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深锥浓缩机结构设计研究

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摘要:深锥浓缩机是一种带有搅拌装置的高效浓缩设备,结合其工作原理,探讨了大直径深锥浓缩机变坡度池底设计、传动方式的选择、桥架设计应注意的问题、搅拌装置结构和合适的布料方式等;并以直径为24m的深锥浓缩机为例,介绍了大直径深锥浓缩机的设计思路,为大型深锥浓缩机的设计和使用提供借鉴。

关键词:深锥浓缩机;浓缩池;桥架;传动装置;搅拌装置;布料装置

引言

小直径深锥浓缩机是上部为圆筒、下部为锥角较小的倒圆锥形高效浓缩设备[1],主要应用于洗煤厂煤泥水处理及矿山浮选精矿、尾矿脱水。20世纪80年代初英国煤炭局首先推出了深锥浓缩机处理尾煤;法国奈尔技术公司的高效浓缩机实际上是一种深锥浓缩机,浓缩机内有搅拌装置;美国DORR-OLIVEREIMCO公司生产的深锥浓缩机直径可达12m;我国煤炭系统在20世纪70年代末研制了直径为5m的深锥浓缩机[2]。目前我国生产的深锥浓缩机的直径局限在30m以下,随着我国选煤厂、选矿厂向大型化、高效化发展,以及矿产资源日趋贫、细、杂,尾矿输送向高浓度输送发展,大直径深锥浓缩机的设计与应用具有十分重要的意义。

1大型深锥浓缩机的组成及工作过程

深锥浓缩机主要由浓缩池、桥架、传动装置、搅拌装置、布料装置、去气装置、电控装置等组成。桥架安装在浓缩池上,驱动装置安装在桥架上,驱动装置下部连接搅拌装置,桥架下部安装有布料装置,物料通过入料管进入布料装置后,进入浓缩池中下部。当传动装置转动时,带动搅拌装置回转,沉降后的物料自动流向浓缩池集泥坑,由底流泵排出。图1为直径为24m的GNS-24型深锥浓缩机示意图。1—桥架;2—深层布料装置;3—传动装置;4—搅拌装置;5—絮凝剂均匀混合装置。图1GNS-24型深锥浓缩机示意图

2大型深锥浓缩机结构设计应考虑的问题

2.1浓缩池结构设计

深锥浓缩机浓缩池可采用钢筋混凝土结构,也可采用钢结构。浓缩池由直壁段、锥体及集泥坑等组成。小型深锥浓缩机浓缩池的特点是锥形浓缩池的高度大于直径[3]。大直径深锥浓缩机高径比大于1显然不实际,为了使大直径深锥浓缩机能够产生高浓度矿浆,可合理设置浓缩池直壁段高度和采用合适的锥体角度。根据沉降理论,浓缩矿浆在深锥浓缩机中的沉降存在4个区域,从上到下依次为澄清水区域、初始浓度区域、过渡区域和压缩区域[4]。为了保证有足够的澄清水区域高度,增加沉淀时间,方便安装倾斜板或采用合适的深层布料方式,一般采用高的浓缩池直壁段;同时较高的浓缩池直壁段还能提供高浓度矿浆生成所需的压缩层深度和压缩容积[5],以得到高浓度底流。大直径深锥浓缩池直壁段设计时高度一般大于4m,比普通浓缩机和高效浓缩机的直壁段要高得多。小型深锥浓缩机锥体为单一角度,角度一般为30~60°,大直径深锥浓缩机锥体一般采用变坡度锥体,即外侧锥体角度为30~40°,内侧锥体角度为45~55°,集泥坑锥体角度为60~65°。GNS-24深锥浓缩机为中型深锥浓缩机,浓缩池直壁段高6m,外侧锥体角度为25°,集泥坑锥体角度为60°,这样设计既可以降低浓缩池的高度,又有利于高浓度底流的自流和排放。

2.2深锥浓缩机桥架设计

深锥浓缩机桥架既是设备安装维修的通道,又起到支承传动装置、搅拌装置和布料装置等部件的作用。与普通浓缩机相比,深锥浓缩机桥架的强度和刚度要高得多;特别是深锥浓缩机需要提耙时,提耙装置对桥架产生向下的反作用力比普通浓缩机要大得多,这就对深锥浓缩机桥架的强度和刚度提出了更高的要求。在实际使用过程中曾出现深锥浓缩机正常运转时桥架强度能满足要求,但在提耙时桥架下塌的事故。基于以上原因,大直径深锥浓缩机桥架可根据需要采用桁架结构或双焊接工字钢加上拱支撑结构。采用桁架结构可根据钢结构设计规范进行设计,采用双焊接工字钢加上拱支撑结构可参考桥式起重机设计规范进行设计。在桥架强度计算和校核时应充分考虑以上各因素及提耙时的反作用力对桥架的影响。综合考虑本研究GNS-24深锥浓缩机采用桁架结构桥架。

2.3传动方式的选择

深锥浓缩机在工作过程中由于添加絮凝剂或采用倾斜板装置,处理能力是普通浓缩机的3~6倍,底流呈膏状。浓缩池内的膏状压缩层完全覆盖了搅拌装置的耙架,耙架的运动对下部压缩层膏状矿浆产生很大的剪切作用力。因此和同直径的普通浓缩机相比,深锥浓缩机的工作扭矩和驱动功率要大得多。虽然普通浓缩机的工作扭矩和驱动功率的计算公式有多种,考虑深锥浓缩机压缩层的非沉降性,粗细粒趋向不分离,高浓度沉淀层的屈服应力、剪切变稀以及触变性等因素,普通浓缩机选择扭矩的经验不能用于深锥浓缩机。根据深锥浓缩机驱动功率与刮泥耙的结构、矿浆的性质、处理量的大小及中心传动轴的转速等[6],大直径深锥浓缩机采用单电机或液压马达减速机驱动不能满足大扭矩要求,一般采用多点驱动如三驱动或四驱动等,可根据需要选择合适的工作扭矩。GNS-24深锥浓缩机传动装置采用三液压马达减速机驱动,四个液压缸提耙。

2.4深锥浓缩机搅拌装置设计

深锥浓缩机的搅拌装置和普通浓缩机的耙架的作用不同,结构形式也不同。由于深锥浓缩机池底的角度能够使高浓度矿浆接近自流,因此深锥浓缩机搅拌装置的作用是进一步提高底流的浓度,防止深锥浓缩机底部的高浓缩沉淀物固结。耙架设计时应有足够大的扭矩,以便能穿通沉降的浆状物。为了防止集泥坑底流堵塞,可设计集泥锥坑独立搅拌装置,小耙设计成反螺旋结构,并在小锥坑底部安装反冲水装置。在使用过程中当工作扭矩超过最大扭矩60%时,应加大底流泵排矿量防止损害耙架或液压马达减速机齿轮。GNS-24深锥浓缩机在搅拌装置底部设置有双叶片反螺旋装置,浓缩机搅拌装置旋转时双叶片反螺旋将集泥坑下部的物料向上旋动,可有效防止浓缩池集泥坑内浓稠状物料固结。

2.5采用合适的布料装置

根据深层沉降理论采用合适的布料方式可以获得较高的底流浓度和较低的溢流水浓度。常见的有E-Duc进料自稀释布料装置、Floc-Miser给料筒、深层旋流布料装置等。GNS-24深锥浓缩机采用的是深层旋流布料方式,目的在于减小进料的湍流作用,使尾矿浆中的固体颗粒在浓缩机中分布均匀,粗颗粒很快沉入压缩区,相对降低池体中、上部矿浆的浓度,有利于细粒物料的沉降。

3大型深锥浓缩机在实践中的应用

大直径GNS型深锥浓缩机已应用于国内部分选煤厂如山西沁新选煤厂、山西临汾安泽县佳润鑫成煤业有限公司等,矿山尾矿水处理方面如山西代县金升铁矿、河北邯郸武安市南洺河铁矿、河南栾川宝华钨钼矿业有限公司也已选用大直径深锥浓缩机,直径为18~24m。根据现场使用情况,浓缩机溢流水固体质量浓度为0.5~10g/L,能够达到循环水的补水回用要求;底流排出质量浓度为350~550g/L,能够达到后续工艺要求,用户反映良好。

4结语

我国目前对于大型深锥浓缩机的设计与开发还处于探索阶段,通过对GNS-24深锥浓缩机浓缩池的结构、桥架、传动装置、搅拌装置及布料装置的设计探讨,以期为大型深锥浓缩机的设计和使用提供借鉴。

5参考文献

[1]郭立朋,王壮壮,齐丽丽,等.NUW8高效深锥浓缩机的特点及应用[J].煤矿机械,2011,32(5):144-145.

[2]卢东方.铝土矿脱硅水力分选设备的研究[D].长沙:中南大学,2009.

[3]郑立杨.全尾砂的高效浓缩及其流变特性研究[D].济南:山东科技大学,2013.

[4]吕一波,司亚梅.浓缩机技术理论及设备发展[J].选煤技术,2006(5):62-66+92.

[5]王春乔.深锥高效浓缩机在栾川浮选白钨粗精尾矿中的应用[J].现代制造技术与装备,2017(5):117+155.

[6]刘昊,刘廷安.尾矿处理的新方法———膏状尾矿地面堆放技术[J].矿业工程,2003(6):25-31.

作者:陈庆来 单位:淮北职业技术学院

深锥浓缩机结构设计研究责任编辑:张雨    阅读:人次