脫介弧形篩的工藝效果分析

吳朝蕩，苑金朝，魏松陽，楊 曌，張旭磊，段程鵬

(1.北京國華科技集團(tuán)有限公司，北京 101300； 2.唐山國華科技國際工程有限公司，河北 唐山 063020)

1 概 述

弧形篩是一種固定弧形條縫篩，其篩面在縱向呈圓弧形，篩條橫向排列。料漿以一定的速度沿切線方向給入篩面，離心力的作用使料漿層緊貼篩面運(yùn)動(dòng)。被切割的這部分含有細(xì)粒的料漿，在離心力的作用下，經(jīng)篩縫排出，成為篩下產(chǎn)物，未被切割的部分含有粗粒的料漿，越過篩條成為篩上產(chǎn)物。該篩具有處理量大，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)工作量較小，投資費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)。在選煤廠，弧形篩廣泛用于液固比相對(duì)較大的物料預(yù)先脫水、脫泥和脫介。21世紀(jì)以來，重介質(zhì)選煤工藝技術(shù)在我國得到大面積的推廣，脫介弧形篩已普遍采用，但有關(guān)其工藝效果的介紹，在公開刊物上少有刊載。為此本文專門對(duì)脫介弧形篩在梗陽選煤廠的工業(yè)性試驗(yàn)作一分析。

山西梗陽選煤廠是由北京國華科技集團(tuán)有限公司(以下簡稱國華科技)設(shè)計(jì)的煉焦煤選煤廠，年處理能力3.0 Mt，采用的是原料煤不脫泥、不分級(jí)，以無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器為核心的工藝及設(shè)備。2016年8月山西梗陽選煤廠對(duì)新更換篩面的精煤、中煤脫介弧形篩進(jìn)行了工業(yè)性檢測，全廠共采用4臺(tái)OSB362060型精煤脫介弧形篩和2臺(tái)OSB362060型中煤脫介弧形篩，其結(jié)構(gòu)見圖1。該篩篩面寬3.60 m，長2.13 m，面積7.67 m2，篩縫寬度1.00 mm，開孔率為40.00%。

圖1 OSB362060型脫介弧形篩結(jié)構(gòu)示意

2 檢測數(shù)據(jù)

2.1 物料性質(zhì)

脫介弧形篩的物料性質(zhì)見表1。由表1可知：精煤脫介弧形篩入料磁性物含量為29.60%，而中煤脫介弧形篩入料磁性物含量為76.10%。兩者差別甚大，原因之一是磁性物在一段旋流器中亦受到離心力場的作用，隨輕產(chǎn)物攜帶而出的懸浮液中水量大、磁性物少，隨重產(chǎn)物攜帶出的懸浮液水量少、磁性物多；另一個(gè)原因可能是梗陽選煤廠購入的磁性物粒度組成偏粗。精煤、中煤脫介弧形篩入料濃度分別為36.16%和66.26%，也是前述原因造成的。

表1 脫介弧形篩物料性質(zhì)

精煤、中煤脫介弧形篩單位長度泄介量分別為162 m3/(m·h)和59 m3/(m·h)，這兩個(gè)數(shù)值與國華科技公司常規(guī)設(shè)計(jì)取值相比偏低，這從側(cè)面反映出梗陽選煤廠脫介弧形篩在設(shè)計(jì)選型時(shí)留有足夠的富余量，也是梗陽選煤廠介耗達(dá)到0.5 kg/t的有力保障。

2.2 粒度組成

脫除磁性物后的弧形篩入料及產(chǎn)物的粒度組成(小于2 mm)見表2。

據(jù)表2數(shù)據(jù)分析如下：

(1)入料粒度組成。0.075 mm以下細(xì)粒均是精煤和中煤弧形篩入料的主導(dǎo)粒級(jí)，其產(chǎn)率分別為57.80%和80.15%。從二者的粒度特性曲線看(見圖2)，都呈凹形，直觀定性地表明它們都是以細(xì)粒級(jí)為主，而中煤弧形篩入料粒度組成更為細(xì)化。從二者的平均粒徑看，后者是前者的0.53倍，定量地表征它們的差別。入料粒度組成粗細(xì)必然影響弧形篩的工藝效果。

表2 脫介弧形篩粒度組成

圖2 弧形篩入料粒度特性曲線

(2)篩上物粒度組成。由于精煤弧形篩入料粒度組成較粗，所以篩上物粒度組成也相應(yīng)較粗，兩者的平均粒徑分別為0.653 mm和0.493 mm。

(3)篩下物粒度組成。由于弧形篩篩面是新更換的，所以兩者篩下物中幾乎沒有大于1.0 mm的粒級(jí)。因?yàn)楹Y面為條縫形，所以也可以斷定該選煤廠煤泥的微觀形態(tài)是粒狀的，扁長狀幾乎沒有。兩種弧形篩入料中小于0.075 mm細(xì)粒產(chǎn)率差別較大，所以篩下物中細(xì)粒的產(chǎn)率也存在較大的差別。兩者的平均粒徑分別為0.118 mm和0.069 mm，后者是前者的0.58倍。

3 工藝效果分析

選煤廠脫介弧形篩應(yīng)該具備如下3個(gè)功能：一是脫介；二是脫水；三是脫泥并回收質(zhì)量合格的粗煤泥。經(jīng)計(jì)算，梗陽選煤廠脫介弧形篩的工藝效果見表3。

表3 梗陽選煤廠脫介弧形篩工藝效果

由表3可知：

(1)精煤、中煤脫介弧形篩入料中(小于2 mm)的磁性物脫除率分別為96.81%和96.57%，這兩個(gè)數(shù)值是相當(dāng)高的，表明弧形篩是介質(zhì)脫除系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)，良好的脫介性能保障了介質(zhì)高效回收，絕大部分磁性物被弧形篩脫除至篩下物里?；⌒魏Y入料中(小于2 mm)的磁性物僅有3.19%和3.42%跟隨篩上物進(jìn)入脫介振動(dòng)篩，大大降低了脫介振動(dòng)篩的工作負(fù)荷。

煤炭粒徑的大小與其攜帶磁性物多少有關(guān)，粒度越大者其混雜的磁性物就越少。如果弧形篩磁性物含量測試包含了大于2 mm粒級(jí)，則磁性物脫除率還要高一些。

(2)精煤、中煤脫介弧形篩脫水率分別為95.47%和96.00%，選煤廠生產(chǎn)中在振動(dòng)脫介篩上還要噴水脫介，所以對(duì)于脫介弧形篩泄水能力要求并不太嚴(yán)格，只需保障篩面不大量串水。實(shí)際上，弧形篩的脫水、脫介作用是同時(shí)發(fā)生的，大部分介質(zhì)粉是以水為流動(dòng)載體實(shí)現(xiàn)透篩過程的，因此較高的脫水性能必然同步形成較好的脫介效果。

雖然中煤弧形篩的實(shí)際處理量比精煤弧形篩小得多，但以上二項(xiàng)指標(biāo)相差甚小，這可能是中煤弧形篩入料粒度組成細(xì)、濃度高所造成的。所以影響脫介弧形篩工藝效果的因素除了單位處理量外，入料粒度組成和濃度也是不可忽視的。

(3)弧形篩屬于固定篩分設(shè)備范疇，伴隨著脫水脫介過程，物料同時(shí)進(jìn)行篩分分級(jí)，因此可用分配曲線來表征其工藝效果。

分配曲線是通過各個(gè)粒度級(jí)的分配率繪制的一條光滑曲線，理想的分配曲線是一條垂直于橫坐標(biāo)的直線，即粒度小于分級(jí)粒度的物料全部進(jìn)入篩下物，而粒度大于分級(jí)粒度的物料全部進(jìn)入篩上物。但是實(shí)際的分級(jí)不可避免地存在誤差，有一部分細(xì)物料混雜到篩上物中，也有一部分粗物料透篩進(jìn)入篩下物中，使得分配曲線成為S形。顯而易見，曲線越平緩，錯(cuò)配物越多，分級(jí)效果越差。由分配曲線求得的可能偏差表征的是篩分設(shè)備分級(jí)的精確程度。

本次試驗(yàn)，精煤、中煤脫介弧形篩可能偏差分別為0.233 mm和0.181 mm，精煤的效果不如中煤，這主要是由于精煤弧形篩處理量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于中煤弧形篩造成的。兩種弧形篩的分配率見表4，分配曲線見圖3。

表4 脫介弧形篩分配率

圖3 脫介弧形篩篩上物分配曲線

(4)在弧形篩圓弧包角的范圍內(nèi)，因離心力作用，煤漿以切向速度越過篩板篩條，傳統(tǒng)上認(rèn)為被切割進(jìn)入篩下物的顆粒直徑約為篩縫寬度的1/2，即篩縫寬度決定了分級(jí)粒度的大小。梗陽選煤廠精煤、中煤脫介弧形篩篩縫寬度為1 mm，因此其分級(jí)粒度約為0.5 mm。由表4可知，精煤、中煤脫介弧形篩分級(jí)粒度分別為0.66 mm和0.58 mm，這兩個(gè)數(shù)值與習(xí)慣值基本吻合。

(5)眾所周知，無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選下限已達(dá)0.25 mm，這可以理解為無論是低密度的精煤，還是中間密度的中煤、高密度的矸石，分選下限均已達(dá)0.25 mm，所以大于0.25 mm的粗粒盡量在篩上回收，避免進(jìn)入重介質(zhì)系統(tǒng)重復(fù)分選，該粒級(jí)物料在系統(tǒng)中過度積聚還會(huì)產(chǎn)生次生煤泥，影響分選及脫介效果。

精煤脫介弧形篩篩下小于0.25 mm細(xì)粒級(jí)正配效率達(dá)到95.77%，篩上大于0.25 mm粗粒級(jí)正配效率為68.76%，篩分效率64.53%；中煤脫介弧形篩篩下小于0.25 mm細(xì)粒級(jí)正配效率達(dá)到95.87%，篩上大于0.25 mm粗粒級(jí)正配效率為80.54%，篩分效率76.41%。作為篩分設(shè)備，篩下小于0.25 mm細(xì)粒級(jí)正配效率達(dá)到95.77%和95.87%，佐證了細(xì)粒透篩效率高，脫泥效果好。

該廠的精煤弧形篩和中煤弧形篩實(shí)際分級(jí)粒度為0.66 mm和0.58 mm，大量的0.5～0.25 mm粒級(jí)物料透篩進(jìn)入篩下物，因此梗陽選煤廠0.25 mm粗粒級(jí)正配效率僅為68.76%和80.54%。該值制約了綜合篩分效率沒有突破80%，有待進(jìn)一步提升，并且兩者差距較大，分析認(rèn)為這是由于中煤弧形篩入料濃度大，接近分級(jí)粒度的顆粒其透篩量有所降低而導(dǎo)致。從20世紀(jì)至今選煤工程設(shè)計(jì)中脫介弧形篩的篩縫寬度一直為1 mm，無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選下限已經(jīng)達(dá)到0.25 mm，這必然造成大量質(zhì)量已經(jīng)合格的0.5～0.25 mm粒級(jí)物料進(jìn)入合格介質(zhì)中，在旋流器內(nèi)重復(fù)分選。

弧形篩的處理能力與篩面的開孔率有關(guān)，篩面的開孔率計(jì)算式：

式中：d為篩縫寬度；b為篩背寬度。

增加篩縫寬度d或減小篩背寬度b，均有利于提高篩面的開孔率與處理能力。對(duì)篩縫寬度、篩背寬度的選擇既要考慮弧形篩的處理能力，也要考慮分級(jí)粒度?？梢栽诒ＷC篩面開孔率的同時(shí)，將目前的篩縫寬度1.00 mm和篩背寬度1.50 mm適當(dāng)減小。

4 結(jié) 語

梗陽選煤廠工業(yè)性試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：脫介弧形篩脫介能力強(qiáng)，磁性物脫除率高達(dá)96.81%和96.57%；脫水性能優(yōu)異，脫水率高達(dá)95.47%和96.00%；考核該設(shè)備的分級(jí)性能時(shí)，小于0.25 mm的細(xì)粒脫泥率良好，分別達(dá)到95.77%和95.87%，但對(duì)已經(jīng)得到有效分選的0.5～0.25 mm粒級(jí)煤泥的回收不盡人意，有待進(jìn)一步提升。

工業(yè)性試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，脫介弧形篩是重介系統(tǒng)脫介的主要環(huán)節(jié)，提高弧形篩的工藝性能，對(duì)于選煤廠有以下3個(gè)方面的好處：一是有助于進(jìn)一步提高脫介篩的脫介效率，降低全廠的介質(zhì)消耗；二是在保證脫介指標(biāo)的前提下，現(xiàn)場的脫介篩振幅或振次可適當(dāng)降低，隨之設(shè)備的噪聲和機(jī)械維修量亦可降低，同時(shí)篩面噴水可相應(yīng)減小，磁選機(jī)入料量也可降低；三是在保證弧形篩處理能力的前提下減小分級(jí)粒度，盡可能多回收0.5～0.25 mm粒級(jí)物料，避免重復(fù)分選和不必要的粗煤泥循環(huán)。對(duì)于待建廠，脫介弧形篩能力提高后，配套的振動(dòng)脫介篩和磁選機(jī)臺(tái)數(shù)就可以減少，基建費(fèi)用和生產(chǎn)費(fèi)用皆可降低。以梗陽選煤廠的精煤脫介篩為例，若將磁性物脫除率提高一個(gè)百分點(diǎn)，即由96.81%提高到97.81%時(shí)，精煤脫介篩的脫介量將相應(yīng)減少31.34%，這個(gè)數(shù)值是非?？捎^的。

期望對(duì)脫介弧形篩進(jìn)行更多的工業(yè)性檢測試驗(yàn)，以積累大量翔實(shí)、可靠的數(shù)據(jù)；對(duì)脫介弧形篩(包括篩面)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新性改進(jìn)，以促進(jìn)選煤事業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展。