王燁，賈長(zhǎng)付，褚旭，許芬

動(dòng)靜態(tài)空氣篩分機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

Structure Design and Application of Dynamic-Static Air Separator Machinee

王燁，賈長(zhǎng)付，褚旭，許芬

人工砂石骨料是建筑行業(yè)不可缺少的材料，傳統(tǒng)的濕法制砂生產(chǎn)工藝需要大量的水，存在水污染嚴(yán)重、一次性投入大等問題，而干法制砂工藝可將上述問題完美解決，同時(shí)會(huì)使人工砂的級(jí)配更好。本研究將在水泥行業(yè)使用較廣泛的動(dòng)靜態(tài)空氣篩分機(jī)投入到人工砂石骨料的生產(chǎn)工藝當(dāng)中，從篩分機(jī)的結(jié)構(gòu)及分級(jí)原理入手，設(shè)計(jì)制造了產(chǎn)量為440t/h的機(jī)型，并對(duì)篩分機(jī)的穩(wěn)定性及風(fēng)量大小對(duì)篩分機(jī)的實(shí)際篩分性能的影響作了研究。結(jié)果表明，該機(jī)型的實(shí)際工作穩(wěn)定性高；該設(shè)備對(duì)0～0.6mm物料的篩分效果好，風(fēng)量大小對(duì)粒度為0.6mm～4.75mm的篩分性能影響較大。在實(shí)際的生產(chǎn)工藝中，該機(jī)型配合破碎、振動(dòng)篩等設(shè)備使用取得了良好的效果。

人工砂石骨料；干法制砂工藝；動(dòng)靜態(tài)空氣篩分

1 引言

砂石骨料是一種不可或缺的建筑材料，廣泛用于建筑、道路、公路、鐵路等工程領(lǐng)域。砂石按產(chǎn)源可分為天然砂、人工砂兩大類，天然砂的存儲(chǔ)量有限，且目前的開采已嚴(yán)重地破壞了生態(tài)環(huán)境，所以人工砂代替天然砂進(jìn)入建筑市場(chǎng)是形勢(shì)發(fā)展的需要[1]。人工砂目前的生產(chǎn)方法多采用濕法生產(chǎn)工藝，該工藝使用水沖洗粉塵過程中會(huì)將部分細(xì)砂帶走，需對(duì)沖洗水重新處理，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的污水，需要較大容量的沉淀池去除污水中的泥砂等固體懸浮物，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，受到了環(huán)境以及環(huán)保的限制[2，3]。

為適應(yīng)選粉行業(yè)的快速發(fā)展，我公司研制了動(dòng)靜態(tài)空氣篩分機(jī)，它將打散、分離集成在一起，內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)部件少，能耗低，維護(hù)簡(jiǎn)單，可調(diào)參數(shù)比較多，可適應(yīng)不同的篩分要求，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方便，結(jié)構(gòu)緊湊，該機(jī)型最早應(yīng)用于水泥行業(yè)，效果顯著，取得了不錯(cuò)的成績(jī)[4，5]。動(dòng)靜態(tài)空氣篩分機(jī)生產(chǎn)過程中具有不需要水就能去除物料中的粉塵的優(yōu)勢(shì)。水泥企業(yè)與混凝土砂石骨料行業(yè)在工藝與裝備存在著互補(bǔ)的優(yōu)勢(shì)，所以將動(dòng)靜態(tài)空氣篩分機(jī)的結(jié)構(gòu)作一定的調(diào)整，進(jìn)而適應(yīng)人工砂石骨料的生產(chǎn)工藝是一個(gè)很好的發(fā)展方向。

圖1 動(dòng)靜態(tài)空氣篩分機(jī)的組成

2 結(jié)構(gòu)及分級(jí)原理

動(dòng)靜態(tài)空氣篩分機(jī)由風(fēng)機(jī)、靜態(tài)選粉區(qū)、動(dòng)態(tài)選粉區(qū)、旋風(fēng)筒四大部分組成，在靜態(tài)選粉區(qū)上方設(shè)有入料口，物料經(jīng)由靜態(tài)選粉區(qū)粗分級(jí)，粒度不同的物料分別從粗料出口和細(xì)料出口流出，較細(xì)的粉塵（74μm以下）經(jīng)動(dòng)態(tài)選粉區(qū)分離后從旋風(fēng)筒出口流出。風(fēng)機(jī)的進(jìn)口與旋風(fēng)筒的排氣筒通過圓筒連接，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的風(fēng)量循環(huán)利用（見圖1）。

2.1 靜態(tài)選粉區(qū)

靜態(tài)選粉區(qū)內(nèi)部由分布于左右兩側(cè)的與豎直方向呈一定角度的兩塊金屬板組成，呈現(xiàn)出”V”字的結(jié)構(gòu)，V型結(jié)構(gòu)自上而下分布于整個(gè)靜態(tài)選粉區(qū)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。右側(cè)為進(jìn)風(fēng)側(cè)，左側(cè)為出風(fēng)側(cè)，兩側(cè)的金屬板上表面均采用耐磨鋼強(qiáng)化處理，與豎直方向的夾角分別為α、β。

當(dāng)不同大小顆粒的礦石物料從入料口進(jìn)入靜態(tài)選粉區(qū)后，由于重力作用從上到下跌落過程中，右側(cè)的金屬板會(huì)將原有的較集中的物料打散，這時(shí)右側(cè)較強(qiáng)的風(fēng)力會(huì)將顆粒較小的物流吹到左側(cè)的金屬板，假設(shè)顆粒為球形，較小的顆粒到達(dá)左側(cè)金屬板后向金屬板的上側(cè)移動(dòng)，此時(shí)該顆粒的受力情況如圖2所示，它主要受到四個(gè)方向的大小不同的力[6]。而其中的FD為顆粒在風(fēng)氣體中的拽力，此力的大小可按照式（1）取得。

式中：

FD——顆粒在氣流中的拽力

CD——?dú)怏w的阻力系數(shù)

ρg——連續(xù)相的密度，kg/m3

νg——風(fēng)速

νP——顆粒的速度d

——顆粒的直徑

從式（1）中可以看出，當(dāng)風(fēng)量提高的時(shí)候，必然會(huì)引起FD的增加，進(jìn)而足夠抵抗重力在階梯板上的向下的分力與摩擦力之和，使顆粒能夠沿著左側(cè)的階梯板向上爬升，落入到細(xì)料出口區(qū)，達(dá)到選粉的目的。在階梯板角度一定的情況下，不同大小的顆粒所對(duì)應(yīng)的需要向上爬升的最小風(fēng)量是一定的，所以可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)量使落入到細(xì)料出口區(qū)的顆粒的大小分布有規(guī)律地變化。同時(shí)也可調(diào)節(jié)左側(cè)的階梯板的角度β，使顆粒的重力順著階梯板的分力減小。

2.2 動(dòng)態(tài)選粉區(qū)

動(dòng)態(tài)選粉區(qū)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，它由動(dòng)態(tài)籠型轉(zhuǎn)子以及分布于轉(zhuǎn)子外側(cè)一周的靜態(tài)導(dǎo)風(fēng)葉片組成。動(dòng)態(tài)籠型轉(zhuǎn)子的外圈布置了若干個(gè)直葉片，它與分布圓的法向方向有一定的角度γ，導(dǎo)風(fēng)葉片與其分布圓的法向角度δ一般為45～75°，此角度增大，會(huì)使導(dǎo)風(fēng)葉片的開度變小，成品的粒度變小，反之成品的粒度變大。它的分級(jí)原理為顆粒進(jìn)入到靜態(tài)導(dǎo)風(fēng)葉片與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子之間的區(qū)域后，由于氣流的作用，會(huì)受到兩個(gè)方向相反的氣體的拽力FD以及離心力F和重力G的合力，粒度較大的顆粒因其受到的合力大于氣體拽力，碰到靜態(tài)導(dǎo)風(fēng)葉片后失去動(dòng)量，在重力的作用下掉入到細(xì)料出口，而粒度較小的顆粒剛好相反，它會(huì)進(jìn)入到籠型轉(zhuǎn)子內(nèi)部，經(jīng)由旋風(fēng)筒輸出[7]。

圖2 靜態(tài)選粉區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)“V”型結(jié)構(gòu)

圖3 動(dòng)態(tài)選粉區(qū)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

表1 空氣篩分機(jī)的穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果

3 性能研究

按照上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了額定產(chǎn)量為440t/h的機(jī)型，風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量為115000m3/h，風(fēng)量的大小通過風(fēng)機(jī)的開口進(jìn)行控制。上述提到的α、β、γ、δ角度的大小分別定為35°、45°、18°、75°，進(jìn)入到選粉機(jī)的物料粒度最大為4.75mm。在實(shí)際的測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，在滿足工作的條件下，旋風(fēng)筒收集的細(xì)粉的顆粒大小可通過調(diào)節(jié)籠型轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，都能夠滿足要求，所以對(duì)動(dòng)靜態(tài)空氣篩分機(jī)性能的測(cè)試主要集中在粗料和細(xì)料的顆粒大小的分布上，同時(shí)為了排除原料的顆粒大小的差異，將進(jìn)料口的顆粒也進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。

3.1 穩(wěn)定性能研究

首先對(duì)篩分機(jī)的穩(wěn)定性能進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試條件為進(jìn)料量330t/h，85%風(fēng)量，籠型轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為50%額定轉(zhuǎn)速。測(cè)試系統(tǒng)開機(jī)半個(gè)小時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定后，對(duì)進(jìn)料口，粗、細(xì)料出口分別取樣，1h后再次取樣，使用篩孔大小不同的一系列新標(biāo)準(zhǔn)方孔篩對(duì)取得的樣品進(jìn)行篩選、稱重。對(duì)比前后兩次樣品中的不同粒度所占的比重，得出篩分機(jī)的穩(wěn)定性能的優(yōu)劣。

表1所示為測(cè)量結(jié)果，首先看進(jìn)入到設(shè)備中的物料情況，兩次測(cè)量中，物料各粒度所占的比例基本一致，誤差普遍在1%以內(nèi)，可認(rèn)為兩次測(cè)量時(shí)，進(jìn)料的屬性是相同的。再對(duì)比粗料、細(xì)料兩次的測(cè)量結(jié)果，誤差基本上維持在1%～3%之間，如果除去取樣時(shí)的人為誤差，以及篩選過程中的誤差，認(rèn)為兩次取樣，不管是粗料還是細(xì)料，各粒度所占的比重是相同的，即篩分機(jī)的工作性能穩(wěn)定。

表2 風(fēng)量大小對(duì)篩分性能的影響

3.2 風(fēng)量大小對(duì)篩分性能的影響

從2.1小節(jié)中可知，風(fēng)量越大，細(xì)料中能夠篩選出來的顆粒越大，本小節(jié)將對(duì)這一趨勢(shì)作定量的研究。將風(fēng)機(jī)的風(fēng)口分別調(diào)節(jié)至80%、85%、90%、100%，其他參數(shù)和上一小節(jié)相同。同樣的測(cè)量進(jìn)料、粗料、細(xì)料各粒度所占的比重。結(jié)果如表2所示。從表2中可以看出，進(jìn)料中不同粒度所占的比重在不同風(fēng)量下基本相同，誤差在1%內(nèi)，可認(rèn)為不同風(fēng)量下的進(jìn)料的屬性是完全相同的。從粗料和細(xì)料的結(jié)果來看，不管風(fēng)量為多少，＜0.6mm的顆粒的篩選效果很好，粗料中＜0.6mm的顆粒殘余量?jī)H為2%～4%，隨著風(fēng)量的增加，粗料中殘余的0.6～4.75mm的會(huì)量逐漸減少，而細(xì)料中相應(yīng)的含量增多，甚至當(dāng)風(fēng)量達(dá)到100%時(shí)，＞2.36mm的顆粒在細(xì)料中的含量達(dá)到了近10%，說明在我們測(cè)試的這個(gè)風(fēng)量條件下，這個(gè)范圍內(nèi)的顆粒的篩選受風(fēng)量的影響較大，這一數(shù)據(jù)的取得對(duì)今后的工程具有很重要的意義。

目前該設(shè)備在葫蘆島某建材公司得到了應(yīng)用。該公司以生產(chǎn)建材石子、砂石為主，該設(shè)備配合破碎設(shè)備、振動(dòng)篩、輸送機(jī)等設(shè)備使用，其結(jié)構(gòu)緊湊可使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置靈活，同時(shí)封閉的氣流通道可降低現(xiàn)場(chǎng)的灰塵，減少對(duì)大氣的污染。

4 結(jié)語

動(dòng)靜態(tài)空氣篩分機(jī)由動(dòng)態(tài)籠型轉(zhuǎn)子選粉機(jī)和靜態(tài)V型選粉機(jī)兩個(gè)部件組成，既具有靜態(tài)V型選粉機(jī)不需要任何動(dòng)力，利用氣流的不同速度梯度對(duì)粉狀物料進(jìn)行粗分選的功能，又具有動(dòng)態(tài)籠形轉(zhuǎn)子選粉機(jī)進(jìn)行細(xì)粉分選且分選效率較高的功能。二者合二為一，結(jié)構(gòu)緊湊，簡(jiǎn)化了工藝布局，為用戶節(jié)約了成本。

動(dòng)靜態(tài)空氣篩分機(jī)在礦石選擇方面的應(yīng)用的測(cè)試結(jié)果表明，該機(jī)具有良好的穩(wěn)定性能，對(duì)0～0.6mm大小的物料的篩分效果好，風(fēng)量大小對(duì)粒度為0.6～4.75mm的篩分性能影響較大，說明后續(xù)的工作中可以通過控制風(fēng)量的大小達(dá)到篩分不同大小顆粒的目的。在實(shí)際的應(yīng)用中，該機(jī)型配合破碎、振動(dòng)篩等設(shè)備取得了良好的效果。如何在客戶的篩分要求下，匹配風(fēng)量、角度之間的關(guān)系，在保證分級(jí)精度的條件下，提高篩分機(jī)的效率，降低篩分機(jī)的能耗將成為下一步的研究重點(diǎn)。

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TD452

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2014-03-24；編輯：呂光