王村選煤廠設(shè)計磁選機入料穩(wěn)流箱的實用研究

李 文

(大同煤礦集團 大地選煤工程有限公司 王村選煤廠， 山西 大同 037025)

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·技術(shù)經(jīng)驗·

王村選煤廠設(shè)計磁選機入料穩(wěn)流箱的實用研究

李 文

(大同煤礦集團 大地選煤工程有限公司 王村選煤廠， 山西 大同 037025)

為了提高王村選煤廠磁選機的磁選效果，降低介質(zhì)消耗，實現(xiàn)節(jié)支降耗，降低企業(yè)的運營成本，對工程流體力學(xué)中層流和湍流流動的特點進行分析。由于該廠稀介泵給料量大，導(dǎo)致液體物料的流速變快后，給料箱內(nèi)出現(xiàn)“翻花”現(xiàn)象，細(xì)顆粒磁性物來不及黏附在滾筒上，介質(zhì)隨尾礦流失嚴(yán)重。通過給磁選機的上料管和進料管之間安裝穩(wěn)流箱，將湍流轉(zhuǎn)變成層流，保證了磁選機的均勻入料，提高了磁選機的磁選效果，使介質(zhì)消耗由2.2 kg/t降低到1.4 kg/t.

磁選機；工程流體力學(xué)；層流；湍流；穩(wěn)流箱；介質(zhì)消耗

王村選煤廠自調(diào)試以來，噸煤介耗一直比較高，其中2015年1—4月份的平均介耗為噸煤2.2 kg,遠遠高于同行業(yè)的平均水平。經(jīng)過分析認(rèn)為稀介泵的流量大，液體物料的流速變快，導(dǎo)致磁選機入料不均勻，給料箱內(nèi)出現(xiàn)“翻花”，細(xì)顆粒磁性物來不及黏附在滾筒上，便隨著尾礦流失，導(dǎo)致跑介嚴(yán)重，噸煤介質(zhì)消耗居高不下。

1 采用工程流體力學(xué)的原理分析問題

流體的流動形態(tài)分為層流流動和湍流流動。層流是指流體層間猶如平行滑動，流體質(zhì)點運行規(guī)則、穩(wěn)定的流動形態(tài)；湍流指的是流體內(nèi)部存在流體微團在各個方向的隨機脈動，流體質(zhì)點運動紊亂、不穩(wěn)定的流動狀態(tài)。圖1對比說明了層流與湍流的特點。

圖1 層流流動和湍流流動示意圖

圖2 層流與湍流的時間特性圖

層流時各層流體平行滑動的摩擦力或切應(yīng)力τ僅由分子熱運動在流體層間的橫向動量擴散所產(chǎn)生，且τ服從牛頓剪切定律，即：

對于湍流流動，除分子熱運動外，同時還存在流體微團在各個方向的隨機脈動，因此沿流動方向的切應(yīng)力τ由這兩種運動的橫向動量擴散所產(chǎn)生，仿照層流情況可表示為：

其中，μT稱為湍流黏性系數(shù)，因脈動尺寸遠大于分子熱運動尺度，故一般有μT>μ，實驗表明，μT不再是流體物型參數(shù)，而是與流動本身有關(guān)，隨空間和時間變化的函數(shù)，這使得湍流問題較層流復(fù)雜的多。相比，湍流內(nèi)部動量傳遞大為增強，流動阻力與傳熱傳質(zhì)速率也顯著增加。

書法不象其他藝術(shù)形式具有提示、象征具體客觀生活和自然本質(zhì)的能力，它只運用了藝術(shù)表現(xiàn)介質(zhì)的基底的形式——線條，所謂一之畫。因此，它所表現(xiàn)的也應(yīng)是生活基底的形式——人類靈魂基底的形式——時空情緒。或者說，作為人類生活、靈魂的基底形式的時空情緒如用基底的藝術(shù)形式線條表現(xiàn)出來就是書法。作為生命的自由境界，時空情緒是個體和類的棲身之所，是靈魂、心性自由生存之所。在這個意義上說，書法是人類生存狀態(tài)基底的展示形式，也是最原始、最高級、最一般、最單純、最充分、最自由的展示形式。

通過對層流和湍流的比較，發(fā)現(xiàn)層流到湍流的過渡是一個流動失穩(wěn)的過程，也是由流體速度量變到流動行為質(zhì)變的過程。實驗表明，圓管中層流到湍流的過渡與流體的密度ρ、黏度μ、平均速度um和管道直徑D有關(guān)，可以用雷諾數(shù)Re=ρumD/μ的大小來判斷。通常條件下：

當(dāng)Re<2 300時，為層流流動；當(dāng)Re>4 000時，為湍流流動；當(dāng)2 300

通過以上數(shù)據(jù)可知，該選煤廠磁選機細(xì)顆粒磁性物來不及黏附在滾筒上，隨尾礦流失，就是因為液體物料流速過快，呈湍流狀態(tài)，不利于介質(zhì)回收，所以只能使液體物料的流速變慢，流體分層流動，互不混合，形成層流或稱為穩(wěn)流，才能保證磁選機入料均勻，磁性物能夠均勻的黏附在滾筒上，實現(xiàn)介質(zhì)的回收再利用，降低噸煤的介耗。

2 設(shè)計制作磁選機入料穩(wěn)流箱

2.1 穩(wěn)流箱的工作原理

經(jīng)過論證，發(fā)現(xiàn)通過給磁選機的上料管和進料管之間安裝一個穩(wěn)流箱裝置，可以使稀介液體物料的流速變慢，使流體由湍流轉(zhuǎn)變成層流，有效解決磁選機入料流量大，入料不均勻的問題。設(shè)計穩(wěn)流箱的底部連接稀介泵的上料管，而它的頂端分別連接磁選機的兩根進料管，溢流口的稀介物料通過回流管路再次回到稀介桶。結(jié)構(gòu)效果圖見圖3.

圖3 磁選機入料穩(wěn)流箱效果圖

當(dāng)大量的稀介液體從入料口進入到穩(wěn)流箱時，可以在穩(wěn)流箱內(nèi)部獲得一個緩沖的空間，多余的稀介液體可以通過溢流管回流到稀介桶中，稀介液體在穩(wěn)流箱內(nèi)緩沖期間，流速逐漸變慢，流體由湍流逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿?，減小了對進料管路的沖擊，避免由于進料過多，磁選機滾筒無法從稀介液體中將磁性物最大限度地吸附出來，導(dǎo)致跑介現(xiàn)象發(fā)生。同時在穩(wěn)流箱上加的溢流管，通過閥門控制磁選機的入料量，在磁選機的兩根進料管上分別安裝兩個入料閥門，調(diào)節(jié)兩臺磁選機的平衡入料。

2.2 制作穩(wěn)流箱步驟

1) 通過氧氣燃料火焰切割厚度為18mm的NM360耐磨鋼板下料，切割出長寬為1 000mm×550mm鋼板4塊，1000mm×1 000mm鋼板2塊。

2) 在第1塊1 000mm×550mm鋼板中心切割出直徑為219mm圓孔,該孔為入料口，見圖4.

圖4 穩(wěn)流箱入料口布置圖

在第2塊1 000mm×550mm鋼板切割出直徑為219mm的兩個圓孔，這兩個孔為出料口，見圖5.

圖5 穩(wěn)流箱出料口布置圖

在第3塊1 000mm×550mm鋼板切割出直徑為219mm的1個圓孔，該孔為溢流口，見圖6.

圖6 穩(wěn)流箱溢料口布置圖

根據(jù)磁選機入料穩(wěn)流箱效果圖，將切割下來的6塊鋼板進行焊接，保證焊縫部位平整光滑，焊接牢固可靠。

3) 為了保證穩(wěn)流箱不對管路產(chǎn)生較大的壓迫力，為穩(wěn)流箱焊接支撐架，保證管路的受力均勻。

4) 采用219mm的厚壁彎頭來完成進料口、溢流口與進料管和溢流管的連接。

5) 在溢流管、進料管上采用200mm的蝶閥作為稀介液體控制閥門。

6) 將各種管路、閥門和焊接好的穩(wěn)流箱按照先后順序進行組裝焊接，保證焊接平滑無漏水現(xiàn)象。實物圖見圖7.

圖7 磁選機入料穩(wěn)流箱實物圖

穩(wěn)流箱裝置安裝好后，進行起車實驗。通過實驗，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)流箱確實保證了磁選機入料的均勻，介質(zhì)消耗明顯降低，跑介情況非常少。安裝磁選機入料穩(wěn)流箱前后各項指標(biāo)對比表見表1.

表1 安裝磁選機入料穩(wěn)流箱前后各項指標(biāo)對比表

該廠2015年全年入選210萬t煤，介質(zhì)600元/t,2.2kg/t是改造前的加介含量，1.4kg/t是改造后的加介含量，改造后可在加介方面節(jié)約成本P：

P=(2.2-1.4)×10-3×210×104×600=100.80(萬元)

3 結(jié)語

本文分析了由于磁選機入料不均勻，導(dǎo)致介質(zhì)隨尾礦流失的原因，探討運用工程流體力學(xué)中層流和湍流的流動特點，通過理論公式的推導(dǎo)，了解層流和湍流之間轉(zhuǎn)變時雷諾數(shù)的變化，只有選取合適的雷諾值，通過設(shè)計安裝磁選機穩(wěn)流箱，使不穩(wěn)定的湍流流動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的層流流動狀態(tài)，保證了磁選機的均勻入料，提高了磁選機的磁選效果，有效地降低了選煤廠的介質(zhì)消耗。

[1] 黃衛(wèi)星，李建明，肖澤儀.工程流體力學(xué)[M].第2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008:30-32.

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Practical Study on Design of Steady Flow Controlling Box for Magnetic Separator in Wangcun Coal Preparation Plant

LI Wen

In order to improve the magnetic separation of magnetic separator in Wangcun Coal Preparation Plant, to reduce the medium consumption, to realize the energy saving and consumption reduction, and to reduce the operation cost of enterprises, the characteristics of laminar and turbulent flow in engineering fluid mechanics are introduced. Due to larger power in the feeding pump, the liquid material flows at a quicker speed, and the phenomenon of "boiling" occurs in the feeding box. The magnetic material getting lost with the tailing easily because it does not have enough time to adsorb onto the drum. By installing a steady flow controlling box between the loading tube and the feeding tube of the magnetic separator, the turbulence is converted into laminar flow, which ensures the smooth feeding of the medium and improves the operation effect of the magnetic separator, reagent consumption reduced from 2.2 kg/t to 1.4 kg/t.

magnetic separator; engineering fluid mechanics; laminar flow; turbulence; steady flow box; medium consumption

2016-06-23

李 文(1985—)，男，山西大同人，2008年畢業(yè)于山西大同大學(xué)，助理工程師，主要從事選煤廠技術(shù)管理工作(E-mail)1041520564@qq.com

TD457

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1672-0652(2016)08-0025-03