结构示意图
1—圆锥外壳；2—转子；3—电动机；4—调节器；5—切向进料口；6—二次进风口；7—三次进风口；8—中心给料口；9—锁气器；10—出料口
2.4.1.8 ADW涡轮式微粉分级机
ADW涡轮式分级机结构及工作原理示意图如图2-38所示。分级叶轮1的直径为100～750mm，数量为1～6个；材质为耐磨合金或陶瓷材料，也可按用户指定的材料制造；驱动为二级电机，皮带增速传动，极限转速为6000r/min；控制为变频器在0～50Hz范围内调节转速。传统系统2，轴承采用高精密球轴承；润滑为人工方式高压油腔加油，自动排废油；冷却采用空气冷或水冷。分级机机体、分级叶轮和细粉排出管都安装在上筒体6的筒体内部；3为分级锥体，4为细粉分选器，5为粗粉缓冲仓；图2-38中3～6采用碳钢制造，内部做防锈或耐磨及防粘处理。
图2-38 ADW涡轮式微粉分级机结构及工作原理示意图
1—分级叶轮；2—传统系统；3—分级锥体；4—细粉分级器；5—粗粉缓冲仓；6—上筒体
ADW涡轮式微粉分级机包括气体混合进料和粉状进料两部分。
（1）气体混合进料过程 从粉体研磨设备出来的粉料进入气粉混合器与空气混合，由系统负压风抽吸入分级机，经过位于粗粉缓冲仓中部的一根导向管，向上经分级锥体进入分级筒体中的分级区。水平安装的分级机叶轮在电动机的驱动下高速旋转，在其周围形成强烈旋转的涡流流场，粉料颗粒在流场中的前进过程中受到空气曳力和离心力的双重作用，细颗粒受到的空气曳力大于离心力，作向心运动，可以穿过分级叶轮的叶片间隙，随空气一起由排气管送出机外，经高压脉冲收尘器捕集成为细成品，粗颗粒受到的空气曳力小于离心力，会被叶片和离心力甩至筒壁处自由落下。粗粉在落至细粉分选器4处时，会被此处进入的旋转的二次空气流强烈淘洗，混在粗粉中的部分细颗粒再次被淘洗出来，随气流上升，再次进入分级区进行分级，最终的粗粉继续下落到粗粉缓冲仓5的底部，由锁风回转下料器排出机外。至此完成一个分级循环。
（2）粉状进料过程 从研磨设备出来的粉料进入斗提机，提升至分级机上部的料斗处，经回转加料器将粉料加入分级机上筒体6的中部，在此与中心管吹来的空气混合分散后进入分级区，随后的分级、淘洗、排料等过程均与上面所述相同。
对于超细分级，建议采用气粉混合进料方式工作，以提高分级精度和效率。对于一般细度分级，可采用粉状进料，系统阻力小，能耗相应较低。
2.4.1.9 MS、MSS型微粉分级机
MS、MSS型微粉分级机是日本细川公司的两款精细分级机。如图2-39所示为MS型微细分级机的外形、结构与工作原理示意图。它主要由给料管l、调节管8、中部机体5、斜管4、环形体6及安装在旋转主轴9上的叶轮3构成。主轴由电机通过皮带轮带动旋转。其工作原理为：待分级物料和气流经给料管1和调节管8进入机内，经过锥形体进入分级区；旋转主轴9带动叶轮3旋转；叶轮的转速是可调的，通过调节转速可以调节分级粒度；细粒级物料随气流经过叶片之间的间隙向上经细粒物料排出口2排出，粗粒物料被叶片阻留，沿中部机体5的内壁向下运动，经环形体6和斜管4自粗粒物料出口10排出。上升气流经二次气流入口7进入机内，遇到自环形下落的粗粒物料时，将其中夹杂的细粒物料分出，向上排送，以提高分级效率。
图2-39 MS型微细分级机的外形、结构与工作原理示意图
1—给料管；2—细粒物料出口；3—叶轮；4—斜管；5—中部机体；6—环形体；7—二次气流入口；8—调节管；9—旋转主轴；10—粗粒物料出口
通过调节叶轮转速、风量、二次气流、叶轮间隙或叶片数及调节管的位置，可以调节分级粒度。这种分级机的主要特点是：分级粒度范围广，可在3～150μm之间任意选择。
如图2-40所示为MSS型微细分级机的外形、结构与工作原理示意图。
图2-40 MSS型微细分级机的外形、结构与工作原理示意图
1—下部机体；2—风扇叶片；3—分级室；4—分级转子；5—给料管；6—轴；7—细粒物料出口；8—三次风入口；9—二次气流入口；10—调隙锥；11—粗粒物料出口
它主要由机身、分级转子、分级叶片、调隙锥、进风管、进料和排料管等构成。其工作过程为：物料从给料管被风机抽吸到分级室内，在分级转子和分级叶片之间被分散并进行反复循环分级，粗颗粒沿筒壁自上而下运动，由下面的粗粉出口处排出；超细粉体随气流穿过转子叶片的间隙，由上部细粉出口排出。在调隙锥处，由于二次空气的风筛作用，将混入粗粉中的细粒物料进一步析出，送入分级室进一步分级。三次空气可强化分级机对物料的分散和分级作用，使分散和分级作用反复进行，因而有利于提高分级精度和分级效率。
这种分级机的特点是分级粒度较MS型更细，分级粒度范围为2～20μm，可获得d97≤5μm的超微细粉体产品；产品粒度分布窄，分级精度较高。
咸阳非金属矿研究院（QF-5A型）、咸阳陶瓷研究院（5F型）、西安飞机制造公司等也生产类似的微细分级机。QF-5A型分级机的主要技术参数如下：电机功率11kW；主轴转速500～2600r/min；空气耗量40～80m3/min；处理能力300～800kg；分级粒度（d50）2～30μm。
如图2-41所示为MSS型微细分级机的典型工艺配置。
图2-41 MSS型微细分级机的典型工艺配置
1—给料机；2—MSS分级机；3—旋风集料器；4—除尘器；5—风机
2.4.1.10 ATP型超微细分级机
ATP型单轮分级机是德国ALPINE公司最先开发的涡轮式精细分级机，如图2-42所示为ATP型单轮分级机的结构及工作原理示意图。它主要由分级轮、给料阀、排料阀、气流入口等部分构成。在如图2-42（a）所示的上给料式装置中，工作时物料通过给料阀5给入分级室，在分级轮旋转产生的离心力及分级气流的黏滞力作用下进行分级，分级后的微细物料从上部出口排出。在如图2-42（b）所示的分级机中，工作时原料与分级气流一起从下部给入。这种分级机便于与以空气输送产品的超细粉碎机（如气流磨）配套。
图2-42 ATP型单轮分级机的结构与工作原理示意图
1—分级轮；2—微细产品出口；3—气流（或气流与物料一起）入口；4—粗粒物料出口；5—给料阀；6—气流入口
如图2-43所示为ATP多轮分级机的结构与工作原理示意图。其结构特点是在分级室顶部设置了多个相同直径的分级轮。由于这一特点，与同样规格的单分级轮相比，多分级轮的处理能力显著增大。
图2-43 ATP型多轮分级机的结构与工作原理示意图
1—分级轮；2—进料；3—超细粉出口；4—粗粉出口
ATP型超微细分级机具有分级粒度细、分布窄、精度较高、结构紧凑、处理能力较大等优点，常用于与流态化床对喷式气流粉碎机、高速机械冲击式磨机、球磨机等配套使用或与流态化床对喷式气流粉碎机及高速机械冲击式磨机做成一体，构成内闭路超细粉碎作业以提高粉碎作业效率、控制产品细度和粒度分布。这种分级机在非金属矿物超细粉体材料的加工中得到了广泛应用。