筛分介质

技术领域

本发明涉及用于筛分具有大小分布的材料的筛分介质，并且尤其是但不排它地是，本发明涉及具有特别设计的孔口形状的筛分介质。

背景技术

振动分离器已经通常被用于涉及基于大小的材料分离的各种应用。振动分离器的重要应用之一存在于开采和矿物加工工业中，其中由于筛分介质的振动，这些分离器或筛分单元基于颗粒大小将馈送到其上的材料分离成不同等级。出于此目的，使用筛分介质，该筛分介质具有筛分孔口，比这些筛分孔口小的石头穿过所述筛分孔口。大于筛分孔口的石头从筛分介质的顶部输送，并在振动筛装置的末端处被送出。注意，常规筛分介质的过度使用导致了被称为“堵塞”的现象，这种现象导致材料滞留到筛分孔口中，这导致开口堵塞和筛分低效。为了解决这个问题，该装置的操作者需要进行定期“刷洗”，以将材料从筛分孔口赶出。这会导致机器停机，从而导致生产率损失。

KR20040092710公开了一种通过使用空气压力自动移除堵塞矩形孔的焦炭的筛分垫。该筛分垫30包括固定在主体22中的网状气囊支撑件16以及形成在气囊支撑件16中的矩形孔22-1。这些孔呈矩形形式，并被布置为栅格。参照图1和图3a，材料沿着矩形载体或气囊载体16的一个边缘方向供应，即，以就如常规设计那样的定向供应。

WO2018091095描述了一种耐磨筛分介质，该筛分介质具有特别构造的接触面，该接触面适于在使用中进行自我保护，具体地说，该筛接触面由重复的纹理化图案覆盖，因此不需要通常由高硬度材料(诸如，金属网等)形成的一个或多个耐磨层。图4示出了矩形孔口，然而图1示出了筛板上的材料流15大体上与矩形孔口的一个边缘对准。

在使用常规筛装置的正常筛分操作中，在筛分过程运行一段时间后，例如，一小时后，大百分比或大量的孔可能被材料颗粒堵塞。这显著降低了筛分效率。此外，堵塞的孔倾向于阻碍材料流的行进速度，这再次在筛表面的局部或部分上导致焦炭聚集现象，其中焦炭颗粒聚集并堆积在筛表面的局部区域上。

发明内容

应理解，在颗粒移动和筛分机制的意义上，筛分过程是一种复杂的随机过程，本发明着重于可以对筛分性能具有影响的重要因素，诸如，开口的开口形状、大小和定向。

本发明的一个目的是提供一种筛分介质，该筛分介质具有不容易堵住或堵塞的孔。本发明的另一目的是提供一种筛分介质，与常规筛装置的使用相比，该筛分介质提高了筛分性能，具体地说，其旨在提高颗粒一次穿过孔的概率。一次穿过孔是指：当颗粒接近孔时，它应在这一次穿过，而不需要跑到相继的孔上并进行第二次尝试。如果颗粒试图穿过孔但失败了，则它将寻求额外尝试，结果，每单位时间穿过筛分垫的颗粒数量继而减小，即，观察到较低的筛分性能。本发明的另一目的是提供一种筛分介质，该筛分介质加速筛分并提高筛分能力。

这些目的是通过提供一种具有特别构造的开口的筛分介质来实现的。理念是使用不规则多边形开口，这些不规则多边形开口被定向成使得最近侧的内角被穿过多边形的最近侧的顶点并平行于所限定的材料流动方向的线分割(“近侧”或“上游”在本文中表示：沿着材料流动方向看，靠近观察者定位。“远侧”或“下游”意思相反)。这允许颗粒在最近侧的顶点或倾斜的边缘处到达孔，而不是在垂直于材料流动方向的边处接近该孔。该倾斜的边缘与沿着材料流动方向的接连的边缘一起基本上构成了犁形隔堤，这有助于导引颗粒落入到孔中，这是因为犁形隔堤可以导引颗粒，以改变它们的行进方向和路径，例如，从直线移动改变成曲线移动。此外，犁形隔堤可以引起颗粒自旋转和/或朝向孔的中心回旋，或增强它们的旋转或回旋，从而允许它们更容易地穿过孔，并降低它们卡在孔中的可能性。本文中，不规则(不规律)多边形是指那些没有全等内角或等边的多边形。

此外，由于犁形隔堤，颗粒与孔相互作用的接触时间和/或接触面积趋于减小，这也允许堵住孔的材料被缓解。

此外，理念是使用不规则多边形开口，这些不规则多边形开口能够从规则多边形再成形。考虑到筛分介质具有与期望的最大材料颗粒大小相对应的规则多边形的开口，根据本发明，所述开口将从规则多边形稍微扩展，优选是沿着单一方向定向扩展，因此所述开口被再成形成凸出的且不规则的多边形。术语“扩展”应被理解为是指多边形的面积增加。术语“稍微”是指与原始值相比，边长、内角、面积或上述的任何组合的改变不应太大，否则可能导致材料污染。在本发明中，开口被扩展得刚好稍微大于所需的程度，使得防止了由较大大小的颗粒导致的材料污染。高达30％的扩展比是可接受的。扩展多边形可通过延伸至少两条相对的边或至少两条相邻的边或添加边来实现。

本发明的筛分介质能够提高颗粒一次穿过孔的概率。因为孔被扩展，例如，扩大或拉伸，所以这有助于抵消或应对材料流动速度。由于材料流动速度较高(材料流动速度不应太慢，否则颗粒容易堵住)，所以由于惯性，颗粒可能只是未能或错过一次落入到孔中，即，颗粒容易掠过并从孔逃出。一般认为，扩展的开口使颗粒更容易穿过；沿着行进方向的稍微延伸为导引颗粒向前移动提供较多时间和空间，这为颗粒提供更进一步移动的可能性。这还允许颗粒与开口的相邻边缘进一步相互作用，或者允许颗粒在撞击远侧边缘时进一步更改它们在水平平面或竖直平面中的入射方向，并使颗粒能够回弹或偏转，以碰撞另一边缘，最终重新进入孔。

根据本发明，每个孔能够“主动地”截留或捕获颗粒；相反，在常规方法中，颗粒应找到孔以便穿过。

因为筛分介质减少了由于材料颗粒导致的孔的堵住或堵塞，所以此外，它有助于提高颗粒一次穿过孔的概率，因此每单位时间穿过每个孔的颗粒数量增大。因此，将观察到加速的筛分效果；对应地是，每单位时间可以将更多材料馈送到筛分介质上，以用于处理，并且因此将增大材料吞吐量或筛分能力。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于布置在用于筛分材料的筛分设备中的筛分介质，该介质包括：主体，该主体具有适于接触待筛分的材料的接触面以及与该接触面相反的背面；多个开口，所述多个开口在接触面与背面之间延伸穿过主体；其中开口在垂直于介质的厚度的平面中的横截面是多边形的横截面，该多边形是凸出的且不规则的多边形，优选地是，该多边形是非等边的；其中所述开口以如下一种定向布置，即：使得穿过所述多边形的最近侧的顶点并平行于所限定的材料流动方向的线分割所述多边形的最近侧的内角，其中最近侧的内角是与所述最近侧的顶点相关联的内角。可选地是，穿过多边形的最近侧的顶点并平行于所限定的材料流动方向的线相对于穿过最近侧的顶点和最远侧的顶点的对角线形成锐角，该锐角可以处于0到30度之间的范围中。介质的厚度被定义为接触面与背面之间的距离。

在一个实施例中，最近侧的内角基本上是直角，优选地是，该线基本上平分最近侧的内角。因为最近侧的内角是直角，所以用以构建犁形的最近侧的边缘和远侧的边缘也能够彼此正交，这种犁形在导引颗粒的移动方面是有效的；此外，与用于筛分介质的菱形孔或其它形状的孔相比，对于给定的期望的最大材料颗粒，这种孔占据最小面积。这种构造进一步有益于增大孔密度(每单位面积的孔数)，因此提高筛分性能。最近侧的内角能够处于80度到100度的范围中。

在一个实施例中，不规则多边形是能够通过以如下方式扩展规则多边形而从该规则多边形得出的平行多边形，即：该方式使得在最近侧的顶点与最远侧的顶点之间限定的间隔(或间隔距离)增大，其中规则多边形具有与期望的最大材料颗粒大小相对应的边长，优选地是，规则多边形以如下方式扩展，即：该方式使得至少一个最远侧边缘向外平移。规则多边形的大小扩展可以仅在单一方向(基本上与材料流动方向一致)上发生。能够通过将菱形或正方形沿着其一条边扩大(即，不沿着另一方向扩大)来获得平行多边形。可选地是，能够通过如下方式将菱形或正方形的面积扩展为六边形来获得平行多边形，即：将菱形或正方形的两条远侧边沿着穿过这两条远侧边的对角线向外平移(而不是沿着另一方向扩大)。具有平行多边形形式的开口有利于实现具有开口的筛分介质的简单棋盘形(tessellation)方案设计，以允许布置最大数量的孔，从而缓解对颗粒沿材料流的移动的干扰，并确保材料流动速度。多边形的面积扩展是沿着材料流动方向发生的，其优点已在上文进行了描述。相反，多边形沿着正交于材料流动方向的扩展对截留颗粒将没有类似的改进。

在一个实施例中，不规则多边形是基本上矩形的，该不规则多边形的短边具有与期望的最大材料颗粒大小相对应的长度。能够通过定向扩大正方形(例如，通过沿着两对平行边中的任一对平行边扩大正方形)来获得矩形。

在一个实施例中，不规则多边形是六边形，该六边形包括第一对基本上平行的相对边、第二对基本上平行的相对边和第三对基本上平行的相对边，第一对边和第二对边具有基本上相等的长度，第一对边和第二对边具有与期望的最大材料颗粒大小相对应的长度，第三对边具有基本上比第一对边和第二对边短的长度，优选地是，第一对边和第二对边基本上彼此垂直。

优选地是，主体包括设置在接触面处的纹理化图案，该图案在整个或大部分接触面上延伸。处在面向上的接触表面处的纹理化图案被构造用以至少部分地截留待筛分的材料的“细粒”或较小的颗粒，以便在接触面上构建出保护床或保护层。因此，接触面适于在使用中自我保护。有利地是，纹理化接触面适于响应与待筛分的材料的研磨性接触的量，这是因为随着流过上述床的材料的体积的增大，保护材料床被材料流连续补充、重构和增强。

优选地是，多个开口的棋盘形方案是网格结构。这允许在筛分介质上布置最大数量的孔。

可选地是，主体包括单块材料，并且优选由橡胶或聚合物材料制成。可选地是，主体包括结合或附接在一起以形成复合结构的至少第一层和第二层，该第一层限定接触面，并且该第二层限定底面。包括多层结构的主体有利于促进制造。具体地说，多个层可由不同材料或材料组合物形成，所述不同的材料或材料组合物可以通过热结合或机械附接装置(诸如，销、螺钉、铆钉、螺栓等)结合或附接在一起。

优选地是，第一层包括第一材料，并且第二层包括第二材料，该第二材料的材料特性不同于第一材料的材料特性。这种构造有利于促进制造，这是因为接触面处的纹理化图案可以通过接触表面处的“铭刻”工艺而被便利地形成，这涉及加热主体并将网(或其它合适衬底)压入到第一层中，以便随着网(或衬底)从第一层移除，根据网(或衬底)的形状轮廓而压印出由凸峰和凹谷(沟槽)形成的粗糙化轮廓。可选地是，此工艺可以涉及加热主体和/或网或衬底。然后，第一层可以通过另一热压阶段而被结合到第二层。可选地是，第一层的第一材料可以由包含橡胶、聚氨酯等的聚合材料形成。可选地是，第二层的第二材料可以包括聚酯、聚酰胺、尼龙、碳纤维等。

可选地是，图案由接触面处的凸峰和沟槽表示，图案的深度被定义为平行于介质的厚度的轴线上的凸峰和沟槽的投影之间的间隔距离，其中图案的深度在底面与接触面的凸峰之间的介质的总厚度的5％到70％的范围中，优选地是，深度的范围是0.05mm到10mm，更优选地是，深度的范围是0.1mm到8mm。这种构造在纹理化接触面处提供期望的凹穴大小或空腔大小，以构建出覆盖筛分介质的材料保护床，并因此促进材料对材料的研磨性接触。这种构造进一步有益于连续重构保护层，因为随着散装材料流过保护床，细粒或小颗粒(能够被截留在凸峰与沟槽之间)是由研磨性的材料对材料的摩擦产生的。这种效果确保筛分介质持续受到保护，并且提供了期望的耐磨性。

优选地是，垂直于介质的厚度的平面中的开口中的每一个开口的宽度、长度或直径处于1mm到50mm的范围中。可选地是，垂直于介质的厚度的平面中的开口的横截面积大体上是均匀的，或者穿过主体的处于接触面与底面之间的厚度而增大。因此，开口的大小可以大体上均匀，或者可以穿过介质的厚度而减小，使得接触面处的开口的横截面积可以大致等于或可以小于底面处的开口的横截面积。这种构造有利于允许期望的颗粒大小的材料不受阻碍地穿过介质，并降低由材料的流动堵塞(阻塞)开口的可能性。

可选地是，主体包括用于支撑筛分介质的支撑结构，该支撑结构与筛分介质一起形成为一体结构。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于筛分散装材料的筛分模块，该模块包括：一对侧壁；多个支撑装置，其中所述多个支撑装置与该对侧壁一起形成框架结构；以及根据如上所述的任何实施例的筛分介质，该筛分介质被安装在或间接安装在上述多个支撑装置上并在侧壁之间延伸。具体地说，筛分介质以如下一种定向布置，即：使得所限定的材料流动方向(与筛分介质相关联)与侧壁的纵向方向一致。

可选地是，筛分模块包含沿着所限定的材料流动方向依序布置的两个或更多个筛分介质，其中下游筛分介质具有相对于上游相邻筛分介质下沉或降低的接触面。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于筛分材料的筛分设备，包括：至少一个根据如上所述的任何实施例的筛分介质；框架，该框架用于支撑上述至少一个筛分介质；振动生成装置，该振动生成装置用于将圆形振动运动或往复振动运动赋予到上述至少一个筛分介质上。

根据本发明的第四方面，提供了一种用于在根据如上所述的任何实施例的筛分设备中处理材料的方法，该筛分设备包括筛分介质，该方法包括：设定筛分设备，以匹配所限定的材料流动方向；筛分设备生成筛分介质的振动；所生成的振动和重力驱动材料在筛分介质上移动或穿过筛分介质的开口；其中筛分介质的开口在垂直于介质的厚度的平面中的横截面是多边形的横截面，该多边形是凸出的且不规则的多边形，优选地是，该多边形是非等边的，更优选地是，不规则多边形是能够通过以如下方式扩展规则多边形而从该规则多边形得出的平行多边形，即：该方式使得在最近侧的顶点与最远侧的顶点之间限定的间隔增大，其中规则多边形具有与期望的最大材料颗粒大小相对应的边长；其中穿过多边形的最近侧的顶点并平行于所限定的材料流动方向的线分割多边形的最近侧的内角，其中最近侧的内角是与所述最近侧的顶点相关联的内角。

附图说明

现将仅通过实例并参照附图来描述本发明的具体实施方式，在附图中：

图1是根据本发明的具体实施方式的筛分介质的平面图；

图2是图1的筛分介质的右上角处的部分的放大平面图；

图3A是沿着图1的线I-I在箭头方向上截取的横截面图；

图3B是沿着图1的线I-I在箭头方向上截取的替代横截面图；

图4是根据本发明的另一具体实施方式的筛分介质的一部分的放大平面图；

图5是根据本发明的又一具体实施方式的筛分介质的平面图；

图6是图5的筛分介质的左上角处的部分的放大平面图；

图7是根据本发明的另一具体实施方式的筛分介质的平面图；

图8是图7的筛分介质的右上角处的部分的放大平面图；

图9是穿过图4的筛分介质的部分截取的放大剖视图；

图10是根据本发明的具体实施方式的筛分介质的立体图；

图11A是根据本发明的具体实施方式的筛分设备的立体图，该筛分设备具有纵向和横向延伸的支撑梁，以使筛分介质坐置在相应侧壁之间；

图11B是根据本发明的另一具体实施方式的筛分设备的立体图；

图12是根据本发明的具体实施方式的筛分设备的立体图。

具体实施方式

图1示出了在主体101上包含多个开口102的筛分介质100的平面图，该筛分介质也被称为筛布或筛分垫。这些开口102包括大体上矩形的横截面轮廓(在接触面301的平面中)，并且包括在1mm到50mm、通常10mm到20mm的范围中的宽度和对应长度。因此，接触面301由可由被视为横梁103和104的部分来部分地限定，所述横梁在开口102之间延伸并且至少部分地限定所述开口。横梁103和104的相对宽度(在接触面301的平面中)处于开口102的宽度的30％到60％的范围中。待筛分的材料的所限定的流动方向大体上由箭头105指示。矩形孔口的主轴线MN从材料流动方向105在逆时针方向上相对于材料流动方向105倾斜约45度，如图2中的角度β所示。开口以网格结构的棋盘形方案布置，意图是确保结构刚性，同时在片材上具有最大数量的孔。筛分片101可由橡胶或聚合物材料(诸如，聚氨酯)等制成。开口可通过冲孔或穿孔产生。

参照图3A，示出了沿着图1的线I-I在箭头方向上截取的横截面图，主体101具有适于接触待筛分的材料的接触面301以及与该接触面相反的背面302，开口的横截面形状轮廓穿过处于接触面301与底面302之间的介质100的厚度是均匀的。根据另一具体实施方式，如图3B中所示，开口的宽度在从接触面301到底面302的方向上穿过介质100增大，使得垂直于介质的厚度的开口102的对应横截面积从接触面301到底面302增大。

图2示出了图1中所示的筛分介质的一部分的放大平面图。矩形孔可具有圆角，但不是必需如此。孔的四个顶点由ABCD表示，矩形ABCD可被认为是从正方形AB

在下文中，将借助虚拟正方形孔AB

图4是根据另一具体实施方式的筛分介质的一部分的放大平面图。筛分介质具有与图1到图3中的类似的结构，其包括大体上平面的形状轮廓，该形状轮廓具有大体上平面的接触面301和大体上平面的相反面302，然而，在接触面301处设置了纹理化图案401，该纹理化图案因此包括相对于底面302的表面粗糙度，相比而言，该底面302可被认为是相对关滑的或非异型的。在接触面301处设置的纹理化图案在整个接触面301上延伸，包含限定在开口102之间的横梁103和104。纹理化图案由凸峰901和相应的沟槽902形成，所述凸峰和沟槽共同限定接触面301处的重复图案。接触面301处的纹理化图案的相对深度(被定义为平行于介质100的厚度的轴线上的凸峰901和沟槽902的投影之间的间隔距离)远小于介质100的总厚度W和第一层903的厚度W

纹理化图案可以是一种“重复的纹理化图案”，涵盖具有不同高度区域的异型表面，其包括升高的部分和凹陷的部分。此术语涵盖由凸脊、突肋、拱起、凸出部、隆起、凹槽、空腔、鼓起或通道中的任一种或组合在表面处提供的纹理。此术语还涵盖图案是规则的重复图案，而不是升高或凹陷的区域的随机集合，以便在接触面上大体上一致且均匀。

纹理轮廓设计能够被应用到本发明的任何其它实施例。

图5公开了根据另一实施例的筛分介质的平面图。图6是图5的筛分介质的左上角处的部分的放大平面图。该筛分介质具有类似于图1到图3中的开口形状，不同之处在于该开口以不同定向布置。矩形孔口的主轴线MN相对于材料流动方向105但是从材料流动方向105在顺时针方向上倾斜约45度，如图6中的角度β所示。矩形开口ABCD可被认为是从虚拟正方形开口ABC

参照图7，示出了根据另一具体实施方式的筛分介质的平面图。图8是图7的筛分介质的一部分的放大平面图。在这种设计中，开口呈六边形形式，并且开口也以网格结构的棋盘形方案布置。从刚度等方面来看，可选的是，主体的某些栏701和702可以不打孔，六边形开口AB

类似地是，将借助虚拟正方形孔AB

图9示出了穿过图4的筛分介质的部分的放大剖视图。根据该具体实施方式的筛分介质100形成为两件式复合结构，其具有最上侧的第一层903和最下侧的第二层904，这两层可以结合在一起。第一层903由橡胶材料形成，而第二层904由硬度大于第一层的硬度的聚酯材料形成。第一层的厚度W

图10公开了根据本发明的具体实施方式的筛分介质1000。该筛分介质包括筛分片1001以及处在其背面处的支撑结构1002。支撑结构1002用作相对较软的筛分片1001的载体框架，并提供强度和刚度。筛分片1001和支撑结构1002可由相同材料制成，并形成为作为单块的一体结构，因此筛分介质能够是模块化设计。支撑结构1002可包含许多固定布置(诸如，榫眼或沟槽或楔块或榫舌等)1003，用于将筛分介质1000附接到筛分设备上，或用于在组装时互连到相邻的筛分介质。

图11A示出了筛分设备(或称为筛板，或筛分模块)1100的部分，在该筛分设备中，垫状筛分介质1101被预张紧，以在一对相应侧壁1104之间纵向和横向延伸。介质1101在其下侧处由多个纵向延伸的梁1103支撑，所述梁又被安装在由在侧壁1104之间延伸的一个或多个横梁形成的下支撑框架1102上。介质1101被夹杆1106夹到侧壁1104上。筛分设备还使用橡胶软帽1105，以防止筛分介质磨损。介质1101可在侧壁1104之间在横向方向上被预张紧并且/或者在第一端与第二端(未示出)之间在纵向方向上被预张紧，其中介质1101的长度对应于大体上由箭头105指示的待筛分的材料的流动方向。

图11B示出了筛分设备1100的部分，该筛分设备包含多块根据图10的筛分介质。所述筛分介质沿着所限定的材料流动方向105依序安装在下支撑框架1102上，该下支撑框架1102由在侧壁1104之间延伸的一个或多个横梁形成，介质横向于所限定的材料流动方向105成排布置，下游筛分介质1101A相对于上游相邻的筛分介质1101B具有下沉或降低的接触面。

图12示出了根据本发明的具体实施方式的筛分设备。该筛分设备1200包括一个或多个如本文所公开(参照图1到图10)的筛分介质1202、用于支撑筛分介质1202的沟槽状框架1201、悬挂或铰接机构1203、振动生成装置1204和底架1205。框架1201经由悬挂机构1203(诸如，弹簧系统)以可移动的方式联接到底架1205。振动生成装置1204适于在筛分介质上赋予接连的圆形振动运动或往复振动运动，其可包含能够施加一定频率的竖直振动移动的电动振动马达(未示出)，应了解，可以使用能够操作以产生一定频率的来回移动的其它振动生成装置。筛分介质1202的所限定的材料流动方向105平行于筛分设备的侧壁或纵向方向。

在操作中，筛分设备1200被带到预期位置，下一步骤是设定筛分设备，以匹配所限定的材料流动方向，即，使所限定的材料流动方向(与筛分设备相关联)与实际的材料流动方向一致；启动马达，以在筛分介质上生成振动；所产生的振动和重力驱动材料在筛分介质上移动或穿过筛分介质的开口。

应理解，本文所公开的本发明的实施例不限于本文所公开的特定结构、过程步骤或材料，而是扩展到所公开的特定结构、过程步骤或材料的等同物，这些将是相关领域的普通技术人员能够认识到的。还应理解，本文所采用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且不旨在是限制性的。前述实例说明了本发明在一个或多个特定应用中的原理，因此，不希望本发明受到限制。