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振动筛是一种以高频率、高振动强度为主要特征的振动筛,主要适用于0.5mm以下细粒物料的湿式分级与固液分离。在选煤行业中,因其投资和运行成本较低,使得大多数选煤厂都有能力采用其回收煤泥,从而实现洗水闭路循环和改善选煤厂的环境,而具有明显的经济与社会效益。目前在国内外已得到广泛的推广与应用。
1 国外高频振动筛的研究现状
早在20世纪50年代初期,国外就已研发出高频振动筛。在冶金行业中,用作选矿厂细粒铁矿石分级;在煤炭加工中,用于煤泥脱水、脱介和分级等。目前,国外拥有该项技术的国家有美国、澳大利亚、德国、法国和芬兰等。其产品也呈现出多样化,如申克公司生产的SLV型高频振动脱水筛、诺德伯格公司生产的HF型高频振动筛等。
目前,从所查阅的文献来看,国外设计的高频振动筛的振动参数彼此相差很大,综合起来,振动频率24～60Hz,振动强度5～11gn。国外生产的高频振动筛具有处理量大、效率高、性能稳定、寿命较长等优点,但缺点主要是价格昂贵、处理量小、性价比不高等,目前,其跨度最大只有1.8m。虽然国外高频振动筛型号各异,但工作原理基本都相似。下面对其中最具典型的美国德瑞克高频筛、维尔科脱水筛和SD型高频振动筛加以简要分析。
111 德瑞克高频振动细筛
德瑞克高频振动细筛是美国德瑞克公司在1951年发明的,结构原理如图1所示,其结构特点:
(1)采用了高频、低幅(60Hz,0.8mm),也采用正倾角,大倾角筛面(>30°),筛面具有较高的运输能力。
(2)筛机有3块独立筛面,对其分别给料,在保持相同筛分效率的情况下,与单点给料的筛子相比,其处理能力大1.5倍。
(3)筛上物溜槽的结构独特,不阻碍来自中间和排料端筛面的筛下水落入筛机的筛下水漏斗。
(4)激振器被安装在筛箱上部,能产生60Hz的激振力。而筛面采用金属丝编织的夹层筛网,其优点是不易堵塞,因此不必经常清洗。
德瑞克高频振动筛结构原理
目前,德瑞克高频振动筛主要适用于从<0.5mm煤泥水中回收>0.15mm细粒煤泥,试验表明,它适宜的入料浓度较低(20%～40%),在不加喷水的条件下筛分效率甚至可以达到88%～92%。另外,有关文献表明,德瑞克公司研制成功的Urethane高效内膜聚酯筛网、Pyramid三维筛网、Sandwich夹层筛网,它们的应用,更加增强了德瑞克高频振动筛处理细粒物料的性能。
112 维尔科脱水筛
美国林纳特克斯公司生产的维尔科脱水筛,其结构原理如图2所示,其结构特点:
(1)来自给料箱的料浆以几乎垂直的方向给入。
(2)给料端筛面的倾角>45°,主筛面呈负倾角安装,整个筛面呈V形状态。
(3)给料端筛面和主筛面的前段采用楔形条缝筛面,排料端则采用聚氨脂筛板,筛缝从入料端到中部再到排料端逐渐增大。
(4)2台电机被安装在筛箱的承重横梁上,调整电机两端轴伸上的偏心配重,则可调节振幅,另外排料端设有堰板,可调整筛面上物料层厚度。
维尔科脱水筛结构原理
113 SD型高频振动筛
美国康威德公司生产的SD型高频振动筛,发展最快,应用也最广泛。目前,此种类型的高频振动筛最小宽度0.9m,最大宽度1.8m。其主要特点:
(1)筛面采用了-5°角安装,振幅为3mm,振次为1474r/min,由于筛上物料的爬坡行走,使筛上物料有一定厚度。因此,自身也起过滤作用,从而使物料的水分低,截留的粒度更小。
(2)采用特质G-MASTEF激振器或振动电机,筛面选用聚氨酯或不锈钢条缝。
(3)可提供多种产物,筛体结构简单、维修方便、使用寿命长、处理能力大、效率高。
2 我国高频振动筛的研究现状
在我国,对高频振动筛的技术的开发进展比较晚,直到20世纪70年代末期,也仅在冶金系统内开始少量引进高频振动筛。我国研制、试验高频振动筛是从20世纪80年代初开始的,其比较典型的研究如下。
(1)：冶金部长沙矿冶研究院在1982年试制的GPS-900-3型高频振动细筛,在有色金属矿进行了试验,取得了比较理想的效果,又于1986年9月开始在密云铁矿进行了工业性试验,与原有的弧形筛相比,其筛分与分级效率提高1倍以上。后来又于20世纪90年代初采用GPS-1400-3型高频振动筛在马钢南山铁矿凹山选矿厂进行工业试验,并利用计算机建立高频振动筛工艺参数之间的数学模型,为高频振动筛的最优化控制提供了依据。
(2)：为了适应煤泥回收和细粒脱水分级的需要,煤炭科学研究总院唐山研究院负责研究设计的GPS-1025高频振动脱水筛,通过在1990年在辽宁阜新海州矿选煤厂的工业性试验表明:该筛机达到国内同类筛机的先进水平。又于2004年研制成功了QZK-1833和QZK-2041曲面筛,现场取得了良好的技术经济指标。
(3)：在原煤炭部“七五”科技项目中,由原平顶山选煤设计研究院在1989年3月研究设计出第1台具有可调幅频特性的GZ-631型高频试验筛,在1990年5月在林西矿选煤厂完成了振动参数试验和研究,研究了其振动参数与筛分工艺指标之间的关系。
目前,高频振动筛在我国选煤行业中应用比较广泛。从市场反映的情况来看,每年需求约有100台高频振动脱水筛,其经济和社会效益十分显著。因此,国内的许多大型的振动筛制造厂商也紧跟市场的需求,研制出了许多类型的高频振动脱水筛。如北京华宇工程有限公司(原平顶山选煤设计院)研制的GZ系列滤层脱水式高频筛;煤炭科学研究总院唐山研究院研制的QZK系列曲面筛、GPS系列高频筛和DZSM系列电磁振动高频筛;唐山汇力太行振动机械股份有限公司生产的TSS系列脱水筛;江苏博后选煤机械有限公司生产的GBHS型高频筛和BHKS系列高频煤泥脱水筛;山西赛德筛分技术设备有限公司生产的GPS系列高频振动脱水筛和GZ系列高频筛等,从而使国内高频振动筛市场竞争更加的激烈。虽然型号彼此不同,但原理基本相差不大,综合起来,目前我国已开发的主要有GPS型高频直线振动筛、QZK系列曲面筛和DZS型高频振动电磁细筛。下面对其各自的结构特点加以简单的介绍。
211 GPS系列高频圆振动筛
GPS系列高频圆振动筛,主要用于精煤泥的回收,在50～60Hz频率下工作,其结构外形如图3所示。
GPS系列高频圆振动筛
(1)筛机是在薄料层中进行而且以精确筛分为基础的煤泥筛分分级设备。
(2)按圆振动筛的原理进行工作,具有33.3Hz的高频率与大于5gn的振动强度。
(3)筛面采用“三明治”筛网的复合筛面,其开孔率可达36%,防堵效果非常好。
212 GZ,GZT型高频直线振动筛
高频直线振动筛分为GZ型高频振动筛和GZT型低噪高频振动筛,两者不同之处在于GZ型高频振动筛振动器为单元组合式,而筛框为整体焊接结构,GZT型低噪高频振动筛的振动器为箱式,筛框为了降低噪声采用了夹层式侧壁和横梁,其共同的特点:
(1)按自同步原理工作,振动器由双电机分别驱动,两传动轴间无强迫联系。
(2)筛面由弧形段与负倾角直线段组成,弧形段条缝与物料运动方向垂直,主筛面条缝与运动方向相同。
213 QZK系列曲面筛
QZK系列曲面筛基本原理和GZ型相似,但筛面克服了GZ型过高的缺点,其筛面一般采用不锈钢阶梯焊接筛板或复合筛板,如图4所示。
QZK系列曲面筛
目前该技术发展最快,该类筛机采用工作频率为24Hz,振幅为2～2.5mm,振动强度为5～7gn,其具有筛上物料水分低(≤24%)、处理能力大和固体回收率高等优点。近年来随着大型选煤厂的相继建设,QZK系列曲面筛的规格也不断创新,目前,QZK-2041型是国内应用成功的最大机型,而该类筛机的最大跨度已经达到2.4m,长度为4.5m,这是国内也是世界上跨度最大的高频脱水筛。该类筛机采用块偏心振动器和油脂润滑的结构,其缺点主要是筛分下限受限,单位面积的处理能力低等。
214 DZS型电磁振动细筛
电磁振动细筛具有体轻、能耗低、分级下限低、无动载等优点,主要用于煤泥分级、脱水作业,由于其可以回收大部分的煤泥,在有些煤泥煤质比较好的情况下,也可以代替浮选,因此也得到广泛的应用。目前,我国开发了DZS型产品。如图5所示。
DZS型电磁振动细筛
其主要特点:
(1)DZS型电磁振动筛是大倾角、使用不锈钢网状筛面,由激振器直接激振筛面而筛箱并不振动的振动筛,由于振动系统在近共振状态工作,耗能低。
(2)筛面由不锈钢复合筛网加托网组成,每台筛子沿筛长布置若干个振动器,每个振动器单独激振筛面,由于各点弦振的叠加作用,筛面实际振幅比激振点大。
3 国内外高频振动筛的发展趋势
(1)向大型化发展。高频振动筛的大型化指筛子的运动参数与面积的大型化,主要分别解决物料的筛分效果的问题和筛子的处理能力的问题,大型化可以减少筛分设备的数量和费用、减少厂房面积、减少初期基建投资。
(2)向减少参振质量发展。通过参振质量的减少,激振力也可以随之减小,由此可以保证强度和刚度,降低振动噪音,并可起到良好的减振效果。
(3)向标准化、系列化、通用化发展。标准化、系列化、通用化,这是便于设计、生产和降低成本的有效途径。
(4)对高频振动筛在选煤中的用途进行分析与研究。目前,高频振动筛代替沉降过滤离心机、加压过滤机或者隔膜过滤机,进行浮选精煤脱水,代替浮选系统和回收组煤泥等,在洗煤厂进行的实践,取得良好效果。今后,将对其在选煤中的其他用途进行分析与研究,提高其在选煤中的作用。
4 我国高频振动筛存在的问题
(1)对筛机本身结构了解不够。在设计过程中由于对各个部件的结构强度的了解不够,在生产中容易造成应力集中,进而造成侧板、支撑梁、筛板等断裂现象,影响正常的生产活动。
(2)在向大型化设计过程中进步缓慢。目前,国内应用成功的最大的型号是QZK-2041曲面筛,正在研究中的GFS-2445曲面筛,但由于对结构了解不够,目前还处于不太成熟的阶段。
(3)对高频振动筛技术参数之间的关系了解不够。由于对高频振动筛各个工艺参数或振动参数之间关系的了解不够,在设计或选型上容易出现失误,造成“跑水”和“跑粗”等现象,以致影响正常的生产。
(4)材料的结构强度满足不了要求。目前,国内对材质的研究与国外相比还有许多差距,使国产高频振动筛的寿命普遍较低,目前寿命一般在3～5a,而国外的为8a左右,因而造成生产成本增加和资源浪费。
作者：11煤炭科学研究总院唐山研究院;21鞍钢集团矿业公司东鞍山烧结厂（赵环帅1 王振年2）
参考文献：
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[4] 孙业长,张升龙,王 浩,等.高频细筛筛下产率数学模型的研究[J].金属矿山,1993(3):37239
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