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摘 要：本文以国内某陶粒厂的筛分包装系统技术改造为例，介绍超轻陶粒专用筛分和计量设备的研制与应用。通过技术改进，其设备满足产品市场需求，也提高了生产企业的经济效益。 关键词：超轻陶粒；筛分；计量；包装
1 前言
超轻陶粒在我国经过近60年的研究、生产和应用，由于其用途广泛、节能环保，在生产过程中又可以消耗大量的固体废物，符合资源综合利用的要求，目前已经越来越受到用户的喜爱和政府的重视。
为了满足不同用途的需要，充分发挥产品的性能，超轻陶粒必须经过筛分后分级使用。由于超轻陶粒目前依然处于初级阶段，市场总量较小，其性能和特点许多用户和厂家还不太熟悉，也没有专用筛分设备销售，生产厂家一般采用普通常规的筛分设备进行分级，因此没有达到筛分的要求，影响使用效果。另外，由于超轻陶粒在使用时采用体积计量，市场上难以找到合适的计量设备，通常采用人工估计计量，往往造成收货纠纷。现以某陶粒厂为例，介绍该厂设计制作的筛分和计量设备的技改情况，供其他陶粒生产厂家参考。
2 技改前存在的问题
2.1筛分效果差，能耗高
在建厂时，该厂产品的筛分选用了普通的矿山自定中心振动筛，该型振动筛一般用于筛分矿石，矿石密度较大，需要较大的激振力，而且为了矿石的快速通过，筛网有17°的倾角，在筛分超轻陶粒时，由于超轻陶粒的表观密度比较小，干表观密度小于500kg/m3，而且外观基本为球状，流动性很好，该筛分设备难以适用，出现物料大量跳出振动筛，能耗损失大、物料通过速度快、筛分效率低、分级不清晰，影响产品使用。
2.2筛分规格少，难以满足市场要求
原来的筛分设备只是为了满足生产砌块用料的需要，只要求通过筛分设备分出两种规格的陶粒，没有考虑直接销售筛分陶粒，而市场逐步成熟，筛分陶粒的需求越来越多。由于使用用途和使用效果的原因，市场通常需要有0mm~4mm、4mm~8mm、8mm~12mm、12mm~16mm和
16 mm~24mm等五种颗粒规格的产品，现有设备不能满足要求，只能根据要求频繁更换筛网，造成工作效率低、筛网损耗大 ，影响经济效益。
2.3计量误差大，客户投诉多
由于超轻陶粒属于人造骨料，堆积密度有一定的波动，每个密度等级的产品，允许有100 kg/m3的波动范围，体积相同、重量并不相同，所以行业中一般按照体积进行计量计价。但是市场上销售的多是称重计量设备，难以找到性价比较高的体积计量设备，而采用人工计量打包的方法，存在计量精度低、劳动强度大、人工费用高。工人难招、客户由于包装数量误差问题投诉多等状况。
3 生产超轻陶粒的情况分析和改造
由于采用特殊的造粒工艺，该厂生产超轻陶粒时，连续级配的陶粒在同一时间生产出来，并混合在一起，必须通过筛分设备进行后期的分离，筛分后的产品经过计量包装，以袋装形式出厂。为了满足市场的要求，提高生产效率、降低加工成本，必须对现有的筛分计量包装系统进行改造。
3.1改造目标
（1） 可以同时筛分出0 mm ~4mm、4 mm~8mm、8 mm~12mm、12 mm ~16mm和16 mm ~24mm等五种以上颗粒尺寸的陶粒；
（2） 筛分后的产品进入中间储库存放，保证质量稳定，提高供货能力；
（3） 提高筛分效率，减少能耗，减少筛分过程中陶粒的运动距离和高度落差，降低颗粒破损率；
（4） 采用机械设备进行体积计量和装袋，提高计量准确率，降低个人劳动强度，提高包装效率，提高产品在客户中的美誉度。
3.2技改思路
（1） 筛分需要达到的工作能力
筛分设备应该同时满足回转窑的生产能力，回转窑生产出来的混级陶粒中，各颗粒规格的比例为：0mm~4mm约占10%、4mm~8mm约占30%~60%、8mm~16mm约占30%~60 %，16mm ~24mm约占10%。按平均日产量650m3来计算（相当于27m3/h），每日生产陶粒颗粒规格0mm~4mm约65m3、4mm~8mm约195~390m3、8mm~16mm约195~390m3、16mm ~24mm约65m3。
（2） 采用单独一台筛分机分离出五种规格的产品
如果采用常规的筛分设备，为了得到五种规格的产品，必须采用四个不同规格的筛网。如果同一个筛机装四层筛网，为了同时分流五个规格的产品，出料口过于集中，分流溜管的空间布置会很复杂；如果采用两个双层筛串联安装，需要较高的安装高度，物料的运输距离较长，陶粒的颗粒破损率会增加。为了解决问题，根据陶粒的特性专门设计制作筛分设备。采用单独一台筛分机，两层筛箱，安装四个不同规格的筛网，达到同时分离出五种规格的产品，而且出料口比较分散，方便安装溜管的目的。
（3） 降低改造费用
该厂原来有两个混凝土储库，与回转窑出料皮带输送机直接连接，用来储放混级陶粒，因为市场原因而闲置。这两个储库联体布置，库顶为平屋面，面积接近80m2，皮带输送机在库顶中间纵向通过，考虑将新筛分设备安装在该混凝土储库的库顶平台，启用闲置的混凝土储库，储放筛分陶粒，同时增加三个钢储罐，满足同时储存五种规格陶粒，达到改善销售备货的目的。
（4） 在库底直接安装半自动体积计量包装线。
3.3工艺流程
混级陶粒经过高温煅烧后从回转窑进入冷却机，然后通过皮带输送机输送和提升，到达混凝土储库库顶，然后经过新设计制作的轻型高效筛分机，将混级陶粒（0mm~24mm）筛选分离为0mm~4mm、4mm~8mm、8mm~12mm、12mm~16mm和16mm~24mm等五种颗粒尺寸的筛分陶粒（如图1所示），各规格的筛分陶粒通过溜管或者皮带输送机输送到各储罐储放。
筛分陶粒通过安装在库底的半自动体积计量包装生产线，进行体积计量和装袋，然后进入成品仓库，准备出厂销售。
4 轻型高效筛分机介绍
4.1筛分机理
轻型高效筛分机设备如图2所示。超轻陶粒具有容重轻（干表观密度小于500kg/m3）、流动性好、属于干性材料、不容易粘连堵塞筛网等特点。为了减少原有普通自定中心振动筛容易出现使陶粒因为激振力过大而跳出筛外，以及振动筛筛面存在倾角而使陶粒过快通过筛面，筛分效率低、筛分不干净等情况发生，新筛分机采用筛面零倾角，以及低振幅激振力的方式进行安装，使陶粒接近紧贴在筛面上移动，零倾角的筛面使陶粒的穿行速度降低，在筛面上保留一定的物料厚度，使陶粒翻转分散，和筛网缝隙相近的颗粒有更多的机会通过筛缝，提高筛分效率。采用较长的筛面长度，解决因为陶粒松散密度较小而不容易透筛的问题，满足筛分效率的要求。
4.2主要技术参数
（1） 入料粒径：0mm~24mm；
（2） 筛箱层数：2层；
（3） 筛面孔径：4mm、8mm、12mm和16mm共4种；
（4） 筛框宽度：1200mm；
（5） 筛框长度：3800mm；
（6） 工作振幅：3~7mm；
（7） 工作频率：17.6Hz；
（8） 生产能力：45m3/hr；
（9） 电机功率：5.5kW；
（10） 质量：950kg。
4.3主要特点
（1） 采用水平安装的两层筛箱，每层筛箱分别安装两种规格的筛网，同一筛箱的两张筛网前后串联，不同筛箱的筛网上下串联。一次完成五种规格陶粒的筛分，结构紧凑，物料运动行程短、高度落差小，陶粒的表面磨损少，外观漂亮，有利产品的销售。
（2） 混级陶粒进入筛分机后，不是从大到小逐级通过各层筛网，而是先经过中间规格8mm的筛网分流，分离成上下两大部分。然后这两大部分同时分别通过剩余的其他规格筛网进行分级，不会出现在使用原来设备时，最小规格的物料必须通过所有的每一层筛网的现象，减少过筛物料的数量，提高筛分效率，也减少了陶粒的表面磨损。
（3） 考虑到筛分量和过筛的难易程度，上层筛箱以长度为6:4比例划分成两部分，安装8mm和16mm规格的筛网。由于所有的物料都要经过上层筛箱的8mm筛网，筛分量最大，所以8mm筛网占有上层筛箱较长的筛面长度；下层筛箱由于中间有卸料口，使本来占有较长比例的4mm筛网有效长度减少。虽然过筛量已经分流而减少，但是小规格的陶粒过筛比较困难。所以，为了减少4mm筛网的堵塞，提高筛分效率，在该筛网下面配备弹跳球装置。
（4） 上下两层筛箱通过摇臂联接，沿着中间的支承铰链做往复圆弧摆动，上下筛箱摆动方向相反，作用力相互抵消，需要由板弹簧承载的荷载较小，节约了驱动力，节能效果明显。
（5） 由于陶粒干表观密度小、流动性好，筛分机需要的激振力小、动载荷轻，在保证合适的侧板刚度前提下，采用轻型结构设计，整机重量小，采用支座式安装方式。原来的混凝土储库库顶不需要补强就可以直接安装，节约改造成本。
（6） 采用弹簧钢丝编织网筛板，重量轻、开孔率高，而且在筛分过程中，由于金属丝具有一定的弹性，作高频振动，使粘在钢丝上的细粒物料脱落，从而提高筛分效率。
（7） 由于筛分设备的出料口比较分散，有足够的空间布置溜槽，通过溜槽的合并，可以增加筛分陶粒的规格。如在保留原来同样四种筛网规格的情况下，还可以生产出8mm~16mm和8mm~24mm等规格，达到用两层筛箱、四种规格筛网，生产出七种以上的筛分产品的效果，增加备货灵活性，满足不同客户的需求。
5 半自动化体积计量包装生产线介绍
5.1工作原理
气体体积计量筒示意图如图3所示，在成品筛分陶粒库的库底锥段出料口设有机械闸门，下面接体积计量筒，形状为圆柱体。计量筒上下各安装有一套气动闸门，由电磁阀控制。在一个周期内，通过上下气动闸门的顺次开闭来定量进料、卸料。闸门开启时间和开启间隔时间根据计量筒的大小和产品规格而定，以保证陶粒能完全充满计量筒，保证计量的精度。上下两个气动闸门之间的体积决定每包产品的体积，通过调节螺丝，其容积可以进行微调和标定。为了方便运输和计算，一般采用每包0.05m3的包装袋作为标准包装规格，如果客户有特殊要求，可以通过调节螺丝或者更换其他体积的计量筒来满足客户要求。
在计量筒的出口，安装陶粒装包装置，配套有自动缝包机和输送带，采用人工码垛和叉车入库。为了降低技改费用，挂包和码垛动作采用人工操作，除此之外，全套计量包装系统采用机械化自动化操作、PLC控制，自动进行包装袋数量统计。
5.2系统特点
（1） 经过标定后，计量筒的体积恒定，没有人为操作误差，计量精度高，计量误差小于1%，工作稳定可靠。
（2） 结构简单可靠、造价低、性价比高。对计量精度没有影响，但是自动化实现比较复杂和困难――挂包和码垛，采用人工实现，降低设备成本。
（3） 工作效率高，每小时可以完成650包/32.5m3陶粒的包装，是人工装包速度的6倍。
（4） 节约包装和存储的土地面积，并为出厂装车效率的提高提供有利条件。
5.3注意事项
（1） 为了确保计量精度，必须控制储库的最低料位，避免空打。通过采取在储库安装有低位电子料位计，并且和计量包装生产线连锁来实现，料位到达低位时，计量筒自动停止工作。
（2） 通过调节螺丝，质量控制部门定期对计量筒进行标定，标定后对调节螺丝采用铅块和铁线固封，杜绝操作工擅自调整。
（3） 计量筒的高径比影响计量精度，高径比越大，精度越高，为了合理平衡安装高度和计量精度的关系，本系统采用2:1的高径比。
（4） 定期检查气动闸门的磨损程度，及时更换磨损的闸门，避免物料泄漏，影响计量精度。
6 技改达到的效果
（1） 专门针对超轻陶粒性能设计制作的轻型高效筛分设备，实现同时筛分分离出五种颗粒尺寸的陶粒；在不更换筛网规格的情况下，通过出料溜槽的合并，可以增加可供销售产品的规格，扩大供货范围。设备能耗低、噪音低、易损件少、筛网规格固定、筛网寿命长，降低使用成本。提高产品筛分精度与使用效果。增加了中间储库，提高产品供货能力。
（2） 通过产品的筛分分级，既满足产品的使用要求，也可以提高产品的计量体积约5%~10%，增加有效销售量，并且筛分产品的售价一般比混级的产品高10%~30%，通过筛分处理，明显提高经济效益。
（3） 采用机械缝包，除了有利运输之外，包装袋的长度可以减少10%，降低了包装袋成本。
（4） 采用半自动化体积计量包装生产线，提高了计量精度，减少客户投诉，提高产品的美誉度。节省陶粒包装人工费，提高工作效率。
7 结 语
本技改项目，充分考虑了超轻陶粒的产品性能以及行业的特点，专门加工制作了轻型高效的筛分设备和体积计量包装设备。利用了闲置的建筑物，达到提高筛分备货能力，提高筛分效率和计量精度，减少个人劳动强度，提高产品的美誉度的目的，对提升国内陶粒行业的水平提供了参考和帮助。同时，通过陶粒的筛分分级处理，既可以提高陶粒的使用效果，也能够明显提高生产企业的经济效益，应该引起行业的重视。
参考文献
[1] 严峰. 筛分机械[M]. 北京：煤炭工业出版社,1994.
