选矿机械第二章筛分设备

第二章筛分设备第一节概述一、基本概念井下或露天开采出来的未经仟何加工处理的煤叫毛煤。它是由不同尺寸的颗粒所组成，在使用或分选前往往被分成颗粒大小比较接近的几个粒级。将粒度不同的碎散物料通过一层或数层筛面被分成不同粒级的过程称为筛分。物料中粒度大于筛孔尺寸的颗粒留在筛上成为筛上物．物料中粒度小于筛孔尺寸的颗粒穿过筛面成为筛下物。1.筛分筛分是分级方法的一种。分级是指物料按颗粒大小(粒度范围)分成若干粒级的作业。分级方法主要有水力分级、风力分级和筛分3种类型。水力分级就是不同粒度的物料在水介质中按其沉降速度的不同分成若干粒级的作业。它多用于细粒带水物料的分级，如选煤厂煤泥分级、煤泥水的澄清浓缩。常见设备有角锥池、斗子捞坑、浓缩机等。风力分级就是使用空气作分级介质的分级作业，主要处理0.5mm以下的煤尘和矿尘。选煤厂使用的集尘器就是风力分级的一个例子。2．筛序进行筛分作业应用若干个筛面。按其筛孔尺寸的大小不同，以一定的顺序依次排列所形成的序列称筛序。3．筛比在同一筛序的若干筛面上，每相邻筛面的上层筛面筛孔尺寸和下层筛面筛孔尺寸之比称为筛比，筛比通常为常数。4．粒度颗粒的大小称为粒度。5．粒级粒度不同的碎散物料，借用某种分级方法可以将其按粒度范围分成若干个粒度级别，简称粒级。二、筛分作业的分类按筛分在工艺过程中所起的作用不同，筛分作业可分为如下几类。1．准备筛分在选煤厂中，按破碎作业和分选作业的要求，将原煤分成不向的粒级，为进一步的煤炭加工作准备。2．检查筛分从破碎作业的产物中，把粒度不合格的大块用筛子分出来，这就叫检查筛分。如图是原煤准备的工艺流程，从中可看出准备筛分和检查筛分在流程中所起的作用。3最终筛分主要是指筛选厂生产粒级商品煤的筛分。最终筛分的粒级要根据煤质、粒度组成和用户的要求，按国家现行《煤炭粒度分级》的标准来确定最终的分级产物。供动力用煤的粒级见表1—1所列。4．脱水筛分将带水的煤或其他物料进行筛分，以便脱除伴随而来的水。脱水使用的筛子叫脱水筛。筛子用于选煤产品的脱水，块精煤水分可达8%~10%，末精煤水分可达到16%~18%，中煤水分约为14%~16%。5．脱泥筛分为了减少或脱除煤泥(-0.5mm)的筛分叫脱泥筛分。脱泥筛分一般须用强力喷水冲洗，以提高脱泥效率。6．脱介筛分在重介质选煤产品中，为了脱除产品所带介质而进行的筛分，叫脱介筛分（一般喷加清水）。7．选择性筛分在筛分过程中，煤炭不仅按粒度分级，而且也按质量分级的筛分，叫选择性筛分。在工业生产上，筛上产品中往往混有小于筛孔尺寸的细颗粒，筛下产品中也有时会混有大于筛孔尺寸的粗颗粒，这就有一个筛分效率的评定问题。①筛分效率筛分效率是评价筛分过程进行的完全程度的技术指标。筛分效率由下式计算：式中η—筛分效率，％；—粗粒物正配效率，％；—细粒物正配效率，％；—筛上产品产率，％；—筛上产品中粗粒物含量（占本级），％；—计算入料中粒粒物含量，％；—计算入料中细粒物含量，％；—筛上产品中细粒物含量（占本级），％。计算筛分效率时，一般用规定粒度划分粗粒物和细粒物；当鉴定筛分设备时，则按分配粒度划分。100fcEE100**rccocFQE100**rfforffFQFEcEfEocQrcFrfFfQ②平均分配误差式中—平均分配误差；—上分配误差；—下分配误差；—分配粒度；—分配曲线上对应于分配率为75%的粒度值；—分配曲线上对应于分配率为25%的粒度值。21PEPEPEumpuSSPE75251SSPEpmPEuPE1PEPS75S25S③总错配物含量式中—总错配物含量，%；—粗粒错配物含量，%；—细粒错配物含量，%；—筛下产品产率，%；—筛下产品中粗粒物含量（占本级），%。fcmmm0cucUm100ffQm01000mcmfmucU上述三项指标的应用原则是：对于新研制设备的技术鉴定、新投产设备的验收或重要的生产技术检查，要同时应用筛分效率和平均分配误差，总错配物含量可作为补充评定指标。对于筛分设备的日常检查则不受该限制。2.筛分过程与筛分理论散状物料的筛分过程，由两个阶段组成：一是小于筛孔尺寸的细颗粒通过粗颗粒所组成的物料层到达筛面，简称分层；二是细颗粒透过筛孔成为筛下物，简称透筛，同时粗颗粒留在筛面上成为筛上物。1）颗粒透筛的概率假定直径为d的单个球形颗粒在重力作用下向水平布置的筛面自由落下，筛丝直径为a，方形筛孔的边长为L（L≥d），如图所示。假定直径为d的单个球形颗粒在重力作用下向水平布置的筛面自由落下，筛丝直径为a，方形筛孔的边长为L（L≥d），如图1-5所示。如果颗粒能够透过筛孔，则必须是球形颗粒的中心位于图中的阴影面积之内，否则，它将碰到筛丝被弹回。而整个过程（可称为事件A）发生在面积之内。颗粒透过筛孔的概率P（A）与面积成正比，与面积成反比，即：2)(aL2)(dL2)(aL22222)1()()()()(LdaLLaLdLAP实践证明，物料粒度小于筛孔3/4的颗粒容易透过筛孔，被称为易筛粒；大于筛孔3/4的颗粒，因为透筛困难，称为难筛粒。筛分机的筛面一般是倾斜安装的，筛面与水平面的夹角称为筛面倾角。倾角的大小与筛子的生产率和筛分效率有密切的关系。对于水平筛面，筛分粒度基本上等于筛孔尺寸，但倾斜筛面的筛分粒度要比筛孔尺寸小。对于筛孔大小一定的筛面，倾角越大，颗粒透筛的通道越窄，筛分粒度越小；筛面厚度h越大，这种情况越突出。倾斜筛面不仅使筛分粒度相对减小，而且使筛分不甚严格，为近似筛分。筛面与水平面的夹角为筛面倾角，倾角的大小与筛分设备的生产效率和筛分效率有密切关系。倾角大，生产能力大，筛分效率低(主要是因为料群在筛面上向前运动速度快，颗粒透筛时的通道相应变窄)；反之，倾角越小，生产能力越小．筛分效率越高。一般来讲．筛子的倾角安装好以后是固定的。筛面倾斜放置时，透过筛孔颗粒的最大直径是：筛分设备我国筛分设备的发展大体经历了下述四个阶段：（1）20世纪50年代的测绘仿制阶段。在这一阶段中，一方面测绘了解放前留下的旧筛分机，并进行生产，同时仿制前苏联的筛分机，如BγO型、BγⅡ型等。（2）20世纪60年代的自行设计阶段。由于以上测绘仿制的筛分机都存在结构笨重、传动基的动力大，处理能力低，筛分效果差等缺点，我国从60年代开始，在过去生产实践的基础上自行设计和制造了圆运动振动筛、直线振动筛和共振筛，逐步取代了老式筛分机。（3）20世纪70年代系列化阶段。在总结圆运动振动筛以及直线振动筛多年制造和使用经验的基础上，加之对直线振动筛进行改进设计，使之形成系列产品，组成一个含有21个规格，71个产品的系列谱型。（4）20世纪70年代末到90年代的新产品自主开发阶段。在这一阶段中，研制了大型的圆运动振动筛、直线振动筛、等厚振动筛、张弛筛、直线振动概率筛、旋转概率筛、圆筒筛、振网筛、各种细粒筛、螺旋筛等新产品。尤其是在80年代，我国从美国、日本、德国等国引进了先进的振动筛生产技术经消化吸收，制造出80年代初世界先进的YA型圆振动筛、ZKX直线振动筛、ZK型直线振动筛系列筛分机。进入90年代，筛分机的设计进入了蓬勃发展阶段，一方面随着选矿厂厂型扩大，对大型筛分机形成了市场需求，另一方面采掘业机械化进程加快产生了很多对难筛物料筛分机产生市场需求。影响筛分过程的因素1．入筛原料性质的影响①表面水分。筛分效率与物料湿度的关系见图。②含泥量。粘土物料在筛分中会粘结成团，使细泥混入筛上产物中；此外，粘土也很容易堵塞筛孔。③粒度特性。影响筛分过程的粒度特性主要是指原料中含有对筛分过程有特定意义的各种粒级物料的含量。④密度特性。当物料中所有颗粒都是同一密度时，一般对筛分没有影响。但是当物料中粗、细颗粒存在密度差时，情形就大不一样。2．筛子性能的影响①筛面运动形式筛面运动形式关系到筛上物料层的松散度及需要透筛的细物料相对筛面运动的速度、方向、频率等，因而对分层、透筛过程均有影响。几种典型筛子的筛分效率大致如表所示。筛面运动形式固定不动筒形转动摇动振动筛分效率/%50~606070~8090②筛面结构参数一般情况下，筛面宽度决定筛子的处理能力，筛面越宽，处理能力就越大；筛面长度决定筛子的筛分效率，筛面越长，效率就越高。对于振动筛，增加宽度常受到筛框结构强度的限制。为便于排出筛上物，筛面往往倾斜安装。倾角的大小与筛子的生产率和筛分效率有密切的关系。③振幅和振次筛面的振次和振幅是振动筛的主要动力学参数。在筛分干燥细物料时，采用高频小振幅，在筛分干燥粗物料或潮湿细粒物料时，采用低频大振幅。3．操作条件的影响对一定的筛子和筛分原料而言，操作条件主要是指给料的数量和质量。前者即指筛子的负荷；后者是指应保持连续和均匀地向筛子给料，其中均匀性既包括在任意瞬时的筛子负荷都应相等，也包括物料是沿整个筛面宽度上给进。三、筛分方法筛分机械被广泛用于许多工业部门，种类繁多，一般按筛面的结构和运动形式分为以下几类：1）固定筛筛面由许多平行排列的筛条构成，筛条排列的方向与筛上料流的方向相同或相垂直。筛面成水平安装或倾斜安装，工作时固定不动，物料靠自重沿筛面下滑而完成筛分。固定筛有棒条筛和条缝筛以及新研制出的弧形筛和旋流筛。固定筛构造简单、寿命长，尤其不消耗动力，没有运动部件，设备成本和使用成本低。因此，虽然生产能力和筛分效率较低，但仍在选煤厂广泛使用。二、辊轴筛传统辊轴筛的筛面由许多根垂直筛上料流的辊轴排列而成，各辊轴用电机通过链传动或齿轮传动带动而同向旋转，安装在辊轴上的星轮对物料颠簸和输送，生产能力和筛分效率比固定筛高。为了加强对物料的输送作用，筛面呈12°~15°倾斜安装。三、滚筒筛滚筒筛的筛面为圆柱面或圆锥面筛筒．沿筛筒的对称轴线装有转轴，当传动装置带动转轴转动时，筛筒也随之回转。圆锥形筛筒水平安装，物料由筛筒小端给入，并随筛筒旋转被带起，当达到一定高度时，因受重力作用自行落下，如此不断起落运动，使细粒透筛，粗粒则逐渐被运送到筛筒大端排出。对于圆柱面筛筒，为使物料在筒内产生轴向运动，其转轴必须倾斜3°~5°安装。滚筒筛运转平稳可靠，但生产能力低、筛孔易堵塞、筛分效率低，可用于粗、中粒物料的筛分和脱水。四、摇动筛摇动筛由带有平面筛面的矩形筛箱、支承筛箱的支杆或吊杆，偏心传动装置和机架等构成。工作时，电动机带动偏心轴转动，通过连杆驱动筛箱在近似与筛面平行的平面内往复摇动，位于筛面上的物料被反复松散，从而完成筛分。为了使物料能沿筛面向排料端运动，一般将筛面倾斜安装；也可水平安装，但是筛箱的运动必须是差动。摇动筛的优点是筛箱的摇动幅度(冲程)不因给料量的变化而变化，即运动稳定。缺点是生产能力和效率较低。五、振动筛振动筛的筛箱与摇动筛相似，但是支承和吊挂筛箱采用的是弹簧组件，筛箱的振动是依靠激振器。激振器是一个弹性振动系统，其振幅受给料量和其他动力学因素的影响可以改变。振动筛的运动特点是频率高、振幅小，物料在筛面上做跳跃运动，因而生产能力和筛分效率都较高。振动筛适用于选煤厂的各种筛分作业。六、其他筛分机如旋转概率筛、立式(卧式)振动(无振动)离心筛、弛张筛、琴弦筛等。这些筛分机的结构形式、运动形式和工作原理都比较特殊，适用于特定的工况。以上6类筛分机械，振动筛使用最多，在发展中已派生出许多新机种。因此，本章主要介绍振动筛。第二节振动筛及其工作原理振动筛自1900年问世以来，至今已有100多年的历史了。由于它具有处理能力大、筛分效率高、机械性能好等突出的优点，因而已广泛地应用于煤炭、冶金、建材、化工等工业部门。振动筛同所有振动机械一样，由激振器、工作体(筛箱)、弹性元件(支承或吊挂装置)三个主要部分组成。1．激振器激振器的功能是产生激振力。根据产生激振力的方法不同，激振器可分为机械式、电磁式、液压和气动式等。现代振动筛多用惯性式激振器。跳汰机的激振器属于气动式，常用的卧式振动离心脱水机采用惯性式激振器。2．工作体是作周期性运动的工作部分。振动筛的筛箱就是工作体。3．弹性元件弹性元件包括主振弹簧和隔振弹簧。主振弹簧使工作体作周期运动，并用来调整工作点的弹