机械搅拌槽挡板的研究科技动态行业资讯资讯轮胎

机械搅拌槽的合理结构包括搅拌器的选择、搅拌槽结构以及挡板结构形式。任何安置于搅拌装置之外的槽内静止部件都构成挡板。因而挡板可分为两类：最常见的挡板形式是垂直安装于槽壁的构件，即壁挡板；另一类是特殊挡板，形状、位置各异，有底挡板、表面挡板等，换热管和插入槽内液面下的蒸气管、空气管和进料管等内部构件也能起到挡板作用。

一、挡板的作用

挡板的基本作用，是将液体的旋转运动改为垂直翻转运动，消除旋涡，同时改善所施加功率的有效利用率。挡板限制了液体的切向速度，增加了轴向和径向速度分量，其净化作用是使搅拌器排出流具有更宽的流动半径，搅拌器旋转所产生的排出流，因受槽壁和挡板的作用，在搅拌槽内形成复杂的流场，流型、速度大小和方向等均因搅拌器叶轮与挡板的相互作用而有所变化，混合效果得到显著加强。

二、全挡板条件

功率是搅拌器的特征参数。对于特定的搅拌器（叶轮形式和转速不变），功率随挡板系数的增大而增大。但当挡板系数达到一定数值时，功率不会进一步增大，而是基本保持恒定。此时的档板系数称为全挡板条件，即搅拌功率达到饱和。全挡板条件须符合下列公式（1）：　nd（bd／D）1.2＝0.35式中nd—挡板数量；bd

—挡板宽度，mm；D—槽体内径，mm；0.35—全挡板系数。

在搅拌槽的实际设计中，按照挡板宽度、数量的经验性规定，通常采用垂直于槽壁的4块宽度b

d

为D／12～D／10的挡板（一般称之为“标准挡板”）来满足全挡板条件，这是因为根据公式（1），全挡板条件下的挡板尺寸、数量和形状并非最优。适当的挡板条件所提供的流型能够带动全槽的物料运动，确保充分混合；而过多的挡板，即搅拌槽的过挡板化，将减少总体流动，并将混合局限在局部区域，导致不良的混合性能。

三、挡板对功率的影响

在无挡板的搅拌槽中，任何类型的搅拌器，都将产生切向流并形成旋涡。设置挡板后，切向流受到抑制或阻碍，槽内产生上下翻动的大幅度运动，旋涡消除。标准挡板包含双重含义：功率饱和与旋涡消除。但标准挡板并非优化结构。

1、搅拌功率的计算在湿法冶金过程中，搅拌器叶轮通常为桨式、推进式和涡轮式，其简化后的搅拌功率计算式如下（2）：

N＝10－3Npρn3d5j式中N—搅拌功率，kW；Np—功率准数；ρ—介质密度，kg／m3；n—搅拌器转速，r／s；dj—搅拌器直径，m。公式（2）表明，在给定介质条件和叶轮参数情况下，功率准数的变化将直接导致搅拌功率的变化，两者成正比关系。

2、挡板结构对功率准数的影响（1）理论分析根据搅拌器功率的流体力学基础分析，功率准数的物理意义是阻力系数。对于搅拌器叶轮而言，在充分湍流状态下，形状阻力是阻力的重要构成，因而功率准数取决于搅拌槽的几何结构。

挡板给予不同的叶轮以不同的影响。对于同一种叶轮，挡板宽度和挡板数对功率准数的影响可以整理成如下关系式（3）：

式中N

pmax

—全挡板条件下的功率准数；N

po

—无挡板条件下的功率准数；N

p，Re

—给定雷诺数下的功率准数。

（2）实验分析挡板增加了搅拌器功率的消耗，同时改进了混合效果。对于不同形式的桨叶，挡板影响不同。

在相同介质条件下，使用不同形式的桨叶，在具有图1所示的4种挡板结构的小型搅拌槽中进行实验（实验中n

d

＝4），得到一组功率准数，见表1。由表1的数据可以得到如下结构：①挡板系数对产生径向流的桨叶（圆盘涡轮桨）影响最大，对同时产生径向流和轴向流的桨叶（折叶涡轮桨）次之，对产生轴向流的桨叶（螺旋桨）影响最小；②对于同一类型的桨叶，挡板系数的增大，也导致功率准数的增加；③当叶轮形式及挡板系数相同时，挡板结构的改进，同样可以改变功率准数，并在满足功率输入的条件下改善介质的混合性能。

此外，进一步观察实验现象还可以发现，图1a的窄挡板结构，在实验中介质中心产生了明显的旋涡与卷吸，说明过小的挡板虽然功率消耗小，却未达到消除旋涡的目的，而图1中b、c、d的挡板结构没有此现象发生。但是图1d的标准挡板背面出现了介质的小循环，并且由于挡板的阻碍，该小循环中的介质无法脱离更新，因此形成死循环。说明这种结构导致了局部混合的不充分；而图1b、c的挡板背面尽管也有小循环，但由于挡板留有空隙，使得小循环中的介质不断地被其它方向的液流带走，新介质可以不断补充进来，其混合效果十分理想。

四、实际应用

挡板的结构常受到搅拌槽槽体材料的限制。湿法冶金所使用搅拌设备的内部材料通常为纯金属、金属外壳内衬橡胶、金属外壳内衬橡胶及耐腐蚀砖、混凝外壳内衬玻璃钢或橡胶及耐腐蚀砖等。

对于纯金属或金属外壳内衬橡胶的搅拌槽，早期多采用图1d的挡板结构，近来为配合搅拌器叶轮型式，图1b、c的挡板结构成为主流。此外，也设想过在纯金属槽体内设置筛孔挡板或格栅挡板，一方面节省材料，另一方面配合叶轮改变介质流型，以提高搅拌效果。不过这些都有待于不断地实验研究。

对于金属或混凝土外壳内衬耐腐蚀砖的搅拌槽而言，因挡板砖须交替嵌入槽壁砖内，使之与槽壁成为一个整体，避免搅拌过程中砖的脱落，故离壁和镂空结构一般不宜采用，大多沿用图2a的挡板结构，各冶炼厂现使用的绝大多数衬砖搅拌槽均为此种结构。但株洲冶炼厂的衬砖浸出槽和净化槽是例外，由于某国外搅拌装置供应商提出，其提供的搅拌器必须在特定的挡板结构下才能达到预期的搅拌效果，即挡板必须按规定尺寸离壁离底，因此我们对设计做了如图2所示的更改。尽管这一更改满足了搅拌要求，但投资增加不少（每台搅拌槽的不锈钢使用量增加了近2t）。因此如何使搅拌器和挡板结构在衬砖的搅拌槽中达到更完善的契合，值得进一步研究。

因此，对于搅拌混合性能的优化要求，使挡板在搅拌流场中的作用受到关注，并使挡板形式趋于多样化。尤其是多叶轮、多相系统，在气体分散、固体悬浮等操作状态下，挡板设计对整个系统性能有一定影响，标准挡板、标准叶轮结构未必能适应特定的工艺要求。近年来出现的指形挡板、椭圆截面挡板、凹形挡板、半釜挡板以及扭转元件挡板等，都是针对不同的混合目的，满足其搅拌要求。因而非标准状态下的叶轮、挡板及其相互作用，成为搅拌研究的重要组成部分，并成为工艺改进的一种途径。特定的搅拌叶轮与特定形式的挡板设计相结合，可以给出更为优异的工艺性能。

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