Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние теории и практики использования процессов гидроциклонирования и оценка их влияния на эффективность обогащения 12
1.1 Общие сведения 14
1.2 Типы гидроциклонов по назначению и конструкциям 16
1.3 Гидроциклоны-классификаторы 16
1.4 Расходные характеристики гидроциклонных аппаратов 18
1.5 Движение жидкости в гидроциклоне 22
1.6 Изменение основных свойств суспензии в гидроциклоне 23
1.7 Применение гидроциклонов на обогатительных фабриках 30
Глава 2. Теоретические закономерности процесса гидроциклонирования и их влияние на развитие конструкции гидроциклонов и технологию классификации в контурах измельчения 36
2.1 Тангенциальная скорость 37
2.2 Вертикальная скорость 40
2.3 Радиальная скорость 41
2.4 Влияние геометрии питающей камеры на процесс гидроциклонирования 45
2.5 Гидромеханика сепарационных процессов гидроциклонирования с учетом их стохастиской природы 47
Глава 3. Экспериментальные исследования процесса гидроциклонирования 57
3.1 Постановка задач для экспериментальных исследований 57
3.2 Разработка модели формы питательной камеры с использованием построения виртуальной модели движения потоков внутри гидроциклона 61
3.3 Анализ влияния параметров сливной насадки на эффективность классификации 64
3.4 Взаимная оптимизация исследуемых параметров анализа свойств продуктов питания и конструктивно-технологических параметров гидроциклона с целью повышения эффективности классификации 66
3.5 Объект экспериментального исследования 66
3.6 Экспериментальная установка. Методика проведения эксперимента для определения конструктивно-технологических параметров процесса гидроциклонирования 67
3.7 Проверка теоретических взаимосвязей между основными параметрами гидроциклонирования на экспериментальном стенде 70
Глава 4. Разработка методики расчета и выбора параметров гидроциклонов 77
4.1 Расчет граничной крупности разделения частиц 78
4.2 Расчет диаметра гидроциклона 79
4.3 Расчет параметров распределения твердого по классам крупности 79
4.4 Расчет количества гидроциклонов 80
Глава 5. Промышленные испытания при внедрении предложенных рекомендаций и технико-экономическая оценка их результатов 84
5.1 Промышленные испытания на ОАО «Качканаарский ГОК» 84
5.2 Технико-экономические результаты внедрения гидроциклонов 91
5.3 Результаты внедрения установок на ОАО «Карельский Окатыш» 91
5.4 Результаты внедрения установки на ОАО «Качканарский ГОК» 92
Заключение 93
Список использованных источников 95
- Типы гидроциклонов по назначению и конструкциям
- Влияние геометрии питающей камеры на процесс гидроциклонирования
- Разработка модели формы питательной камеры с использованием построения виртуальной модели движения потоков внутри гидроциклона
- Расчет параметров распределения твердого по классам крупности
Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие минерально-сырьевой базы в России, техника и технология ее промышленного использования в значительной степени определяли и определяют экономическую мощь государства, возможности развития его промышленного и оборонного потенциалов. Повышение технико-экономических показателей комплексной переработки минерального сырья и развитие ресурсосберегающих технологий сегодня являются важнейшими направлениями горной промышленности во всем мире. Расширение объемов освоения сырьевой базы экономически целесообразно только на основе самых современных успехов в области совершенствования процессов переработки полезных ископаемых.
Рассматривая современные тенденции в развитии и проектировании технических средств, можно с уверенностью говорить о многоуровневом подходе к проектированию и реализации технических нововведений.
Важнейшими из основных требований к этому являются как высокая производительность проектируемых аппаратов, так и высокое качество получаемых концентратов, сравнительно низкая стоимость производства, энергоемкость, надежность. Это означает, что инвестиции следует вкладывать не в расширение производства, а в технологии переработки, потребления и снижения самих потребностей общества в минеральном сырье. Такое направление, помимо прямой прибыли (эффективное использование сырья при его рациональной переработке, комплексное использование месторождений, использование замкнутого цикла), дает экологический эффект, позволяя более разумно распорядиться ограниченными природными ресурсами. Кроме того, цены на товарные руды и концентраты стали на порядки выше цен сырой руды (особенно при высоких затратах на транспорт), а цены на готовую продукцию стали для многих видов сырья, например - для алмазного, на порядки выше стоимости концентратов пли «сырых» минералов. Основой для цен на руды и концентраты стала их металлургическая ценность, зависящая от содержания полезного компонента и примесей. Все это ведет к необходимости концентрации и упорядочиванию накопленных знаний и их использованию при проектировании новых процессов и аппаратов. Конечно, это непосредственно касается и гидроцнклонов - основного классифицирующего элемента измельчительных контуров современных ГОКов.
Первое упоминание о гидроциклоне зарегистрировано в патенте Бритни Е. от 1891г., при этом впервые применили в промышленнности гидроциклоны лишь в 1939г. на углеобогатительной фабрике в Голландии [36, 105]. Серийное производство гидроциклонов начато в СССР в 1956г. В практике обогащения полезных ископаемых гидроциклоны в ряде случаев заменили классификаторы материалов по крупности и аппараты для обезвол<ивания и обогащения по плотности частиц. Являясь по своей сути гидродинамическими аппаратами, они в то же время эффективны и как гидростатические сепараторы. Наряду с весьма обширными возможностями применения гидроциклонов в технологических процессах наиболее характерным является их применение в качестве классифицирующего оборудования в циклах измельчения. Как показывает практика, этот агрегат достаточно чувствителен к изменениям режима работы мельницы, позволяет регулировать процессы её загрузки и влиять на измельчение ценного рудного компонента [66, 68, 80].
В горнорудной и угольной промышленностях гидроциклоны уже давно заняли достойное место в технологических схемах обогащения полезных ископаемых. Они успешно работают практически на всех горнообогатительных комбинатах и фабриках в нашей стране и за рубежом, обеспечивая высокоэффективную классификацию по крупности, обогащение в тяжелых средах, сгущение продуктов и осветление сточных вод. Среди многообразия различных типов классифицирующего оборудования.
гидроциклоны являются наиболее простым и универсальным оборудованием.
Однако, несмотря на простоту его устройства, этот агрегат имеет широкий спектр возможностей и обладает рядом технологических преимуществ:
• простота в эксплуатации и монтаже;
• относительно долгий срок службы проточной части, легкая её замена;
• небольшие габаритные размеры и вес;
• относительно низкие капитальные и эксплуатационные расходы.
Самой важной технологической задачей обогащения железных руд, решаемой применением новых конструкций гидроциклонов, является достижение максимальной степени раскрытия минералов при минимальном измельчении руды и наибольшей производительности для получения высококачественных концентратов при максимально возможном извлечении и минимальных материальных и энергетических затратах на тонну производимого продукта. Промышленному использованию гидроциклонов способствует также значительный экспериментальный материал и результаты теоретических исследований, посвященные созданию математической модели сепарации дисперсных неоднородных систем типа «жидкость - твердое тело».
Значительный вклад в развитие теории и практики гидроциклонирования внесли такие ученые как Акопов М.Г., Ангелов А.И., Баранов Д.А., Барский В.Г., Брэдли Д., Вилъямс Р.А., Дриссен М., Келсалла Д.Ф., Кутепов И.Г., Лященко П.А., Нейсе Т., Непомнящий Е.А., Павловский В.В., Пилов П.И., Поваров А.И., Тарьян Г., Тернавский A.M., Тихонов О.Н., Шуберт Г., и многие другие. Тем не менее, это направление остается одним из самых актуальных в обогащении полезных ископаемых, а решение задачи по повышению эффективности процесса гидроциклонирования остается наиболее востребованным для обогатительных предприятий.[2, 7, 12, 15, 53,
72,74,97,114,131, 140] Настоящая работа посвящена разработке новой техники и технологии гидроциклонирования для повышения эффективности классификации и обогащения железистых кварцитов в циклах «мельница-классификатор» и других узлах классификации и обезвоживания. Внедрение новых конструкций гидроциклонов и технологий гидроциклонирования призвано обеспечить повышение технико-экономических показателей работы обогатительных фабрик железорудных ГОКов, совершенствование технологии, уменьшение капитальных и эксплуатационных затрат.
Цель работы. Определение зависимости параметров процесса гидроциклонирования от конструктивно-технологических параметров цилиндроконических гидроциклонов модульных конструкций для повышения эффективности классификации и совершенствования технологии обогащения магнетитовых кварцитов.
Идея работы. Пересмотреть существующий метод выбора и расчета параметров гидроциклона, опирающийся на стандартный размерный ряд серийных гидроциклонов, и предложить методику индивидуального расчета и изготовления специальной модульной конструкции гидроциклона для классификации конкретного материала.
Задачи исследований. Для достижения поставленной в работе цели были решены следующие задачи:
• выполнить теоретический анализ процесса гидроциклонирования для построения математической модели и оценки резервов повышения эффективности классификации гидроциклонов, работающих в технологических схемах обогащения железорудных ГОКов;
• усовершенствовать конструкцию гидроциклона в соответствии с новыми представлениями об оптимизации параметров гидроциклона для повышения его износостойкости и эффективности классификации при выполнении различных технологических задач;
• разработать математическую модель процесса классификации материалов в цилиндроконическом гидроциклоне;
• разработать методику технологического расчета и изготовления гидроциклона для высокоэффективной классификации заданного материала по крупности;
• проверить работоспособность предложенной методики в промышленных условиях и внедрить новые конструкции гидроциклонов на обогатительных фабриках железорудных ГОКов России;
• произвести технико-экономическую оценку результатов работы новых гидроциклонов для расширения их внедрения в масштабах всей отрасли.
Объекты исследования. Объектами исследования являлись конструктивно-технологические параметры процесса гидроциклонирования и соответствующие им новые конструкции гидроциклонов, влияние ик внедрения на технико-экономические показатели работы ОФ ГОКов России.
Вышеизложенные процессы исследовались на исходной руде таких ГОКов, как: ОАО «Карельский Окатыш», ОАО «Качканарский ГОК «Ванадий», ОАО «КМА-руда», ОАО «Ковдорский ГОК», ОАО «Стойленский ГОК»;.
Методы исследований. В ходе работы над диссертацией использовались следующие методы исследований:
• магнитно-радиометрические, химические методы анализа исходных материалов и продуктов разделения;
• моделирование процесса гидроциклонирования в лабораторных, стендовых и промышленных условиях;
• получение и исследование математических моделей процессов гидроциклонирования;
• аналитические и экспериментальные при исследовании основных параметров работы гидроциклонов;
• статистический анализ результатов, полученных в ходе промышленных испытаний и эксплуатации новых конструкций гидроциклонов на обогатительных фабриках Костомзчсшского и Качканарского ГОКов, с использованием их компьютерной обработки в специальных программах ЖsimMet, VULCOcalc;
• современной аналитической и приборной базы для изучения основных параметров работы гидроциклонов, свойств минерального и вещественного состава продуктов обогащения;
• опытно-промышленная проверка разработанных технологических решений.
В экспериментах использовались специальные и стандартные измерительные устройства и приборы.
Научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:
• разработана стохастическая модель турбулентного массопереноса в гидроциклонах с конкретными начальными и граничными условиями, позволяющая на основе новых представлений о процессе гидроциклонирования и о распределении скоростей потоков улучшить конструктивно-технологических параметров гидроциклонов и эффективность классификации;
• разработана конструкция питающей камеры гидроциклонного аппарата, обеспечивающая плавное сопряжение входного и рабочего потоков и стабилизацию гидродинамического режима, способствзтощего повышению эффективности классификации и износостойкости гидроциклонов путем исключения крупномасштабных турбулентных пульсаций;
• разработана методика расчета основных конструктивно-технологических параметров гидроциклонов, учитывающая влияние турбулентных пульсаций согласно разработанной модели, адекватность которой проверена экспериментально;
• предложен новый способ расчета и внедрения гидроциклонов в технологических процессах для решения конкретной технологической задачи классификации определенного продукта обогащения в соответствии с его гранулометрическим составом и свойствами.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов Научные положения, выводы и рекомендации подтверждаются удовлетворительной сходимостью результатов аналитических расчетов с данными, полученными опытным путем, соответствием результатов лабораторных и промышленных испытаний. Оценка адекватности модели выполнена с доверительной вероятностью 0,85.
Моделирование процессов гидроциклонирования осуществлялось на стендовой установке с приборами для измерения основных гидромеханических параметров, с применением минералогического, гранулометрического и других методов лабораторного анализа продуктов обогащения, математических методов расчета полей скоростей и давлений; данные обрабатывались с использованием современных компьютерных программ.
Научное значение работы заключается в уточнении современных теоретических представлений о процессе гидроциклонирования и разработке его математической модели, корректирующей зависимости показателей обогащения от конструктивно-технологических,параметров гидроциклонов, а также в создании на этой основе новых конструкций гидроциклонов, разработке новой методики технологического расчета для выбора и регулирования основных параметров оборудования и новых технологий применения гидроциклонов на ОФ современных ГОКов.
Практическое значение работы заключается в применении методики расчета параметров гидроциклонов новых конструкций и их внедрении на железорудных обогатительных фабриках ГОКов России для повышения технологических показателей обогащения за счет повышения эффективности работы цикла измельчения с применением модульных гидроциклонов с повышенной эффективностью классификации и увеличенным сроком их службы, что подтверждено соответствующими актами внедрения.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Основные результаты работы и практические рекомендации использованы при выдаче технологических регламентов по внедрению и эксплуатации новых конструкций гидроцпклонов на действующих и проектируемых ГОКах РФ, при этом усовершенствована технология классификации и обогащения, также выводы и рекомендации использзпются в учебном процессе в МГГУ по курсам «Гидромеханика» и «Гравитационные методы обогащения».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях и симпозиумах «ОБОГАЩЕНИЕ 2006» (ЗАО Механобр Инжиниринг, СПб.), «Плаксинские чтения» (Кировск 2008), «Неделя горняка» (Москва, МГГУ - 2006-2009 гг.), "Конгрессе обогатителей стран СНГ" (МИСИС, 2007, 2009 гг.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 работ, из них 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка использованной литературы из 143 наименований п 4 приложений, содержит 39 рисунков, 14 таблиц.
Типы гидроциклонов по назначению и конструкциям
Существующие в настоящее время гидроциклонные аппараты условно можно классифицировать по критериям представленным в табл. 1.1.[81]
Из всех перечисленных конструктивных модификаций гидроциклонов и оборудования гидроциклонного типа на железорудных обогатительных фабриках в стадиях классификации, как правило, применяют гидроциклоны цилиндроконического типа, больших и средних диаметров, с углом конуса 20, высокого давления, в компоновке в виде батарейного соединения со 100% резервированием.
Гидроциклоны-классификаторы предназначены для фракционного разделения твердых частиц и зернистых материалов по крупности в потоке пульпы. В аппаратах этого типа осуществляется чаще всего позонный отвод продуктов разделения. Необходимыми условиями их нормального функционирования являются плавный ввод разделяемой смеси в аппарат, снижение турбулентных пульсаций в рабочей зоне, точная регулировка объемных расходов выводимых продуктов классификации.
Гидроциклонные аппараты для проведения сепарационных процессов сравнительно новое и быстро развивающееся направление в технике обогащения [62, 82, 104]. Высокая степень турбулентности потока жидкости на входном участке и значительный фактор разделения в рабочей зоне аппарата позволяют совмещать в одном аппарате различные массообменные процессы с последующим разделением продуктов по плотности и крупности.
Согласно определению, предложенному институтом Механобр, гидроциклоны - основные аппараты для гидравлической классификации, используемые на обогатительных фабриках. Из многочисленных конструкций гидроциклонов на рудообогатительных фабриках применяют, главным образом, цилиндроконические с углом конусности 20 и малых типоразмеров с углом конусности 10. Принятое обозначение гидроциклона согласно указаниям института Механобр включает слово «гидроциклон», угол конусности (если он отличается от 20), буквенные обозначения материала рабочих поверхностей гидроциклонов, диаметр гидроциклона (в мм) и обозначение климатического исполнения (для стран с жарким климатом - Т).
Установлены следующие буквенные обозначения материалов для футеровки рабочих поверхностей гидроциклонов: К - каменное литье; М -металлокерамика (самосвязанный карбид кремния); Ч - легированный или отбеленный чугун; С - легированная сталь; Р — резина; П - полиуретан. При использовании одновременно двух и более из указанных материалов за основной принимается материал, применяемый для рабочих поверхностей цилиндрической части и конуса (без песковой насадки). [32, 43, 76, 103]
Основные параметры и размеры гидроциклонов приведены в табл. 1.2. Промышленно выпускаются гидроциклоны размеров (диаметр питательной камеры, мм): 5; 7,5; 15; 25; 35; 50; 75; 150; 250; 360; 500; 710; 1000; 1400, 2000.
Гидроциклоны выпускают со спиральным вводом питания (допускается тангенциальный), с левым расположением ввода питания и сливом через патрубок или камеру. В комплект гидроциклона в зависимости от материала, из которого изготовлены его рабочие поверхности, входят детали, указанные в ГОСТ 718—84. Комплектность поставок по ГОСТ 10718—81. Расходные характеристики гидроциклонных аппаратов.
Объемная производительность гидроциклона по пульпе (Q) - важнейший технологический параметр, определяющий не только количественные, но и качественные показатели его работы [13].
Теоретическое исследование вопроса об общем объемном расходе гидроциклонов различных конструкций показало, что влияние одновременно многих параметров не позволяет аналитически установить математическую зависимость между ними. Решение возникающих в этом случае дифференциальных уравнений затрудняется. В большинстве случаев формулы производительности гидроциклона получают эмпирически, исходя из расчетных схем, на основе следующих данных: а) формулы, учитывающей местное сопротивление в трубопроводе; б) общей формулы истечения из затопленного отверстия; в) формулы истечения через водослив, образованный краями сливного отверстия. Формула для расчета производительности гидроциклона может быть получена путем обработки экспериментальных данных на основе теории подобия. Несмотря на многообразие формул для определения производительности гидроциклонов [5, 14, 46, 50, 65, 83], каждую их них можно отнести к одной из основных четырех групп.
Влияние геометрии питающей камеры на процесс гидроциклонирования
Вследствие стохастического характера процесса разделения гетерогенных систем в гидроциклонах значение диаметра граничного зерна, полученное по формуле (2.14), будет занижено по сравнению с реальной величиной зерна разделения на 5-Ю %. Высокая абсолютная величина вязкости среды отрицательно сказывается на эффективности процесса сепарации, поскольку увеличение в этом случае силы сопротивления радиальному перемещению частиц твердой фазы к стенкам гидроциклона, как следует из анализа зависимости (2.10), приводит к повышению размера граничного диаметра зерна. Влияние геометрии питающей камеры на процесс гидроциклонирования. Как уже отмечалось, турбулентные вихри, захватывая с собой элементы пульпы, осуществляют её вертикальный массоперенос, поперечный основному поступательному потоку. При постепенном увеличении скорости основного потока, как только Re становится больше iteKp. 2300, образуются большие вихри - элементы жидкости первого порядка, получающие энергию от основного потока. Они не стабильны и с дальнейшим ростом Re распадаются на малые элементы /- того порядка с размером а: где Re - критерий Рейнольдса; ju - динамический коэфициент вязкости; U -скорость основного потока пульпы; 5п - вязкость пульпы; С дальнейшим уменьшением размеров этих элементов растет влияние трения, т.е. уменьшается Re. Наконец, влияние трения становится настолько высоким, что кинетическая энергия полностью поглощается, и распад прекращается. Характер движения при этом определяется образом величиной элементарных вихрей, средний размер которых а приблизительно равен длине пути /, который они проходят до тех пор, пока не распадутся или не поменяют направления. Этот путь в теории турбулентности Прандтля называется путем смешивания [54]. Эти явления наиболее четко просматриваются в зоне входа материала из питающего патрубка в цилиндрическую часть гидроциклона. На рис. 2.4 показаны зоны питания современных конструкций (а) с эвольвентным закруглением линий входа потока, уменьшающих, но не исключающих турбулентных пульсаций, которые нарушают сепарационные процессы на первых витках движения пульпы в цилиндрической части гидроциклонов и (б) у предлагаемых новых конструкций, зоны питаний которых исключают влияние крупномасштабных турбулентных пульсаций, таким образом, повышая эффективность гидроциклонирования. Как известно, потери на местные сопротивления оцениваются общей формулой где - коэффициент местных сопротивлений - зависит не только от вязкости и скорости течения основного потока, но главным образом от геометрической формы и размеров препятствий на пути потока. Теоретические решения для С, известны только для некоторых частных случаев: плавный поворот потока (работы А.Я. Миловича), внезапное сужение или расширение трубы (теорема Борда-Карно), и др [52, 129]. Согласно теореме Борда-Карно, потерянный напор при внезапном расширении трубы равен скоростному напору потерянной скорости:
Разработка модели формы питательной камеры с использованием построения виртуальной модели движения потоков внутри гидроциклона
Позволяет прогнозировать работу гидроциклона за счет применения модели процесса гидроциклонирования с заданными реальными граничными условиями работы и использовать методики расчета параметров гидроциклонирования. Внедрение улучшеных модификаций питающей камеры, изготовленной в соответствие с принятыми граничными условиями используемой модели, описывающей процесс гидроциклонирования, позволяет значительно повысить эффективность работы гидроциклонов, а именно: повысить эффективность классификации, увеличить производительность гидроциклона при меньшем входном давлении, что в целом позволяет совершенствовать технологии обогащения. При изготовлении питающей камеры гидроциклона изменялся профиль внутренней резиновой фетеровки, крепление которой осуществляется в неизменном металлическом корпусе независимо на фланцевых соединениях. Использование пластичного материала (невулканизированной резины) позволяет изготовить сглаженные формы внутреннего профиля футеровки, описывающего эвольвентную спираль ввода питания в гидроциклон в соответствии с проектируемыми параметрами закручивания эвольвенты профиля направляющего поток бортика. Расчет параметров формы эвольвенты производится исходя из низких параметров входного давления ввода пульпы [9] (0,5 - 1,5 атм) с определенным содержанем твердого (35 -50%), с условно принятым параметром плотности твердого, сооветствующей плотности кварцевого песка 8 = 2,6 т/м3.
Для создания оптимальной конструкции ввода питания в гидроциклонн при заданных условиях подачи пульпы в расчет были взяты имеющиеся проработки по конструированию формы ввода, сделанные ранне другими исследователями. Были опробованы всевозможные модели [143, 132, 136] с учетом задачи снижения входного давления и сохранения объема подачи пульпы (рис. 3.2.). Принята модель с эвольвентным вводом питания пульпы в питающий цилиндр, оптимальная с точки зрения учета питания. Испытание расчетной модели выбранной формы в первоначальном варианте производилось на ЭВМ с использованием современных специ альных программ для моделирования движения потока в ограниченном пространстве (рис.3.4.). Возможность применения данного способа моделирования позволила более четко определить границы изменения условий определить ряд оптимальных профилей внутреннней футеровки питающей камеры для различных условий подачи питания. Данные условия по подбору относительно универсального профиля футеровки являются обязательными для обеспечения возможности применения данных конструкций в реальных условиях эксплуатации гидроциклонов с нестабильной подачей питания. На основе разработанной модели футеровки питающей камеры гидроциклона были изготовлены опытные образцы футеровки питательных камер диаметром 250 мм, которые проходили опытные испытания на промышленном модульном гидроциклоне типа 250CVX на опытном стенде. Испытания на опытном стенде проводились с изменением режимов по производительности гидроциклона, при этом фиксировались параметры изменения плотности слива и грансостава продуктов гидроциклона. Так же, в процессе испытаний фиксировались области, подверженные наибольшему воздействию пульпы, которые в дальнейшем могут быть подвержены износу в большей степени, что также позволяло предположить наличие турбулентных пульсаций в окресностях фиксируемых зон. Экспериментальные испытания опытных образцов внутренней футеровки цилиндрической части модульных гидроциклонов позволили сузить круг вариаций применений различных конструкций профилей бортиков спирали заручивания потока пульпы, направленных по эвольвенте. В Рисунок 3.5 Образец внутренней футеровки питающей камеры для результате были ОТОбраНЫ Образцы модульного гидроциклона 250CVX типов футеровки с наименьшими площадями зон пульсирующих (при различных объемах подачи в установленных рамках экспериментов), воздействий. На рис. 3.5. представлена одна из питающих камер гидроциклона типа 250CVX, выполненая из резины и удовлетворяющая условиям эксплуатации в относительно широком спектре изменяющихся параметров подачи пульпы с оптимальным фоном воздействия турбулентных пульсаций во входной зоне закручивания потока пульпы.
Расчет параметров распределения твердого по классам крупности
Согласно теории размеры питающего отверстия существенно сказываются на производительности гидроциклона и почти не влияют на показатели разделения. Однако ряд приведенных выше экспериментов показал, что существует связь между увеличением сливной насадки и улучшением качества продуктов классификации в определенных пределах. На графике рис.4.6 представлена кривая зависимости d от D построенная экспериментально.
Для определения сливной насадки используем следующее выражение: где коэффициент кс определяется на Рис. 4.7; V — объем пульпы на входе в гидроциклон, л/с; Р - давление на входе в гидроциклон, кПа.
Для определения диаметра песковой насадки d„ согласно предложенной методике используется график Рис. 4.5. Значения, представленые на графике рис. 4.5, подтверждаются экспериментами и отражают оптимальный, с точки зрения эффективности классификации, диаметр песковой насадки d„ (для принятых в расчете dex и dc ), при котором этот показатель наибольший. Учитывая также установленную зависимость между качеством классификации и соотношением d„ / dc, необходимо придерживаться рекомендуемых пределов, при котором соотношение имеет значение от 0,6 до 0,8.
При выборе параметров насадок гидроциклона, учитывая тот факт, что гидроциклон работает в цикле измельчения, особенно важным является перерасчет таких параметров как удельная производительность мельницы и циркулирующая нагрузка. Экспериментально установленно, что удельная производительность мельницы почти не изменяется с увеличением диаметра песковой насадки при заданном значении размера сливной и весьма интенсивно возрастает при уменьшении диаметра сливного отверстия. С увеличением размера песковой насадки при постоянном размере сливной, циркулирующая нагрузка возрастает по экспоненте, чем и объясняется рост давления на входе в гидроциклон; циркуляция возрастает по линейному закону и с уменьшением диаметра сливного отверстия (при dn=const), но не столь резко.
Полученные в расчете значения диаметров насадок, представляют собой пределы по размерам, более точные диаметры необходимо выбирать из имеющихся в комплекте к используемому типу гидроциклона, близкие к расчетным.
Данный метод позволяет подбирать параметры современных гидроциклонов с модульными конструкциями при условии, что их диаметр более 250 мм, классификация происходит в водной среде при средней температуре (15С), и содержание твердого в пульпе по весу не превышает 45%.
Предложенная выше методика расчета и выбора гидроциклонов в настоящее время уже положительно зарекомендовала себя в на ряде железорудных ГОКов России. При внедрении современных модульных гидроциклонов, дающих возможность изменения их конструктивно-технологических параметров, на основе программного моделирования процессов классификации в контурах измельчения были рассчитаны и подобраны оптимальные параметры гидроциклонов под применяемые условия работы, что позволило повысить технологические показатели работы цикла измельчения. Данные по работе гидроциклонных установок в сравнении с ранее установленными типами гидроциклонов приведены в табл. 4.2:
В рамках данной работы были проведены промышленные испытания по внедрению в технологический процесс рекомендуемых модульных конструкции гидроциклонов, основываясь на предложенный новый метод расчета, для решения конкретной технологической задачи классификации определенного продукта обогащения в соответствии с его гранулометрическим составом и свойствами.
Испытания проводильсь на нескольких железорудных ГОКах России, соответствующие акты о промышленных испытаниях представлены в приложении к данной работе. Промышленные испытания на ОАО «Качканаарский ГОК»
В рамках программы по модернизации технологии рудоподготовки Качканарским ГОКом в 2006 г было принято решение о приобретении модульных конструкций гидроциклонов нового поколения. В процессе внедрения, которое проводилось при непосредственном участии диссертанта, были использованы описанные выше в настоящей работе методики выбора и расчета параметров гидроциклонов для конкретных технологических задач.
На Качканарским ГОКе за счет внедрения гидроциклонов было необходимо повысить производительность цикла измельчения на 10 т/ч по руде, при сохранении качественных показателей работы цикла измельчения. Для получения наиболее адекватных данных по испытаниям оборудования, при выборе места его установки рекомендовалось также, чтобы показатели секции, с которой начиналось внедрение, были самыми низкими. После изучения показателей работы секций по результатам их работы за прошлые годы на второй половиные фабрики (секции с №16 по №29) было инято решение по оснащению технологической секции №20, показатели которой были ниже средних (рис.5.1 и 5.2).
Усредненное распределение рудой загрузки по секциям второй половины фабрики в течении года
До конца 2006 года проводился подготовительный этап, включающий в себя сбор необходимой для расчета статистическойинформации по работе оборудования на секции №20. В конце января 2007 года на второй стадии измельчения 20-ой технологической секции была произведена установка и запуск одного гидроциклона серии 650CVX вместо 2-ух гидроциклонов ГЦ-710.
Испытание нового оборудования было разбито на два этапа: 1 Этап: испытание гидроциклона в реальных условиях работы 20-ой секции с использованием переменных параметров гидроциклона, согласно заданным в результате расчета по предложенной методике, а именно диаметр сливной насадки 260 мм, диаметр песковой насадки 120 мм, рабочее давение до 1 атм.
