0.12 mm 篩孔單振源共振篩工藝效果試驗分析

趙環(huán)帥，黃 勇，李 準

1中國冶金礦山細粒篩分機械工程技術研究中心 河北唐山 063020

2唐山工業(yè)職業(yè)技術學院 河北唐山 063299

3華北理工大學礦業(yè)工程學院 河北唐山 063210

振動篩是現代礦物加工中的重要設備，廣泛應用于煤炭、冶金、電力、建材等行業(yè)中物料的分級、脫水、脫介等作業(yè)[1-2]。隨著生產需求的不斷提高與科技的不斷進步，振動篩逐漸向大型化、智能化、高效化及節(jié)能環(huán)保等方面發(fā)展。隨著振動篩篩分面積的不斷增大，振動篩整機質量也隨之增大，所需動力和能耗也較大，在振動篩運行過程中對基礎的負荷較大。

傳統(tǒng)振動篩工作過程中一般遠離共振區(qū)，雖然性能穩(wěn)定，但所需功率較大，而整個篩機在近共振區(qū)域工作，可以以較小的振動功率獲得較大的振幅，對節(jié)能環(huán)保、優(yōu)化產品結構具有重要意義[3-4]。國內外對共振篩相關技術進行了研究，也有部分是對共振篩在現場使用情況的介紹，但由于共振篩對制造與裝配要求較高，操作與調試較難，受給料量變化的影響較大，一直未能得到更大范圍的推廣[5-8]。因此，為了適應未來節(jié)能環(huán)保的發(fā)展趨勢，根據現代共振理論的研究成果和相關技術，筆者對其結構進行優(yōu)化與完善，提高其結構可靠性、性能穩(wěn)定性及工藝效果。

1 結構組成及特點

單振源共振篩主要由機架、篩箱組合、收料槽、彈性裝置 (剪切彈簧)、底座、檢修臺、給料箱、電控柜、振動電動機組等結構件組成 (見圖 1)。

圖1 單振源共振篩結構示意Fig.1 Structural sketch of single vibration source resonance screen

(1)篩箱組合 篩箱組合由單層或多層篩箱、振動電動機組、連接梁等部件組成。若干個篩箱通過連接梁用緊固件實現剛性連接，篩面與水平面成適當傾角以便于物料的流動。篩箱間距既要便于觀察篩面物料情況、更換篩網等操作，又要減小占地面積和空間高度。振動電動機組安裝在上層篩箱上。篩箱組合部件具有剛度高、工藝性好、結構簡單、緊湊、質量輕等特點。

篩箱主要包括篩框、篩網、托網、篩網張緊裝置、托網張緊裝置、振動系統(tǒng) (共振彈簧座、共振彈簧硫化件、振動排)等部件。根據用戶對設備耐磨、防腐能力的需求和成本的考慮，可以選擇篩箱表面噴涂油漆或聚氨酯處理，后者具有更高的耐磨、防腐能力。

篩網由工作網和下方托網組成。工作網主要包括不銹鋼細絲編織復合網和聚氨酯條縫式柔性篩網，兩種篩網具有良好的互換性。聚氨酯柔性篩網耐磨性強、使用壽命長達 6 個月左右，價格相對較高；不銹鋼絲編織復合網由 2 層不同孔徑的篩網復合而成，篩網開孔率高達 33% 左右，質量輕，篩分效率高達70%～75%，價格較低。與振動帽直接接觸的為鋼絲繩芯聚氨酯網，稱為托網，其主要作用是傳遞和均布激振力，保護工作網，并提高工作網的剛度。為了方便更換篩網，篩箱中采用快速裝卸張緊機構。

(2)彈性裝置 彈性裝置由若干個橡膠彈簧組成。把篩箱組合彈性支撐在機架上，同時緩沖工作時對地基的動載荷，尤其是在啟動和停車過程中通過共振區(qū)時形成的共振動載荷，減振系數達 90% 以上。充分利用橡膠彈簧各方向剛度不同的特性，使彈性系統(tǒng)在有效減輕對地基動載荷的同時，又能抑制篩箱組合的橫向振動。

(3)機架 機架為型鋼框架結構，是篩機各部件的安裝骨架。機架通過二次減振彈簧直接放置于地面上。

(4)收料槽 收料槽為鋼板制造的箱形結構，用于收集每層篩箱篩分后的篩上和篩下物料。為提高其耐磨性和耐腐蝕性，在礦漿直接沖刷的內表面噴涂聚氨酯襯或粘貼耐磨橡膠板。

2 工作原理及性能特征

單振源共振篩以振動電動機組為唯一振動源，篩箱組合在振動電動機組的作用下形成直線振動。同時，由于篩箱內部振動排的自身慣性，使振動排產生一個滯后于篩箱的相對運動 (敲擊篩網達到清網)，且此振動頻率與篩機振動頻率處于臨近共振工作狀態(tài)，從而使篩箱內篩網和網上物料同時受到來自 2 個不同方向的振動，二者合力產生共振式復合振動。其主要特征如下。

(1)利用雙自由度共振原理，設計使用單振源驅動實現整機直線振動和激振排敲擊篩網振動的復合振動，既具有良好的向前拋擲輸送能力，又可獲得高透篩率，顯著提高篩機的篩分效率。

(2)振動參數采用變頻控制，篩機采用了隔振及阻尼的協(xié)同效應，降低了動載荷對基礎的沖擊。

(3)篩網的網孔尺寸根據篩分工藝要求確定，可以選配不銹鋼絲網和聚氨酯篩網。篩機設計為 1～5層，可根據現場需求靈活選用。

3 工藝效果試驗

3.1 試驗方案

單振源共振篩試驗系統(tǒng)采用細粒級濕法閉路循環(huán)篩分系統(tǒng)，其試驗流程為：物料與水由攪拌桶給入，均勻攪拌后經渣漿泵打入緩沖給料箱，然后靜壓給入單振源共振篩進行篩分，篩上物與篩下物返回攪拌桶。該系統(tǒng)單次試驗需要物料 200～500 kg，入料、篩上物、篩下物可單獨取樣，進行篩分效率考察。受空間高度局限，試驗篩機采用單層 FG1014 單振源共振篩，即單振源共振篩的上篩箱，其工作原理、振動參數與復合單振源共振篩完全一致，具有代表性，其有效篩分寬度為 1.0 m，有效篩分長度為 1.4 m，有效篩分面積為 1.4 m2。

3.2 試驗系統(tǒng)的設計

單振源共振篩試驗系統(tǒng)主要包括單振源共振篩、攪拌桶、渣漿泵、電磁流量計、緩沖給料箱 (見圖2)。整套系統(tǒng)安裝在鋼結構架上，分三層平臺布置，其中一層為車間自身水泥地面，二、三層為特制鋼結構平面。

3.3 試驗結果及分析

由于冶金選礦行業(yè)濕法分級中篩孔一般在 0.074～0.300 mm，因此為了研究單振源共振篩的工藝效果，在單振源共振篩試驗系統(tǒng)中，取在冶金選礦行業(yè)濕法分級中常用的 0.12 mm 篩孔，處理量取 12 t/(m2·h)。在磨礦分級作業(yè)中質量分數分別為 20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、60% 時，入料細度 (-200目)保持 56.7%。試驗后對篩下細度 (-200目)、篩上細度(-200 目)、篩下產率、篩分效率進行測試，數據如表1 所列。對表 1 數據進行整理與計算，得到入料質量分數與篩分效果的關系如圖 3 所示。

圖2 試驗系統(tǒng)示意Fig.2 Sketch of test system

表1 測試數據Tab.1 Test data %

圖3 入料質量分數與篩分效果關系Fig.3 Relationship between feed mass fraction and screening effects

從圖 3 可以看出：隨著入料質量分數的增加，篩下細度 (-200 目)基本保持恒定，篩上細度 (-200 目)逐漸減小后逐漸增大；篩下產率與篩分效率逐漸增加而后逐漸減小，質量分數在 45% 時，篩分效率較大(約 75%)，此時篩上細度 (-200 目)、篩下產率均達到最優(yōu)值 (大于 70%)。

為了研究單振源共振篩的在篩分效果最佳時的處理量，設定篩孔尺寸為 0.12 mm，入料質量分數為45%，處理量分別為 2、4、6、8、10、12、14、16、18、20 t/(m2·h)。經試驗后對篩下細度 (-200 目)、篩上細度 (-200 目)、篩下產率、篩分效率進行測試，數據如表 2 所列。對表 2 數據進行整理與計算，得到處理量與篩分效果的關系如圖 4 所示。

表2 測試數據Tab.2 Test data

圖4 處理量與篩分效果關系Fig.4 Relationship between throughput and screening effects

從圖 4 可以看出：在入料細度 (-200 目)基本相同的情況下，隨著處理量的增大，篩下細度 (-200 目)基本保持恒定，篩上細度 (-200 目)逐漸增大；篩下產率與篩分效率均逐漸減小。當篩分效率為 75% 以上時，處理量可以達到 13.5 t/(m2·h)。

4 結論

(1)在處理量保持恒定的情況下，隨著入料質量分數的增加，篩下細度 (-200 目)基本保持恒定，篩上細度 (-200 目)逐漸減小后逐漸增大；篩下產率與篩分效率逐漸增加而后逐漸減小，質量分數在 45%時，篩分效率較大 (約 75%)，此時篩上細度 (-200目)、篩下產率可以達到 70% 以上。

(2)在入料質量分數保持恒定的情況下，隨著處理量的增大，篩下細度 (-200 目)基本保持恒定，篩上細度 (-200 目)逐漸增大；篩下產率與篩分效率均逐漸減小。當篩分效率為 75% 以上時，處理量可以達到 13.5 t/(m2·h)。

(3)由于冶金選礦行業(yè)的濕法分級中篩孔一般在0.074～0.300 mm，而本試驗僅研究了單振源共振篩在篩孔為 0.12 mm 時的工藝效果，尚存在一定的不足。隨著產品精加工的要求越來越精細，特別是對粒度為150 μm 以下的物料進行分級時，傳統(tǒng)工藝所應用的分級設備分級效率較低，因此應采用小于 0.12 mm 的篩孔。筆者所研究單振源共振篩的工藝效果，為單振源共振篩合理采用提供借鑒與參考。