物料振動篩分過程分析及高效途徑

鄺偉

（濟南中燃科技發展有限公司，山東 濟南 250101）

我國現有的物料篩分機主要有：固定篩、滾軸篩、圓桶篩、平面運動篩等幾類，但都有各自的優缺點。振動篩分機是目前工程中最常用的篩分機械,它在采礦、冶金、醫藥、化工、糧食、建材加工和環境等領域有著廣泛的應用。提高振動篩性能和設計振動篩的基礎是研究振動篩分機理。加工能力大、提高篩選效率一直是篩選設計的目標。研究篩選機理的重要手段是基于現有的力學理論和計算機技術的篩選過程中的數值模擬。

1 篩分過程分析

物料的篩分過程包括3個環節，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，振動篩篩面運動軌跡為簡諧振動，物料在篩面上拋擲和滑動。對篩選過程中是選用拋投運動進行研究的，拋擲的強度用拋投指標d表示，因為振動頻率不同，所以存在不同的起始角度φ。當篩面物料達到一定的拋投角度時，物料與篩面分離的瞬時速度用V表示。瞬時速度與篩面速度相同。顆粒越大動能越大，運動能力越強，所以逐漸轉移到材料層的上層。而動能較小的顆粒逐漸下沉到篩面。動能越大的顆粒在篩面上滾動的能力就越強，以克服與篩面和物料的摩擦。在相同的振動系統中，在相同的振動頻率下，動能大小也與物料顆粒的質量有關。對于相同重量的同種材料，其質量取決于其粒徑。對于顆粒較大的材料，其質量和動能較大；對于顆粒較小的材料，其質量和動能較小。由此可見，粒徑差越大，相應物料顆粒的能量相差越大，粗、細粒子在混合物中的重排列現象越明顯。計算結果表明，該材料的粒徑和動能分別相差20倍和1200倍。因此為了使物料在篩網表面移動分層，物料要與篩網撞擊從而獲得一定的動能。動能主要受顆粒質量和篩面瞬時分離速度的影響。物料級配越好，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

物料顆粒在篩網表面移動，較小的顆粒靠近篩網表面，較大的顆粒移動到物料混合物的上層。此時，物料在篩網表面的相對運動不會停止，物料之中的小顆粒通過篩孔。相對粒徑,d表示顆粒直徑,a表示篩孔直徑。大量學者研究了相對粒徑x＜1的情況，并進行了概率統計得出了相應的規律。這里我們只研究x≥1，單一材料篩選和堵塞。在x＞1，d＞a時，顆粒在篩面表面運動，一些顆粒可能會在卡在篩孔中,但是大部分還篩面上方，顆粒質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x=1時，d和a相同。由于顆粒表面不規則，能順利通過篩孔顆粒很少。如果他們不能及時穿過篩孔，將被物料包裹回到物料混合物之中。有時一些顆粒可以通過篩孔，也可能一部分進入了篩孔,另一部分則緊緊地擠壓進入篩孔導致篩孔堵塞，減少顆粒通過率，從而降低了機器的篩分效率。為了防止物料顆粒堵塞篩孔，需要讓物料顆粒獲得一定動能，使物料顆粒克服顆粒之間產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篩孔。當拋擲高度使篩面與顆粒的質心間存在一定的距離時，顆粒可能重新進入混合物中。顆粒的投擲高度由顆粒從篩面獲得的瞬時速度以及振動方向角決定。增大瞬時脫離速度和振動方向角，可以減小甚至消除堵塞現象。

1.3 物料的輸送計算

根據文獻介紹,物料的平均輸送速度Vm

Vm=f（D）ωλCOSδ

Vm還與物料性質、篩分設備的安裝傾角、篩面上物料厚度等有關。

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。當確定篩網表面的寬度時，還需要物料層的厚度按照相關的規范，這要與某種材料的篩選效率相對應。此時，提高物料輸送速度才能提高加工能力。

2 影響振動篩篩分的因素

2.1 物料的性質

（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)的顆粒易卡在振動篩篩孔中，叫阻礙粒，影響物料通過篩孔。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方孔和圓孔振動篩，條形、片狀以及多角形物料較難通過方孔和圓孔篩，但較易通過長方形孔振動篩。

（3）含水量。干法篩分時，物料含水眾多及濕潤性與鉆附性愈好的物料愈容易凝聚、結塊，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，振動篩篩分能力與堆積密度成正比關系。

2.2 篩面的性質及運動狀況

（1）開孔率。振動篩篩孔面積與篩面面積之比值稱為開孔率。開孔率大的篩面篩分效率高、生產能力大。但篩面強度低、壽命短。

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

（3）篩面尺寸。篩面的長寬比過大時，物料層原；長寬比過小時，篩分時間短。這兩種情況都會使篩分效率降低。所以振動篩篩面的長寬比應在合適范圍內，一般為2.5～3。

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

（5）運動狀況。各種不同類型的振動篩油于物料與篩面之間的相對運動狀況不同，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。連續均勻地加料，使物料沿篩面均勻分布，才能保證較高的生產能力和篩分效率。

（2）加料量。加料量增大時，生產能力增大，但振動篩篩分效率降低。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入篩下產物，但在工業生產條件下，要達到這一目的是很困難的，而篩上產物中或多或少總含有一些小于篩孔的細粒，為了評價篩分進行的完全程度，引入篩分效率，即指實際得到的篩分產物中與給料中所含小于篩孔的物料質量之比。如何提高振動篩（震動篩）篩分效率一直是礦山、化工廠、水泥廠等生產至關重要的環節，篩分效率直接影響著生產效益，下面從幾個方面分析概述提高震動篩篩分效率的方法水泥生產工藝流程。

表1

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

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

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

（4）如果有條件，可考慮調整振動篩篩機的傾角，適當的傾角有利于減少物料厚度，如薄料層篩分錘式打沙機。

（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）對于圓振篩，可考慮調整配重的方法來改善篩分效果。

（7）對于干法篩分，要嚴格控制入料水分，當水分偏高時，可考慮配料篩分復合破。

（8）有條件的話，振動篩入料端增加固定篩，進行粗篩移動式破碎站。

4 結語

研究表明，物料振動篩分的過程錯綜復雜，影響因素很多。從能量的角度討論了振動頻率對材料篩選的影響，可以得出以下結論。

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

（2）增加振動的振幅和頻率可以提篩選效率和高生產率，但振幅的增加優于頻率的增加。在此之前，也考慮通過增加振動頻率來提高加工能力，但結果導致機器損壞、橫梁斷裂，使用壽命明顯縮短。

（3）材料的級配程度對篩分效率也有很大的影響。粒徑分布越廣，篩分效率越高。