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全面了解高频振动筛就看本文

发布时间:2022-05-23 11:40人气:

随着国内外经济的发展与技术的进步,虽然世界各国对能源结构不断调整,但煤炭依然是世界上主要能源之一。经过近几年的全球深度调整之后,煤炭市场已呈现出复苏上升的趋势,2017年,全球煤炭产量首次出现正增长,产量达到75.49亿t,2018年,全球煤炭增长幅度大约在3.8%左右,预计未来几年,世界主要产煤国家煤炭产量仍保持增长态势。与此同时,随着采煤机械化程度的不断提高、煤田地质条件的恶化及原煤品质的多样化,原煤中所含的粉煤含量越来越高,由于在传统的选煤工艺流程中,选煤厂一般采用弧形筛和直线振动筛或香蕉筛相结合的方法,其存在的问题是直线振动筛或香蕉筛振动所产生的紊流使煤泥等其他细粒物料分级、脱水、脱泥困难,同时细粒级煤泥也容易造成直线振动筛或香蕉筛筛板的粘孔与堵孔现象,从而致使煤泥处理难度不断加大。因此,如何能有效解决选煤厂细粒级煤泥的分级、脱水及煤泥回收等问题已经成为目前选煤工业领域一个极其重要及亟待解决的难题。通过国内外相关研究及现场实践表明,在选煤厂中采用高频振动筛处理细粒级煤泥,能获得非常理想的效果。

近些年,国内外的许多学者或技术人员从理论分析、仿真计算、振动测试、工业性试验等方面对高频振动筛开展了各种相关的技术研究工作,先后取得了一系列的成果,但由于高频振动筛的振动频率较高,对本身结构的强度与刚度要求也相应较大,因此制约或影响了高频振动筛行业的快速发展。笔者总结了国内外高频振动筛的发展现状,提出我国高频振动筛今后发展及重点研究方向,以期为高频振动筛行业的健康与快速发展提供借鉴和参考。


高频振动筛主要用于各种细粒物料的分级、脱水及脱介等作业,可以有效脱除各种矿物外在或者自由水分,其主要特点为小振幅、高频率及高振动强度。由于细粒物料在高频振动筛筛面运动时,其体积小、质量轻,无需较大的抛掷力,因此对振幅要求较小;物料抛起和下落的时间较短,且需要往前不断连续运动,因此频率要求较高。目前,按照驱动方式不同,高频振动筛主要分为电机驱动高频振动筛(直接或间接驱动)与电磁驱动高频振动筛两类。近些年,随着国内外高频振动筛技术与设备的不断发展,传统对高频振动筛振幅和频率的定义已不能适应目前的发展现状,笔者认为,电机驱动高频振动筛振幅为0.8~2.5mm,电磁驱动高频振动筛振幅为0~1.5mm;电机驱动高频振动筛振动频率为20~25Hz,电磁驱动高频振动筛的振动频率为50~60Hz,另外,近些年国内外市场中出现的各种采用箱式激振器的高频振动筛,由于受到轴承及结构强度的限制,高频振动筛的频率为20Hz以下。


主要适用的工艺流程


在选煤行业中,由于高频振动筛设备投资费用小、运行成本低、煤泥回收效果理想,在多数选煤工艺中,一般都采用高频振动筛回收煤泥,实现选煤厂洗水闭路循环,改善选煤厂环境,因此高频振动筛具有明显的经济与社会效益,已逐渐被推广与采用,目前在选煤工业中最常见的煤泥水回收工艺流程为:

(1)煤泥水经振动弧形筛预脱水之后,筛下物料直接进入浮选入料池,筛上物料进入高频振动筛,高频振动筛的筛下物料进入浮选入料池,筛上物料经过挤压脱水后由带式输送机进入储煤仓。

(2)煤泥水经旋流器浓缩之后,溢流进入浮选入料池,底流进入高频振动筛,高频振动筛的筛下物料进入浮选入料池,筛上物料经过挤压脱水后由带式输送机进入储煤仓。

(3)煤泥水进入高频振动筛,筛下物料进入浮选入料池,筛上物料经煤泥离心机脱水后,由带式输送机进入储煤仓。


20世纪50年代初,为解决煤炭领域中煤泥脱水、脱介及分级,以及冶金行业中细粒铁矿石分级等问题,国外研制了高频振动筛。从收集的资料来看,国外高频振动筛各种相关技术参数差距较大,振动频率为24~60Hz,振动强度为5~11。由于国外高频振动筛技术研究时间较长,目前结构形式呈现多样化,在各行业的应用较广泛,并且国外一般采用先进的数值模拟方法和生产加工手段,因此国外研制的高频振动筛一般具有结构简单、性能稳定、使用年限长、生产效率高及维修方便等诸多优点,但存在价格昂贵、处理量小、制造时间长、售后服务不及时及性价比不高等缺点,而且国外的高频振动筛型号相对较小,有关资料表明,筛面最大跨度为2.0m,长度为4~4.5m。


2.2


国外高频振动筛结构特点


目前国外拥有高频振动筛技术的国家有澳大利亚、德国、美国、以色列、法国和芬兰等,其研制的高频振动筛产品除了市场上常见的申克的SLV型与SDW型高频振动脱水筛、约翰芬雷的VSW型高频振动脱水筛、康威德的SD型高频振动筛、诺德伯格的HF型高频振动筛外,还有德瑞克高频振动筛、斯马特高频筛、克鲁士高频细筛、维尔科脱水筛等,其主要结构特点为:

(1)SLV型高频振动筛主要用于物料脱水,激振源采用德国FRIEDRICH企业生产的振动电机,入料端筛面与水平方向呈45°角,有利于物料在进入筛面时快速脱水,形成物料层,运行段及出料端与水平方向呈-5°角,物料在此阶段呈缓慢爬坡状,可使物料充分被抛起、松散,以保证小于筛孔尺寸的物料可以充分透筛,从而提高筛分效率。

(2)SDW型高频振动筛主要用于铁矿石的处理,由于脱水阶段的铁矿石粒度较小且含有大量的粘性物质,因此在其脱水过程中易形成较厚的料层,上层物料无法透筛,造成透水效果较差。SDW型高频振动筛筛面与水平方向呈较大角度,且振幅较大,可打破物料之间的粘滞力,使物料被充分抛起、松散,从而使水分充分透筛。

(3)VSW型高频振动筛是直线振动筛主要用于粉煤和细矿物等粒度较小物料的脱水,出料端高出入料端5°安装,用于固体回收,配有聚氨酯筛板或不锈钢筛板,驱动方式为普通单电机+激振器或双振动电机驱动,筛面采用全聚氨酯筛板或不锈钢焊接筛板结构,筛机及其经物料冲刷的横梁筛板桁架经过表面处理,用无机氧锌和丙烯配树脂做涂层保护,可增加筛机的耐磨防腐性,提高整机使用寿命。整机所有的螺栓连接采用Huck螺栓,保证整个筛机的螺栓连接效果的一致性。

(4)SD型高频振动筛的筛面设计为负倾角,可使物料在入料端附近形成料层,然后在负倾角筛面的作用下,物料缓慢向上爬坡,提高脱水效果。激振源采用特制G-MASTEF激振器或两台逆向旋转振动电机,使筛机呈直线运动。筛面结构为全聚氨酯筛板或不锈钢焊接条缝筛板。

(5)HF型高频振动筛主要用于小颗粒物料的脱水,激振源采用两台呈一定角度的振动电机组成,两台电机逆向旋转,可使整个筛机呈直线状运动,筛面采用上倾式设计,使物料在入料端快速形成料层,然后经过缓慢爬坡,达到有效脱水的目的。

(6)德瑞克高频细筛采用振动电机整机驱动的方式,工作频率远过系统共振点,振幅一般在1~2mm之间,振动强度在3~4之间,筛面具有较高的运输能力。筛机采用多块独立筛面,可以分别给料,在筛分效率保持不变的情况下,处理能力较大,筛网主要采用Urethane高效内膜聚酯筛网、Pyramid三维筛网、Sandwich夹层筛网。

(7)斯马特高频筛是一种整机振动式的高频共振筛,激振频率接近系统的自振频率,且有自动调频保持在负荷改变时系统总处于共振状态下工作,筛箱质量较轻,筛箱弹性支承在机架上,筛箱下部固定安装一台振动电机,激振频率为30Hz,筛面用金属丝编织网或聚氨酯网。

(8)克鲁士高频细筛由一台或两台振动电机(25Hz或50Hz)安装在筛箱外侧或下部,在筛箱内放置安装筛网的栅架,栅架上张紧铺设筛网,栅架通过多频转换器弹性支承在筛箱内,筛网栅架和筛箱之间是弹性连接的,筛面振动多频率,振幅最大可达4mm,筛箱的振幅仅为1mm左右。

(9)维尔科脱水筛的给料箱的料浆以接近垂直的方向给入,给料端采用倾角>45°的筛面,主筛面为负倾角,整个筛面为V形状态。排料端采用聚氨脂筛板,入料端筛面和主筛面的前段均使用楔形条缝筛面,筛缝从入料端到出料端逐渐增大,两台电机安装在筛箱承重横梁上,通过调节电机两端轴上的偏心配重,可调整振幅的大小,另外出料端设有堰板,可调节筛面上物料层的厚度。


20世纪70年代末,我国从国外引进高频振动筛用于冶金系统,同时也开始对高频振动筛技术的相关研究,随后高频振动筛的应用范围逐步由冶金行业扩展到了煤炭行业及其它相关行业。由于进口设备价格昂贵、生产周期长、售后服务不能及时满足生产需要,20世纪80年代初,我国从引进发展为仿制并逐步开始自主研制各种新颖结构、适应不同用途的高频振动筛产品。根据驱动方式的不同,目前主要分振动电机式、箱式激振器式、块偏心式及电磁式高频振动筛,筛网主要采用焊接筛网、复合筛网、聚氨酯筛网等,筛机最大跨度达到了2.4m,长度达到4.8m,我国在高频振动筛技术研究与设备研发上不断突破,有些技术已达到或超过国际先进水平,不仅满足国内生产的需要,而且有些高频振动筛产品已出口到美国、俄罗斯、澳大利亚、印度、伊朗、南非等诸多国家,不仅提高了我国高频振动筛技术在国际市场上的影响力,同时也为企业带来了显著的经济效益和社会效益。


使用操作维护简单。王敏等采用高频振动筛进行浮选精煤脱水,经试验表明,该工艺可降低浮精水分7~8个百分点,且该工艺系统简单、投资少、能耗低、设备维修量小、经济效益显著。王学民等采用高频振动筛取代浮选回收煤泥,试验表明,这种工艺有效、可行,也为类似选煤厂煤泥水处理系统改造提供了借鉴与经验。汲言国认为在浮选尾矿截粗系统中,高频筛代替卧式沉降离心机具有可行性和经济性。刘庆华等认为高频筛可以回收大部分粗煤泥,在有些煤泥煤质较好的情况下,甚至还可以代替浮选,在煤泥回收系统中回收低灰精煤,解决了部分粗煤泥的回收问题。若与煤泥离心机配合使用回收粗煤泥,可以降低浮选机、压滤机的负荷,大幅度地降低煤泥水处理系统中的土建、设备的投资,同时也可以隔粗,改善压滤机及浮选机的入料组成。赵振龙等针对选煤厂精煤回收工艺流程中存在的问题,提出了采用D5FG1216叠层高频细筛代替原有弧形筛的工艺流程改造的方案,通过对改造前、后流程分选指标的经济效益评价表明,该设备在精煤回收生产工艺中的工业应用达到了节约成本、脱泥降灰的预期效果。近些年,针对选矿厂尾矿库使用年限小、水资源缺乏,没有尾矿库或尾矿库即将达到年限,采用旋流器和高频振动筛组合进行尾矿干排,可以使尾矿含水量在16%左右,减少了尾矿库中尾矿的排量,增加尾矿使用年限,降低生产成本。王亚伟把DZSN2431三质体高频脱水筛应用于尾煤回收系统改造,采用了浓缩旋流器、三质体高频脱水筛预脱水+煤泥离心机脱水工艺,基本上将>0.125mm粒级的煤泥全部回收,尾煤产品水分稳定在17.1%左右,脱水产品灰分比入料降低了14.56%,从而大大提高尾煤回收系统的处理能力和回收率。


经过我国许多学者或工程技术人员的不懈努力,在高频振动筛设备的技术转化方面取得了重大进展,研究出了各种新颖结构、适应不同用途的高频振动筛产品,目前,市场上常见的国内设计、生产制造的高频振动:

(1)GZ和GZT型高频振动筛。GZ型和GZT高频振动筛均采用了三区的筛面结构,即入料端的预脱水区、滤层形成区以及中间段的过滤脱水区,筛板采用不锈钢焊接阶梯筛板或不锈钢丝编织的复合网。GZ型高频振动筛主要特点为:采用自同步原理,镶嵌式块偏心振动器,振动器为单元组合结构,侧板、加强梁、横梁、出入料梁、筛框为整体焊接结构,其缺点是筛面过高,给检修工作造成一定难度,另外对筛机工作区高度有了一定要求,相应增加土建成本的投入;GZT型高频振动筛和GZ型高频筛基本结构相似,但GZT型高频振动筛属于低噪音设备,其激振源采用的是箱式振动器、块偏心结构、稀油润滑,筛框采用了夹层式侧壁和横梁的结构,有效降低了设备运行噪音。

(2)MVS型电磁振动高频振网筛。MVS系列电磁高频振网筛适用于各种细粒物料的干法与湿法筛分,具有单层、双层或多层筛面。其筛面高频振动、筛箱不动。激振器安装在筛箱侧板上,电磁激振力通过驱动振动系统激振,从筛板下侧打击筛面,每个振动器单独激振筛面,由于各点弦振叠加作用,筛面实际振幅比激振点大,功率较小。振动系统设计在近共振状态工作,可以较小的激振力达到正常工作所需的振动参数。筛面的频率为50Hz、振幅为1~2mm、振动强度为8~10,入料粒度上限10mm,分级粒度为0.043~1mm。筛面自清理能力强,筛分效率高,处理能力大。筛机振动参数也采用计算机调节控制,还可设定间断瞬时强振参数以随时清理筛网,保持筛孔不堵。同时还具有参数设定、远程集控、过程记录与故障报警灯多种附加功能。另外筛机安装角度可快速调节,以适应不同的性质物料及筛分作业的要求。目前,MVS型电磁振动高频振网筛筛面有效宽度在0.4~2.4m之间,长度在0.8~3.5m之间。

(3)FMVS型复振筛。FMVS复振筛是细粒物料筛分机械,由电磁激振筛网振动及整机直线振动复合而成。目前复振筛主要有单层和多层两种。筛机设计为双振动源驱动(振动电机组与电磁激振器)。振动电机驱动筛箱单元组合使筛网产生直线振动,筛网在电磁激振器、传动系统和振动系统的作用下形成敲击振网运动。筛面是电磁振动,强度大,频率高,强化细粒物料透筛;直线振动频率低(16Hz或25Hz)、振幅大,对物料抛掷后容易料层的松散和输送,与单一振动相比,具有更高的工作效率。在筛箱内表面喷涂聚氨酯弹性体防护层,大幅提高筛机的抗磨损和耐腐蚀性能。筛机的工作筛网配置有不锈钢细丝编织复合网和聚氨酯弹性体条缝细筛网,可以满足不同工艺条件的要求,同时筛机的筛箱倾斜安装,根据筛分物料的性质可以设计不同的安装倾角,达到筛分精度和生产能力的最佳结合,目前,FMVS型复振筛筛面有效宽度在1.0~2.4m之间,长度在2.0~3.5m之间。

(4)DXF型叠层高频细筛。叠层高频细筛主要用于选矿磨矿分级和煤泥脱水处理,主要利用双自由度共振原理,设计使用单一激振源(振动电机组)驱动,实现整机直线振动和激振排敲击筛网振动的复合振动,采用多层筛箱上下落错叠层布置,各层筛面单独给料、并联工作,各层筛面的筛下、筛上物分别汇集排出,筛机主体部分采用聚氨酯弹性材料表面喷涂技术,筛面采用聚氨酯材料耐磨高效筛网或不锈钢细丝编织复合筛网,振动参数可采用变频调控,主要有叠层直线高频细筛、叠层共振复振高频细筛和叠层电磁复振高频细筛共三种型号,其筛面有效宽度为1.0~1.2m,有效长度为1.4~2.4m,单台筛机可选择配置1~5层筛箱,近些年研究出了10叠层高频细筛,高度约7.5m。

(5)GPS型高频振动筛。GPS型高频振动筛筛机与水平方向呈18°~25°,入料端高于出料端,单激振器驱动,激振器位于筛面下方,自同步结构,单激振器驱动,两组块偏心同向运动,运动轨迹呈圆形或椭圆形,物料进入筛面后运动速度较快,快速得到松散,随着物料向前运动,运动速度越来越慢,保证了物料的脱水效果。这种结构的高频振动筛是我国较早研制开发出的,筛机面积小,处理量小。随着我国产业不断升级变化,已不能满足生产需要。

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(6)QZK与GFS型曲面筛。QZK与GFS系列曲面筛是目前市场上应用最为广泛的一种高频振动筛,该系列曲面筛两台电机自同步运动,镶嵌式块偏心振动器结构,两组偏心块相向同步运转,使筛机形成不同角度的直线运动;入料采用弧形不锈钢焊接筛板,筛面采用阶梯式不锈钢焊接筛板,物料切线进入弧段筛板,与楔形筛条发生切割,快速脱水,并在弧段筛板与阶梯筛板结合处形成滤池,颗粒状物料沉入滤池底部,并在激振力的作用下,缓慢爬上阶梯筛板,形成料层,经过不断的爬坡、下坡的过程,完成物料的脱水过程,也可采用不锈钢丝编织而成的两层或三层的复合筛网,筛面呈现圆弧状。由于受焊接技术的影响及不锈钢丝背宽的限制,阶梯式焊接筛板的开孔率较低,处理量较小,脱水效果一般,入料浓度要求较高(40%~50%),但寿命较长;复合网的优点是开孔率高,脱水效果好,入料浓度要求相对较低(10%~20%),但由于编织所用的丝径较小,物料磨损易断,容易造成复合网破损跑粗,且更换维修费用较高。目前,该类型曲面筛筛面的最大有效宽度为2.4m,筛面的最大有效长度为4.5m。

(7)HFVB型与HFVS型高频筛。HFVB型与HFVS型高频筛采用驱动梁结构,内设加强肋,提高筛机的刚度和强度,设备的横梁及入料梁喷涂聚脲,其不同之处在于:HFVB型高频筛采用强迫同步驱动技术,电机经大皮带轮与小皮带轮减速后,采用一对大螺旋角斜齿轮传动驱动安装在驱动梁上的箱式振动器;HFVS型高频筛主要采用安装在驱动梁上的两个振动电机旋转方向相反产生单一方向简谐激振力,由于振动电机即产生激振力,又作为参振体参与整机系统的振动,对振动电机性能影响较大。目前HFVB型与HFVS型高频振动筛跨度分别达到2.4m和2.0m。

(8)DZSN型三质体高频脱泥筛。DZSN型三质体高频脱泥筛是在弧形筛的两侧安装电磁激振器,可以代替选煤厂普通使用的浓缩旋流器和振动弧形筛,完善选煤厂粗煤泥预脱水、脱泥工艺环节。由于筛面振动频率为50Hz,振幅为0~3mm,并在线无级可调,可有效解决目前振动弧形筛存在的筛下跑粗、筛上灰分过高、易出故障等问题,可大大提高尾煤回收系统的处理能力和回收率。


4


今后我国重点研究方向


(1)设计方法、试验检测手段的研究。借鉴国内外振动筛及其他产品的相关设计经验,提高高频振动筛的设计方法及设计理念,是未来的研究方向。另外随着先进的试验检测手段及各种分析App不断出现,利用ABQUS、ANSYS、ALGOR、SolidWorks等多种先进的分析App对高频振动筛进行实体建模,合理简化和选择计算参数,模拟实际工况,对筛机的静态特性、动态特性、疲劳特性及相关参数之间的关系进行研究,并采用相关的振动测试及分析系统进行验证,经过不断修改完善,达到结构优化,提高整机可靠性的目的。

(2)先进加工工艺的研究。由于高频振动筛的振动强度高,振动频率大,对筛机本身的强度、刚度要求较高,因此先进的加工工艺是筛机结构质量的保证。采用自动焊接机器人、高档数控机床等先进加工设备提高其加工精度及粗糙度,研究各种先进焊接方法,采取措施保证焊接应力的去除效果,设计合理有效的工装,准确高效的装配工艺,对支撑结构表面进行防腐耐磨处理等方面是将来的重要研究方向。

(3)相关结构关键零部件的研究。高频振动筛轴承噪音大、温度高、易损坏,研究新型的振动器结构或新型散热结构是未来研究的一个新课题。高频振动筛筛网结构对筛机处理量和处理效果有着直接且较大的影响,目前市场使用的几种筛板结构都不能够完全满足生产需要,不锈钢焊接筛板开孔率低,筛机处理量小,易发生跑水现象;聚氨酯筛板由于其弹性变形的原因易造成跑粗现象;复合编织筛网由于丝径小,筛面易破损,运行成本高,同时高频振动筛筛板的紧固方式也是今后需要研究的一个课题,由于高频振动,筛板紧固螺栓易松,如果螺栓不能及时紧固,容易造成筛板松,形成筛板的二次振动,极易造成筛板支撑梁的断裂。高频振动筛支撑减振弹簧起到主振和隔振的作用,目前市场上的高频振动筛主要采用金属螺旋弹簧、橡胶弹簧、复合弹簧三种。金属螺旋弹簧承载大,但噪音大、跟随性不好,启车、停车不平稳。橡胶弹簧噪音低、隔振效果和跟随性好,但承载低,超过一定载荷会呈非线性变化。复合弹簧虽然集合了上述两种弹簧的优点,但由于还没有对其进行深入系统的研究,对其线性变化还不能完全掌控,目前只是在试用阶段,还没有得到完全推广,所以对支撑减振弹簧材料、结构的研究也是今后的一个发展方向。

(4)节能环保、智能化、模块化、标准化、系列化、大型化、精细化的研究。节能环保型设备是未来的发展重点,可以促进煤炭的清洁高效利用,降低环境污染,今后在高频振动筛设计、生产和应用时要注重节能环保。智能化是未来机械设备发展的趋势,国务院于2015和2017年先后发布了《中国制造2025》及《新一代人工智能发展规划》,提出了加快发展智能制造装备和产品及推动人工智能规模化应用,全面提升产业发展智能化水平,因此,今后高频振动筛要加快发展智能制造装备和产品,推进制造过程智能化,尤其在智能化设计、智能化制造、在线动态监测控制开展研究,提高高频振动筛绿色制造、精准制造、敏捷制造能力。模块化可以减少高频振动筛的设计及制造时间、节约成本,也是未来高频振动筛的发展趋势。为规范高频振动筛的设计、生产过程,方便用户对筛机型号的选择,高频振动筛应向着标准化、系列化方向发展,这也是选煤设备发展的一个基本要求。大型高频振动筛也是未来的发展趋势,筛机大型化可减少筛机使用数量和厂房使用面积,减少设备投资成本和建设成本。精细化研究可以优化高频筛内部结构,提高性能稳定性及结构可靠性,也是未来的重要研究方向。


5


展望


随着近些年国家治理大气环境、优化能源结构、控制煤炭消费总量,非化石能源对煤炭的替代作用不断增强,煤炭在一次能源中的比重将继续下降,但受我国能源资源禀赋的约束,煤炭作为我国的主体能源,需求总量依然较大,2018年全国原煤产量达到36.8亿t。国家对煤炭洗选加工技术高度重视,煤炭工业发展十三五规划提出大力发展高精度煤炭洗选加工,实现煤炭深度提质和分质分级,同时我国原煤入选率逐年提高,2018年原煤入选率达到了71.8%,预计2020年,我国原煤入选能力达到32亿t以上,原煤入选率将达到75%,因此作为煤炭分级、脱水及煤泥回收的高频振动筛必将在今后的煤炭清洁高效利用的市场中越来越受到青睐,在未来的选煤工业领域中也将会发挥越来越大的作用。


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