高效强迫同步高频筛的技术研究及工业应用

黄 涛

(鞍山鞍重矿山机械有限公司，辽宁 鞍山 114042)

尾矿是选矿分选作业的产物之一，是入选物料富集得到精矿和中矿后的固体废弃物。我国主要矿产资源入选原矿品位低，造成了巨量的尾矿产出。《中国矿产资源节约与综合利用报告(2015)》显示，我国尾矿堆存量为146亿t，随着矿业开发规模的增大和入选矿石品位的降低，尾矿堆存的数量将逐年增大，不仅占用大量土地，造成资源浪费，而且对生态环境造成严重污染。为了解决尾矿干排的问题，过去常用旋流器和过滤机或压滤机工艺系统，但存在占地面积大、投资大、电耗高、使用成本高等问题。近年来国内逐渐兴起的一项新的尾矿干排处理工艺，是指经选矿流程输出的尾矿经旋流器浓缩后浓度达到40%～50%，再经过高频筛脱水处理，筛上产品含水量通常在15%～20%，可直接转运至固定地点进行干式堆存。高频筛作为脱水的关键设备，其脱水性能好坏直接影响尾矿干排产品的质量。

1 国内外研究现状

目前，国内外的尾矿干排用高频筛按照振动器的结构分类主要有惯性自同步振动器结构和振动电机自同步结构2种。这2种高频筛均采用自同步原理，即2组激振源各自独立同时反向运转，产生往复直线振动[1]，筛面从给料端到出料端为直线面，倾角为-5°～0°，筛缝一般为0.3～0.5 mm，框架板材一般都采用普通碳素钢，横梁采用无缝钢管或焊接托架，振动频率为24 Hz左右，双振幅为3～4 mm，振动强度为4～5。入料浓度为40%～50%的尾矿物料在整体筛面上要形成3个工作区域：预脱水区、滤层形成区和过滤脱水区[2]。在生产应用中，惯性自同步振动器和振动电机结构的尾矿干排用高频筛，存在脱水效率低、物料跑粗、振动器可靠性差和传动件不稳定等问题。

2 关键技术点的研制

针对尾矿干排用高频筛存在脱水效率低、物料跑粗、振动器可靠性差和传动件不稳定等问题，设计的高效强迫同步高频筛主要从筛板结构、筛板固定方式、振动器结构和振动器连接形式4个关键技术点研制。

2.1 筛板结构

高频筛在尾矿干排作业中，由于筛面是负倾角的直线面结构，随着筛分时间和筛分过程的进行，筛面上的尾矿量不断增加，形成饼片状尾矿逐渐扩大，从高频振动筛的入料端到出料端，料层是由薄到厚的楔型分布，造成出料端的料层厚度可以达到150 mm，尾矿干排脱水后，料层堆积过厚，是造成尾矿脱水效率和筛分效果过低的主要原因。

为解决脱水效率低的难题，采用了多台阶(图1)和锯齿形筛板(图2)2种结构相结合的方式。高效强迫同步高频筛的筛板结构由2部分组成，在筛框的给料端部分有一段与水平面成45°倾角的筛面，其余的筛面部分是多台阶锯齿形筛面，每段台阶锯齿形筛面与水平面成3°～10°的负倾角。在工作中，多台阶形筛板不断地切断形成堆积的片状尾矿层，锯齿形筛板结构能够使高频筛增加40%的工作面积，实现料层厚度均匀筛分，提高筛分效果，降低筛上回收的尾矿中的水分，有效解决了由于料层堆积太厚，脱水效率低的难题。

图1 多台阶筛板结构

图2 锯齿形筛板结构

2.2 筛板固定方式

现有的高频振动筛振动频率一般为24 Hz，双振幅为3～4 mm，振动强度为4～5，其振动参数都比普通的振动筛大，导致惯性破坏力也比普通的振动筛大。筛板是振动筛上的易损件，为了方便拆卸和更换，通常是用紧固件通过轨座(图3)或压板(图4)安装在筛框上。现有技术的高频振动筛，由于受到大振动强度振动，紧固螺栓经常出现转动、螺母松动现象，导致筛板松动，使物料跑粗，筛分不合格。

图3 筛板轨座安装结构

图4 筛板压板安装结构

高效强迫同步高频筛采用自主研发的专利技术“筛板T形螺栓限位槽”，实现了T形螺栓双向限位技术，有效防止了由于高频振动和物料冲击导致的螺栓转动、螺母松动现象的发生，彻底解决了高频振动筛由于筛板松动而使物料跑粗的难题。

2.3 振动器结构

现有的高频振动筛振动器轴承使用寿命短，抛射角不稳定，料层形成紊乱。惯性振动器和振动电机结构的高频振动筛，都是利用自同步原理产生直线振动，其激振源前者采用惯性振动器，后者采用振动电机。采用振动电机作为激振源的缺点是：激振力小、调整不方便、轴承润滑困难，使用寿命短，并且受使用环境限制；惯性振动器大多数都是采用甘油润滑，其缺点是注油次数频繁，高频运转时轴承润滑不充分，降低了轴承的使用寿命。另外高频振动筛采用自同步原理，工作中由于受阻尼、载荷、驱动功率等影响，经常会出现两轴转速不一致现象，造成其合力产生的抛射角不稳定，致使料层形成紊乱，影响物料移动速度和筛分效果。

高效强迫同步高频筛采用了偏心块外置式箱式齿轮强迫同步振动器结构(图5)，这种振动器轴承采用的是稀油齿轮飞溅润滑，轴承润滑充分，使用寿命长；同时，采用强迫同步振动器结构，振动筛抛射角稳定，不受外界载荷变化和阻尼影响，物料运行平稳，料层形成有规则，彻底解决了高频振动筛“抛射角不稳定，料层形成紊乱”的难题。

图5 偏心块外置式箱式齿轮强迫同步振动器结构示意

2.4 振动器连接形式

现有的高频振动筛联接2个振动器之间的传动件一般采用万向传动轴，此件是通过花键联接，需定期润滑；万向传动轴两端的法兰孔同轴度较低，易造成2组振动器偏心块产生相位角而使振动筛扭振；对于相对安装位置过近的2个振动器，万向传动轴满足不了所需的安装尺寸；另外，用万向传动轴传动，没有缓冲吸振功能，传动噪声大。

强迫同步高频筛采用了自主研发的专利技术，即一种振动筛用的中间传动器(图6)，本技术采用橡胶弹性盘、柱销和钢性轴相连接装配结构，实现两种结构，满足安装尺寸远近要求；另外，本结构传动件，无需润滑，传动中能缓冲吸振，两端法兰孔采用机械精加工、销钉装配，同轴度较高。该技术使高频振动筛实现了操作灵活方便、工作可靠、使用寿命长、噪声低(84.7 dB(A))的技术关键。

图6 一种振动筛用中间传动器示意

3 高效强迫同步高频筛

3.1 工作原理

作为振源的强迫同步振动器安装在筛箱的安装梁上，当物料进入筛面后同筛箱一起形成参振质量，在减振弹簧支撑下构成整个振动系统。振动器的轴上装有对称相等的偏心质量，在轴承支撑下，经过单电动机传动装置传过来的动力，使振动器上的对称偏心质量作异向旋转，出现激振力时而叠加、时而抵消的状态，促使整个参振系统周期性往复振动，振动轨迹为直线。

高效强迫同步高频筛结构如图7所示。其筛箱采用强迫同步箱式振动器，环槽冷铆联接，组成框架式结构。具有结构先进、振动频率高、处理能力大、脱水效果好、维修方便、坚固耐用等特点。

图7 高效强迫同步高频筛结构

3.2 技术特征

高效强迫同步高频筛结构可靠、运行平稳、噪声低、使用寿命长、振动参数先进、脱水效率高、处理量大，其综合技术性能指标见表1。

表1 技术性能指标

3.3 技术优势

高效强迫同步高频筛采用多台阶锯齿形筛面创新结构，使同型号高频振动筛的有效筛分面积增大，筛分效果提高，使回收的尾矿产品平均含水量为15%，比国内同类产品降低5%，单位面积处理量提高了20%。高效强迫同步高频筛采用筛板T形螺栓限位槽和一种振动筛用的中间传动器专利技术，使高频振动筛结构可靠、运行平稳、筛板不松动、维护简单，噪声低于85 dB(A)。

4 工业应用

根据工业性试验的检测结果，1套尾矿干排系统采用高效强迫同步高频筛回收的尾矿水分平均降低了6%，尾矿回收能力平均提高了20%，折算成每台小时增产量为20 t。按每年生产330 d，每天工作18 h计算，则该选矿厂每年尾矿新增产量为11.88 万t，尾矿平均售价为25 元/t，则每年新增经济效益为297 万元。

5 结 语

高效强迫同步高频筛主要从筛板结构、筛板固定方式、振动器结构和振动器连接形式4个方面关键技术点研制。在能够降低尾矿水分，提高尾矿回收能力的同时，也改善选矿厂的环境，对提高社会效益和减少环境污染具有重大意义。