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旋流器参数的合理选择 ① 孙肇淑,胡岳华 中南大学 资源加工与生物工程学院,湖南 长沙410083 摘 要旋流器是一种先进的分级设备,广泛应用于金属矿山。阐述了影响旋流器分级指标的各种因素,提出了旋流器直径选择、 沉砂嘴直径选择和台数选择的计算方法,以及旋流器工况复核方法。指出了选择旋流器的基本原则和应该注意的问题。 关键词旋流器;参数;选择;分级 How to Select Reasonable Parameters for Cyclones SUN Zhao2shu , HU Yue2hua School of Resource Processing and Bio2Engineering,Central South University,Changsha410083 ,Hunan,China Abstract Cyclone is an advanced classifying equipment , it is widely used in metal mines. It is discussed of the various fac2 tors affecting the classifying inds of cyclone and how to select the diameter of cyclone and the diameter of apex and select the number of working cyclone ,including some calculating s and the cyclong working perance. At the same time , the basic principles for selecting cyclone are pointed out. Key wordscyclone ; parameter ; selecting; classification 随着金属矿山对分级、 脱泥、 脱药工序的日益重 视,旋流器在我国铁矿、 铜矿、 铅锌矿等矿山得到越来 越广泛的应用。旋流器是提高磨矿细度、 提高磨机处 理能力的有效手段之一。但在传统的观念中,旋流器 处在辅助设备的位置,因此如何正确选择、 布置、 使用、 维护旋流器并没有得到足够的重视,以致旋流器经常 处于不正常工作状态,既影响磨机的处理量,也影响后 续工序的作业指标。 1 旋流器的工作原理 旋流器是一种按粒度、 密度进行分级或分离的设 备,如图1所示。 图1 旋流器示意 待分级或分离的物料沿切线从圆筒内壁高速给 入,介质、 颗粒的混合体产生旋转形成离心力场,不同 粒度、 不同密度的颗粒或液相产生不同的运动轨迹, 在离心力、 介质粘滞阻力、 浮力、 重力等力场的作用下, 粗颗粒、 大密度的颗粒向周边运动,通过锥形体从沉砂 口排出,细颗粒、 低密度的颗粒或液相向中心运动, 由溢流管排出,实现固体颗粒的粗细分级和不同密度 流体的分离。 2 旋流器的性能指标 旋流器的性能指标主要是分离粒度、 单台处理能 力和分级效率。分离粒度和单台处理能力是选择旋流 器的主要指标,而分级效率则是衡量旋流器效率高低 的主要指标。 2.1 分离粒度 某一特定的极窄级别的颗粒,它进入粗产物和进 入细产物的概率均等,各为50 ,那么,该极窄级别的 中值粒径即为分离粒度,又称为平衡粒度或切割粒度, 通常用d50表示。它是分级设备的主要性能参数之一。 常用的计算分离粒度的公式有 1 Kelsall公式 d50 2.7 μ 1 - R tan α 2 QDcδ-ρ 0.5 2.3D o Dc n Di 2 β 1 2 Bradley公式 d50 33.08 nμ 1 - R tan α 2 QDcδ-ρ 0.5 Di 2 β 2 第23卷第6期 2003年12月 矿 冶 工 程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.23№6 December 2003 ①收稿日期 2003210210 第一作者 男 高级工程师 硕士研究生 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 3 Lilge公式 d50 39Di 0.87 Dc 1.13 1 - Di Dc 0.8 μ 1 - R Qδ-ρhf 0.5 3 4 姚书典2隋志宇公式 d50K0.389DiDc μ λ 1.5 Qδ-ρ 4 5 Krebs经验公式 d50c 11.93Dc 0.66 P 0.28 δ-ρ 0.5exp- 0.301 0.0945Cv- 3.6610 - 3 Cv 2 6.4810 - 5 Cv 3 5 以上各式中,d50为分离粒度;d50c为校正分离粒度;Dc 为旋流器柱体直径;Di为给矿口当量直径;Cv为给矿 体积浓度;hf为溢流管底部到沉砂嘴上部的距离;R 为水流分配比;Q为单台旋流器的处理能力;K为系 数;α为锥角;δ为矿石密度;ρ为介质密度;μ为介质 动力粘度;P为给矿压力。 2.2 单台处理能力 单台处理能力主要和旋流器的柱体直径、 溢流管 直径、 给矿口当量直径、 压力4个参数有关。常用的计 算公式有 Q 2.1Dc 0.36 Do 0.64 Di ΔP ρm 6 式中ρm为矿浆密度,ΔP为旋流器压头损失。 Q 3KDKαDiDoΔP7 式中KD为直径修正系数;Kα为锥角修正系数,且 KD 0.8 1.2 1 0.1D 8 Kα 0.79 0.044 0.0379 tan α 2 9 Dahlstrom经验公式 Q 0.43DiDo 0.9 ΔH10 Plitt经验公式 Q 0.7Dc 0.21 Di 0.53 Du2Do2 0.49ΔP0.56 exp 0.0031Cv 11 2.3 分级效率 衡量分级效果的指标,由于各自的侧重点不一,有 几种物理意义不同的分级效率。 1 分级质效率又称为牛顿效率,其物理意义是 细产物中合格粒级的回收率与细产物中不合格粒级的 混入率之差。计算公式为 [1] E质 β-α α-θ α100 -α β-θ 10 4 12 2 分级量效率指分级产品中合格粒级的回收 率。计算公式为 E量 α-θ β-θ 10 2 13 以上两式中α、 β、 θ分别代表给料、 细产品、 粗产品中 某一指定粒级的负累积含量。 式13可以准确反映合格粒级进入细产物的百分 数,但其数学意义不甚严谨。如果给料不经分级全部 进入细产物时,该式计算出来的分级效率为E 100 ,显然这种完全没有分级的过程分级效率应该为 0。因此,要使量效率能够科学采用,通常还有一个指 标限制,即细度合格的条件。如指定细产物中- 74μm 的含量为大于85 ,那么在满足这一质量指标的条件 下,量效率越高,分级效果越好。 3 粒级分配曲线或部分分级效率曲线 [2～6] 。分 级质效率和量效率只反映某一粒级的分级情况,借助 粒级分配曲线则可以了解各个粒级的分级情况。设给 料中某一粒级的含量为nfi,细产物中该粒级含量为 noi,细产物的产率为Ro,那么该粒级的颗粒在细产物 中的回收率为 Ei noiRo nfi 14 以粒度d为横坐标,回收率Ei为纵坐标,绘制的曲线 称为粒级分配曲线。由粒级分配曲线可以了解到各个 粒级的分级情况,也可以确定分离粒度,即粒级回收率 为50 时对应的粒度。 3 旋流器的选择 事实上,任何使用旋流器的工序,对旋流器的要求 都是明确的,如闭路磨矿分级,对旋流器溢流细度、 浓 度、 沉砂中合格粒级含量等指标均有严格的要求,为了 达到这些要求,必须正确选择旋流器直径、 压力、 给矿 浓度、 溢流管直径、 沉砂嘴直径、 台数。 1 分离粒度的计算。 对溢流细度提出要求是几乎所有设计、 生产最直 接的方法,溢流细度与分离粒度存在一定的关系,即 d50ckdT15 式中d50c为校正分离粒度;dT为溢流指定粒度;k为校 正系数。 校正系数k与指定粒级含量β的数学关系为 k - 0.0433β 4.789516 2 旋流器直径的确定。 目前我国最常用的旋流器结构与Krebs类似,其 特点是锥角15 ～20,柱体高与内径之比为1. 6～2. 0 , 渐开线给矿方式,那么Krebs的计算公式能够准确反 映分离粒度与旋流器结构尺寸的相互关系,即 d50c 11.93Dc 0.75 P 0.28 δ-ρ 0.5exp- 0.301 0.0945Cv- 93第6期孙肇淑等旋流器参数的合理选择 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 3.6610 - 3 Cv 2 6.4810 - 5 Cv 3 17 式中d50c为校正分离粒度,μm;Dc为旋流器柱体直径, cm;Cv为给矿体积浓度, ;P为给矿压力,kPa ; δ为 矿石密度,gΠcm 3 ;ρ为介质密度,gΠcm 3 。 已知Cv、 δ、 ρ,对P可以做实际的假设,一般情况 下,旋流器的工作压力P为50～200 kPa相当于0.5～ 2.0个工程大气压 , 利用上式得到的旋流器直径Dc与 产品系列直径对照,得到旋流器的型号,应该注意的是 选择的直径必须小于计算直径。以长沙矿冶研究院研 制的旋流器为例,它的直径有5 ,10 ,12.5 ,15 ,20 ,25 , 30 ,35 ,40 ,50 ,66 cm。 3 计算旋流器单台处理能力。 上述处理能力的计算公式中,式7与实际较为吻 合,在特定的单位制下式7可以转化为 Q 0.095KDKαDiD0ΔP18 4 旋流器工作台数。 一般情况下,旋流器的总处理量QT是已知的,那 么,旋流器工作台数N可由下式确定 n QT Q 19 N INTn 0.520 如果 NQ-QT QT ≤10 ,那么上述取整有效,否则需 要进行合理的调整,调整方法有两种 a 变更溢流管 直径。当NQQT时,将 溢流管直径在容许的范围内缩小,降低单台旋流器的 处理能力。 b 如果增加或减小溢流管直径仍不能满 足要求,则将旋流器的型号降低一个规格,假定压力、 溢流管直径,对单台旋流器的处理能力重新计算,直至 满足条件 NQ-QT QT ≤10 。 5 给矿压力复核。 计算旋流器台数时,由于对n取整,因此一般情 况下NQ≠QT,那么旋流器的给矿压力就不是假定的 压力 ΔP,实际的给矿压力 ΔPs 可由下式计算 ΔPs NQ QT 2 Δ P21 实际的给矿压力ΔPs是旋流器要求的压力,该数据十 分重要,是砂泵选型必须的参数。 6 分离粒度复核。 由于旋流器直径、 工作台数取整、 给矿压力变化, 实际分离粒度会发生变化,那么必须对实际分离粒度 进行复核。将选择的直径Dcs、 实际给矿压力 ΔPs代 入式 5 , 得 d50cs 11.93Dcs 0.66 ΔPs0.28δ-ρ 0.5exp- 0.301 0.0945Cv- 3.6610 - 3 Cv 2 6.4810 - 5 Cv 3 22 如果D50csD50c,那么分级粒度可以保证,否则应该重 新计算。调整的方向为 a 提高给矿压力 ;b 减小旋 流器直径 ;c 减低给矿浓度。应该注意的是,如果采 用降低给矿浓度的方法,则总的给矿量QT将会发生 变化。 4 旋流器选择时的其它原则 1 给矿与溢流细度差值原则与球磨机闭路的旋 流器溢流细度与给矿细度之差Δ为20 ～30 。差 值太大,球磨机循负荷太大;差值太小,球磨机循环负 荷太小,2种情况均不利于磨矿效率的正常发挥。 2 给矿浓度原则旋流器分级效率与给矿浓度密 切相关,如果选别工艺对溢流浓度没有严格的限制,尽 量采用低浓度给矿。但应该注意的是,浓度对应旋流 器的干矿处理量、 能耗、 选别设备的处理量等技术指 标,因此,给矿浓度不能没有限制的降低。 5 结 语 旋流器是选矿厂的重要设备,正确选择其直径、 台 数、 压力是保证旋流器分级指标稳定的必要条件。由 于我国的旋流器大多与krebs旋流器结构相似,因此采 用krebs旋流器处理量和分级粒度计算公式基本准确。 选择旋流器时依据工艺条件和分级要求首先选择直 径,其次选择台数,然后对压力、 分级粒度进行复核。 在复核的过程中对部分可以调整的参数进行适当的调 整,使旋流器的分级性能达到要求且保证旋流器的处 理量与实际矿浆量平衡。此外还要注意溢流细度与给 矿细度的差值原则和浓度原则,维持旋流器合适的分 级效率。 参考文献 [1] 杨传遍. 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