螺旋分選機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)分選效果的影響

趙銀銀

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)雙柳煤礦洗煤廠(chǎng)， 山西 呂梁 033300）

引言

目前，我國(guó)選煤廠(chǎng)所使用的選煤工藝主要是重選和浮選相結(jié)合的方法。隨著科技的發(fā)展，已經(jīng)有多種分選設(shè)備投入使用，如煤泥重介旋流器、TBS干擾床、螺旋分選機(jī)等，而相對(duì)于其他分選設(shè)備，螺旋分選機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、壽命長(zhǎng)、操作維護(hù)簡(jiǎn)單且作業(yè)過(guò)程中無(wú)噪聲等優(yōu)點(diǎn)，一直以來(lái)在選煤工藝中都占有重要地位。20世紀(jì)80年代以來(lái)，螺旋分選機(jī)已經(jīng)有多種型號(hào)，如XL系列、ZK-LX系列等，是分選煤泥較好的設(shè)備。但隨著螺旋分選機(jī)運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，其結(jié)構(gòu)參數(shù)也會(huì)發(fā)生一定的變化，而結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化對(duì)分選效果造成影響，如螺旋分選機(jī)的傾角、斷面形狀、直徑等都會(huì)影響到分選效果。

1 分選機(jī)傾角對(duì)分選效果的影響

1.1 縱向傾角

根據(jù)公式：

縱向傾角α直接受螺距d和螺旋半徑ri的影響。螺旋分選機(jī)的槽面截面不同且不同截面處所對(duì)應(yīng)的螺旋槽的縱向傾角有所不同，總體呈螺旋半徑ri減小，螺旋槽的縱向傾角α增大的規(guī)律。進(jìn)一步分析，采用螺距d和螺旋不同截面的直徑2ri的比值，即d/（2ri）表征對(duì)縱向傾角的影響規(guī)律。通過(guò)分析煤顆粒在螺旋槽中的移動(dòng)規(guī)律可知，煤顆粒的移動(dòng)速度速度隨著螺旋槽縱向傾角的變大而加快[1]。

當(dāng)螺旋分選機(jī)的溜槽縱向傾角α的角度較小時(shí)，可以認(rèn)為其正弦cosα近似等于1，余弦sinα近似等于0。

煤顆粒的受力達(dá)到平衡時(shí)，懸浮在空氣中的顆粒縱向移動(dòng)速度用下式計(jì)算：

式中：vs為煤顆粒縱向移動(dòng)的平均速度。由式（2）可知，懸浮在空氣中的煤顆粒在達(dá)到受力平衡時(shí)的縱向移動(dòng)速度等于煤顆粒縱向移動(dòng)的平均速度。

煤顆粒的受力達(dá)到平衡時(shí)，沿螺旋槽底部移動(dòng)的顆粒的縱向速度用下式計(jì)算：

式中：v0為煤顆粒經(jīng)過(guò)自由沉降后接觸到螺旋槽底部時(shí)的速度；f為螺旋槽底部的摩擦因數(shù)。計(jì)算式（3）可知，沿螺旋槽底部移動(dòng)的煤顆粒的的受力達(dá)到平衡時(shí)的縱向移動(dòng)速度為

由于煤顆粒的粒度較小，受重力影響可以忽略不計(jì)。可以認(rèn)為煤顆粒在水平作用力的影響下進(jìn)行移動(dòng)。顯然，縱向傾角過(guò)小時(shí)，對(duì)選煤作業(yè)的影響是不利的。為了確保煤粒在螺旋槽中的穩(wěn)定性且能夠在槽中停留足夠的時(shí)間以保證分層分帶的效果達(dá)到要求，縱向傾角也不能過(guò)大。通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料及實(shí)驗(yàn)研究認(rèn)為，螺旋分選機(jī)螺旋槽外緣的縱向傾角選擇7°～10°最佳，螺距與螺旋半徑的比值選擇0.2～0.25 最佳[2]。

1.2 橫向傾角

通過(guò)煤顆粒在螺旋槽壁面的受力分析，煤顆粒在該斷面的移動(dòng)速度也受橫向傾角β的影響，呈現(xiàn)出移動(dòng)速度隨橫向傾角β的變大而加快的規(guī)律。因此，在對(duì)高密度煤進(jìn)行篩選時(shí)，應(yīng)選擇橫向傾角較大的螺旋槽以篩選出灰度較低的精煤。對(duì)于具有相同密度但重量較大的煤顆粒在螺旋槽中進(jìn)行分選，很有可能使這些重量較大的煤顆粒與灰度較低的精煤一同被篩出，使這些煤顆粒與精煤混合產(chǎn)生質(zhì)量較差的低灰精煤；如果需要篩選低灰原煤或者對(duì)篩選出的精煤進(jìn)行再次篩選，則應(yīng)考慮選用橫向傾角較小的螺旋槽，這樣可以使精煤的質(zhì)量和產(chǎn)率有效提高。另外，煤顆粒的縱向移動(dòng)速度即受縱向傾角的影響又對(duì)煤顆粒的橫向移動(dòng)速度vy造成影響，因此，在進(jìn)行選煤作業(yè)時(shí)，建議選擇縱向傾角α較小而橫向傾角β較大的螺旋槽，特別是對(duì)高灰原煤進(jìn)行篩選，篩出低灰精煤的情況。縱向傾角α和橫向傾角β的取值范圍也受螺旋槽斷面的形狀影響，因此其具體數(shù)值需要根據(jù)實(shí)際情況合理確定。

2 分選機(jī)螺旋槽底面形狀對(duì)分選效果的影響

底面形狀的不同主要影響到作業(yè)過(guò)程中的水流流態(tài)。對(duì)于螺旋分選機(jī)螺旋槽底面形狀的要求主要是使顆粒群之間的粘度減小以達(dá)到分散顆粒的目的，但在運(yùn)行過(guò)程中螺旋槽也要平穩(wěn)。在以往的實(shí)驗(yàn)（刻槽、來(lái)復(fù)條和光面三種槽底）中可以發(fā)現(xiàn)一定的規(guī)律。來(lái)復(fù)條槽底會(huì)使煤顆粒群范圍增大，造成水躍現(xiàn)象。相比刻槽螺旋槽底，來(lái)復(fù)條槽底出現(xiàn)的情況相對(duì)嚴(yán)重，形成的水躍現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致礦物無(wú)法很好的按密度進(jìn)行分層，不良現(xiàn)象顯著。這三種槽底中，光面槽底產(chǎn)生的效果最好，更利于礦物的分層。當(dāng)然，螺旋槽的槽底上下形狀也要保持一致，使水流的流態(tài)更加平穩(wěn)，提高煤顆粒的析離分層效率[3]。

3 螺旋槽長(zhǎng)度和圈數(shù)對(duì)分選效果的影響

螺旋槽的圈數(shù)和直徑共同影響著螺旋槽的長(zhǎng)度，螺旋槽的圈數(shù)和直徑對(duì)螺旋分選機(jī)的分選效果也有所差別。當(dāng)螺旋槽的長(zhǎng)度一定時(shí)，雖然分別增加圈數(shù)或直徑都能提高分選效果，但增加圈數(shù)對(duì)分選效果的提升程度要明顯優(yōu)于增加直徑。一般情況下，對(duì)于篩選比較容易的原煤，螺旋槽的圈數(shù)保持在4圈左右就能達(dá)到很好的效果。而對(duì)于分選難度較大的原煤，應(yīng)適當(dāng)增加圈數(shù)，一般選擇6圈。在螺旋直徑不變的條件下，改變螺旋槽的圈數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)分選1～0 mm級(jí)的煤泥在6圈時(shí)達(dá)到了最好的分選效果。其他條件保持不變，降灰比沒(méi)有明顯的變化，可以認(rèn)為螺旋槽的圈數(shù)對(duì)煤泥的降灰比沒(méi)有影響。此外，螺旋槽螺旋直徑的增大，對(duì)于干煤泥來(lái)說(shuō)，可以大大提高其處理量，但其分選下限也會(huì)隨著螺旋直接的增大而適當(dāng)提高。

4 分選機(jī)旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)方向?qū)Ψ诌x效果的影響

螺旋分選機(jī)旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)方向都會(huì)對(duì)螺旋槽內(nèi)煤顆粒群的移動(dòng)規(guī)律產(chǎn)生一定影響。當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，水層的厚度受到影響而變薄，當(dāng)螺旋分選機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，水層會(huì)加厚，水層的厚度也受旋轉(zhuǎn)速度的影響，實(shí)際厚度是分選機(jī)旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)方向共同作用的結(jié)果。旋轉(zhuǎn)方向的改變也會(huì)使水流流態(tài)發(fā)生變化，但總體來(lái)說(shuō)影響不大。水流流態(tài)主要受旋轉(zhuǎn)速度影響較大。在較高的旋轉(zhuǎn)速度且逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)情況下，水流（順時(shí)針流動(dòng)）流態(tài)的變化影響比較明顯，這種情況下，螺旋槽內(nèi)水流流態(tài)表現(xiàn)出相互疊加的現(xiàn)象，水流在內(nèi)橫截面的分布寬度與原煤分離帶出的水流寬度均變窄，這也會(huì)引起原煤的截取精度偏離實(shí)際而對(duì)結(jié)果造成一定影響。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的螺旋分選機(jī)里的水層變薄，會(huì)導(dǎo)致礦物中較粗的顆粒很容易降落到槽底，從而使分選機(jī)的分選效果降低。

5 結(jié)論

螺旋分選機(jī)的分選效果與分選機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)（縱向傾角、橫向傾角、槽底形狀、螺旋槽的長(zhǎng)度和形狀和旋轉(zhuǎn)速度及方向）有重要的聯(lián)系，因此，在進(jìn)行原煤分選時(shí)，對(duì)分選機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)尤為重要。由于煤顆粒性質(zhì)的不同也會(huì)影響到螺旋分選機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，要得到較好的分選效果，在設(shè)計(jì)螺旋分選機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況予以調(diào)整。