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浅谈影响筛分效率的因素

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qikan025 发表于 2018-8-30 20:22:13 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
 
摘要:介绍了筛分过程和筛分效率的评定,从物料的性质和筛分设备的性能两个方面分析了筛分效率的影响因素。着重分析了物料颗粒的大小形状、物料中的水分、筛面及其运动形式、筛机的工艺参数、筛孔形状等因素对筛分效率的影响。
   关键词:筛分过程;筛分效率;物料性质;运动形式;工艺参数;筛孔形状
一  筛分过程以及筛分效率的评定
1  筛分过程
大量不同粒度、形状不一的物料进入筛面后,只有一部分颗粒与筛面直接接触,当然在接触筛面的这些物料中,不可能完全是小于筛孔的细粒,大部分小于筛孔尺寸的颗粒,散布于物料层的各处。由于物料与筛箱的相对运动,筛面上的料层被松散,使大颗粒本来就存在的较大的孔隙被进一步扩大,小颗粒乘机穿过孔隙转移到下层。由于小颗粒孔隙小,大颗粒不能穿过,因此,大颗粒在运动中,位置不断升高。由于原来杂乱无章排列的颗粒群发生了析离,即按颗粒大小进行了分层,形成小颗粒在下,大颗粒居上的排列规则。到达筛面的细颗粒,小于筛孔者透筛,最终实现了粗细颗粒分离,完成筛分过程。当然这是理想的筛分过程,由于受各方面因素的影响,充分的分离是不可能的,在筛分时,一般都有一部分筛下物留在筛上物中。
2  筛分效率的评定
1979年煤炭工业部对煤炭筛分作了部颁标准。规定以总效率公式作为评定筛分效果的综合指标,并以限下率和限上率为辅助评定指标,用以综合评定筛分设备的工艺效果。
总效率公式是美国学者R T 汉考克于1918年提出的。其公式的物理意义是:
筛分总效率η总=目的物的回收率η1 - 非目的物的混杂率η2      
目的物回收率η1=   × 100%
非目的物的混杂率η2=   × 100%
η总=η1 -η2 =   × 100% -   × 100%
在实际生产中,不可能准确计算入料及筛下产品的质量。但是可以通过筛分试验的方法,测定入料、筛上物中小于筛孔粒级的百分含量。可以根据数量平衡转换求得:
                             
由上两式整理得:
           C / Q =        
代入上式得:
η总 =   × 100%            
式中    η总 —— 筛分总效率 (%);
         C——  筛下产品的质量(t);
         Q——  筛分机入料量(t);
         D——   筛上物的质量(t)。
         α——  入料中小于规定粒度的细粒含量(%);
         β——  筛下物中小于规定粒度的细粒含量(%);
         θ——  筛上物中小于规定粒度的细粒含量(%);
    由公式可知,总效率的意义是从该产品中应该回收的效率值,扣去不应该回收的粗粒物料的损失率。它不仅反映了透筛的细颗粒留在筛上产品中,也考虑了粗颗粒透筛的损失。
二  影响筛分效率的因素
     在实际筛分过程中,要完成筛分使小于筛孔的颗粒进入筛下,受诸多因素的影响。主要有两个方面:物料性质和筛分设备的性能。
1  物料性质
   对筛分过程产生影响的物料性质主要包括:颗粒的大小形状,物料的水分及杂物含量等。
(1)颗粒的大小形状
   理论上只有当筛粒小于筛孔时,经过多次与筛孔接触,才能最终透筛。颗粒能否透筛主要取决于:颗粒横截面在筛子平面上的投影和筛孔大小的比较。实践证明:粒度小于筛孔尺寸3/4的颗粒,容易透筛称为“易筛粒”。粒度大于筛孔尺寸3/4的颗粒,不容易透筛称为“难筛粒”。由此可见,颗粒的直径越接近筛孔尺寸,其透筛的难度就越大。但颗粒直径大于筛孔尺寸的1.5倍的大颗粒在筛面上形成的物料层,对易筛粒和难筛粒自上而下向筛面转移的影响并不大。直径大于筛孔但又小于筛孔尺寸的1.5倍的粗粒,在筛分过程中,容易遮盖筛面,堵塞筛孔,阻碍颗粒向筛面移动,通常称这种粒度为“阻碍粒”。因此,原料中难筛粒、阻碍粒越多,筛分效率就越低。
   当然,颗粒的形状对筛分的效率有影响。对于颗粒长、宽、高都比较接近的像球体、立方体等,筛分比较容易效率较高;但对于长、宽、高有较大差别的颗粒像片状、条状等,同等条件下筛分比较困难效率较低。
(2)水分
物料中所含水分可分为两种:一是内在水分,它存在于物料的孔隙中;二是外在水分,物料表面所附的水分,如水采原煤,露天堆放时淋的雨水等。外在水分含量与物料的比表面积成正比。细粒物料由于比表面积大,细粒含外在水分偏高。内在水分对筛分过程影响细微,外在水分对筛分过程影响较大。
   通过试验研究及实践得知:水分在一定范围内,水分增加,筛分效率急剧降低,这是由于物料表面带水后,颗粒间因胶结或表面张力作用而相互粘结成团,或者细粒粘在大颗粒表面,或者糊在筛丝上,把筛孔堵死。影响筛分过程的水分范围视物料性质而异,如粘土、肥料和化工产品允许水分极低,哪怕只含1%的水分就有严重影响。煤炭干法筛分时,水分低于4%时,影响较小,一般水分在6%~13%范围内,筛分效率下降的最明显。物料间粘性愈高,筛分愈困难。当水分超过一定值后,颗粒活性又增加水分又促进颗粒透筛,筛分效率反而又回升。
   物料的水分对不同筛孔尺寸影响程度不同。实践发现:筛孔尺寸较大,湿度影响小些;筛孔尺寸小者,湿度影响尤为显著。因为筛孔大了不易糊筛网,筛孔小者,瞬间就可以将筛孔糊死,使筛分无法进行。
   含泥量高即含粘土类矿物多,物料的粘结性大,即使水分很低,也容易使物料粘结成团堵塞筛孔。
2 筛分设备性能对筛分过程的影响  
   虽然物料性质对筛分过程影响很大,但同一种物料用不同类型的筛分设备,可以得到不同的筛分效果。这主要取决于筛分设备的性能,主要包括:筛面及其运动形式、工艺参数、筛孔形状等。
(1)筛面及其运动形式
   筛面是筛分设备直接用于筛分物料的部分。筛分设备上所选用的筛面是根据被筛物料的粒度和筛分的工艺要求而定的,选用合适的筛面才能保证其筛分效率。筛面一般采用钢板冲孔筛面、棒条筛面、编织筛面、条缝筛面以及非金属筛面等。圆钢棒条筛面适用于粗粒级物料的筛分;编织筛网适用于中、细粒级物料的筛分;不锈钢条缝筛面主要适用于中、细粒级物料的脱水、脱介和脱泥;非金属筛面目前使用的主要有:天然橡胶、聚氨脂和尼龙等,这种筛面多用于矿石的分级、脱水。
筛面运动形式影响筛分效率影响较大。大家都知道固定不动的筛面筛分效率很低,振动的筛面筛分效率高些。即使是运动的筛面,也与其运动的形式有关。就筛面的运动轨迹而言,主要有:转动、圆运动、直线运动等。
筛面转动的筛分设备比较常见的就是圆筒筛。圆筒筛一般是由一根主轴和用冲孔钢板卷成筒状的筛板构成,筒状筛板围绕主轴转动。颗粒主要是沿着筛面滑动,筛机无振动,所以筛孔易堵,筛分效率低。目前圆筒筛用得较少。
筛面作圆形轨迹惯性振动的振动筛称为圆振动筛。一般圆运动筛的筛面倾斜布置,当筛面作圆形轨迹振动时,物料也随着筛面振动抛弃落下而向前运动,在抛起、落下的同时,小于筛孔的颗粒被筛选分离到筛下,因此,圆运动筛主要用于物料的各种筛分作业。由于筛面的圆形振动轨迹,使筛面上的物料不断地翻转和松散,细粒级有机会向料层下部移动,并通过筛孔排出。而卡在筛孔中的物料随着振动可以跳出,防止筛孔堵塞。所以对于圆运动筛进行物料的筛分分级时,筛分效率较高。
同样筛面沿着某一振动方向往复直线运动的振动筛称为直线振动筛。直线振动筛筛面倾角较小(≤80),筛面的振动方向角一般为450,筛面在激振器的作用下直线往复运动。物料颗粒在筛面的振动下产生抛射与回落,从而使物料在筛面的振动过程中不断向前运动。物料的抛射与下落都对筛面有冲击,致使小于筛孔的颗粒被筛选分离。由于筛面是直线往复运动,筛上的物料层一方面向前运动,一方面料层在跳起和下落过程中受到压实的作用,有利于脱水、脱泥以及重介选矿时脱介。所以,直线筛对于细粒级物料的脱水、脱泥、脱介筛分效率较高。



(2)        工艺参数
   筛分设备的工艺参数是筛机的主要性能的反映,因此其对于筛机的筛分效率影响较大。筛分设备的主要工艺参数有:筛面倾角、筛面的长度和宽度、抛掷指数K 和振动强度K、振幅和频率等。
a. 筛面倾角
   筛面与水平面的夹角称为筛面倾角。为便于排出筛上物,筛面一般倾斜安装。倾角的大小与筛分设备生产率和筛分效率有密切关系。倾角大,粒群在筛面上向前运动速度快,生产能力大;但物料在筛面上停留时间缩短,减少颗粒透筛机会,影响筛分效率。
   其实筛面倾角大小,与筛面运动形式有关。直线运动的筛面,有一个沿筛面向前运动的抛射力,因此直线振动筛倾角较小,而圆运动筛倾角应大些。当筛面倾斜放置时,颗粒通过的筛孔面积实际上是筛孔面积在水平面上的投影值。若筛孔长为L,筛面倾角为α,筛面高度为h,则能够无阻碍地透过筛孔的颗粒直径d :
          d = L cos  — h sin                  
   显然,筛面倾角越大,颗粒的透筛通道愈窄,但实际上筛孔尺寸的大小是不变的。
b. 筛面宽度和长度
   一般来说,筛面宽度直接影响生产率;而筛面的长度直接影响筛分效率。即筛面长,物料在筛面上停留时间长,透筛机会多,所以筛分效率高。
   实际上,筛面宽度对于筛分效率;筛面长度对于筛分能力,也都有影响。一般宽长比为1:2~3为宜。
c. 抛掷指数K 和振动强度K
   振动强度K是筛箱运动的速度与重力加速度的比值(即K= ),它是反应机器强度的指标,K值越大,筛分机强度越高,相对应的筛分效率就越高。但考虑到目前机械水平,K值一般小于8。
   抛掷指数K 是筛分特性值,它表示颗粒受到离心力后,被抛掷的可能性和剧烈程度。由抛掷理论知,当K 大于1时,物料才能被抛起,才能保证筛分效率。实际选择抛射强度K 时,要根据物料的性质(如粒度、湿度等)。一般振动筛采用中速抛掷运动状态(即K =2.5~5),在这种状态下,振动筛有较高的产量和筛分效率,同时对筛机的强度和刚度要求不高。对于难筛物料,若要保证筛分效率,需采用高速抛射运动。总之,对于不同的物料若要保证筛分效率,需采用不同的抛掷指数K 值。
d. 振幅和频率
   振幅和频率是筛机的重要参数。惯性振动筛的振幅值必须足够大,以便将接近筛孔尺寸的颗粒抛离筛面,减少堵孔提高筛分效率。但振幅又不宜太大,否则牵制频率,甚至因其太大提高振动强度,降低筛机的使用寿命。因此,考虑到保证筛分效率,振幅选取应该遵循的原则是:对于粗粒筛分,采用较大振幅,细粒筛分时,采用较小振幅,筛分易堵塞物料,采用较大振幅。
   振幅和频率对筛分效果的影响可以归结为抛射强度Kv的作用,振幅和频率对筛分效率的影响有交互作用。当其他参数固定后,对于不同类型的筛分设备存在着最佳组合。一般直线振动筛振幅A=4~6mm,圆振动筛振幅 A=3~5mm。
(3)        筛孔形状
   筛孔形状多种多样。选择什么样形状的筛孔,主要取决于对筛分产物粒度和对筛下产品用途的要求。对于不同形状的筛孔相比在名义上尺寸相同的情况下,但透过筛孔的筛下物粒度不同,例如透过圆形筛孔颗粒的最大粒度平均只有透过同样尺寸的正方形筛孔颗粒的80%~85%。通过实验可知,筛下物中颗粒直径最大值dmax=K L 。其中L为筛孔尺寸(mm);
K为系数,圆形孔:取K=0.7,方形孔:K=0.9,长方形孔:K=1.2~1.7(片状条状取最大值)。
   不同形状的筛孔,由于考虑到筛面的强度,其排列方式也不同,因而其开孔率也不同。圆形筛孔的开孔率=0.905 ×100% ;方形筛孔的开孔率=  ×100%;长方形(边长为a×l)筛孔的开孔率= ×100% 。有以上公式可见,长方形孔的筛面开孔率最大,方形孔次之,呈三角形排列的圆形孔筛面开孔率最低。
   因此,筛孔的形状对筛下物的粒度含量和筛分效率有较大影响。
   








参考文献:
   闻邦椿,等. 振动机械理论及应用[M] .北京: 机械工业出版社,1980.   
   严峰,等. 筛分机械[M] . 北京: 煤炭工业出版社,1995.
   成大先,等. 机械设计手册[K] . 北京:化学工业出版社,2002.  
    唐敬麟,等. 破碎与筛分机械设计选用手册[M] . 北京:化学工业出版社,2001.






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