磷矿石筛分设备改造及探索

纪 波

（贵州开磷集团矿肥有限责任公司 贵州开阳）

我国磷矿石多产于沉积岩，以胶凝结构为主，内碎屑结构次之，矿石构造有致密块状构造及条带状构造两种。磷矿石体重2.9 t/m3，纯磷灰石颗粒莫氏硬度为5。公司磷矿特性属于缓倾斜薄矿体低海拔地下开采，多迎头汇集到斜井胶带输出地面的原矿水分及赋存条件波动大，粗加工采取的是单层一级筛分，筛上粗矿进颚破。设计选型为 YKR1645圆振筛，筛机主轴的两端各装有一偏心块圆盘，主轴靠箱板内侧上分布两偏心块，这两种偏心块的合力产生激振力，筛箱的振幅通过圆盘上的偏心块来调节，采用轮胎联轴器，柔性连接。最大处理能力445 t/h，最大给料粒度≤300 mm。

在生产运行中，网格筛筛网损坏极其严重，大块不卸料，初级筛分处筛网不抗冲击及磨损，通常开一个班就报废，后整改成13根直径30 mm圆钢条形筛，间距80 mm，由于安装倾角太小，大块不卸料，后来又将振动筛安装倾角增大。经过两次整改，勉强维持生产进行筛分，但存在两个突出问题，一是设备的稳定性和安全性受到威胁，主要表现为设备本体振动强烈、设备基础钢板撕裂、侧板裂纹损伤、各紧固件螺栓松动、筛网焊缝撕裂、轴承更换频繁、曲轴安全罩螺丝断裂导致安全罩无法恢复等现象，每班均需进行维护、检修，严重影响生产的稳定性，同时也存在很大的安全隐患；二是物料堵塞严重，清理周期短。特别是水分偏高和条形状矿石比例稍高时尤为明显，每8 h进行2~3次清理。

一、筛分设备运行状况不佳原因分析

（1）初级筛分处筛网寿命极短的主要原因是筛面受力过大和布料不均，采用原矿石从漏斗进入圆振筛时，入料处冲击力过大，造成偏心轴断裂、箱体开裂现象。

（2）矿石在筛面上移动速度慢，导致筛面上积矿厚，压矿严重。圆振筛总是在超负荷的状态下运行，从而致使筛网破损快，柔性联轴器撕裂、弹簧损坏、大梁断裂、箱体开裂等一系列故障。影响移运速度的主要因素，有圆振筛的振幅和筛网的坡度。设备安装完毕，坡度已为恒值，在生产中只有通过调整偏心块角度来达到调整圆振筛的振幅的目的，长期实践表明，效果并不明显，最后的结局是设备筛分效率低。

（3）堵料严重。第一次整改成直径30 mm圆钢棒条筛后，因原YKR筛的筛孔是封闭型的如图1a，而棒条筛是开放型的图1b，设筛面由直径为d1，d2的两种棒条组成，筛孔尺寸为a，普通筛面形成的是方形封闭筛孔，棒条筛筛孔是开放的长条形。

图1 YKR筛面与棒条筛筛面比较

从式（1）与式（2）比较可知，棒条筛提高了筛面的开孔率，而且利用棒条的二次振动，物料的透筛概率和物料群的分层透筛在解决筛面堵孔和提高筛分效率方面均有提高，但效果不显著。经对堵孔现象进行观察和分析，一是由于棒条缝隙上下及前后一致，当与缝隙大小接近的不规则物料掉入时易被卡死，从而堵塞筛缝；二是物料运行到横向支筋处，因棒条高度较小，物料被挡住而卡停，阻挡了后续物料分层振动与向前滑行，筛面被堵面积逐步扩大。

二、对棒条筛的二次改进

与封闭的圆振筛筛面相比，棒条筛筛面单元的柔性得到充分释放，筛面向下成梳篦形没有筛丝交错分布形成的凹坑使贴近筛面的物料下滑阻力减小，卡住的颗粒可以很容易因频繁二次振动起跳滑下。从理论上讲，在第一临界转速工作时，单个物料颗粒只有纯粹的跳跃运动状态，没有相对滑动和相对静止。在生产实践中，物料在筛面上是以“群”的方式运动，由于物料颗粒之间的相互作用和棒条自振（二次振动）的影响，不会出现纯粹的跳跃运动状态，工厂所需要的理想筛分是使物料在筛面上快速地松散分层，尽可能多地使小于筛孔的颗粒透筛，使它们成为“易筛颗粒”，为此对棒条筛作如下二次改进。

（1）在筛条结构及布置上改进。在横向上将棒条截面设计成上端带圆角的倒梯形结构（图2），矿石在圆角倒梯形结构棒条上滑行的过程中，由于二次振动冲击及滑行磨损达到“易筛颗粒”过筛而不会被卡住，可使接近筛缝尺寸的物料在横向支筋处堵住而不会挡住后续物料。将棒条用支板抬高支承，让棒条高度H大于筛缝最小宽度b（图3）。在纵向上设计成前小后大的喇叭口状筛缝，使物料在向前运动趋势上缝隙渐大即b1>b，从而不易被卡住，物料从筛子上端给入，大于筛孔尺寸的矿块沿筛面自动下滑至颚式破碎机。改进后将大块料从≤300 mm提高到≤400 mm，根据大块物料预先分级的允差以及筛缝大小的不同，合理选择前后缝隙差。

图2 带圆角的倒梯形结构

图3 棒条用支板抬高

（2）最大限度减缓设备低共振状态。通过与设计院及厂家现场测试及理论计算，原设计产生了低共振状态，在地基及机架上出现很大的动力，以致引起建筑物的振动，造成如前所述维护维修成本高开机率低恶性循环。

（3）筛条表面的强化修复。生产运行一定周期后，筛条表面特别是入料口段出现不同程度的磨损，影响筛分效率，在这个易磨损的表面堆焊一层碳化钨，来提高棒条表面的硬度，增强棒条的耐磨性是行之有效的处理方法。

总之，经过不断地实践、整改和探索，公司的磷矿石筛分设备国产化达到了长、安、稳、满、优的运行状态。大型磷复肥高端产品的工艺筛、精制筛等仍然依赖进口，未来国内外筛分技术向大型化、重型超重型、反共振等方向发展，既要减少占地面积，又要提高生产能力和筛分效率，这也是公司在今后做大做强发展建设中追求的目标。

（4）整改筛参数。实测弹性棒条筛一端安装在固定梁上，另一端悬臂，棒条之间间距80 mm，棒条长3340 mm，悬浮臂长870 mm，棒条固定底板180 mm×130 mm的4个方孔固定。

三、筛分机械发展方向

（1）工业的现代化进程促使企业规模增大、生产能力大大提高。

（2）大的矿业工程需要处理大块物料。法国素梅斯塔公司生产的振动棒可处理直径达1 m以上的大块物料。

（3）向理想运动轨迹振动筛发展。以提高各区段的筛分效率和整个筛机生产率为目标．寻找一种以理想运动方式为基础的新型筛分机成为筛分设备发展的一个新方向。

（4）向动筛发展。以减轻整机重量、降低成本、提高使用寿命和可靠性为目标，提出新型的反共振振动筛机。

（5）向标准化、系列化、通用化发展。这是便于设计、生产和降低成本的有效途径，德国KHD公司生产的USL和USK筛机的侧板、筛板、横梁、传动轴均已实现标准化、通用化。振动器也只有3种，同属德国的申克公司生产的冷、热烧结矿筛和等厚筛只有两种标准，可见3化程度之高。

（6）应用自同步技术。采用双电机自同步技术以代替齿轮强迫同步，可简化结构，降低噪声，从而简化了机器润滑、维护和检修等经常性的工作，减少设备故障。

（7）振动强度增大。筛机的振动过程逐渐强化，以取得较大的速度和加速度，从而提高生产能力和筛分效率。

（8）向空间发展。针对细物料，先后出现了旋流振动筛、锥型振动筛、蝶型振动筛、旋转概率筛等，既减少占地面积，又提高生产能力和筛分效率。

（9）向难筛分物料筛机发展。预计共振筛系列发展停滞，惯性振动筛系列日益壮大。