CN1169630C - 螺旋筒水筛 - Google Patents

Abstract

螺旋筒水筛，一种细粒物料筛分机械设备，主要由内螺旋筛筒、返砂筒、排矿螺旋、水箱、支承机构、提升机构、传动系统、振动装置、给矿管和返砂槽组成。其特征是将一内螺旋筛筒倾斜安装于水箱中，内螺旋筛筒在传动系统带动下转动，振动装置使筛筒振动。待筛物料从给矿管通过中空主轴从下部给入内螺旋筛筒中，筛筒中的物料一方面被筛分，一方面受到内螺旋筛筒的提升运输，筛分和提升同时进行。进入水箱中的筛下物料被排矿螺旋推动从水箱底部筛下产品排出口排出。筛上物料进入返砂筒继续被提升，最后从上部返砂槽排出。由于筛面浸泡于水中，又有振动作用，筛孔不堵塞，筛分效率高，倾斜安装的内螺旋筛筒和返砂筒对返砂的提升作用使该发明能与磨机构成自动闭路磨矿流程。

Description

螺旋筒水筛

一、技术领域：

螺旋筒水筛，是一种与磨矿机构成自动闭路磨矿流程的细粒矿石筛分设备，属矿物筛分分级技术领域。

二、背景技术：

将细粒物料按外形几何尺寸分成若干个粒级的过程为筛分。筛分在选矿、化工、水泥建材等行业中是一个重要的物料准备和生产环节，效率的高低直接影响到这些行业的经济效益。目前工业上广泛应用的，与磨机构成自动闭路磨矿流程的设备是螺旋分级机和水力旋流器，这种配置至今已有百多年的历史，在选矿、化工建材等行业的物料磨细作业中起到了重要的作用，但螺旋分级机是按沉降速度分级的，有限的沉降面积影响了分级效率，一般情况下，这种设备的效率不过40％，有的甚至只有20-30％，导致过粉碎严重，磨机能力不高，严重影响了磨矿作业的效率和产品质量。水力旋流器是利用离心沉降速度的不同对物料进行分级的，该设备的效率一般也不高于50％，与磨机闭路时需要砂泵等矿浆提升设备，水力分级所需的压力也高，所以该设备的使用也导致了过粉碎的产生和系统配置的复杂化。

利用筛分机取代螺旋分级机和水力旋流器是磨矿分级流程的国际发展趋势，研究可以取代螺旋分级机和水力旋流器的筛分设备是选矿行业研究的热门课题之一。公知的细粒物料筛分设备种类很多，虽然具有各自的特点，但不是效率低，就是磨损大，堵塞严重，难以与磨矿机构成自动闭路等缺点限制了它们的应用。

在本申请人申请的专利号为ZL93206610.0的专利中公开了一种振动螺旋管筛分机，该设备由螺旋管状筛、螺旋提升管、传动机构、激振装置、半圆形槽体五部分组成，是一个能与磨机构成自动闭路磨矿的筛分设备。螺旋管状筛和螺旋提升管是该设备的核心部分，螺旋管状筛是筛板或丝网做成的筛管按螺旋线形式缠绕并固定在中轴上而形成的，当中轴转动时，螺旋筛管随之转动，矿石从螺旋筛管的下端给入，在筛管中被筛分，返砂最后从提升管上端排出。经过近十年的研究，这种设备仍然没有在工业上应用，主要有以下缺点：

1、筛分效率只能达到70～75％。这是由于绕在中轴上的螺旋筛管从外形上看是一个螺旋搅拌叶片，当其随中轴转动时，对槽体中矿浆产生了强烈的搅拌作用，从筛管内筛出的细粒矿粒不能有效沉降到槽体下部，有部分细粒从筛管上部筛孔又返回进入筛管中，从而降低了筛分效率。

2、功率消耗大。当设备转速较高时，搅拌叶片状的螺旋外形一方面产生了强烈的搅动，另一方面产生了强大的阻力，从而导致设备能耗高。

3、筛下产品堵塞严重，设备难以正常运行。由于槽体较长，筛下产品中粗粒部分沉积，难以从排矿口排出，严重时粗粒堆积直到将筛管埋没，造成严重的磨损和破坏。

4、螺旋筛管结构复杂，难以加工。筛管成型后，按螺旋线形式缠绕并固定在中轴上，这一加工过程难度太大，没有制造厂家能保证其工艺要求。如果在中轴上先做成螺旋管骨架，再在骨架上固定筛网或筛板，一台设备的筛板数量达700～1000块，需要3000～4000颗螺栓，由于振动的存在，设备使用过程中螺栓松动，漏矿和筛板脱落事故经常发生。

5、筛板更换困难，设备作业率底下。筛板或筛网在使用1～2个月后，因磨损需要更换，此时3000～4000颗被磨损的螺栓难以拆卸，700～1000块筛板更换时5人将耗时7天，严重影响设备及工厂的运转率。

在本申请人申请的专利号为ZL00222964.1的专利中公开了一种振动筒形水筛，该设备由水箱、筛筒、支承机构、传动系统、振动装置组成，该设备核心技术是筛筒的结构，筛筒为圆形或多面体形状，筛筒内壁设置数十块平行于筛筒轴线的返砂提升板，当筛筒转动时，给入其中的矿石被筛分，同时返砂被返砂提升板提升到筛筒上部，倒入返砂溜槽中，再从筛筒的中空轴颈排出。该设备由于以下缺点，难以在中大型选矿厂中应用。

1、中大型设备的筛分效率低下，只能达到50％。这是由于矿石被筛分的时间短造成的，另外，新给进的矿石混入已筛好的矿石中，降低了筛分效率。

2、筛网振动微弱，筛筒中的矿石难以松散悬浮，一方面影响了筛分效率，另一方面，沉积的矿石对筛网磨损严重。由于结构限制，振动只能通过龙门架—机架—托轮—中空轴颈—筛筒端盖—返砂提升板传递到筛网，尽管振动装置的振动强度很大，但到达筛网时振动已经很微弱了。为了使筛网的振动强一些，振动装置的振动强度必须很大，这又造成了设备的强烈震动和破坏。

3、返砂提升高度不足，难以与磨机构成自动闭路磨矿流程。由于结构限制，设备的进矿与返砂出矿都通过筛筒的中空轴颈，返砂虽然被提升离开了水面，但实际上返砂排出点与给矿点间几乎没有高差，与磨机的自动闭路不能实现。

4、筛下产品堵塞严重，设备难以正常运行。由于槽体较长，筛下产品中粗粒部分沉积，难以从排矿口排出，严重时粗粒堆积直到将下部筛筒埋没，造成筛网严重的磨损和破坏。

介质旋后筛是一种能与磨机构成自动闭路的筛分设备，但该设备采用湿式筛分，筛孔堵塞异常严重，连续的生产无法正常进行，致使这一设备还没有完成工业试验就失败。有一种细粒卧式圆筒筛，当磨机自带返砂提升大勺时基本能与磨机自动闭路。这种筛分机也采用湿式筛分，筛孔堵塞严重，矿石对筛网的压力大，筛网磨损严重，筛分效率不高，一般只能在50％～60％，特别是要求的筛下产品粒度小于0.5mm时，筛分难以进行。

其它的筛分机如旋流筛、立式圆筒筛、高频细筛、直线筛、弧形筛、敲打细筛等，均不能与磨机构成自动闭路磨矿，筛网的磨损也很大。

由于目前公知设备存在这样那样的不足，致使与磨机构成闭路磨矿的筛分分级设备仍然是效率低下的螺旋分级机和水力旋流器，因此研究高效、能与磨机构成自动闭路的细粒筛分设备一直是国内外物料筛分分级领域的热门课题。

三、发明内容：

1、发明目的：

本发明的目的是为细粒物料筛分提供一种效率高，磨损小，不易堵塞，生产能力大，能与磨机自动闭路，严格按几何尺寸筛分分级的螺旋筒水筛。

2、技术方案：

(1)组成结构：图1、2、3是本发明的组成结构图。

主要由内螺旋筛筒1、返砂筒2、排矿螺旋3、水箱4、支承机构5、、提升机构6、传动系统7、振动装置8、给矿管9和返砂槽10组成。

内螺旋筛筒1由主轴18、内螺旋叶片28、筛筒31(见图2)、上轴承座19、下轴承座12和大皮带轮20组成。内螺旋叶片28通过螺栓与主轴18上的抱箍34(图5所示)连接，筛孔尺寸为3mm～0.10mm的筛网卷绕于内螺旋叶片28的外缘，并用压条等方式固定，形成内螺旋筛筒1。

返砂筒2由薄壁钢板(或工业滤布、橡胶、多层筛网)(见图2)卷绕并固定于内螺旋叶片28的外缘形成，通过内螺旋叶片28、抱箍34与主轴18连接。返砂筒可设计成圆筒，也可设计成下大上小的锥台形筒体。

内螺旋筛筒1和返砂筒2相连，内部螺旋叶片是连续的，二者固定于主轴18并与主轴18同步转动。内螺旋筛筒1位于进矿端，返砂筒2位于返砂出口端。主轴18通过两端轴承座19、12支承于支承机构5上。

水箱4的上部为矩形，下部为梯形，水箱底为半圆形(见图3)，最低处设有筛下产物排出口11，上部设有溢流口13，水箱4通过固定机架29支承于地面上。

内螺旋筛筒1，返砂筒2随主轴18倾斜安装于水箱4中，倾角为α(主轴与水平线之间的夹角)。内螺旋筛筒1浸泡于水箱4的水中，返砂筒2在水面以上。根据处理量的大小，在一个水箱中可平行安装多个内螺旋筛筒和返砂筒。

排矿螺旋3由螺旋轴25、小螺旋叶片27、小皮带轮24、螺旋轴上轴承座26、螺旋轴下轴承座30组成。小螺旋叶片27固定于螺旋轴25上。排矿螺旋3位于水箱4的底部，与水箱的半圆形底构成螺旋输送系统。排矿螺旋3的小皮带轮24通过皮带与主轴18的大皮带轮20相连，与主轴18共用一套传动系统。

振动装置8由振动电机或偏心轴振动机构14组成，安装于下轴承座12的支承架33(见图3)上。电机22、减速机21安装于上机架23上构成传动系统7。支承机构5为型钢结构件。提升机构6由纲丝绳17、手动或电动绞车15组成，当需要更换筛网时，通过提升机构将内螺旋筛筒提升离开水面，便于更换筛网。给矿管9由聚氨酯，耐磨橡胶等制成，给矿管9的外法兰与外部进矿管相连。返砂槽10由钢板电焊而成。

(2)筛分机的工作过程

螺旋筒水筛启动前，水箱盛水至溢流口。电机经减速机减速，通过主轴皮带轮使主轴转动，也使排矿螺旋转动，连接于主轴上的内螺旋筛筒和返砂筒随主轴一起同步转动，同时振动装置使主轴下轴承座振动，该振动通过主轴传递给内螺旋筛筒，从而使内螺旋筛筒振动。

细粒物料以矿浆的形式从给矿管进入主轴下部中空区域，再从中空主轴壁上的孔进入内螺旋筛筒中。由于内螺旋筛筒下部浸泡于水箱的水中，筛筒又是振动着的，进入筛筒中的物料处于良好的分散悬浮状态，且其中的物料颗粒向筛面自由沉降，当达到筛面时，部分小于筛孔尺寸的颗粒穿过筛孔，进入水箱，在水箱中下沉到达底部区域，此时的排矿螺旋是转动着的，在排矿螺旋的输送下，最终从水箱最下部的筛下产物排出口11排出成为筛下物料。大于筛孔尺寸的颗粒不能穿过筛孔，夹杂着细粒位于相邻两螺旋叶片和筛面构成的螺旋沟槽中。由于内螺旋筛筒是转动的，转动的速度低于其中的物料发生离心运动时的转速(临界转速n_c)，所以位于螺旋沟槽中的物料相对于这一沟槽发生滑动和翻滚，当内螺旋筛筒转动一周时，其中的物料也就向上运动了一个导程的距离。当内螺旋筛筒转动几周后，这批物料也就向上运动了几个导旋的距离。这批物料在向上的运动过程中，其中的细粒物料在水的悬浮分散作用和筛面的振动作用下，不断的穿过筛孔进入水箱，从而实现筛分作用。当内螺旋筛筒转动的周数超过自身内螺旋叶片的圈数时，这批物料从内螺旋筛筒排出，进入返砂筒以同样的原理继续被提升，最后从返砂筒上部排出，进入返砂槽中成为粗粒返砂。

从给矿管进入的物料是连续不断地，由于内螺旋筛筒的转动，螺旋叶片与筛面构成的螺旋沟槽将连续给入的物料均匀地分成一批一批的物料进行独立的筛分和提升运输，返砂从返砂筒排出时也是一批一批的，是间断的，但时间间隔很少短，返砂进入返砂槽后，又变成连续的流动，这样就实现了筛分单元化和进排矿的连续化。

(3)内螺旋筛筒转速及倾角的设计与计算

1)内螺旋筛筒转速 $0<n<n_c=\frac{42.4}{\sqrt{D}}$

式中：n为本发明筛分机的内螺旋筛筒转速；

      D为内螺旋筛筒直径；

      n_c为内螺旋筛筒临界转速(即物料随筛面一起发生离心运动时的筛筒转速)。

2)内螺旋筛筒倾角0＜α＜90°-β-γ

式中：α为本发明筛分机的内螺旋筛筒轴线与水平面的夹角；

      β为本发明筛分机的内螺旋筛筒螺旋叶片的螺旋升角；

      γ为水中的物料在筛面上的自然堆积角。

(4)与公知技术相比本发明具有的优点及积极效果：

1)筛分效率高，可达90％～95％。

内螺旋筛筒的筛面浸泡于水中，水的波动，筛面的振动使筛孔的堵塞被避免，从而保证了筛孔的永远畅通，这对保证高的筛分效率至关重要。此外，筛分过程中，位于内螺旋筛筒内两螺旋叶片间的沟槽中的待筛物料基本是相互独立的，新给料不会干扰已筛好的物料，给料是连续的，但筛分却是分离的，实现了筛分的单元化和进排矿的连续化，这确保了筛分的精确性，这种筛分单元化的特性在专利号为ZL00222964.1的振动筒形水筛中是没有的。内螺旋筛筒和返砂筒的螺旋叶片与主轴间有较大的间隙，粗粒物料在被提升的过程中，夹杂于其中的细粒会悬浮于矿浆中，再从该间隙向下回流，使之受到进一步的筛分，减少返砂的含泥，这一功能是专利号为ZL93206610.0的振动螺旋管筛分机所没有的。

2)筛面磨损小

物料进入内螺旋筛筒后，受到水的悬浮作用，大部分物料松散悬浮于水中，只有少部分物料与筛面直接接触，且这部分直接接触筛面的物料也是通过自由沉降下落到筛面上的，对筛面的冲击、冲刷速度很小。还有部分粗粒物料下落到螺旋叶片上，不与筛面直接接触，所以与干筛和湿筛相比，筛面的磨损大幅度下降。

3)返砂自动提升，足以与磨机构成自动闭路磨矿。

内螺旋筛筒对于粗粒来讲实质上是一个内螺旋筒输送机，内螺旋筒每转动一周，物料就被向前输送了一个导程的距离，当内螺旋筒倾斜安装时，这种向前的输送就变成了向上向前的输送，返砂提升高度决定于主轴倾角和返砂筒的长度，这克服了振动筒形水筛返砂提升困难的缺点。另外该内螺旋筒输送机的筒表部分是用筛网卷绕而成的，是一个内螺旋筛筒，输送过程中有筛分作用，筛分过程中也伴随着输送作用。这种提升作用是与磨机构成闭路所必须的。

4)筛下物料的强制排出功能

筛分机的水箱较长，靠自流难以排出其中的筛下物料，本发明设计了排矿螺旋，使沉积于水箱底部的物料能被强制排出，保证了筛下产物的顺利排出，避免了振动螺旋管筛分机和振动筒形水筛筛下产物严重堵塞的缺点。

5)设备造价低

本发明的目的是取代螺旋分级机，该发明的设备重量只是同处理能力螺旋分级机的一半，所以造价只是螺旋分级机的一半。振动螺旋管筛分机的核心部件螺旋管状筛的加工难以满足工艺要求，制造成本很高，而本发明的螺旋筒水筛的主体部件是在主轴上的螺旋叶片外缘卷绕上筛网而形成一圆管形的内螺旋筛筒，制造工艺简单，成本只是振动螺旋管筛分机的螺旋管状筛的三分之一。

6)安装功率低

本发明的安装功率只是同处理能力的螺旋分级机的三分之一。由于内螺旋筛筒的外形是圆筒形的，在水中转动时，阻力比振动螺旋管筛分机的螺旋叶片状的外形产生的阻力小得多，所以安装功率只是振动螺旋管筛分机的一半。

7)维修方便，设备运转率高。

设备的维修主要是更换筛网。本发明的螺旋筒水筛，更换筛网时，只是将一块长长的筛网按螺旋线形式卷绕在螺旋叶片外缘，用压条固定即可，筛网只有一块，更换快，省时省力，设备运转率高。而振动螺旋管筛分机的螺旋管状筛由700～1000块筛网组成，更换极其费力费时，严重影响设备的运转率。

四、附图说明：

图1、2、3、4、5是本发明的组成结构图。

图1为正视图，图中1为内螺旋筛筒，2为返砂筒，3为排矿螺旋，4为水箱，5为支承机构，6为提升机构，7为传动系统，8为振动装置，9为给矿管，10为返砂槽，11为筛下产物排出口，12为主轴下轴承座，13为溢流口，14为振动电机，15为手动或电动绞车，16为下机架，17为钢丝绳，18为主轴，19为主轴上轴承座，20为大皮带轮，21为减速机，22为电机，23为上机架，24为小皮带轮，25为螺旋轴，26为螺旋轴上轴承座，27为小螺旋叶片，28为内螺旋叶片，29为固定机架，30为螺旋轴下轴承座。

图2为俯视图，图中31为筛筒，32为返砂筒壁。

图3为侧视图。图中33为下轴承座支承架。

图4为B-B刮面图，34为抱箍。

图5为C-C刮面图。

五、具体实施方式：

实施例一：

使用地点：与磨机构成自动闭路磨矿流程

处理矿石：锡石多金属硫化矿

处理能力：300吨/日

产品粒度：-0.3mm＞95％

本机技术参数设计为：

1、内螺旋筛筒个数为1，内螺旋筛筒直径D＝600mm，长度L＝4000mm；

2、返砂筒个数为1，D₁＝600mm，长度L₁＝2400mm；

3、筛网为不锈钢，筛孔尺寸：0.4mm；

4、主轴电机功率2.2kW，振动装置电机功率1kW，主轴转速：n＝20转/分，排矿螺旋转速30转/分。

5、内螺旋筛筒轴线与水平面夹角(倾角)α＝20度，内螺旋筛筒的螺旋头数为2，导程为500mm，一头螺旋叶片的圈数为8圈，内螺旋叶片为耐磨玻璃钢。水箱宽度1100mm，高度1500mm，长度6000mm。

实施例二：

使用地点：与磨机构成自动闭路磨矿

处理矿石：铁矿石

处理量：2400吨/日

产品粒度：-0.4mm＞95％

本机技术参数设计为：

1、内螺旋筛筒个数：4；直径D＝1000mm，长度L＝6000mm；

2、返砂筒个数为4，下端直径D₁＝1000mm，上端直径为500mm，长度L₁＝4000mm；

3、筛板为聚氨酯筛板，筛孔尺寸为0.5mm；

4、主轴电机功率为4×4kW＝16kW，振动电机功率4×1kW＝4kW；主轴转速15转/分，排矿螺旋转速20转/分；

5、内螺旋筛筒轴线与水平面的夹角(倾角)α＝15°，内螺旋筛筒的螺旋头数为3，导程为1200mm，一头螺旋的圈数为5圈，内螺旋叶片为铸钢。水箱宽度6000mm，长度9000mm，高度2200mm。

Claims (6)

1、一种螺旋筒水筛，其包括筛筒(1)、排矿机构(3)、水箱(4)、支承机构(5)、提升机构(6)、振动系统(7)、给矿(9)和排矿口(11)，筛筒固定在中轴上，中轴由两端的轴承支承于轴承座上，电机通过减速装置带动中轴以小于筛筒临界转速的速度转动，从而带动筛筒一起转动，筛筒倾斜安装于水箱中，待筛物料从给矿端给入，进入筛筒中，在振动装置和筛筒转动的共同作用下，被一面筛分，一面提升，小于筛孔的物料通过筛孔进入水箱，再从筛下物排出口排出，大于筛孔的物料不能通过筛孔，随着筛筒的转动被提升到筛筒上部排出，其特征在于：

1)筛筒是一内螺旋筛筒，由主轴(18)、内螺旋叶片(28)、筛筒(31)、上轴承座(19)、下轴承座(12)和大皮带轮(20)组成，内螺旋叶片(28)通过螺栓与主轴(18)上的抱箍(34)连接，筛网卷绕于内螺旋叶片(28)的外缘，并用压条等方式固定，形成内螺旋筛筒(1)；

2)设计有返砂筒(2)，其由薄壁钢板卷绕并固定于内螺旋叶片(28)的外缘形成，通过内螺旋叶片(28)、抱箍(34)与主轴(18)连接；

内螺旋筛筒(1)和返砂筒(2)相连，内部螺旋叶片是连续的，二者固定于主轴(18)并与主轴(18)同步转动，内螺旋筛筒(1)位于进矿端，返砂筒(2)位于返砂出口端，主轴(18)通过两端轴承座(19)、(12)支承于支承机构(5)上；

3)水箱(4)的上部为矩形，下部为梯形，水箱底为半圆形，最低处设有筛下产物排出口(11)，上部设有溢流口(13)，水箱(4)通过固定机架(29)支承于地面上；

内螺旋筛筒(1)、返砂筒(2)随主轴(18)倾斜安装于水箱(4)中，内螺旋筛筒(1)浸泡于水箱(4)的水中，返砂筒(2)在水面以上，根据处理量的大小，在一个水箱中可平行安装多个内螺旋筛筒和返砂筒；

4)设计了排矿螺旋(3)，其由螺旋轴(25)、小螺旋叶片(27)、小皮带轮(24)、螺旋轴上轴承座(26)、螺旋轴下轴承座(30)组成，小螺旋叶片(27)固定于螺旋轴(25)上，排矿螺旋(3)位于水箱(4)的底部，与水箱的半圆形底构成螺旋输送系统，排矿螺旋(3)的小皮带轮(24)通过皮带与主轴(18)的大皮带轮(20)相连，与主轴(18)共用一套传动系统；

5)振动装置(8)由振动电机或偏心轴振动机构(14)组成，安装于下轴承座(12)的支承架(33)上，电机(22)、减速机(21)安装于上机架(23)上构成传动系统(7)，支承机构(5)为型钢结构件，提升机构(6)由纲丝绳(17)、手动或电动绞车(15)组成，给矿管(9)由聚氨酯、耐磨橡胶等制成，给矿管(9)的外法兰与外部进矿管相连，返砂槽(10)由钢板电焊而成。

2、根据权利要求1所述的螺旋筒水筛，其特征是：内螺旋筛筒转速与内螺旋筛筒的临界转速及直径满足下列关系：

$0<n<n_c=\frac{42.4}{\sqrt{D}},$ 式中：n为内螺旋筛筒转速，n_c为内螺旋筛筒的临界转速，D为内螺旋筛筒的直径。

3、根据权利要求1所述的螺旋筒水筛，其特征是：主轴(1)与水平面的夹角α满足下列关系：

0＜α＜90°-β-γ，式中：α为内螺旋筛筒和返砂筒主轴与水平面的夹角，β为内螺旋筛筒和返砂筒内螺旋叶片的螺旋升角，γ为水中的物料在筛面上和螺旋叶片上的自然堆积角。

4、根据权利要求1所述的螺旋筒水筛，其特征是：返砂筒用工业滤布、橡胶或多层筛网制作。

5、根据权利要求1、4所述的螺旋筒水筛，其特征是：返砂筒可以作成圆形，也可以作成下大上小的锥台形筒体。

6、根据权利要求1所述的螺旋筒水筛，其特征是：给矿管用聚氨酯或耐磨橡胶制成。

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