在实际筛分过程中,小于筛孔的颗粒要进入筛下,受许多因素的影响。归纳起来可分成三个方面:物料性质、筛分设备的性能及对筛分机的操作管理。
(一)物料性质
对筛分过程产生影响的物料性质主要包括:颗粒和筛孔的相对尺寸,物料的水分、含泥量等。
1.颗粒与筛孔的相对尺寸
只有当颗粒小于筛孔时,经过多次反复与筛孔接触比较。才有透筛的机会。颗粒透筛的概率主要取决于:颗粒横截面在筛子平面上的投影与筛孔面积之比。由筛分理论和实践证明:粒度小于筛孔尺寸3/4的颗粒,称为"易筛粒"。粒度大于筛孔尺寸3/4的颗粒,称为"难筛粒"。颗粒的直径越接近筛孔尺寸。其透筛的困难就越大。对直径超过筛孔的1.5倍的粗粒在筛面上形成的物料层,对易筛粒和难筛粒自上而下向筛面转移的影响并不大,直径大于筛孔但又小于筛孔尺寸的1.5倍的粗粒,在筛分过程中,遮盖筛面,堵塞筛孔,阻碍颗粒向筛面移动,对这一粒径的颗粒,通常称之为"阻碍粒"。
原料中,难筛粒、阻碍粒含量越高,筛分速率就越低。
2.水分
物料所含水分可分两种:一是内在水分存在于物料的孔隙中;二是外在水分,物料表面上所附的水分,如水采原煤、井下灭尘喷淋水,露天堆放时淋的雨水等。外在水分含量与物料的表面积成正比。细粒物料由于比表面积大,细粒含外在水分偏高。内在水分对筛分过程没有影响,外在水分对筛分过程影响较大。
外在水分对筛分过程的影响从以下的试验可以证明:原苏联学者用常规振动筛、按筛孔为6、13、25mm进行原煤干法分级试验,原煤水分与筛分效率的关系如图1所示,当原煤水分从4%增至6%时,筛分效率降低得不明显,约降低3%~5%;当水分超过6%时,筛分效率急剧下降;水分从6%增至8.5%时,筛分效率平均降低20%左右,此时,按6mm分级的筛分效率只达到40%。
图1 原煤水分与筛分效率的关系
1—25×25mm筛孔;2—13×13mm筛孔;3—6×6mm筛孔
原煤水分与处理量的关系如图2所示,水分超过6%时,单位面积处理能力明显下降。
据原苏联学者统计研究:振动筛的工作状态不变,筛分效率保持90%~95%不变时,原煤水分从5.5%起,每增加1%,则筛分机处理量对6×6、10×10、13×13、25×25mm的筛孔分别降低25%、12%、10%和5%。[next]
由试验研究及实践可得如下结论:水分在一定范围内,水分增加,筛分效率急剧降低,这是由于物料表面带水后,颗粒间因胶结或表面张力作用而相互粘结成团,或者细粒粘在大颗粒表面,或者糊在筛丝上,把筛孔堵死。
图2 原煤水分与单位面积处理能力的关系
1.筛分效率为85%;2.筛分效率为95%
影响筛分过程的水分范围视物料性质而异,如粘土,肥料和化工产品允许水分极低,那怕只含1%的水分就有严重影响。煤炭干法筛分时,水分低于4%时,影响较小,一般水分在6%~13%范围内,筛分效率下降得最明显。物料间粘性愈高,筛分愈困难。当然不同煤种视孔隙度不同,情况也不一样。水分超过一定值后,颗粒活性又增加水分又促进颗粒透筛,筛分效率反而又回升(图3)。
图3 物料水分对筛分效率的影响
1.吸湿性弱的物料;2.吸湿性强的物料
物粒的水分对不同筛孔尺寸影响程度不同。由图1可见:水分均为8.5%时,6×6mm筛孔的筛分效率只有40%;而25×25mm筛孔的筛分效率仍在90%以上。水分对筛孔尺寸大者,湿度影响小些;筛孔尺寸小的,湿度影响尤为显著。因为筛孔大了不易糊筛网,筛孔小者,瞬间就可以将筛孔糊死,使筛分无法进行。煤炭干法筛分时,用普通筛分法,无法进行13mm级的分级。近年来,采用近似筛分如概率筛才解决了13mm以下的分级。
含泥量高即含粘土类矿物多,物粒的粘性大,即使水分很低,也易使物粒粘结成团和堵塞筛孔。[next]
(二)筛分设备性能及工艺参数对筛分过程的影响
虽然物料性质对筛分过程影响很大,但同一种物料用不同类型的筛分设备,可以得到不同的筛分效果。这主要取决于筛分设备的工艺参数:筛面运动形式、筛面长度、宽度、筛面倾角、筛孔形状等。
1.筛面运动形式
筛面运动形式是影响筛分效果的重要因素之一。实践证明,筛面固定不动时,筛分效率很低。即使是运动的筛面,也与其运动的形式有关。例如,在振动筛面上,颗粒作抛射运动,物料抛得高,料层得到松散,而且振动频率高,有利于细粒透筛,故振动筛筛分效果好。在摇动筛面上,颗粒主要是沿筛面滑动,而且摇动筛的频率比振动筛低,所以筛分效果较振动筛面差。转动的圆筒筛,筛孔易堵,筛分效率低。目前摇动筛和圆筒筛用得较少。
研究筛面的运动形式是解决细粒难筛物(如粘性的细粒物料或高水分的煤炭)分级的重要途径之一。如在研究振动概率筛的深度筛分时,用作细粒分级的最下层筛面因松动没有固紧,在筛箱运动过程中筛面相对于筛箱产生二次振动。此时,对潮湿煤炭作3mm分级,连续生产两天很少有堵孔和糊孔现象。而当该层筛面与筛箱紧固上时,筛分不到半小时,因遇上成团的潮湿物料,瞬间即可将筛面糊上。由试验证明,筛面的二次振动对提高筛分效率,防止堵孔,糊孔均很有效。但是二次振动影响常规筛面的使用寿命。弛张筛就是利用筛面的一张一弛,不仅起到抛射物料的作用,而且由于筛孔在筛分过程中不断张弛,防止了细粒粘结,堵塞现象,当煤中水分高达10%以上时,也能从无烟煤中分出0~6mm级细粒煤。
2.筛面倾角
筛面与水平面的夹角称为筛面倾角。为便于排出筛上物,筛面一般倾斜安装。倾角的大小与筛分设备生产率和筛分效率有密切关系。倾角大,粒群在筛面上向前运动速度快,生产能力大;但物料在筛面停留时间缩短,减少颗粒透筛机会,影响筛分效率。
筛面倾角大小,与筛面运动形式有关。直线运动筛面,有一个沿着筛面向前运动的抛射力,所以这类筛分机,倾角较小。作圆周振动的筛分机,倾角应大些。
当筛面倾斜放置时,颗粒通过的筛孔面积实际上是筛孔面积在水平面上的投影值。如图4所示,筛孔长为L,能够无阻碍地透过筛孔的颗粒直径d:
图4 颗粒透过倾斜筛面筛孔示意图
显然,筛面倾角越大,颗粒的透筛通道愈窄,但实际上筛孔尺寸的大小是不变的。利用这一原理,当筛分难处理物料时,可以适当采用大筛孔,大倾角,使物料按细粒级分离。概率筛就是利用这个原理。
3.筛面宽度和长度
一般来说,筛面宽度直接影响生产率;而筛面的长度直接影响分效率。即筛面长,物料在筛面上停留时间长,透筛机会多,所以筛分效率高。
实际上,筛面宽度对于筛分效率;筛面长度对于筛分能力,也都有影响。一般宽长比为1:2~3为宜。如图5所示,随着筛分时间增长,开始筛分效率增长很快,到一定时间后,筛分效率增长就不明显了。[next]
图5 筛分效率与筛分时间的关系
4.筛孔形状
筛孔形状多种多样。选择什么样形状的筛孔,主要取决于对筛分产物粒度和对筛下产品用途的要求。圆形筛孔与其它形状的筛孔相比在名义尺寸相同的情况下,透过圆形筛孔的筛下物粒度较小,例如透过圆形筛孔颗粒的最大粒度平均只有透过同样尺寸的正方形筛孔颗粒的80%~85%。
透过长方形筛孔的粒度大于透过尺寸相同的圆形和正方形筛孔的物料粒度。
长方形筛孔的筛面和正方形或圆形筛面比较,它的优点:筛面有效面积大,筛面质量轻,生产能力大,处理含水。物料时,能减少筛面堵塞。缺点是:筛下产物粒度不均匀,一些片状、条带状颗粒容易透过长方形筛孔。
不同形状的筛孔,筛下产物最大粒度与筛孔尺寸的关系是:
dmax=K•L
式中 dmax —筛下物中,颗粒直径最大值(mm);
L —筛孔尺寸(mm);
K —系数,贺形孔 :取K=0.7;方形孔:K=0.9;长方形孔:K=1.2~1.7;片状、条状取大值。
筛孔形状主要根据筛分作业的目的要求来确定。
(三)操作管理对筛分效果的影响
筛分机的操作管理:主要是给料要均匀、连续,及时地清理和维修筛面,保证筛面正常工作。
筛分机要求均匀连续给料,物料沿整个筛面宽度布满成适宜的等厚层。这不但能充分利用筛面,而且有利于物料的透筛,从而可获得较高的生产率和筛分效率。然而,如果给粒不均匀,料层太薄,则处理量低;料层太厚,细颗粒来不及透筛,留在筛面上,影响筛分效率。甚至过负荷时,物料得不到分级,筛分机成为运输机。
料层厚度,视筛孔大小而异,一般料层厚度不超过筛孔尺寸的4倍为宜。