物料振動(dòng)篩分過(guò)程分析及高效途徑

鄺偉

（濟(jì)南中燃科技發(fā)展有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

我國(guó)現(xiàn)有的物料篩分機(jī)主要有：固定篩、滾軸篩、圓桶篩、平面運(yùn)動(dòng)篩等幾類(lèi)，但都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。振動(dòng)篩分機(jī)是目前工程中最常用的篩分機(jī)械,它在采礦、冶金、醫(yī)藥、化工、糧食、建材加工和環(huán)境等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。提高振動(dòng)篩性能和設(shè)計(jì)振動(dòng)篩的基礎(chǔ)是研究振動(dòng)篩分機(jī)理。加工能力大、提高篩選效率一直是篩選設(shè)計(jì)的目標(biāo)。研究篩選機(jī)理的重要手段是基于現(xiàn)有的力學(xué)理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的篩選過(guò)程中的數(shù)值模擬。

1 篩分過(guò)程分析

物料的篩分過(guò)程包括3個(gè)環(huán)節(jié)，分別為：物料的分層、透篩和物料的輸送。

1.1 物料的分層

研究表明，振動(dòng)篩篩面運(yùn)動(dòng)軌跡為簡(jiǎn)諧振動(dòng)，物料在篩面上拋擲和滑動(dòng)。對(duì)篩選過(guò)程中是選用拋投運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究的，拋擲的強(qiáng)度用拋投指標(biāo)d表示，因?yàn)檎駝?dòng)頻率不同，所以存在不同的起始角度φ。當(dāng)篩面物料達(dá)到一定的拋投角度時(shí)，物料與篩面分離的瞬時(shí)速度用V表示。瞬時(shí)速度與篩面速度相同。顆粒越大動(dòng)能越大，運(yùn)動(dòng)能力越強(qiáng)，所以逐漸轉(zhuǎn)移到材料層的上層。而動(dòng)能較小的顆粒逐漸下沉到篩面。動(dòng)能越大的顆粒在篩面上滾動(dòng)的能力就越強(qiáng)，以克服與篩面和物料的摩擦。在相同的振動(dòng)系統(tǒng)中，在相同的振動(dòng)頻率下，動(dòng)能大小也與物料顆粒的質(zhì)量有關(guān)。對(duì)于相同重量的同種材料，其質(zhì)量取決于其粒徑。對(duì)于顆粒較大的材料，其質(zhì)量和動(dòng)能較大；對(duì)于顆粒較小的材料，其質(zhì)量和動(dòng)能較小。由此可見(jiàn)，粒徑差越大，相應(yīng)物料顆粒的能量相差越大，粗、細(xì)粒子在混合物中的重排列現(xiàn)象越明顯。計(jì)算結(jié)果表明，該材料的粒徑和動(dòng)能分別相差20倍和1200倍。因此為了使物料在篩網(wǎng)表面移動(dòng)分層，物料要與篩網(wǎng)撞擊從而獲得一定的動(dòng)能。動(dòng)能主要受顆粒質(zhì)量和篩面瞬時(shí)分離速度的影響。物料級(jí)配越好，顆粒之間的能量差越大，分層就越容易。

1.2 物料的透篩與堵塞

物料顆粒在篩網(wǎng)表面移動(dòng)，較小的顆?？拷Y網(wǎng)表面，較大的顆粒移動(dòng)到物料混合物的上層。此時(shí)，物料在篩網(wǎng)表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不會(huì)停止，物料之中的小顆粒通過(guò)篩孔。相對(duì)粒徑,d表示顆粒直徑,a表示篩孔直徑。大量學(xué)者研究了相對(duì)粒徑x＜1的情況，并進(jìn)行了概率統(tǒng)計(jì)得出了相應(yīng)的規(guī)律。這里我們只研究x≥1，單一材料篩選和堵塞。在x＞1，d＞a時(shí)，顆粒在篩面表面運(yùn)動(dòng)，一些顆?？赡軙?huì)在卡在篩孔中,但是大部分還篩面上方，顆粒質(zhì)心與篩面之間存在一定的距離，顆粒在振和篩面上其他顆粒的沖擊下仍有可能沉入物料之中。當(dāng)x=1時(shí)，d和a相同。由于顆粒表面不規(guī)則，能順利通過(guò)篩孔顆粒很少。如果他們不能及時(shí)穿過(guò)篩孔，將被物料包裹回到物料混合物之中。有時(shí)一些顆?？梢酝ㄟ^(guò)篩孔，也可能一部分進(jìn)入了篩孔,另一部分則緊緊地?cái)D壓進(jìn)入篩孔導(dǎo)致篩孔堵塞，減少顆粒通過(guò)率，從而降低了機(jī)器的篩分效率。為了防止物料顆粒堵塞篩孔，需要讓物料顆粒獲得一定動(dòng)能，使物料顆?？朔w粒之間產(chǎn)生的摩擦力和篩孔邊緣與顆粒之間的摩擦力，使物料顆粒順利通過(guò)篩孔。當(dāng)拋擲高度使篩面與顆粒的質(zhì)心間存在一定的距離時(shí)，顆?？赡苤匦逻M(jìn)入混合物中。顆粒的投擲高度由顆粒從篩面獲得的瞬時(shí)速度以及振動(dòng)方向角決定。增大瞬時(shí)脫離速度和振動(dòng)方向角，可以減小甚至消除堵塞現(xiàn)象。

1.3 物料的輸送計(jì)算

根據(jù)文獻(xiàn)介紹,物料的平均輸送速度Vm

Vm=f（D）ωλCOSδ

Vm還與物料性質(zhì)、篩分設(shè)備的安裝傾角、篩面上物料厚度等有關(guān)。

輸送量：Q=3600VmHBγ

式中：H為物料的厚度，B為篩面的寬度，γ為物料混合物的密度。當(dāng)確定篩網(wǎng)表面的寬度時(shí)，還需要物料層的厚度按照相關(guān)的規(guī)范，這要與某種材料的篩選效率相對(duì)應(yīng)。此時(shí)，提高物料輸送速度才能提高加工能力。

2 影響振動(dòng)篩篩分的因素

2.1 物料的性質(zhì)

（1）粒度組成含易篩粒愈多，物料愈容易篩分；含難篩粒愈多，物料愈難篩分粒徑d＝1～1.5a(a為篩孔尺寸)的顆粒易卡在振動(dòng)篩篩孔中，叫阻礙粒，影響物料通過(guò)篩孔。因此物料含難篩粒、阻礙粒愈多，篩分效率愈低。

（2）顆粒形狀為球形的顆粒容易通過(guò)方孔和圓孔振動(dòng)篩，條形、片狀以及多角形物料較難通過(guò)方孔和圓孔篩，但較易通過(guò)長(zhǎng)方形孔振動(dòng)篩。

（3）含水量。干法篩分時(shí)，物料含水眾多及濕潤(rùn)性與鉆附性愈好的物料愈容易凝聚、結(jié)塊，堵塞篩孔，使篩分效率大大降低。

（4）堆積密度。在物料堆積密度比較大的情況下，振動(dòng)篩篩分能力與堆積密度成正比關(guān)系。

2.2 篩面的性質(zhì)及運(yùn)動(dòng)狀況

（1）開(kāi)孔率。振動(dòng)篩篩孔面積與篩面面積之比值稱(chēng)為開(kāi)孔率。開(kāi)孔率大的篩面篩分效率高、生產(chǎn)能力大。但篩面強(qiáng)度低、壽命短。

（2）篩孔形狀。篩孔形狀不同，物料的通過(guò)能力相差很大。在選擇振動(dòng)篩篩孔型式時(shí)，應(yīng)與物料的顆粒形狀相適應(yīng)，通常采用方形篩孔。

（3）篩面尺寸。篩面的長(zhǎng)寬比過(guò)大時(shí)，物料層原；長(zhǎng)寬比過(guò)小時(shí)，篩分時(shí)間短。這兩種情況都會(huì)使篩分效率降低。所以振動(dòng)篩篩面的長(zhǎng)寬比應(yīng)在合適范圍內(nèi)，一般為2.5～3。

（4）篩面傾角。傾角過(guò)小，生產(chǎn)能力低；傾角過(guò)大，篩分效率低。因此篩面傾角要選擇合適，振動(dòng)篩傾角一般為0°～25°，固定篩傾角一般為40°～45°。

（5）運(yùn)動(dòng)狀況。各種不同類(lèi)型的振動(dòng)篩油于物料與篩面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀況不同，其篩分效率有很大差別，如表1。

2.3 操作情況

（1）加料均勻性。連續(xù)均勻地加料，使物料沿篩面均勻分布，才能保證較高的生產(chǎn)能力和篩分效率。

（2）加料量。加料量增大時(shí)，生產(chǎn)能力增大，但振動(dòng)篩篩分效率降低。因此要處理好以上矛盾。

3 提高篩分效率的方法

篩分的目的是希望篩子給料中小于篩孔的粒子全部進(jìn)入篩下產(chǎn)物，但在工業(yè)生產(chǎn)條件下，要達(dá)到這一目的是很困難的，而篩上產(chǎn)物中或多或少總含有一些小于篩孔的細(xì)粒，為了評(píng)價(jià)篩分進(jìn)行的完全程度，引入篩分效率，即指實(shí)際得到的篩分產(chǎn)物中與給料中所含小于篩孔的物料質(zhì)量之比。如何提高振動(dòng)篩（震動(dòng)篩）篩分效率一直是礦山、化工廠、水泥廠等生產(chǎn)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，篩分效率直接影響著生產(chǎn)效益，下面從幾個(gè)方面分析概述提高震動(dòng)篩篩分效率的方法水泥生產(chǎn)工藝流程。

表1

（1）提高振動(dòng)篩篩板的開(kāi)孔率，高開(kāi)孔率有利于改善篩分效果；通常不銹鋼焊接篩板開(kāi)孔率高，可應(yīng)用于移動(dòng)式破碎機(jī)。

（2）調(diào)整入料方式，某些情況下，振動(dòng)篩入料不是沿全篩寬給入，勢(shì)必造成篩面得不到充分利用。

（3）降低振動(dòng)篩篩面糊孔率，可考慮選用帶自清理的篩板，如彈簧桿式篩面超細(xì)粉碎機(jī)。

（4）如果有條件，可考慮調(diào)整振動(dòng)篩篩機(jī)的傾角，適當(dāng)?shù)膬A角有利于減少物料厚度，如薄料層篩分錘式打沙機(jī)。

（5）條件允許的話，濕法篩分，這是改善篩分效果的最有效手段，如高壓磨。

（6）對(duì)于圓振篩，可考慮調(diào)整配重的方法來(lái)改善篩分效果。

（7）對(duì)于干法篩分，要嚴(yán)格控制入料水分，當(dāng)水分偏高時(shí)，可考慮配料篩分復(fù)合破。

（8）有條件的話，振動(dòng)篩入料端增加固定篩，進(jìn)行粗篩移動(dòng)式破碎站。

4 結(jié)語(yǔ)

研究表明，物料振動(dòng)篩分的過(guò)程錯(cuò)綜復(fù)雜，影響因素很多。從能量的角度討論了振動(dòng)頻率對(duì)材料篩選的影響，可以得出以下結(jié)論。

（1）物料離開(kāi)篩網(wǎng)表面的瞬時(shí)速度是物料篩選的一個(gè)重要概念。物料輸送的快慢直接影響篩分效果的好壞。

（2）增加振動(dòng)的振幅和頻率可以提篩選效率和高生產(chǎn)率，但振幅的增加優(yōu)于頻率的增加。在此之前，也考慮通過(guò)增加振動(dòng)頻率來(lái)提高加工能力，但結(jié)果導(dǎo)致機(jī)器損壞、橫梁斷裂，使用壽命明顯縮短。

（3）材料的級(jí)配程度對(duì)篩分效率也有很大的影響。粒徑分布越廣，篩分效率越高。