螺旋線進料體旋流器在某選礦廠分級作業改造中的應用

向 輝 王 磊 季安坤 郭 霞 姜程陽

(1.琿春紫金曙光金銅礦；2.威海市海王旋流器有限公司)

水力旋流器是十分高效的離心力場分離設備，廣泛應用于選礦、化工、石油、環保等領域。水力旋流器結構簡單，操作變量多，提高其效率和性能是近年來科研工作者的一個研究重點。

傳統水力旋流器進料體結構形式多為切線形，即進料管與筒體相切，優點是結構簡單、配置方便，但流型變化很快，沿程損失較大，容易產生紊流，進料管磨損嚴重。為克服切線形進料體的缺點，近年來研制出漸開線形、蝸形漸開線形、同心圓形等進料體，均具有降低能量消耗、增加生產能力和提高分級效率的作用，但仍不能滿足市場快速發展的需求[1-3]。

為進一步提升水力旋流器的處理能力和分級效率，國內某旋流器公司基于引導流場節能分級技術、快速分級技術及進料湍流抑制技術自主研發了大包角和逐漸下降式螺旋進料體結構，并逐步應用在國內選礦廠。琿春紫金曙光金銅礦某選礦廠三系列磨礦—分級作業存在水力旋流器一次分級效率低、循環負荷過高等問題，影響生產的順利進行，需進行技術改造。

1 磨礦—分級系統現狀

琿春紫金曙光金銅礦4 000 t/d選礦廠三系列磨礦—分級作業現處理能力27～28 t/h，磨礦采用MQY2740型球磨機，一次分級采用FX350×4旋流器組，二次分級采用FX250×4旋流器組。磨礦—分級工藝流程見圖1。

圖1 三系列磨礦—分級工藝流程

分別對旋流器的一次分級、二次分級產品進行取樣考察，結果見表1。

表1 分級系統取樣考察結果 %

由表1可以看出，目前磨礦—分級作業主要存在兩個問題：一是一次分級旋流器溢流較粗、分級效率低，增加了二次旋流器的工作負荷，從而導致磨礦—分級系統循環負荷過高，限制選礦廠產能；二是旋流器沉砂夾細現象明顯、濃度低，返回磨機再磨會影響磨礦效果。在粗粒級、高濃度工況條件下，一次分級設備選型不合適導致分級返砂量過大，在磨礦—分級系統中形成惡性循環。目前系統處理能力相對MQY2740型球磨機而言，仍有提升空間。

2 改造措施

新型螺旋進料體結構能改變水力旋流器進料流型，減小因流型改變而產生的湍流強度(紊流強度)及能量損失，降低旋流器給料壓力和旋流器能量消耗。同時新型螺旋進料體結構旋流器因射流作用引起的蓋下流量(短路流量)小，從而可以提高旋流器分級效率。因此擬將新型螺旋線進料體水力旋流器替代現有漸開線進料體水力旋流器進行一次分級，二次分級作業條件不變。

分別使用螺旋線進料體旋流器與漸開線進料旋流器進行一次分級，然后取樣考察對應的一次分級和二次分級產品，結果分別見表2、表3。

表2 一次分級作業指標對比

表3 二次分級作業指標對比 %

由表2可知，使用螺旋線進料體旋流器進行一次分級，溢流產品-0.074 mm含量提高到39.95%，分級效率提高了11.14個百分點，分級效果明顯改善，旋流器循環負荷顯著降低，球磨機處理能力由27.50 t/h提升到30.50 t/h，底流夾細現象也得到一定程度的改善，有利于減少磨礦過粉碎。

由表3可知，使用螺旋線進料體旋流器代替漸開線進料旋流器進行一次分級后，二次分級作業溢流產品-0.074 mm含量提高了9.65個百分點，分級效率提高了4.26個百分點，循環負荷和溢流濃度都得到了一定程度上的降低，分級效果得到改善。

說明采用一次分級采用螺旋線進料旋流器，有利于改善二次分級效果，提高二次分級效率和溢流產品細度，有利于提高后續選別指標。

3 旋流器數值模擬

3.1 湍流強度對比

采用數值模擬法進行漸開線進料體旋流器和螺旋線進料體旋流器湍流強度對比，可以發現螺旋線進料體旋流器較漸開線進料體旋流器湍流強度低，進料更接近層流，有利于提高旋流器的分級效率。目前進料湍流強度抑制技術主要包括將矩形進料管四邊角進行倒角處理、大包角進料管與旋流器主體連接處做弧形過渡，新型螺旋線進料體采用大包角進料管能更加有效地抑制湍流，提高分級效率。

3.2 顆粒軌跡線對比

采用數值模擬法進行漸開線進料體旋流器和螺旋線進料體旋流器顆粒軌跡線對比，可以發現螺旋線進料體旋流器較漸開線進料體旋流器底流細顆粒含量低，溢流顆粒含量高，能降低旋流器底流夾細程度，提高分級效率。

4 結 論

琿春紫金曙光金銅礦4 000 t/d選礦廠三系列磨礦—分級作業采用新型螺旋線進料體旋流器代替原漸開線進料體旋流器進行一次分級，一次和二次分級溢流-0.074 mm含量分別提高了4.51，9.65個百分點，分級效率分別提高了11.14，4.26個百分點，并降低了循環負荷，提高了球磨機處理能力，減少過磨。旋流器湍流強度和顆粒軌跡線數值模擬結果也表明，螺旋線進料體能夠降低湍流強度、減少底流夾細程度，從而提高旋流器分級效率。

[1] 龐學詩.水利旋流器技術與應用[M].北京：中國石化出版社，2011.

[2] 吳劍華，閆星峰，王宗勇.螺旋式旋流器的徑向速度分析[J].輕工機械，2009,27(2)：20-22.

[3] 吳劍華，閆星峰，王宗勇.螺旋式旋流器的切向速度分析[J].環境工程，2009,27(3)：68-71.