（材料加工工程专业论文）不同材料形状物料颗粒透筛性能的研究.pdf

郑州大学硕 论文摘要 摘要 筛分作业是目前应用最广泛和最有效的物料按粒度分类方法，在矿业、冶金、 化工、医药、建材、粮食加工和环境等领域有着广泛的应用。筛分过程中，物料 在筛面上的运动规律极为复杂。目前，已较为成熟的单颗粒透筛概率理论是将物 料形状都看着是球形颗粒，研究了其在正方形筛孔的透筛概率，建立起了透筛模 型和计算公式，但由于不同物料形状差异较大，都当作球形颗粒来处理，则难以 准确反映各物料具体的透筛情况。此外，针对不同形状颗粒在不同筛面的实际筛 分率情况的研究，也亟待开展。 本文首先在单颗粒透筛概率理论的基础上，通过拓展f m o g e n s e n 球形颗粒 透筛概率理论与计算公式，分析、推导并建立正方体颗粒在正方形筛孔以及球形 颗粒和正方体颗粒在长方形筛孔和圆形筛孔上的筛分概率模型以及概率计算公 式。然后，制定了实验方案与操作步骤，进行筛分试验，验证建立的模型和计算 公式；通过比较，总结出适合于各种理想物料颗粒筛分的筛板及其相应的筛分参 数，并用实际物料进行试筛，检验结论的合理性。为便于分析，本文提出了堵塞 率的概念以及计算方法，定量的分析物料堵塞问题。 实验结果表明，本文所建立的球形颗粒在圆孔筛板、正方体颗粒在方孔筛板 和圆孔筛板的透筛概率模型及概率计算公式是可行的；提出堵塞率的概念以及计 算方法，对定量分析物料堵塞问题有积极作用。试验得到的主要结论有： 各物料在平面筛板筛分时，宜采用较小倾角，激振力大小根据颗粒的比重确 定。而在阶梯面筛板上筛分时，宜采用较大倾角，激振力大小根据颗粒的比重确 定。除用板块状颗粒外，各物料在棒条筛和聚氨酯筛板筛分可得到较好筛分效果。 球形颗粒容易透筛，在各种筛板都不易堵孔；方块颗粒，包括正方体状颗粒 和长方体状颗粒都较易透筛，但后者堵塞情况略微重一点；三角柱状颗粒与方块 相似，较易透筛，但在梳齿筛板上筛分时颗粒易卡在筛缝；板块状颗粒，其中的 长方形板块状颗粒与三角形块板状颗粒情况基本相似，在方孔筛板和圆孔筛板上 不易透筛，而在聚氨酯和棒条等条缝形筛板上容易透筛，但在分级筛分时，大于 筛分粒级的颗粒也易透过。实际筛分时，三角块颗粒的透筛率，略高一点，但卡 在在筛缝也容易一些。为能达到分级目的，又能保证一定的筛分率，用梳齿筛板 l i 郑州丈学硕t 论文摘要 筛分效果较好；混合的颗粒主要由正方体颗粒、长方体颗粒和三角柱状颗粒组成 的，其中方块含量多，该颗粒较易透筛。 结论经过检验，基本与实际情况相符，可靠性较高。对工业筛分有一定参考 意义。 关键词：颗粒形状；透筛概率；透筛模型；筛板；筛分率；堵塞率 i h 郑州大学硕t = 学位论文a b s t r a ( 玎 a b s t r a c t a st h em o s te f f e c t i v em e t h o l dt og r a d em a t e r i a l sb yg r a i ns i z e ，t e c h n o l o g yo f s c r e e ns e p a r a t i o nh a sb e e nw i d e l yu s e di nm i n i n g , m e t a l l u r g y , c h e m i c a li n d u s t r y , m e d i c a t i o n , c o u s t r u c t i o nm a t e r i a l ，f o o dp r o c e s s i n ga n de n v i r o n m e n ti a d u s t r ye t c i nt h e p r o c e s so fs c r e e n i n g ，i ti sd e e p l yc o m p l i c a t e df o rt h em o v e m e n tl a wo fm a t e r i a lg r a i n a tp r e s e n t , i nt h e c o m p a r a t i v e l ym a t u r et h e o r yo fs i n g l eg r a i ns e r e e n - p e n e t r a t i n g p r o b a b i l i t y , m o s tk i n d so fg r a i nw e r et a k e na ss p h e r i c a lo n e s ，a n db ym a k i n gt h i s p r e m i s e ，t h ep r o b a b i l i t ym o d e lo fs p h e r i c a lg r a i np e n e t r a t i n gt h es q u a r eh o l ew 船 f u n d e da sw e l l 懿t h ec a l c u l a t i n ge q u a t i o n h o w e v e r , i tc a n td e s c r i b et h ep e n e 仃a t i n g c o n d i t i o no fm a t e r i a l sw i t ho t h e rs h a p e sa c c u r a t e l yb e c a u s eo ft h eb i gd i f f e r e n c e a m o n gt h e m i na d d i t i o n , f e ws t u d y so ns c r e e n i n ge f f i c i e n c yo fd i f f e r e n tg a i n s p e n e t r a t i n gt h ed i f f e r e n ts i e v ed e c ka l ei np r o c e s sa n dt h e r e r em a n yv a c a c i e st h a t n e e dt ob ef i l l e d i nt h i sp a p e r , o nt h eb a s i so f t h e o r yo fs i n g l eg r a i ns c r e e n - p e n e t r a t i n gp r o b a b i l i t y , t h e p r o b a b i l i t ym o d e la n de q u a t i o no fs q u a r eg r a i np e n e t r a t i n gt h es q u a r eh o l ea sw e l l 嬲 s p h e d c a lg r a i na n ds q u a r eg r a i np e n e t r a t i n gt h er e c t a n g l eh o l ea n dc i r c u l a rh o l ew e r e f o u n d e db ye x t e n d i n gt h et h ep r o b a b i l i t ym o d e la n de q u a t i o no ff m o g e n s e n s t h e o r y t h e n ，e x p e d m e n tm e t h o da n dp r o c e d u r e sw i l lb ef i x e da n du s e dt oc h e c kt h e p r o b a b i l i t ym o d e la n de q u a t i o n a n di n t h i se x p e r i m e n t ，t h es i e v ed e c k sa n dt h e s c r e e n i n gs p e c i f i c a t i o n ss u i tt o d i f f e r e n ti d e a lg r a i n sw i l lb ee s t a b l i s h e da n d s u m m a r i z e db yc o n d u c t i n gc o m p a r i s o na n da n a n l y s i s s t i l l ，t h ec o n c l u s i o nw i l lb e t e s t e db ys c r e e n i n gk i n d so fi n d u s t r i a lm a t e r i a l a i m i n gt oa n a l y z i n gt h eb l o c k i n g p r o b l e m ，t h ec o n c e p ta n dc a l c u l a t i n gm e t h o do fb l o c kr a t ew i l lb ep r e s e n t e d t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ep r o b a b i l i t ym o d e la n de q u a t i o no fs q u a r e g r a i np e n e t r a t i n gt h es q u a r eh o l e ，s p h e r i c a lg r a i na n ds q u a r eg r a i np e n e t r a t i n gt h e r e c t a n g l eh o l ea n dc i r c u l a rh o l ew e r ea v a i l a b l e a n dt h ec o n c e p ta n dc a l c u l a t i n g e q u a t i o no fb l o c kr a t ep r e s e n t e di n t h i sp a p e rw e r ee f f i c i e n tf o rq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s o f b l o c kp r o b l e m o t h e rc o n c l u s i o n sh 伽s u m m a r i z e da sf o l l o w w h e nb e i n gs c r e e n e do np l a n es i e v ed e c k , s m a l lo b l i q u i t yo fs i e v ed e c ki s r e c o m m e n d e dt oc h o o s ea n da m p l i t u d eo fv i b r a t i o nw i l lb ee h o o s e da c c o r d i n gt oi t s d e n s i t y ；a n do ns c a l a r i f o r ms i e v ed e c k ，b i go b l i q u i t yo f s i e v ed e c ki sr e c o m m e n d e dt o c h o o s ea n da m p l i t u d eo fv i b r a t i o nw i l lb ec h o o s e da c c o r d i n gt oi t sd e n s i t y , s t i l l ；h i g h i v 郑州大学硕士学位论文a b s t r a c t s c r e e n i n ge f f i c i e n c yc a l l b ea c h i e v e d b yt a k i n g s i e v ed e c kw i t hs t i c k sa n d p o l y u r e t h a n es i e v ed e c k s p h e r i c a lg r a i ni se a s yt op e n e t r a t ea n db a r e l yb l o c k ss i e v eh o l e ；s q u a r eg r a i ni s c o m p a r a t i v e l ye a s yt op e n e t r a t e ；g r a i no ft r i a n g u l a rp r i s mi sc o m p a r a t i v e l ye a s yt o p e n e t r a t ee x c e p to nc o m bt o o t hs i e v ed e c k ；g r a i n sw i t hb l o c ks h a p ei sh a r dt o p e n e t r a t eo ns i e v ed e c kw i t hc i r c u l a rh o l eo rs q u a r eb o l ew h i l ee a s yt op e n e t r a t eo n s t i c ks i e v ed e c k0 1 p o l y u r e t h a n es i e v ed e c k , o nw h i c hp a r t i c l e so u to fr e g u l a t e ds i z e a l s o p e n e 打a t e g r a i nw i t ht r i a n g l es h a p ei se a s yt op e n e t r a t e c o m p a r i n gt o r e c t a n g u l a rp a r t i c l e ，t r i a n g l ep a r t i c l e i se a s i e rt o p e n e t r a t e i no r d e r t o g e t c o m p a r a t i v e l yh i g hs c r e e n i n ge f f i c i e n c ya n dg r a d et h eg r a i n s ，s i e v ed e c kw i t hc o m b t o o t hw i l lb er e c o m m e n d e dt oc h o o s e ；b l e n d e dg r a i n st h a tc o n s i s to fs q u a r eg r a i na n d g r a i nw i mt r i a n g u l a rp r i s mi se a s yt op e n e t r a t e i ti ss i m i l a rw i n lt h es q u a r eg r a i n s s i n c et h es q u a r eg r a i n st a k eu pm o r ea m o u n ti ni t t h ec o n c l u s i o n sa l ed e p e n d a b l eo ng r o u n dt h a tt h e ym a t c ht h er e s u l to fs c r e e n i n g o f p r a c t i c a lm a t e r i a l ，s ot h e yc a nb er e f e r e di ni n d n s t r i a is c r e e n i n g k e y w o r d s ：s h a p eo f g r a i n ；s i e v ed e c k ；s c r e e n - p e n e t r a t i n gp r o b a b i i 蚵； s c r e e n - p e n e t r a t i n gm o d e l ；s c r e e n i n ge f f i c i e n c y ；b l o c kr a t e v 郑州大学硕上学位论文符弓表 抛掷强度 振动方向角 振幅 筛面倾角 激振频率 振动次数 理论透筛概率 实际透筛概率 筛分效率 堵塞率 相对粒度 符号表 颗粒下落时与铅直方向的夹角 颗粒与筛丝内侧碰撞后仍能透筛的系数 物料不能透过筛面的临界倾斜角度 理论透筛面积修正系数 激振力 物料在振动筛筛面上的通过量 物料的雄密度 筛面宽度 筛面长度 单位筛面面积处理能力 有效筛分面积 h p 舡 a n 只易 嘞 咐 d 一日 6 v 蛳 f q p b l q s 郑州大学硕上学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 本课题的提出及意义 1 1 1 课题的提出 随着工业的发展，筛分技术在国民经济各行各业中的应用越来越广泛。筛分 作业是目前应用最广泛和最有效的物料按粒度分类方法。它可以处理0 1 3 0 0 m m ，甚至更大粒度的各种各样的物料。在矿业、冶金、化工、医药、建材、粮食 加工和环境等领域有着广泛的应用【l j o 振动筛是用于筛分的主要设备，其筛面上物料的筛分过程是以概率论的原理 为基础的，物料颗粒的透筛概率理论实质上就是筛分的基本原理【2 】事实上，物料 在振动着的筛面上的运动规律极为复杂，虽然人们进行了大量的研究工作，却一 直不能达成共识 3 1 。m g a u d i n 和f t a g g a n 最先提出了球形颗粒垂直于平置筛面运 动时的理论透筛概率【4 】。随后，瑞典学者f m o g e n s e n 提出了球形颗粒倾斜投射到 倾斜筛面上时理论透筛概率的计算公式嘲。国内学者赵跃民采用概率统计学的方 法对粒群的分层透筛过程进行了进一步的研究，并建立了数学模型1 6 1 。当 前，筛分理论中单颗粒的透筛概率理论仍然占据主导地位，粒群的透筛概率理尚 不成熟1 7j 。而在已有的单颗粒透筛理论中，研究的模型都为球形颗粒在方形筛孔 的透筛概率，而对方块状、三角状、椭圆以及扁平状等形状物料颗粒的透筛情况 却很少有人做这方面的研究。更不用说这些不同物料，在不同形状的筛孔上的透 筛概率。 透筛概率从理论上反映了物料颗粒透筛的难易情况，但不等于物料筛分率的 大小。不同物料在不同筛板以及不同筛分参数下筛分率都不同，但不同形状的物 料适合用什么样的筛板及筛分参数进行筛分，目前，也没有成熟的资料可以参考。 本文将在f m o g e n s e n 提出的球形颗粒在方孔筛板透筛概率理论的基础上， 分析建立其它形状颗粒在正方形筛孔、长方形筛孔和圆形筛孔上的筛分概率模型 以及概率计算公式。通过大量实验，验证建立的模型和计算公式，并通过比较， 总结出适合于不同形状物料筛分的筛板以及相应的筛分参数。 郑州大学硕 学位论文第一章绪论 1 1 2 本课题的意义 本课题将理论推导与实验分析结合在了一起，研究方法比较科学，所得到的 结论具有较强的说服力和可信度，概括起来说，本课题具有以下的意义： 1 ) 通过建立其它形状颗粒在不同筛孔上的筛分概率模型以及概率计算公式 丰富和拓展单颗粒透筛理论； 2 ) 通过实验分析比较，得出适合于不同形状物料筛分的筛板以及相应的筛 分参数，对实际工业筛分提供参考。 3 ) 探索新的研究方法。 1 2 筛分过程的透筛概率理论概况 1 2 1 单颗粒透筛概率理论 具有代表性的单颗粒运动理论包括：定常运动理论和混沌运动理论。无论是 定常运动理论，还是混沌运动理论，都肯定了物料颗粒在筛面上的运动状态取决 于筛分机的抛射强度k v i s 。定常运动理论假定颗粒同筛面之间的碰撞是完全塑性 碰撞。不考虑颗粒在筛面上的滚动现象，认为当筛分机的抛射强度k v = 3 3 时，物 料颗粒在筛面上跳动一次再落到筛面刚好经历一个筛面运动周期【9 】。定常运动理 论在过去相当长的一个时期成为筛分机设计的重要依据。混沌运动理论对定常运 动理论进行了修正，将颗粒同筛面之间的碰撞视为弹塑性碰撞，在研究中加入了 颗粒同筛面之间的碰撞冲击效应这一影响因素。多数研究人员都是在假定颗粒同 筛面之间的碰撞为塑性碰撞、颗粒在筛面上不发生滚动现象( 还有部分研究者同 时也忽略了颗粒在筛面上的滑动现象) 的前提条件下，遵循有关物理学定律建立 了单个颗粒沿筛面方向运动速度同筛分机运动学的参数关系【1 0 1 。由于没有考虑物 料物性、冲击和颗粒之间相互作用等因素的影响，理论公式的计算值一般较颗粒 的实测速度值大，在公式的实际应用时要乘以修正系数。 m g a u d i n 和f it a g g a r t ，f - m o g e n s e n 先后提出了球形颗粒理论透筛概率的计 算公式。f m o g e n s e n 瓦 时还研究了物料透过多层筛面的过程，推导出了透过n 层 筛面的颗粒量的计算公式。上述颗粒透筛概率的计算公式均是理想情况下球形物 料的理论透筛概率公式，事实上，物料颗粒形状并非为球形，同时筛分过程中物 料厚度对透筛概率也有一定影响，物料中的水分及含泥量也会影响颗粒的透筛概 郑州大学硕士学位论文第一章绪论 率1 。因此，理论透筛概率应进行修正后才能符合实际情况。在单颗粒理论透筛 概率的基础上w s c h u l t z 和b t i p p i n 推导出了整个筛面长度下筛分产品的分配方 程n 2 1 ，王亭杰则进一步分析了单一粒级粒群的透筛概率1 8 1 。 1 2 2 粒群透筛概率理论 1 9 6 0 年w b a d d e r 在w k l u g e 单个颗粒运动的基础上提出了料层线形振动模 型，1 9 7 2 年jb r u d e r - - l e i n 在此基础上建立了物料群运动的碰撞速度传递公式【1 3 】。 随后建立的概率运动学模型将筛面上物料的运动看成极为复杂的随机过程，从统 计学、概率理论建立物料的概率运动学模型，例如：a v i a s b e r g 等人建立的筛分 概率模型【1 4 1 。值得关注的是b e e c k m a n s 和m o n i c as o l d i n g e r 发表的有关论文，他们 在研究中都采用了m o n t ec a r l o 方法来模拟颗粒之间的相互作用，前者系统地考察 了粒状物料在直线振动概率筛上的透筛概率，后者建立了粒状物料在圆振动筛筛 面上运动速度的计算公式，并都同试验结果吻合得较好【1 5 1 。粒群振动分层理论方 面，美国学者r o s a t o 对当前分层理论的研究进行了较为详细地综述【1 6 1 。w i l 1 i a m s 最先考察了垂直振动条件下振动频率对单个大粒度球体在砂粒中上浮行为的影 响【1 7 1 ，a h m a d 和s m a l l w y 进一步采用试验研究了粗颗粒在砂粒中的上升行为1 8 】。 另有研究者认为分层过程符合一级动力学定律，最终系统将达到物料分层和混淆 的平衡，同时还指出：中间粒度物的存在会降低分层速率( 1 】。虽然粒度在分层行 为中起着至关重要的作用，试验证实颗粒的密度会减缓分层速度，甚至出现反分 层现象( 高密度粒在低密度细粒中下沉) ，又称为反“巴西果”现象( b r a z i ln u t e f f e c t ) t 1 9 1 。 为考察粒群效应对物料颗粒透筛概率的影响，赵跃民采用概率统计学的方法 对物料的分层透筛过程进行了进一步的研究。他把同一粒度的颗粒在筛面上的 筛分时问( 即颗粒在筛面上的滞留时间) 视为一个随机变量，这样就把颗粒的透筛 行为转化为一个“寿命”问题来研究( 当某一颗粒透筛时，就认为其寿命终止) ，从 而建立了粒群沿筛面长度的透筛概率分布模型- - w e i b u l l 模型 6 1 ： p ：l p 一 式中i ，一筛面长度； a 。b 参数，且a 、b 均大于0 。 进一步的实验结果证明：粒群在普通振动筛、概率分级筛和琴弦概率筛筛面 郑州大学硕七学位论文第一章绪论 上的透筛概率均服从这一规律。由于粒群沿筛面长度透筛概率w e i b u l l 模型研究 的出发点是粒群运动，因而更贴近筛分作业的实际情况。 1 3 物料筛分率影响因素 1 3 1 物料的特性 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 松散密度、颗粒形状、水分以及含泥量等。 1 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：颗粒横截面在筛板平面上的投影与筛孔面积之比。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”。原料中，难筛粒，阻碍粒含量越高，筛分效率就越低；易筛粒含量越高，筛分效 率就越高1 2 0 1 。 2 1 物料的松散密度 物料透筛时是按物料颗粒大小来分层的，而计算物料在筛面上的被处理能力 是从物料质量单位计算的，因此处理能力的计算必然涉及到物料的松散密度。 3 1 物料的颗粒形状 物料颗粒形状影响物料的透筛概率，立方体形状的物料易透筛，片状或不规 则条状易卡在筛孔中影响透筛。 4 ) 物料表面水分含量 物料含水量增大，将提高物料运动阻尼，增大了物料分层难度，同时也易堵 孔，含泥量高的物料有时甚至无法进行筛分，此时可以烘干或向物料淋水进行湿 式筛分，以提高筛分效率。 1 3 2 筛面因素 1 ) 筛面开孔率 筛面开空率大时，增大了物料的透筛概率，提高了振动筛的处理能力。反之， 则透筛概率处理能力均下降2 1 1 。 2 ) 筛板特性 筛板的材料现在还多为金属，而目前日益向非金属转化，因为非会属筛板在 4 郑州大学硕士学位论文第一章绪论 筛分过程中产生二次变频振动，使堵孔现象难以发生，从而利于透筛。 3 ) 振动筛的振动特性 振动筛的振动特性主要包括振动频率、振幅、振动角、筛面倾角等因素，它 们不仅各自对振动筛的处理能力有着影响，还总体对处理能力有着共同作用，可 归纳为抛掷强度k v 2 2 1 。 k v ：a s t 0 2 s i n p g e o s o a s 一振幅 b 一振动方向角( o ) a 一筛面倾角( o ) 对单颗物料研究表明： 一激振频率( r a d s ) g - - 重力加速度( m s 2 ) a t 0 2 k 21 _ 一振动强度 k v = 3 3 3 时，物料最易透筛 k v 时，物料难透筛 k v 时，物料不会被抛起，物料更难透筛 由于实际生产中，物料是以料群状态出现的，为克服物料间摩擦，要求更大 的抛掷强度k v 值，抛掷强度也称抛掷指数，筛分指数。抛料指数a 、t 0 、b 、a 具体各参数影响有： 振幅与频率 它们受到振动机械构件振动强度的制约，振动强度的提高，将有利于物料的 分层，因此，大颗粒物料宜采用大振幅、较低频率，而细颗粒物料应采用小振幅、 高频率。 振动方向角 振动方向角加大增加了物料在筛面上跳动次数，可增加透筛率，减少振动角 则可以增大物料输送速度，提高处理能力。一般选取振动方向角4 0 0 5 5 0 ，通常 采用4 5 0 。 筛面倾角 用于物料分级的圆振筛采用倾角安装，以增大抛掷强度，从而增大物料在筛 面上的输送速度，筛面倾角可在1 5 0 3 0 0 间选取，处理轻细物料时，可在2 5 0 3 0 。 问选取，以保证物料在筛面上有足够的运动速度和合适的料层厚度，物料较重， 较大时，筛面倾角可减小一些，一般选取2 0 0 ，不应小于1 5 。，直线振动筛可用 郑州丈学硕t 学位论文 第一章绪论 于物料、料浆的固液分离，多为水平安装，有时出于筛分效率与处理能力的考虑， 可采用5 1 0 。或者负倾角安装，一般不小于5 0 【2 ”。 4 ) 筛分效率 筛分效率要求在8 5 以上，当要求更高时，毖须增加筛面面积或减少处理量， 反之，则可采用小面积筛分设备2 1 1 。 1 4 筛分机械的发展 筛分技术的发展从固定筛到振动筛至今已有三百多年历史了，这三百多年来 筛分技术的发展大体上可分为四个阶段。1 ) 固定筛阶段：从十六世纪开始到十 八世纪八十年代。2 ) 慢速运动阶段：从十九世纪八十年代滚筒筛问世n - - - 十世 纪四十年代振动筛诞生。3 ) 快速运动阶段：从二十世纪四十年代到七十年代， 这一阶段不但出现了高速振动筛，而且振动里理论和筛分理论的研究取得了巨大 的成就。4 ) 二十世纪七十年代至今自同步振动筛的诞生、自同步理论的建立、 以及振动电机的广泛应用，使得振动机械的发展走向了一个更广阔的阶段1 2 3 1 。 振动筛按其运动轨迹可分为：圆振筛、直线筛和椭圆筛。圆运动振动筛工作 时，会产生一个旋转着的加速度矢量，使筛面上的物料极易分散，堵筛孔的可能 性小，但圆运动轨迹的抛掷角陡峭，物料输送速度较低。直线筛的筛面基本呈水 平布置，物料输送速度相当高，但其加速度矢量只有一个方向，所以堵塞筛孔的 可能性较大【2 4 】。平面椭圆筛结合了圆运动和直线运动两种筛分轨迹的基本优点， 既强化了物料向前的输送分量，又降低了直线筛物料堵塞筛孔的可能性。目前， 在矿业筛分领域，大部分采用的是圆振筛，其次是直线筛，椭圆筛也在进一步推 广傻用之中。 除前述的几种筛以外，还有热振筛、冷振筛、等厚筛、共振筛、旋转概率筛、 弧形筛、弛张筛、水煤浆振动筛和振网筛等。 1 5 常用的筛板种类和材料 1 5 1 常用筛板的结构种类 筛板是筛分设备用以完成筛分过程的重要工作部件，筛分设备的好坏、性能 参数达标与否与筛板的结构和性能紧密相关。 物料的各种特性，筛板的不同结构，材质及筛机的各种参数都对振动筛的筛 6 郑州大学硕l 二学位论文第一章绪论 分能力、效率、跑粗率及寿命产生一定影响，不同的物料，不同的场所应选用不 同的筛板，以达到筛分的最佳效果。筛板应有足够的强度、耐磨性、较高的开孔 率和不易堵孔等性能。振动筛振动时，筛板上通过不同形状和大小的物料，在振 动力的作用下，不同粒度的物料被分离，达到分级目的。 常见的筛板形式按外形结构有：阶梯形筛板( 梳齿形筛板) 、棒条形筛板、 条缝筛板( 扁条形、宽窄条形、直条形等) 、平面筛板( 人字孔、圆孔、长圆孔、 方孔、长方孔、三角孔、桥形孔凸孔、菱形孔、六角孔、十字孔等) 、弹臂筛 板和衬板等拥。下面就几种典型筛板的结构和性能作简单分析、比较。 1 1 阶梯形筛板 该筛板由若干筛条搭接而成，错位一次倾斜安放，具有一定的梯度，因此不 易堵塞，筛分效率高，通常采用聚胺脂作为筛板材料，使用这种材料的筛板也叫 梳齿形筛板，它具有优异的耐磨、耐油、耐水解、耐菌、耐老化性能。该筛板不 仅可大幅度减轻设备重量，降低设备成本，延长使用寿命，而且降低噪音，广泛 应用于矿山、冶金、煤碳、焦炭、洗煤、石油、化工等行业振动筛洗选分级作业。 此外也有很多用金属作材料的筛板，根据材质不同可分为：新型耐磨合金筛板、 高耐磨合金筛板、不锈钢铸造筛板、喷涂筛板、堆焊筛板、耐磨铸钢筛板、普通 筛板。 2 ) 棒条形筛板 棒条筛板是由一组平行安装的钢棒组成，钢棒的断面形状有很很多种，如 圆形的，梯形和长方形的等。钢条之间的缝隙宽度，即为筛面之筛孔尺寸。该筛 面通常用于固定筛和重型振动筛上，其筛孔尺寸一般为5 0 m m 以上，开孔率一般 为4 0 , - - 6 0 。可在棒条筛上装上横向筛条，构成方孔。制造棒条筛面的材料， 一般碳钢、锰钢或高铬铸铁。有时为了提高其耐磨性，在棒条表面堆焊或喷涂耐 磨合金。 3 ) 条缝筛板 条缝筛板是由筛面、穿条或横向枝条及框架组成。其结构形式有穿条式、焊 接式和编织式。筛缝尺寸通常在o 5 m m 左右，开孔率约1 5 2 5 。 该类筛板具有一定的优点，开孔率较高、筛孔不易堵塞。也有一定的缺点， 如筛板筛条一般采用弹簧钢，而弹簧钢硬度较低，故其使用寿命较短，而提高筛 条硬度，筛条容易断。 7 郑州= 学硕七学位论文第一章绪论 4 ) 平面筛板 平面筛板通常是用钻孔或冲孔的方法，制成带孔钢板，其厚度一般为 5 8 m m ，最后也不超过1 2 r a m 。该类筛板优点是比较牢固，刚度较大，使用寿命 较长；缺点是歼孔率较小，约为4 0 , - , 5 0 。筛孔尺寸一般为6 - - - 8 0 m m ，通常的孔径 为l o - , 5 0 m m 。一般用于中等粒级物料的筛分。 圆孔筛板 该筛板开孔率小、筛面重量轻，适宜筛分粒度较小且水分较高的物料。 方孔形筛板 该筛板的筛圆孔筛伴筛面比较，它的优点是开孔率大、筛面重量轻，处理含 水较多的物料时，能减少筛面堵塞现象，但该筛面只能对筛分无力度的要求并不 特别严格地的情况下使用。 人字孔形型筛板 该筛板能筛分较细的物料颖粒。 5 ) 弹臂筛板 该筛板的高频音叉棒条，在随筛板振动的同时，产生二次高频谐振，使物料 前进速度加快，加速了筛面颗粒物料的下沉和己接触筛面的小颗粒物料向筛孔 处横移，从而增加了通过筛孔的概率，该筛板的开孔率最高可达8 0 ，有一定的 水分的粘物，靠其高频自振抖落，不易粘结在筛条上造成堵塞，是粘性或含有纤 维物料最为理想的筛板 2 6 1 。 除以上筛板外，还有金属丝编织筛面。与板状筛面相比，该类筛面重量轻、 开孔率高( 最高可达8 0 以上) ，由于金属丝具有一定弹性，而作高频震动，使 粘在钢丝上的细物料脱落，从而提高筛分效率。但其缺点是使用寿命较短。 1 5 2 常用的筛板材料 1 1 低、中合金耐磨钢 这类材料是目前应用最广泛的筛板材料，具有以下特点： 合金含量较低，一般低合金钢为3 , - - 5 ，中合金钢为6 8 。所加合金元 素为国内资源丰富元素，如c r 、s i 、m n 、b 、r e 等，而少含或不含贵重稀缺元素 ( n i ，m o ) ，易于推广应用，经济合算；具有较高硬度，足够韧性的综合性能，采用 低合金、多元素、复合合金化获得淬硬态组织，可在较大范围内控制硬度和韧性 8 郏州大学硕士学位论文第一章结论 的匹配关系在各类磨料磨损工况均可获得较好的耐磨性；具有良好淬透性； 生产灵活易行，视工厂条件，可铸、可铬、也可轧制生产；价格相对低廉，经 济效益较高【2 7 】。 国内低、中合金耐磨钢系统是以硅、锰系为基础，加入铬、钼以及其他微量 元素而发展起来的，其合金系统由成分简单的单一锰系、铬系、铬锰系到成分复 杂的铬锰硅钼其他微量元素的多元复合系统。而基本没有含镍的合金系。在 合金系列中，磨球材料多为成分简单的合金系，如4 5 m n 2 ，4 0 m n 3 b ，g c r l 5 。衬板、 锤头、筛板等多采用多元复合的c r 2 m n 2 s i 2 m 0 2 其他微量元素( ，n 2 8 2 i 汪) 【2 刀。 目前，用于筛板的有铸造低合金钢还有马氏体抗磨钢、奥氏体一贝氏体抗磨 钢等。马氏体抗磨钢在静载荷、疲劳强度及冲击载荷下，具有低的缺口敏感性和 低的过载敏感性，其性能优于调制后的碳钢，具有较好的强度和良好的塑性、韧 性配合的同时，还有良好的加工工艺性能。而且这种钢的硬度超过珠光体抗磨钢 一倍以上，故能适应冲击磨损的工作条件瑚，是一种比较理想的筛板材料。铸态 奥氏体一贝氏体抗磨钢是主加元素为s i 、m n 、辅加元素c r 、m o 的低合金耐磨 钢，其组织主要为纤维状的贝氏体，其中a 2 f e 过饱和固溶体与薄膜奥氏体交替分 布。这种钢有较好的抗冲击磨损性能，且硬度高，韧性好，其铸造性能也较好，生产 工艺简单，成本低，在衬板、锤头、磨球和筛板等领域的应用前景十分广阔1 2 9 。 2 ) 弹簧钢 弹簧钢具有较高的屈服强度和疲劳强度，有良好的表面质量，具有一定的淬 透性和良好的工艺性能。有的弹簧钢还有很强的耐热、耐腐蚀性能等。弹簧钢含 碳较高，合金元素主要有硅、锰、铬等。6 5 、7 0 、7 5 、8 0 等碳素弹簧钢淬透性 能较差。 由于这类钢具有较高的弹性极限、疲劳强度以及冲击韧性和塑性，适合在冲 击、振动或受长期均匀的周期性交变应力的条件下使用，除用于制造弹簧、铁道 车辆、汽车和拖拉机等运输工具和其他工业产品以外，在振动筛领域也有着广泛 的应用。目前，主要应用于棒条筛板、编织筛网或冲孔。 3 1 不锈钢 不锈钢是在普通碳钢的基础上，加入一组铬的质量分数( w c r ) 大于1 2 合 金元素的钢材，它在空气作用下能保持金属光泽，也就是具有不生锈的特性。这 是由于在这类钢中含有一定量的铬合金元素，能使钢材表面形成一层不溶解于某 9 郑州大学硕t 学位论文第一章绪论 些介质的坚固的氧化薄膜( 钝化膜) ，使金属与外界介质隔离而不发生化学作用 【2 8 】。在这类钢中，有些除含较多的铬( c r ) 外，还匹配加入较多的其他合金元素， 如镍( n i ) ，使之在空气中、水中、蒸汽中、都具有很好的化学稳定性，而且在 许多种酸、碱、盐的水溶液中也有足够的稳定性，甚至在高温或低温环境中，仍 能保持其耐腐蚀的优点。按金相组织可将其分为：铁素体( f ) 型不锈钢、马氏 体( m ) 型不锈钢、奥氏体( a ) 不锈钢、奥氏体铁素体( a f ) 型双相不锈钢、 奥氏体马氏体( a m ) 型双相不锈钢和沉淀硬化( p h ) 型不锈钢。 这类钢主要用在有耐腐蚀要求的筛板上，如旋振筛，筛分粮食、饲料用的筛 板、筛片、微孔板以及筛网。 们高锰钢 高锰钢是指w ( c ) = 1 0 一1 4 ，w ( m n ) = 1 1 0 r 1 4 的钢，经1 0 0 0 1 1 0 0 e 水韧处 理，可获得单一奥氏体组织，具有高的韧性和加工硬化性能，自1 8 8 2 年问世以来， 已有1 0 0 多年的历史，成为传统的耐磨材料，受到广泛的应用，我国2 0 世纪5 0 - - 6 0 年代几乎把高锰钢作为万能的耐磨材料使用p o l 。但在使用实践中发现，高锰钢的 耐磨性是有条件的，只有在冲击大、应力高、磨料硬的情况下，高锰钢才耐磨而 且其屈服强度低、易于变形。因此，在许多领域已逐渐为其他耐磨材料所代替。 在不同磨损条件下，耐磨性主要决定于硬度，而高锰钢以奥氏体为基体，起始硬 度不高( 约2 0 0 h b 。左右) ，屈服强度也低，容易变形。因此，提高其耐磨性和屈服 强度的重要途径是采用合金化以强化基体，如添加铬、钼可引起固溶强化，因钼 较贵，国内多用铬强化，加入钛形成碳化钛可引起弥散强化，并可细化结晶组国 内某些厂矿发展钢种m n l 3 c r t i ( w ( c ) = 1 4 1 6 5 ，w ( c r ) _ 2 ，w ( t i ) = l 0 1 5 ) 用于振动筛的衬板、筛板，破碎硬矿石和中硬矿石，其使用寿命比高锰钢提高 5 0 一7 0 。 高锰钢具有韧性好，加工硬化速率高的特点，但耐热性稍有欠缺，虽是一 种公认的高耐磨材料，但作为筛板材料使用却逐渐减少。 5 1 耐磨铸铁 应用于筛板的耐磨铸铁主要是高铬铸铁，这种铸铁具有优异的耐磨性和适当 的韧性。作为常温下的抗磨料磨损材料，高铬铸铁已经得到了广泛的应用，但在 高温磨损工况下，工作条件比常温更为恶劣，材料在服役过程中不仅会受到磨料 磨损作用产生损伤，还受到高温气体的氧化腐蚀。以往使用的材料( 如c r m n n 钢) ， 1 0 郑州大学硕士学位论文第一章绪论 只重视其抗氧化腐蚀性能，而在选材时要求碳含量很低，其结果给材料的抗磨性 造成损失。通过对高铬铸铁进一步合金化，并采取一些热处理工艺，可使其综合 性能更加优异。如选用c r c 比为7 左右的c r 2 0 型高铬铸铁，在添加适量的m o 、 c u 、m n , 并经合适的热处理后，可获得在马氏体基体上分布着较为均匀的m 7 c 3 型碳化物，可使材料达到良好的强韧性配合、耐磨性明显提高，使用寿命明显高 于普通高铬铸铁筛板。目前，高铬铸铁在烧结矿筛板上应用较多【3 ”。 另外，添加适量m o 得到的高铬钼铸铁具有优良的耐磨性、抗氧化性和抗冲 击断裂能力，使用安全、可靠，其使用寿命是c r m n n 耐热钢的2 倍以上，高铬钼铸 铁是制作热矿筛筛板的理想材料【3 2 1 。 6 ) 聚氨酯 聚氨酯是近些年来才广泛应用于筛板的高分子材料。其特点很多，首先是 具有自清能力，由于聚氨酯有较好的挠性，用这种材料制作的筛板在筛分作业过 程中会产生二次振动，使细粒物料不易堵孔，实现了筛板的自清功能，大大改善 了筛机的工艺效果，对细粒的筛分效果尤为明显；其二是耐磨性能好，使用寿命 长，耐磨性为钢制筛板的3 5 倍；其三是质量轻，由于聚氨酯的密度远远低于钢 材，由钢制筛板改为聚氨酯筛板，可大大减轻筛机的重量，参振重量的降低又使 筛机的振幅增加，从而使筛机的工作性能进一步得到强化【3 2 1 。此外，聚氨酯对扬 尘也有较好的缓冲的作用，能明显地降低尘量。同样的密封条件，使用聚氨酯筛 板比金属筛板可少灰尘4 0 左右。 用这种材料做成的筛板不足之处体现在：一是强度和硬度不够；二是耐热性 差；三是聚氨脂容易燃烧，在生产现场动用电气焊，若不采取防护措施，很可能 引燃筛板，而筛板一旦燃烧起来就很难扑灭( 因为筛板上下面及筛孔都与空气接 触，无法隔绝空气) 。 已经在冷矿石筛分领域大量使用的梳齿聚氨酯筛板和聚氨酯棒条筛，其综合 性能已得了业界好评，前景很好。 n 陶瓷材料 陶瓷材料的优点有：耐磨度高，耐热性能和耐腐蚀性都很好，使用寿命长。 缺点是质脆，韧性低，塑性变形能力差，因而其疲劳强度、冲击强度和抗高应力 摩擦磨损的能力差。目前，陶瓷筛板主要有陶瓷棒条筛。这种筛板实际上是在金 属棒条上用粘接剂粘上一层陶瓷管，确切的讲这种方法得到的是一种复合结构材 郑州大学硕士学位论文第一章绪论 料。它将金属材料的强韧性、易加工性、导电导热性等和陶瓷材料的耐高温、高 耐磨、高耐蚀等特点结合起来，发挥两类材料的综合优势，同时满足筛板对结构 性能( 强度、韧性等) 和环境性能( 耐磨、耐蚀、耐高温等) 的需要，这种新型 筛板筛适合于焦碳等的筛分，具有很好的前景。除棒条筛外，某些筛网也采用了 陶瓷材料。但是这类筛板还未得到广泛使用，有些技术层面的问题还有待进一步 解决、