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

        2014-02-09 03:19:59王燁賈長(zhǎng)付褚旭許芬
        水泥技術(shù) 2014年6期
        關(guān)鍵詞:粗料篩分風(fēng)量

        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(wèn)題,而干法制砂工藝可將上述問(wèn)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(lèi),天然砂的存儲(chǔ)量有限,且目前的開(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)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(jiàn)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(guò)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(guò)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(kāi)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(guò)風(fēng)機(jī)的開(kāi)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(mǎn)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(guò)調(diào)節(jié)籠型轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié),都能夠滿(mǎn)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(kāi)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(chēng)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?xún)?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(guò)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(lái)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(lái)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(shuō)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(yǔ)

        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(hù)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(shuō)明后續(xù)的工作中可以通過(guò)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(hù)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)。

        [1]許琳,金祥雨.人工砂代替天然砂在混凝土中的應(yīng)用研究[J].遼寧建材,2009(9):36-37.

        [2]高倩瑩.淺析砂石骨料加工系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].魅力中國(guó),2010(4):30-31.

        [3]周敏,徐全潤(rùn).大型人工骨料加工系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[J].城市建設(shè),2013(1).

        [4]郭宏武,張永龍,王學(xué)敏,等.HVWF型選粉機(jī)在礦渣微粉生產(chǎn)線上的應(yīng)用[J].水泥,2007 (6):34-35.

        [5]吳濤,景國(guó)泉.V2500選粉機(jī)的設(shè)計(jì)[J].水泥工程,2007(6):33-34.

        [6]方瑩,劉亞云,張少明.離心轉(zhuǎn)子式選粉機(jī)的分組機(jī)理[J].南京化工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2001,23(6):18-22.

        [7]童聰,李雙躍,等.立磨選粉機(jī)葉片參數(shù)的分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].過(guò)程工程學(xué)報(bào),2012,12(1):14-18.■

        TD452

        :A

        :1001-6171(2014)06-0075-03

        中材裝備集團(tuán)有限公司新技術(shù)開(kāi)發(fā)分公司,天津300400;

        2014-03-24;編輯:呂光

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