旋流器离心浓缩工艺参数的优化.pdf

试验研究andDevelopmentManagementMechanicalNo.7,20232023年第7 期Total243机械管理开发总第2 4 3期D0I:10.16525/14-1134/th.2023.07.007旋流器离心浓缩工艺参数的优化徐达（华阳新景矿洗煤厂，山西阳泉045000)摘要：为解决煤矿尾矿处理不当对环境以及生态平衡造成的影响，急需实现尾矿的资源化利用。在对水力旋流器基本结构及浓缩工艺流程分析的基础上，设计对旋流器浓缩效果验证的试验装置，并重点对入料压力、进料浓度、底流口直径、溢流口直径对旋流器浓缩效果的影响展开试验研究，得出最佳浓缩效果的工艺参数。关键词：旋流器；浓缩效果；入料压力；进料浓度；底流口直径中图分类号：TD94文献标识码：A文章编号：10 0 3-7 7 3X(2023)07-0021-020引言煤炭在我国国民经济的发展中占据主导地位，继而极大促进了煤矿的开采。在煤矿开采期间会产生大量的固体废物，包括煤石、尾矿以及粉煤灰等。对于尾矿而言，其处理不当会对其存储区域造成污染，也对下水造成污染，破坏了生态平衡。将尾矿浓缩处理后作为胶结体充填煤矿井下的采空区，不仅解决了尾矿环境污染的问题，而且解决了综采工作面采空区塌陷的问题。对于尾矿的资源化利用的关键是采用适当的设备并配套合理的浓缩工艺对其进行浓缩处理 1。本文将采用旋流器对尾矿进行浓缩处理，并通过试验方式对其浓缩工艺参数进行优化。17水力旋流器概述水力旋流器的一般结构如图1所示。人流口P旋流腔锥段沉砂口溢流口图1水力旋流器基本结构如图1所示，水力旋流器主要包括有溢流口、人流孔、旋流腔、锥段以及沉砂口等。待处理的物料进人水力旋流器中后，物料在其中做螺旋运动并产生强烈的涡流。在上述作用下，物料分别通过溢流口和底流口排出，分为溢流口悬浮液和底流口悬浮液 2 。基于水力旋流器对尾矿进行浓缩的工艺流程如图2 所示。尾矿在旋流器浓缩的作用下形成低浓度且可被回收利用的溢流和浓度较高的底流。其中，溢流在进一步重力浓缩的作用下对其中的水进行回收，形成的底流液与第一步中形成的高浓度底流合并形成高浓度浓缩的全尾矿。从原理上讲，影响水力旋流器最终浓缩或分选效果的参数包括有操作参数、结构参数和物性参数等。本文重点对水力旋流器锥角、进料浓度、底流口直径、溢流口直径等参数对浓缩效果的影响展开研究。选矿尾矿溢流底流旋流器浓缩溢流底流溢流重力浓缩回水高浓度浓缩全尾矿图2水力旋流器分选尾矿工艺流程2试验方法的设计本次试验所选的尾矿的密度为2.7 8 g/cm。经过对尾矿进行测试可知：该尾矿的颗粒直径普遍处于0.4500.074mm之间，即该尾矿属于较粗的尾矿。基于水力旋流器对上述尾矿进行浓缩所设计的试验装置如图3所示。106752431一搅拌桶；2 一放料阀；3一进料管；4 衬胶泵；5 一进料管；6一回流阀；7 一回流管；8 一压力表9 一溢流管；10 旋流器图3水力旋流器浓缩尾矿试验装置组成为能够准确掌握不同工艺参数对应的浓缩效果，设定如下试验步骤：1)将尾矿与水按照一定的比例配制成待浓缩的物料，并在搅拌桶内对其进行充分搅拌。2)将图3中的放料阀打开，而后开水力旋流器的进料泵，在泵的作用下将物料送人水力旋流器中；在送料过程中，通过对回流阀开口大小的调节实现对入料压力和流量的控制。收稿日期：2 0 2 2-0 5-0 7作者简介：徐达（19 9 4 一），男，河北承德人，本科，毕业于太原理工大学矿物加工工程专业，助理工程师，研究方向为选煤。下转第2 5 页（编辑：王婧）22第38 卷机械管理开发3）旋流器对送人其中的物料进行处理，10 min以后从回流管和溢流管中对样品进行接收，并对相关物料的特性进行测试。最终通过对底流口收集底流的浓度、固相产率两项指标进行测量，从而实现对不同工艺参数下的浓缩效果。3旋流器浓缩工艺参数的优化对于旋流器而言，影响最终浓缩效果的参数可分为结构参数和工艺参数。其中,结构参数中的直径以及锥角根据旋流器的规格已经确定；在工艺参数中物料的粒度和密度等也已确定。因此，本文主要对可调变量进行研究，包括入料压力、进料浓度、溢流口直径和底流口直径等。本文采用单因素变量法分别对上述四个参数的变化对浓缩效果的影响展开研究 33.1人料压力对旋流器浓缩效果的影响在溢流口直径为4 0 mm、底流口直径为16 mm，锥角为8、进料口直径为2 5 mm、进料质量分数为10.21%时，分别对不同人料压力为0.0 8 MPa、0.12MPa、0.15 MP a 和0.2 0 MPa下旋流器的底流浓度、溢流浓度、处理量、底流产率和溢流产率等指标进行统计，并形成如表1所示的试验结果。表1不同入料压力下旋流器浓缩效果对比人料压力底流质量溢流质量处理量/底流产率溢流产率/MPa分数/%分数/%(m/h)1%1%0.0846.644.4813.2362.0937.910.1252.224.2115.0563.9236.080.1555.413.9819.9665.7434.260.2061.243.8320.0866.6633.34如表1所示，随着人料压力的增加对应旋流器的底流浓度、底流产率和处理量均在增加；而对应的溢流浓度和溢流产率均在减小。说明，随着入料压力的增加，对应旋流器的浓缩效果提升。但是，考虑到人料压力越大对旋流器设备本身的磨损越发严重，从而影响设备的使用寿命；同时，人料压力增大至0.15 MPa后,底流产率和处理量的增加不明显 4 。因此，综合考虑将人料压力设定为0.15 MPa比较适宜。3.2溢流口直径对旋流器浓缩效果的影响设定旋流器内径为12 5 mm、锥角为8、进料口直径为2 5 mm、底流口直径为14 mm、人料压力为0.15MPa、进料浓度为2 0.11%时，分别对溢流口直径为2 5 mm、30 m m、35 m m 和4 9 mm下对应的旋流器的底流浓度、溢流浓度、处理量、底流产率和溢流产率等指标进行统计，并形成如表2 所示的试验结果。表2不同溢流口直径下旋流器浓缩效果对比溢流口直 底流质量溢流质量处理量/底流产率溢流产率径/mm分数%分数1%(m/h)1%1%2565.638.5510.3866.0933.193068.878.6812.4765.0334.973570.368.7214.5664.6535.354971.088.8916.6563.7736.23如表2 所示，随着溢流口直径的增加，底流浓度逐渐增加，而底流产率反而降低；对应的旋流器的处理量增加；对应的溢流浓度虽然呈现逐渐增加的趋势，但变化不明显；溢流产率逐渐增加。因此,综合考虑表2 中五项指标的因素，最终确定将溢流口直径确定在30 35 mm之间比较适宜 5 在上述思路下，分别对不同进料浓度和底流口直径下旋流器的浓缩效果进行对比。得出，为保证最佳的旋流器浓缩效果应将进料质量分数控制在20.11%，底流口直径控制在14 16 mm之间为最佳。4结语水力旋流器可对煤矿生产的尾矿进行处理，对尾矿进行充分浓缩后，不仅可以解决尾矿堆积对周围所在区域环境污染以及破坏生态平衡的问题；而且经浓缩后的胶结体还对煤矿工作面采空区进行有效支护。本文重点针对影响旋流器浓缩效果的参数进行优化，以保证在实际生产中旋流器浓缩系统的浓缩指标相对稳定。在充分试验的基础上得出旋流器浓缩效果最佳的工艺参数如下：人料压力为0.15 MPa，进料质量分数为2 0.11%，溢流口直径控制在30 4 5 mm之间，底流口直径控制在14 16 mm之间为最佳。参考文献1刘培坤，李子硕，杨兴华，等.间歇排料式浓缩旋流器的数值模拟及试验验证 J.流体机械，2 0 2 2,5 0（1）：17-18.2安伟，张庆范，赵建平，等.浓缩式漩涡撇油器回收特性研究 J.中国海上油气，2 0 2 1,33(5）：7 7-7 9.3丛龙斐，王霄鹏，周长春，等.新一代微细粒尾矿深度浓缩工艺和设备的应用 J.矿产综合利用，2 0 2 0（5）：4 1-4 5.4张智宸，张悦刊，刘培坤，等.旋流器底流口直管段长度对分离性能的影响研究J.金属矿山，2 0 2 111)：117-119.5姜彪，李振，庞晴晴，等.旋流浓缩除井下煤淤试验研究 J.煤炭工程,2 0 2 0,5 2(7):5 6-5 8.上接第2 2 页:tsSt（编辑：王婧）25赵欣琦，等牛数控渐进成形厚度均匀化研究2023年第7 期法得到的数值模拟模型底部平整无凸起。如图11所示为基于传统多道次成形和本文所提方法的数值模拟模型厚度分布云图，其中基于传统多道次成形方法的厚度分布区间为0.2 2 33 1.0 12 0 mm，而基于本文所提方法的厚度分布区间为0.36 8 9 0.9 9 9 7 mm。通过比较两种数值模拟模型的厚度分布云图可知，本文所提方法的成形件厚度分布区间较比传统多道次成形方法更小，最大、最小厚度差异更小，因而更均匀。厚度/mm厚度/mm1.012e+009.997e-019.327e-0L9.367e-01J8.639e-018.736e-017.751e-018.105e-016.962e-017.474e-016.174e016.843e-016.386e-01J6.212e-014.598e-015.581e-013.810e-014.950e013.021e-014.320e-012.233e-013.689e0111-1传统多道次成形11-2本文所提方法图11厚度分布云图如图12 所示为基于传统多道次成形和本文所提方法的数值模拟模型厚度减薄率分布云图，基于上述两种成形方法的厚度减薄率分布区间分别是2.0 2 8%77.56%和1.5 31%6 2.5 4%。通过比较两种数值模拟模型的厚度减薄率分布云图可知，本文所提方法的成形件厚度减薄幅度比传统多道次成形方法更小。4结语为了解决直壁件数控渐进成形中厚度分布不均的问题，本文研究了将待成形板料水平下移和倾斜下移相结合的直壁件二道次成形方法。研究除了能够使板料倾斜平行下移的各中间道次模型构建方法和成6.254e+017.756c+015.613e+016.960+016.164e+01元4.973e+014.332e+015.368e+01_4.572c+01_3.691e+013.776e+01_3.050e+01_2.981e+01_2.410e+012.185e+01_1.769e+011.389e+01-1.128e+015.931e+004.876e+00-2.028e+001.531e+0012-1传统多道次成形12-2本文所提方法图12厚度减薄率（%）分布云图形轨迹生成方法。研究结果表明，与传统多道次渐进成形方法相比，本文所提出方法成形出来的直壁件厚度分布更加均匀，且成形后直壁件底面无环形凸起。参考文献1莫健华，韩飞.金属板材数字化渐进成形技术研究现状 J.中国机械工程，2 0 0 8,19（4)：4 9 1-4 9 7.2Leacock A G.The future of sheet metal forming research J.Materialsand Manufacturing Processes,2012,27(4):366-369.3李燕乐，陈晓晓，李方义，等.金属板材数控渐进成形工艺的研究进展 J.精密成形工程，2 0 17,9(1)：1-8.4Duflou J R,Habraken A M,Cao J,et al.Single point incrementalforming:state-of-the-art and prospects J.International Journal ofMaterial Forming,2018,11(6):743-773.5Vignesh G,Pandivelan C,Narayanan C S.Review on multi-stage in-cremental forming process to form vertical walled cup J.MaterialsToday(Proceedings),2020,27(3):2297-2 302.6Behera A K,Sousa R A De,Ingarao G,et al.Single point incrementalforming:An assessment of the progress and technology trends from2005 to2015JJ.Journal of Manufacturing Processes,2017,27:37-62.udy on Thickness Homogenization of CNC Progressive Forming of Straight-Walled PalZhao Xinqi,Zhang Bowen,Han Wenhao,Zhang Jingdong,Zhu Hu(School of Mechanical and Electrical Engineering,Shenyang University of Aeronautics and Astronautics,Shenyang Liaoning 110136,China)Abstract:To address the problems of large thickness reduction and uneven distribution in the conventional CNC progressive forming ofstraight-walled parts,a two-pass forming method combining horizontal and inclined downward movement of the sheet to be formed wasproposed:i.e.the first pass was formed by horizontal parallel downward movement of the sheet,and the second pass was formed by inclinedparallel downward movement of the sheet.The forming model of each intermediate pass was established and the forming trajectory of eachpass was generated,and ANSYS sofware was used to compare and analyse the thickness distribution of the formed parts between theconventional multi-pass progressive forming and the proposed method.The results of the finite element analysis show that the formingquality of the straight-walled parts of the proposed method is better than that of the conventional multi-pass forming method.Key words:CNC progressive forming;multi-pass forming;straight-walled parts;thickness homogenisationOptimisation of Cyclone Centrifugal Concentration Process ParametersXu Da(Huayang Xinjing Mine Coal Washing Plant,Yangquan Shanxi 045000,China)Abstract:In order to solve the impact of improper disposal of coal mine tailings on the environment and ecological balance,it is urgent to realizethe resource utilization of tailings.Based on the analysis of the basic structure of hydrocyclone and the concentration process,a test device wasdesigned to verify the concentration effect of cyclone,and the influence of feed pressure,feed concentration,bottom flow diameter and overflowdiameter on the concentration effect of cyclone was investigated to arrive at the process parameters for the best concentration effect.Key words:cyclone;concentration effect;feed pressure;feed concentration;bottom flow diameter