2.5 筛分方法的种类及概率厚层筛分法

2.5.1 筛分方法

筛分方法种类较多，最常见的有普通筛分法、薄层筛分法、概率筛分法、厚层筛分法等。这些方法各有优缺点，下面分别叙述这些筛分法的特点。

1. 普通筛分法

普通筛分法是在工业部门中长期沿用的一种筛分方法，其物料层厚度中等，这种方法在普通振动筛中应用，有以下一些特点：

1）料层厚度一般为筛孔尺寸的3~6倍。

2）筛面层数为1~2层。

3）物料颗粒的透筛是按照筛孔的大小进行的，小于筛孔的物料颗粒在沿筛长方向运动的过程中不断透过筛孔，而大于筛孔的物料颗粒沿筛面方向移动，最后从筛面上方排出。

一般情况下，筛孔尺寸与筛下物的最大尺寸有如下关系：对于圆孔，a=（1.3~1.4）d_max，对于方孔，a=（1.1~1.15）d_max，对于长条形孔，a=（0.7~0.8）d_max。其中a为筛孔尺寸，对于圆孔为直径，对方孔与长条孔为窄边长，d_max为筛下物最大尺寸。

利用普通筛分法对物料进行筛分，物料的透筛过程进行得较缓慢，在筛长相同的情况下，该种筛分法的筛分效率较低。尽管如此，由于普通筛分法的适用性强，既适用于粒状物料筛分，也适用于块状物料筛分，既可用于干筛，也可用于湿筛，所以直到现在该法仍广泛应用于工农业生产中。

2. 薄层筛分法

薄层筛分法是在物料层极薄的条件下进行的一种筛分法。该法通常采用筛面直接激振的振动筛机，如筛网振动式电磁振动筛、凸轮式振动筛、直线振动筛等。该筛分法有以下一些特点：

1）料层厚度仅为筛孔尺寸的1~2倍，即h/a=1~2（h为料层厚度，a为筛孔尺寸）。

2）筛面为单层或双层。

3）一般选用较高的物料运动速度，常用速度为0.5~1m/s。

4）一般采用高频率、小振幅，常用的振动频率为1500~6000r/min，相应振幅为3~0.12mm。

5）给料宽度与筛面宽度之比接近1∶1。

6）适用的筛面倾角一般为25°~45°。

薄层筛分法适于对细料进行筛分，分离粒度一般为0.05~5mm，最常见的为0.1~3mm。

3. 概率筛分法

概率筛分法是瑞典人摩根森（Mogensen）首先提出的。这种方法有效地按照概率理论去完成物料筛分的整个过程，有以下一些特点：

1）采用多层筛面，一般为3~6层。

2）筛面采用较大的安装倾角，一般为25°~60°。

3）采用较大的筛孔，筛孔尺寸与分离粒度之比为2~10。

采用这种筛分方法的筛机，我们称为概率筛，国外称为摩根森筛。由于这种筛分法能动地利用了概率原理，使得在这种筛机中的筛分过程进行得十分迅速，物料在这种筛机中经历的时间一般为3~6s，而在普通筛机中约需10~30s。因此可以说在概率筛上进行的筛分属于快速筛分。这种方法的优点是，由于采用了多层、大倾角和大筛孔的筛面，物料入筛后能迅速透筛，同时也克服了普通筛分法中容易堵塞筛孔的缺点，消除了临界颗粒的影响，减小了筛面的磨损，提高了单位面积的处理量，概率筛单位面积的处理量约为普通振动筛的5倍。概率筛只适用于物料的近似筛分，筛下产品常常含有一定量的粗颗粒，有时不能获得较高的筛分效率，因此，一般只适用于近似筛分的场合。

4. 厚层筛分法

厚层筛分法也叫大厚度筛分法，该筛分法的特点是：不管入料中小于筛孔的颗粒所占的百分比如何，在筛分过程中筛上物料层的厚度大，而且保持不变或递增，而采用普通筛分时，筛上物料层厚度较薄，而且都是递减的。

用普通筛分法筛分物料时，筛面给予物料层的加速度值不够大，使小颗粒向下沉降的速度小，到达筛面要经过一段较长的时间，物料分层不好，因此，普通筛分法平均单位面积透筛能力仅是筛面实际透筛能力的25%左右。

厚层筛分法在入料端的加速度要比普通筛分法大，因而可使物料层的加速度加大，料层变薄，并很快地分层。对已分层的料群，施加与普通筛分法相同的加速度，使物料透筛。这种筛分法，使小颗粒和筛面接触的概率显著增大，平均单位面积透筛能力约为筛面实际透筛能力的80%。因此厚层筛分法可成倍地提高筛机的处理能力。

为了使物料层能沿筛面按上述要求分布，可以采用以下两种方法：

1）大抛掷指数的厚层筛分法。在筛分作业中，筛面呈缓倾斜或水平，并分成若干区段，每区段都有自己的传动机构。第一区段的振幅（或频率）比较大，其振动加速度约为10g，第二区段的振幅（或频率）比较小，振动加速度值约为4~5g。

2）大倾角安装的厚层筛分法。将圆运动振动筛与直线振动筛串联安装，圆运动振动筛的倾角为30°~40°，物料有较高的运动速度，料层较薄；而直线振动筛倾角为0°~10°，以正常的加速度进行筛分。厚层筛分法目前已在我国某些大型选煤厂中使用，效果良好。

2.5.2 概率厚层筛分法

经过多年的研究，我们将概率筛分法的优点和厚层筛分法的优点结合在一起，而克服了两种方法的不足，提出了一种新的筛分方法，即概率厚层筛分法。

概率厚层法的第一个阶段是以概率筛分原理为基础，而第二个阶段以厚层筛分原理为基础，对物料进行快速分层，加快物料透筛概率。这种筛分方法有较大的产量和较高的筛分效率，而且不需要很长的筛面。

根据这种筛分方法，我们已设计出了多种规格的概率厚层筛分机，它们已被应用于工业生产，其工作效果十分令人满意。

1. 概率厚层筛分法的产生及其背景

最近30年来，筛分方法有了很大的发展，除了以往一直沿用的普通筛分法及薄层筛分法外，在工业部门中出现了概率筛分法（Mogensen，1965）和厚层筛分法（又称等厚筛分法）（Bursilein，1973）。这两种筛分方法的出现，曾引起了工程技术界的广泛重视和密切注意。1978年，我们研制了我国第一台自同步概率筛（见图2-20a），并将它成功地应用于碳化硅的筛分流程中。次年，又研制成功了我们第一台厚层筛（见图2-20b）。概率筛和厚层筛均具有其他筛机所不能比拟的优点，如产量很大，但也有各自的缺点。概率筛在多数情况下，筛分效率较低，筛上物和筛下物分离不够纯净；而厚层筛的长度过长，结构较笨重。如何能使上述两种筛机的优点得到充分发挥，而使其缺点得以克服呢？概率厚层筛分法与概率厚层筛（又称概率等厚筛）就是为解决上面提出的问题而研究成功的。

1981年初，由于某工业部门生产的需要，提出研制一种尺寸小、产量大和筛分效率高的新型筛分机械。筛机的尺寸（长×宽×高）应小于3500mm×2200mm×1400mm，按给料计算的产量应达到675m³/h，而筛分效率应超过90%。鉴于上述情况，利用概率筛和厚层筛虽然都能满足产量的要求，但概率筛很难达到所要求的筛分效率，而厚层筛由于长度过大（一般为7m～9m），在尺寸严格限制的条件下显然是不适用的。为了解决现场提出的关键问题，我们反复研究与试验，终于在1981年夏，研究出将概率筛分法与厚层筛分法结合在一起的一种新的筛分方法，即概率厚层筛分法，并进而研制出了新型概率厚层筛（见图2-20c）。经过近四年时间的运转，证明该筛机的研制是成功的，它满足了现场提出的要求。目前该筛机在多个部门推广使用。最近我们又设计与研制了另外一种用于煤炭筛分的概率厚层筛，已用于原煤及煤矸石的筛分，效果良好。

2. 概率厚层筛分法的特点

概率厚层筛分法的工作过程包括两个阶段——概率分层及筛分阶段与厚层筛分阶段。

（1）概率分层及筛分阶段 概率厚层筛分法与厚层筛分法不同，概率厚层筛分法的第一个阶段是利用概率原理对物料进行快速分层，同时还有筛分的作用，其所需的筛面工作长度一般为1.5~2m，也可以说，这种分层是属于强制分层。而厚层筛分法的第一个阶段是靠筛面的振动使筛面上的物料实现自然分层，其所需筛面的工作长度一般为2.5~4m，由于依靠物料在筛面上跳动实现自然分层，其所需时间长，分层慢，因而这是一种效率较低的分层方法。其次，概率厚层筛分法的第一个阶段，除了实现快速分层之外，细颗粒物料将以很快的速度不同程度地透过各层筛面的筛孔，部分地实现了筛分。而在厚层筛分法中，依靠物料实现自然分层，细颗粒物料透筛的速度远较概率筛分为慢，被筛下的细粒级物料也较前一种方法为少。因此，对细颗粒物料来说，在概率强制分层过程中获得了比厚层筛较好的筛分；但对于粗物料来说，只是一个分层的过程。

概率厚层筛分过程的第一个阶段，其工作原理与概率筛分法有很多相似之处，但也有一些不同，其筛面结构具有以下特点：

1）多层。在概率筛分法中一般为3～6层。在概率厚层筛分法中，宜采用3层。

2）大倾角。在概率筛分法中筛面一般带有25°~60°的安装倾角。对概率厚层筛分法，第一阶段可取20°~40°。

3）大筛孔。在概率筛分法中，筛孔尺寸与分离粒度之比一般为2~10倍。而对概率厚层筛分法，最下层筛面的尺寸应适当减小，可取为分离粒度的1.3~1.7倍。

由于筛面具有上述特点，使得概率厚层筛分过程的第一阶段与自然分层的厚层筛分法的第一阶段有着显著的不同。最主要的不同点是概率厚度筛分法的第一阶段十分明显和有效地按照概率理论去完成物料的分层与部分细粒物料的筛分，因而这一阶段所需的时间及所需的筛面长度远较自然分层的厚层筛分法为短，可以说这是一种极快速的分层与筛分。但对于概率厚层筛分法来说，在这一阶段中，细粒物料的透筛并非是根本目的，而是第二位的功能。虽然提高这一功能的效益也是有重要意义的，但细物料的透筛效果，即筛机的筛分效率，应该由第二个阶段来保证。在这一阶段中被筛分物料的分层与筛分在各层筛面上的分配曲线如图2-21所示。十分明显，在这一阶段中，由上而下自各层筛面上方排出的物料由粗逐渐变细。图2-21直角坐标系中的曲线1为被筛分物料的粒度组成，横坐标为相对粒度，即物料粒度与筛孔尺寸之比，纵坐标为各粒级物料含量的百分数。被筛物料经第一层、第二层及第三层筛面筛分之后，分为筛上与筛下两种产品，它们的粒度的分界线为曲线2，曲线2与曲线1之间距为筛上物粒度组成，曲线2与横坐标之间距为筛下物粒度组成。由图可见，经第一阶段分层与筛分之后，在筛上物中还有相当多的细粒物料。因此，为了使物料获得更精确的筛分，应采用第二阶段——厚层筛分阶段对物料进一步筛分。

（2）厚层筛分阶段 在第二阶段中，物料的筛分过程是以厚层筛分法为基础的。这一阶段筛面的倾角一般为0°~10°，物料运动速度较低，料层变厚，其厚度一般大于筛孔尺寸的8~10倍。筛面长度一般为2.5~4m，而自然分层的厚层筛，其第二阶段的筛面长度通常为4~6m。这一阶段的筛分过程是在料层较厚的条件下进行的，由于物料层厚度大，物料按粒度的大小成层，大块在上，小粒在下，因此，细物料承受厚料层的压力也较大，并直接与筛面接触，这就使细物料透过筛孔的概率显著增大。根据文章（Burstlein，1973）介绍，厚层筛平均单位面积的透筛能力约为筛面实际透筛能力的80%，而普通振动筛由于料层较薄，细粒物料所受的压力较厚层筛为小，透筛概率显著降低，因此，厚层筛与普通筛相比可成倍地提高筛机的处理能力。概率厚层筛采用了概率快速分层（兼有筛分作用）与厚层筛分，使该筛有较大的处理能力，又有很高的筛分效率，并且可使其工作长度远较厚层筛分为短。

概率厚层筛分法第二阶段的分配曲线如图2-21上方的直角坐标图所示。由于在第一阶段概率分层与筛分之后，细物料没有得到充分的筛分，筛分精度不高，在筛上级别的物料中还有较多的细粒级别物料，特别是接近筛孔尺寸的细粒物料。曲线1与曲线2的间距为进入第二段的被筛物料的粒度组成，由图看出，在这部分物料中还有许多小于分离粒度的物料，必须进行第二阶段的筛分，经第二阶段筛分后再分为两种级别。曲线3与横坐标的间距为筛下物的粒度组成，而曲线3与曲线1的间距为筛上物的粒度组成。由图可见，筛上物料中虽然还含有细颗粒，但其含量甚小。因此，概率厚层筛分法所处理的物料具有较高的精确度，被筛分物料具有较高的筛分效率。

3. 提高概率厚层筛分效果的若干措施

由于概率厚层筛分过程是由概率分层及筛分与厚层筛分两个阶段所组成的，其分层及筛分的基本理论与前面介绍的概率筛分理论相同，这里不再重复。

根据前面分析结果可知，为了提高筛分效率，可以采取以下措施。

1）增大每一粒级物料的透筛概率C_x，概率厚层筛的第一段采用大筛孔，而第二段采用大厚度，以增大对细物料的压力，这对增加透筛概率C_x值是有益的，所以概率厚层筛具有较高的筛分效率。

2）增加物料在筛面上的跳动次数m，这对提高筛分效率也是一个很重要的因素。概率厚层筛的第二段就可以增加物料在筛面上的跳动次数，以便提高该筛机筛分过程中的筛分效率。

3）减少物料难筛颗粒（即接近于筛孔尺寸的颗粒）的含量可以提高筛分效率。在概率分层及筛分阶段，如适当增大筛孔尺寸，可在一定程度上提高筛分效率，但筛下物中往往含有粗粒级。在一般筛机中，只能增加物料跳动次数和增大每次跳动的概率来提高物料的筛分效率。

相对粒度x不同时物料的透筛量与跳动次数和筛面长度的关系如图2-22所示。

4. 概率厚层筛试验研究的若干结果

概率厚层筛用于筛分铁路石渣，以除去小于20mm的泥砂和碎石。试验结果如图2-23所示。分离粒度为20mm，下层筛面的筛孔尺寸为20mm×30mm。筛分后筛上物与筛下物的粒度组成以及筛上物中各粒级占筛上物的含量均列于表2-7中。由表可见，在筛上物料中还含有细粒级别。根据表2-7中的数据可计算出筛分效率。

根据研究结果，可引出以下几点结论：

1）概率厚层筛分法是一种新的高效率的筛分方法，它是在概率筛分法和厚层筛分法的基础上发展起来的。或者说，将厚层筛分法的自然分层阶段由强制性的概率分层（并兼有筛分的作用）阶段来取代，与概率筛分法和厚层筛分法相比具有本质的区别。

2）概率厚层筛分法综合了概率筛分法的单位面积产量大及尺寸小的优点。同时克服了概率筛分法筛分效率较低和筛下产品中常含有粗颗粒的缺点及厚层筛分法长度较大的缺点。因此，概率厚层筛分新方法已成为一种较为完善的筛分法，其具有单位面积产量较大、筛分效率高、所需筛面长度较小等优点。

3）在这章里已介绍了概率厚层筛分过程两个阶段的基本原理，给概率厚层筛分法的筛分结果做了定性的估算。

4）在研究概率厚层筛分新筛分方法的基础上。作者已研制成功了新型概率厚层筛，并已将这种新筛机应用于铁路石渣及煤矸石的筛分工艺过程中，经初步试验，其工业指标良好，这是一种高效率的筛分方法。因此，概率厚层筛是一种高效率的筛分新型机构，具有推广价值。