螺旋分選機結構參數對分選效果的影響

趙銀銀

（山西汾西礦業集團雙柳煤礦洗煤廠， 山西 呂梁 033300）

引言

目前，我國選煤廠所使用的選煤工藝主要是重選和浮選相結合的方法。隨著科技的發展，已經有多種分選設備投入使用，如煤泥重介旋流器、TBS干擾床、螺旋分選機等，而相對于其他分選設備，螺旋分選機具有結構簡單、效率高、壽命長、操作維護簡單且作業過程中無噪聲等優點，一直以來在選煤工藝中都占有重要地位。20世紀80年代以來，螺旋分選機已經有多種型號，如XL系列、ZK-LX系列等，是分選煤泥較好的設備。但隨著螺旋分選機運行時間的延長，其結構參數也會發生一定的變化，而結構參數的變化對分選效果造成影響，如螺旋分選機的傾角、斷面形狀、直徑等都會影響到分選效果。

1 分選機傾角對分選效果的影響

1.1 縱向傾角

根據公式：

縱向傾角α直接受螺距d和螺旋半徑ri的影響。螺旋分選機的槽面截面不同且不同截面處所對應的螺旋槽的縱向傾角有所不同，總體呈螺旋半徑ri減小，螺旋槽的縱向傾角α增大的規律。進一步分析，采用螺距d和螺旋不同截面的直徑2ri的比值，即d/（2ri）表征對縱向傾角的影響規律。通過分析煤顆粒在螺旋槽中的移動規律可知，煤顆粒的移動速度速度隨著螺旋槽縱向傾角的變大而加快[1]。

當螺旋分選機的溜槽縱向傾角α的角度較小時，可以認為其正弦cosα近似等于1，余弦sinα近似等于0。

煤顆粒的受力達到平衡時，懸浮在空氣中的顆粒縱向移動速度用下式計算：

式中：vs為煤顆粒縱向移動的平均速度。由式（2）可知，懸浮在空氣中的煤顆粒在達到受力平衡時的縱向移動速度等于煤顆粒縱向移動的平均速度。

煤顆粒的受力達到平衡時，沿螺旋槽底部移動的顆粒的縱向速度用下式計算：

式中：v0為煤顆粒經過自由沉降后接觸到螺旋槽底部時的速度；f為螺旋槽底部的摩擦因數。計算式（3）可知，沿螺旋槽底部移動的煤顆粒的的受力達到平衡時的縱向移動速度為

由于煤顆粒的粒度較小，受重力影響可以忽略不計。可以認為煤顆粒在水平作用力的影響下進行移動。顯然，縱向傾角過小時，對選煤作業的影響是不利的。為了確保煤粒在螺旋槽中的穩定性且能夠在槽中停留足夠的時間以保證分層分帶的效果達到要求，縱向傾角也不能過大。通過查閱文獻資料及實驗研究認為，螺旋分選機螺旋槽外緣的縱向傾角選擇7°～10°最佳，螺距與螺旋半徑的比值選擇0.2～0.25 最佳[2]。

1.2 橫向傾角

通過煤顆粒在螺旋槽壁面的受力分析，煤顆粒在該斷面的移動速度也受橫向傾角β的影響，呈現出移動速度隨橫向傾角β的變大而加快的規律。因此，在對高密度煤進行篩選時，應選擇橫向傾角較大的螺旋槽以篩選出灰度較低的精煤。對于具有相同密度但重量較大的煤顆粒在螺旋槽中進行分選，很有可能使這些重量較大的煤顆粒與灰度較低的精煤一同被篩出，使這些煤顆粒與精煤混合產生質量較差的低灰精煤；如果需要篩選低灰原煤或者對篩選出的精煤進行再次篩選，則應考慮選用橫向傾角較小的螺旋槽，這樣可以使精煤的質量和產率有效提高。另外，煤顆粒的縱向移動速度即受縱向傾角的影響又對煤顆粒的橫向移動速度vy造成影響，因此，在進行選煤作業時，建議選擇縱向傾角α較小而橫向傾角β較大的螺旋槽，特別是對高灰原煤進行篩選，篩出低灰精煤的情況。縱向傾角α和橫向傾角β的取值范圍也受螺旋槽斷面的形狀影響，因此其具體數值需要根據實際情況合理確定。

2 分選機螺旋槽底面形狀對分選效果的影響

底面形狀的不同主要影響到作業過程中的水流流態。對于螺旋分選機螺旋槽底面形狀的要求主要是使顆粒群之間的粘度減小以達到分散顆粒的目的，但在運行過程中螺旋槽也要平穩。在以往的實驗（刻槽、來復條和光面三種槽底）中可以發現一定的規律。來復條槽底會使煤顆粒群范圍增大，造成水躍現象。相比刻槽螺旋槽底，來復條槽底出現的情況相對嚴重，形成的水躍現象嚴重，導致礦物無法很好的按密度進行分層，不良現象顯著。這三種槽底中，光面槽底產生的效果最好，更利于礦物的分層。當然，螺旋槽的槽底上下形狀也要保持一致，使水流的流態更加平穩，提高煤顆粒的析離分層效率[3]。

3 螺旋槽長度和圈數對分選效果的影響

螺旋槽的圈數和直徑共同影響著螺旋槽的長度，螺旋槽的圈數和直徑對螺旋分選機的分選效果也有所差別。當螺旋槽的長度一定時，雖然分別增加圈數或直徑都能提高分選效果，但增加圈數對分選效果的提升程度要明顯優于增加直徑。一般情況下，對于篩選比較容易的原煤，螺旋槽的圈數保持在4圈左右就能達到很好的效果。而對于分選難度較大的原煤，應適當增加圈數，一般選擇6圈。在螺旋直徑不變的條件下，改變螺旋槽的圈數進行試驗分析，發現對分選1～0 mm級的煤泥在6圈時達到了最好的分選效果。其他條件保持不變，降灰比沒有明顯的變化，可以認為螺旋槽的圈數對煤泥的降灰比沒有影響。此外，螺旋槽螺旋直徑的增大，對于干煤泥來說，可以大大提高其處理量，但其分選下限也會隨著螺旋直接的增大而適當提高。

4 分選機旋轉速度和旋轉方向對分選效果的影響

螺旋分選機旋轉速度和旋轉方向都會對螺旋槽內煤顆粒群的移動規律產生一定影響。當旋轉方向按順時針方向旋轉時，水層的厚度受到影響而變薄，當螺旋分選機的旋轉方向按逆時針方向旋轉時，水層會加厚，水層的厚度也受旋轉速度的影響，實際厚度是分選機旋轉速度和旋轉方向共同作用的結果。旋轉方向的改變也會使水流流態發生變化，但總體來說影響不大。水流流態主要受旋轉速度影響較大。在較高的旋轉速度且逆時針旋轉情況下，水流（順時針流動）流態的變化影響比較明顯，這種情況下，螺旋槽內水流流態表現出相互疊加的現象，水流在內橫截面的分布寬度與原煤分離帶出的水流寬度均變窄，這也會引起原煤的截取精度偏離實際而對結果造成一定影響。順時針旋轉的螺旋分選機里的水層變薄，會導致礦物中較粗的顆粒很容易降落到槽底，從而使分選機的分選效果降低。

5 結論

螺旋分選機的分選效果與分選機的結構參數（縱向傾角、橫向傾角、槽底形狀、螺旋槽的長度和形狀和旋轉速度及方向）有重要的聯系，因此，在進行原煤分選時，對分選機結構參數的設計尤為重要。由于煤顆粒性質的不同也會影響到螺旋分選機的結構參數，要得到較好的分選效果，在設計螺旋分選機的結構參數時還應根據實際情況予以調整。