箱式浓密机锥斗防堵塞装置的设计与应用.pdf

箱式浓密机锥斗防堵塞装置的设计与应用 ① 刘肖楚1， 周兴龙1， 龙泽毅2， 龙灵图2， 徐 帅1， 金 蕊1 （1.昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650093； 2.昆明科来赛科技有限公司，云南 昆明 650093） 摘 要 箱式浓密机锥斗在底流浓度较高时，锥斗壁上容易出现物料的粘结，进而导致锥斗的堵塞，影响设备的正常使用。 针对该 问题，介绍了一种矿接触式振动清除装置，由振动架对锥斗壁内的粘结物料直接施加作用力，使物料振动松散后随底流排出，防止 锥斗堵塞。 该装置设计巧妙、能耗低，不会对浓密机箱体结构造成影响，在不同选矿厂应用后，浓密机的底流浓度可以达到工艺要 求值，并且可以连续稳定排放，表明该装置对于消除锥斗物料堵塞具有良好效果。 关键词 箱式浓密机； 锥斗； 粘结堵塞； 矿接触式振动架； 高浓度底流； 稳定排放 中图分类号 TD462文献标识码 Adoi10.3969／ j.issn.0253－6099.2019.06.015 文章编号 0253－6099（2019）06－0062－04 Design and Application of Anti⁃Blocking Device for Box⁃Type Thickener Cone LIU Xiao⁃chu1， ZHOU Xing⁃long1， LONG Ze⁃yi2， LONG Ling⁃tu2， XU Shuai1， JIN Rui1 （1.School of Land and Resources Engineering， Kunming University of Science and Technology， Kunming 650093， Yunnan， China； 2.Kunming Kelaisai Technology Co Ltd， Kunming 650093， Yunnan， China） Abstract When the underflow concentration is high， materials will prone to adhering on the cone wall of the box⁃type thickener， which leads to blockage of the cone and results in malfunction of the thickener. In view of this problem， an ore⁃contacting vibration device was introduced. The vibration bracket directly rts force on the slime adhering on cone wall， which can loosen the slime and ensure it discharged along with the underflow. Therefore， the blocking can be prevented. This ingeniously designed device with low energy consumption does not affect the box structure of the thickener. When this device is applied to different concentrators， the underflow concentration of the thickener can meet the processing requirement and can be discharged continuously and stably， indicating that the device has a positive effect on eliminating the material blockage in the cone. Key words box⁃type thickener； cone； adhesion and blockage； ore⁃contacting vibration bracket； high concentration underflow； stable discharge 箱式浓密机具有占地面积小、处理量大、操作维护 方便等优点，近年来在选矿、冶金、化工等领域广泛应 用。 箱式浓密机主要由上部箱体、下部锥斗、设备支架 等部件组成。 箱式浓密机的下部锥斗主要起浓缩作 用，一般不设置耙架，依靠浓缩物料的重力从锥斗底部 排放底流。 生产实践中，当排放高浓度物料时，底部的 矿浆呈现粘滞状态，会在锥斗壁上逐渐形成物料的粘 结和堆积，造成浓缩锥斗的容积减小，进而阻碍锥斗底 流的正常流动和排放，影响设备正常生产。 通过减小 锥斗锥角的方式，可以缓解物料在锥斗壁上的粘结和 堵塞情况，但设备整体高度增加，锥斗的有效容积减 少，不能彻底解决物料在浓密锥斗内的粘结堵塞情况。 工业上有多种清除料仓设备粘结物料的方法得到 了应用。 文献［1］采用在物料仓仓壁上安装空气炮， 压缩空气瞬间吹喷的方法，来解决河南水运西蓄电池 厂锌业一厂物料仓仓壁物料粘结的问题。 文献［2］设 计的一种防堵塞液压机械装置，有效解决了出煤仓系 统的堵塞问题。 文献［3］设计的一种煤仓底部活化振 动给煤机，把给料功能和活化物料有机地结合到一起， 通过高频振动来消除煤仓蓬煤和堵仓问题。 文献［4］ 采用在浓密机下锥斗底部近底流排放口处安装四台振 动电机、在上锥斗和下锥斗的连接处安装弹性橡胶隔 ①收稿日期 2019－06－25 作者简介 刘肖楚（1994－），男，安徽淮北人，硕士研究生，主要研究方向为选矿设备及过程自动化。 通讯作者 周兴龙（1962－），男，重庆人，教授，博士，硕士研究生导师，主要研究方向为选矿新设备研制及应用，尾矿干排干堆。 第 39 卷第 6 期 2019 年 12 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.39 №6 December 2019 万方数据 振的方法，来消除浓密机锥斗物料的堵塞。 文献［5］ 采用在浓密锥斗底部安装可转动耙架的方式清除锥斗 堵塞物料，但是当底流排放浓度很高时，会造成埋耙而 影响正常使用。 上述解决料仓或浓密锥斗堵塞的方法 和装置均起到了一定的效果，但对于箱式浓密机浓缩 锥斗物料的清除尚存在一定的不确定性。 本文主要介 绍文献［6］发明的矿接触式锥斗壁物料清除装置的设 计及应用情况。 1 箱式浓密机锥斗物料堆积的形成 选矿厂进入到浓密机内的沉降颗粒一般颗粒较 细、成分复杂。 在锥斗沉降区内，矿浆浓度呈梯度增 大，微细颗粒之间相互碰撞几率增加，导致沉降速度减 小，流速减缓。 此外，矿浆中的物料成分复杂，除了含 有目标矿物外，还含有一些细粒粘土矿物，如高岭土、 蒙脱石等。 这些粘土矿物遇水极易泥化，与微细矿物 颗粒粘附在一起，呈现出高粘度甚至泥浆的状态。 该 类物料在浓密锥斗内沉降至锥斗壁上后，由于物料的 高粘度而形成粘结，同时由于锥斗锥角的限制，物料很 难靠自重克服物料的粘性阻力和摩擦阻力而从锥斗壁 上滑落，从而造成物料在锥斗壁上的堆积和堵塞。 锥斗内沉积区的矿浆可以视为假塑性非牛顿流 体，其流变性质可表示为［7］ τ ＝ τ0＋ Kγn（1） 式中 τ 为物料切变应力，Pa；τ0为屈服应力，Pa；K 为 稠密系数，Pas；γ 为切变速度，即流速梯度du dy，s －1 ；n 为流变指数，n＜1。 该式中，物料粘度越大，且稠密系 数 K 值越大，物料运动所需克服的切变应力 τ 越大， 导致其流动性变差。 物料沉降速度变慢，并且处于一 种粘滞流动的状态，容易引起物料在锥斗壁上的粘结 和堆积。 2 矿接触式振动清除装置的设计 2.1 设计思路 设计了一种新型的矿接触式振动架来清除箱式浓 密机锥斗壁上的粘结物料。 将振动器的激振力传递到 锥斗内部设置的振动架上，使振动架对粘附在锥斗壁 上的物料产生直接作用，对物料施加剪切力，使粘结的 物料从锥斗壁上松散脱落，增加了锥斗内部矿浆的流 动性，使原来粘结堵塞的物料可以随着底流顺畅地排 放。 振动架不与箱体发生直接接触，工作时不会对浓 密机箱体结构产生影响。 整个装置具有结构简单、节 能降耗、安装维修方便等优点。 2.2 装置结构设计 图 1 为设计的浓密机锥斗壁物料清除装置三维设 计示意图。 它主要由振动架、激振装置、连接装置和密 封装置等组成。 锥形振动架安装在锥斗中部位置，锥 角与锥斗相同，高度取决于底部锥斗的大小。 振动架 四周与锥斗内壁留有一定间隙。 激振装置主要由激振 电机组成，激振方式可以为机械激振、电磁激振等。 激 振器功率根据振动架大小和振幅大小来确定。 振动源 为间歇式工作，工作周期和间歇周期由外接控制柜来 调整。 振动架与激振电机通过支架相连接，支架的一 端固定振动架，另一端固定和承载激振电机。 整体装 置通过高强度弹性密封圈支撑和隔振。 图 1 振动清除装置三维设计示意 1 锥斗； 2 振动架； 3 激振器； 4 密封及支撑组件； 5 底流强制排矿装置 为了防止振动架工作时出现粘结物料突然脱落垮 塌，造成底流排放口堵塞，在锥斗排放口设置了底流强 制排放装置，以保证底流连续稳定排放。 2.3 锥斗壁物料清除机理 锥斗内的粘结堵塞物料可以视为一个连续均质模 型，如图 2 所示。 不考虑物料堵塞周围流体流动对于 此连续体的影响，锥斗内的堵塞物料会受到以下几个 力的共同作用物料自重 G，摩擦力 F1，锥斗壁对于物 料的支持力 N，以及物料因相对运动而受到的切向粘 滞阻力 F2。 图 2 锥斗内起拱料受力分析示意 36第 6 期刘肖楚等 箱式浓密机锥斗防堵塞装置的设计与应用 万方数据 当振动装置开始工作后，物料受到振动架在激振 器作用下产生的激振力 F，由于物料的脱落，受到一个 与脱落方向相反的粘滞阻力 F3。 物料在平行于锥斗壁的方向上受到 4 个力的共同 作用，分别是物料的摩擦力 F1，物料的切向粘滞阻力 F2，物料自重在此方向上的分力 Gcosθ，和振动架激振 力在此方向上的分力 Fsinθ。 物料处于运动状态，所以 在平行于锥斗壁方向上处于不平衡的状态，满足 Gcosθ ＋ Fsinθ ＞ F1 ＋ F 2 （2） 物料在垂直于锥斗壁的方向上受到 4 个力的共同作 用，分别是锥斗壁对物料的支持力 N，物料的法向粘滞 阻力 F3，物料自重在此方向上的分力 Gsinθ，和振动架 激振力在此方向上的分力 Fcosθ。 物料处于运动状 态，在平行于锥斗壁方向上处于不平衡的状态，满足 N ＋ Fcosθ ＞ Gsinθ ＋ F3（3） 由式（2） ～（3）可得出堆积物料的松动效果取决于激 振力 F 的大小。 F 是由振动架在激振器作用下产生 的，其大小可以通过激振力公式计算 F ＝ mrω2（4） 式中 m 为激振器内偏心块的质量；r 为偏心距；ω 为激 振器工作转速，即转动角速度。 激振力的大小主要由 激振器的工作转速决定，工作转速越大，激振器产生的 激振力越大。 可以根据物料的性质以及粘结堵塞情况 来调节工作转速，以达到最佳的锥斗壁物料清除效果。 3 生产应用 3.1 在磨矿前浓缩工艺中的应用 攀钢集团选钛厂的选别工艺中，旋流器溢流采用 德瑞克筛隔粗，德瑞克筛筛上物进入磨矿机再磨。 生 产中由于德瑞克筛筛上物料浓度仅为 40％ ～50％，不 能满足磨矿要求。 选钛厂原设置了一台普通箱式沉降 斗，浓缩后底流仅能达到 60％左右，且因为沉降斗的 沉降面积很小，溢流也跑浑严重，溢流浓度达到 10％ 左右，未能达到满足磨矿浓度要求和控制溢流少跑矿 的目的。 2015 年，选钛厂在工艺改造中，选用一台昆明理 工大学发明的带锥斗壁物料清除装置的振动斜盒浓密 机，用于德瑞克筛筛上物的浓缩脱泥，取得了很好的使 用效果。 3.1.1 矿石性质 设备安装前，取浓密机给矿的代表性矿样在实验 室进行了浓度测定、粒度筛析和沉降试验。 矿样的浓 度为 44.5％。 粒级组成筛析结果为＋0.45 mm 粒级占 8.09％，－0.074 mm 粒级含量仅为 13.40％，主要的粒级 集中在 － 0.3 ＋ 0.074 mm，占总量的 70.12％。 由于矿 样粒度较粗，沉降 5 min 后，大部分物料即沉降至量筒 底部。 浓密机的给矿流量平均为 300～350 m3／ h，要求浓 密机的底流浓度达到 70％以上、溢流浓度小于 5％，设 备能连续稳定运行。 3.1.2 浓缩设备选型 根据矿浆的沉降特性，结合选钛厂的安装条件和 工艺要求，设计选用 1 台 ZXN－150 振动型斜盒浓密机 作为浓缩设备。 该设备的浓缩锥斗配置了矿接触式振 动架来防止沉降物料在锥斗壁上的堆积堵塞，在底流 排放口设置了高浓度底流强制排放装置，以满足高浓 度底流连续稳定排放的要求。 3.1.3 工艺参数测试 在设备运行期间，针对设备使用状况进行了底流、 溢流流量测试以及给矿、底流和溢流浓度测试。 设备 参数测试期间，设备满负荷运行，给矿、底流和溢流排 放通畅。 测试获得的主要指标见表 1。 表 1 主要参数测试结果 测试 日期 给矿底流溢流 流量 ／ （m3h －1 ） 浓度 ／ ％ 流量 ／ （m3h －1 ） 浓度 ／ ％ 流量 ／ （m3h －1 ） 浓度 ／ ％ 33043.1813772.671932.72 2015⁃05⁃1732545.8713075.211952.89 33043.3513773.141932.78 32642.7813572.621912.65 2015⁃05⁃1833642.8713873.871982.87 33043.6513672.181942.25 2015⁃06⁃0731045.5613073.791802.19 2015⁃07⁃0635342.8714873.252052.97 平均值33043.77136.3873.34193.632.67 3.1.4 结果分析 测试结果表明，采用带锥斗壁物料清除装置和底 流强制排矿装置的振动斜盒浓密机，完全达到了项目 改造的目的和要求。 设备运行测试期间，锥斗壁物料 清除装置间隙式运行，没有出现浓密锥斗物料的粘结、 堆积和堵塞现象，底流浓度可控可调。 实测底流浓度 稳定在 72％以上，最高浓度达到了 75.21％，平均浓度 达到了 73.34％，完全满足了后续磨矿的给料浓度要 求。 由于底流的连续稳定排放，溢流浓度控制在 3％ 以内，没有出现跑粗现象。 3.2 在井下充填浓缩机中的应用 山东鲁南矿业公司某铁矿选矿厂在实施尾矿井下 充填工艺中，选用昆明理工大学发明的振动斜盒浓密 机作为尾矿的预浓缩，浓缩后的底流进砂仓进一步浓 缩后作为井下充填的原料。 46矿 冶 工 程第 39 卷 万方数据 3.2.1 矿石性质及浓缩要求 设备使用前，取生产流程中的尾矿样进行了浓度、 粒度测试和沉降试验研究。 矿样浓度 20.4％。 粒度组 成不均匀且粒度较细，－0.074 mm 粒级占 84.49％，其 中大部分粒级集中在－0.037 mm，占 55.69％。 矿样适 当添加絮凝剂后能得到好的沉降效果。 浓密机的给料 由两部分组成，总给料量约 450 m3／ h，其中选矿厂流 程产生的尾矿约占总给矿量的 60％，其余 40％是尾矿 库造浆后的尾矿，总给料浓度约 22％。 要求浓密机浓 缩后的底流浓度达到 50％ ～55％，设备能连续稳定运 行，不能出现浓密锥斗积料和堵塞的情况。 3.2.2 浓缩设备 根据实验室沉降试验结果，结合浓密机的处理量 和浓缩要求，选择 1 台 ZXN－1200 振动斜盒浓密机作 为矿浆的预浓缩设备。 为了满足浓密机连续排放高浓 度底流的要求，设备浓缩锥斗配置了锥斗壁物料清除 装置和高浓度底流强制排放装置。 3.2.3 工艺参数测试 设备投产稳定运行后，对浓密机给料、底流、溢流 流量和浓度等主要工艺参数进行了连续 3 天的测试， 结果如表 2 所示。 表 2 主要参数测试结果 测试 日期 给矿底流溢流 流量 ／ （m3h －1 ） 浓度 ／ ％ 流量 ／ （m3h －1 ） 浓度 ／ ％ 流量 ／ （m3h －1 ） 浓度 ／ ％ 2016⁃08⁃0644523.5613853.363073.52 2016⁃08⁃0743622.8113250.873043.86 2016⁃08⁃0844222.6213653.613064.21 平均值44123.0013552.613063.86 测试结果表明，浓密机达到稳定状态后，设备能连 续稳定运行，底流浓度达到了 50％以上。 由于锥斗壁 物料清除装置和高浓度底流强制排放装置的应用，未 出现浓密锥斗粘结堵塞情况，为后续砂仓浓缩提供了 合格的给料，为尾矿充填创造了条件。 浓密机溢流出 现跑浑现象，是因为在实际应用中没有添加絮凝剂、细 粒物料沉降缓慢造成的，与设备本身无关。 3.3 在其他矿山的应用 3.3.1 在有色多金属矿的应用 云南某多金属硫化矿选矿厂，在硫精矿浓缩中选 用 1 台 ZXN－300 振动斜盒浓密机作为浓缩设备，浓密 机给料浓度约 15％，要求浓缩后的底流浓度达到 60％ 以上。 在设备的浓密锥斗内安装了矿接触式锥斗壁物 料清除装置和底流强制排放装置，浓密机在底流浓度 达到 60％以上时能连续稳定排放，使用过程中没有出 现浓密锥斗的物料堆积和粘结堵塞现象。 3.3.2 在干排干堆工艺中的应用 某铅锌选矿厂，在对尾矿进行厂前浓密回水时，选 用 4 台直径 9 m 的深锥型高效浓密机。 该尾矿粒度 细、沉降速度慢，给料浓度为 15％，添加絮凝剂进行预 处理。 浓密机锥斗内安装了矿接触式振动架，配合底 流强制排放装置后，底流可以连续排放，浓度达到了 68％，满足膏体尾矿干排干堆的要求。 4 结 语 1） 箱式浓密机锥斗易发生积料堵塞现象，影响浓 密机底流的正常稳定排放，成为箱式浓密机推广应用 的一个瓶颈。 本文介绍的矿接触式振动架清除装置， 可以有效解决这一问题。 该装置的主要特征为① 利 用振动松散原理对浓密机锥斗内的物料进行直接振 动，可以有效避免高浓度物料在锥斗壁上的粘结，消除 因物料粘结而形成的锥斗堵塞，保证高浓度物料在锥 斗内的连续排放。 ② 振动架为弹性支撑，振动架与锥 斗壁之间有一定的间隙，为锥斗壁提供了一定的缓冲 保护作用，振动源传递给振动架的振动仅对锥斗内的 物料产生松散作用，而对锥斗没有施加振动，不但使振 动源的功率大幅降低，而且有效避免了振动对设备可 能产生的不利影响。 ③ 振动装置既可应用于斜板和 斜管箱式浓密机，还可应用于高效浓密机和深锥浓密 机的下部锥斗内，满足不同底流浓度排放和设备高差 的配置问题。 2） 该装置已在不同规格型号的振动斜盒浓密机 中安装使用，满足了选矿厂浓缩工艺中排放高浓度底 流时不出现浓密锥斗积料和粘结堵塞的问题，获得了 很好的应用效果。 3） 该装置为消除浓密机锥斗堵塞提供了一种创 新性的解决方案。 参考文献 ［1］ 曹武军，王东亮. 矿粉物料仓粘料清除［J］. 吉林师范大学学报 （自然科学版）， 2006，27（4）123－124. ［2］ 陈玉标，赵 帅，张正义，等. 煤矿井下采区煤仓防堵塞液压安全 装置的设计与应用［J］. 内蒙古煤炭经济， 2018（7）11. ［3］ 卜银坤. 煤仓底部活化振动给煤机的应用研究［J］. 电力信息与 通信技术， 2013，46（10）13－17. ［4］ 张云龙，王有春. 一种浓密机高浓度浆体放堵塞装置中国， CN 202921033［P］. 2013－05－08. ［5］ 许锦康，韩晓熠，陈家栋，等. 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