李伶 柏智超

摘 要：結(jié)合實驗、實際生產(chǎn)經(jīng)驗及有限元分析軟件，綜合考量做出研究結(jié)論，在方案設(shè)計中選取適當(dāng)?shù)臎_洗水量，使沖水箱能更好的沖卸掉立式轉(zhuǎn)環(huán)式磁選機中介質(zhì)盒上吸附的精礦粉，并最終取得了預(yù)期的卸礦效果。

關(guān)鍵詞：立環(huán);介質(zhì)盒;SolidWorks仿真分析;卸礦效果

引言

立式轉(zhuǎn)環(huán)式磁選機（以下簡稱立環(huán)）作為選礦行業(yè)尾選階段使用的一種電磁選礦設(shè)備，因其磁場強度高，廣泛用于弱磁性礦物的濕法富集和非磁性礦物的除雜鐵提純。在立環(huán)選礦過程中，介質(zhì)盒承擔(dān)著富集及卸載弱磁性礦物的功能。立環(huán)上的沖水箱利用水流沖卸介質(zhì)盒上的弱磁性礦物，其卸礦效果的好壞直接影響著介質(zhì)盒能否連續(xù)工作及整機的選礦指標(biāo)。本文運用達(dá)索公司SolidWorks軟件中的流體仿真分析，結(jié)合實驗及實際生產(chǎn)經(jīng)驗，并倚據(jù)流體力學(xué)相關(guān)知識，探討沖水箱最優(yōu)的沖洗水設(shè)計方案，使其能達(dá)到更好的卸礦效果，為以后立環(huán)中的沖水箱設(shè)計提供設(shè)計依據(jù)，并為具有相同設(shè)計原理及結(jié)構(gòu)的部件設(shè)計提供了一種參考算法。

1立環(huán)簡介

立環(huán)（以下簡稱立環(huán)）主要由轉(zhuǎn)環(huán)、磁系、線圈、支架、脈動箱、卸礦水箱及斗體罩體等幾大類部件組成，其中轉(zhuǎn)環(huán)內(nèi)的介質(zhì)盒是在選礦作業(yè)時最主要的部件。立環(huán)結(jié)構(gòu)見圖1。

2介質(zhì)盒的功能

當(dāng)介質(zhì)盒通過磁系的工作選礦區(qū)（即磁系內(nèi)部）時，盒體內(nèi)的介質(zhì)棒在棒體表面感應(yīng)出強磁場，吸附原礦礦漿中的弱磁性礦物，在轉(zhuǎn)環(huán)的轉(zhuǎn)動下將介質(zhì)盒帶出磁場區(qū)域，當(dāng)運行到卸礦水箱區(qū)域，由卸礦水沖洗掉弱磁性礦物（此時稱精礦），進入到收集精礦的集礦斗中，再由水流帶入到選礦廠的下一步作業(yè)區(qū)進行沉降等作業(yè)。

3介質(zhì)盒沖洗卸礦問題的分析

由于介質(zhì)盒中介質(zhì)棒為多排錯列排布，在實際生產(chǎn)中為保證立環(huán)作業(yè)的連續(xù)性，必須在卸礦時盡可能的將精礦沖洗干凈，以防未沖洗干凈的介質(zhì)盒繼續(xù)連續(xù)作業(yè)導(dǎo)致堵塞，進而影響選礦效果。一旦介質(zhì)盒堵塞，由于精礦的粒度非常細(xì)（一般在200目以下），加上介質(zhì)棒特殊的排列方式，常規(guī)的沖水等清洗很難達(dá)到清理干凈的目的。矛盾在于，并不能無限制的提高卸礦水的用量，因為如果在此處卸掉精礦時使用過量的水，會直接影響后續(xù)的礦物沉降，包括沉降池或自然堆干的成本及時間，影響效益。所以，設(shè)計卸礦水箱的要點就在于使用合理量的水。

一般來說，用水沖洗物品，為保證能沖洗干凈，除去使用添加劑等因素，增加沖水時間、增加水壓是最常用的兩種方式，前者利用更長的時間達(dá)到清洗效果，后者利用更大的水流沖擊速度達(dá)到清洗效果。然而在實際生產(chǎn)中，這兩種方法都會給造成選礦成本的增加。所以一般在實際生產(chǎn)設(shè)計給水時，為保證最佳經(jīng)濟效益，卸礦水箱設(shè)計水壓都會限定在0.2～0.4MPa左右。在相關(guān)的文獻中[1-2]，一般工業(yè)管道水速在1～1.8m/s（也可能根據(jù)實際情況有波動，但不會大出此范圍太多）。鑒于以上前提條件，在設(shè)計清洗介質(zhì)盒的卸礦水箱時則需要考慮介質(zhì)盒本身的清洗問題。

4問題分析及利用有限元分析沖洗情況

沖洗水如何清洗介質(zhì)盒是需要研究的關(guān)鍵問題，假設(shè)水壓水速條件不變，由于卸礦水箱是由一排小孔來沖洗介質(zhì)盒的，根據(jù)流體相關(guān)知識[3]，在不考慮沿程變徑、管壁及箱壁摩擦及湍流等影響，進水量與出水量是相等的，變化的只是由于變徑而改變的水流流速，即

Q進=Q出 （1）

Q進=A進ν進 （2）

Q出=（i=1，2……n）， （3）

式中 Q進 進水管進水量，m3/s;

Q出 出水孔總出水量，m3/s;

A進 進水管截面積，m2;

v進 進水管水速，m/s;

Ai 單個出水孔截面積，m2;

vi 單個出水孔出水水速，m/s;

n 出水孔數(shù)量;

有限元仿真分析是現(xiàn)代機械設(shè)計中經(jīng)常使用的設(shè)計分析工具，利用SolidWorks內(nèi)的流體分析插件SolidWorks Folw Simulation可以直觀的觀察到水流流速在介質(zhì)盒中的情況。縣計算出初始出水孔出水水速為15m/s（指定出水孔徑為8mm），敞開環(huán)境，為簡便計算，忽略摩擦力，最終分析結(jié)果見圖2。

由圖中標(biāo)識水流流速可知，當(dāng)出水孔出水流速在v=15m/s的前提下，介質(zhì)盒上表面8～12層中水流流速為1-2m/s，到16層減速為0.5m/s，到26層減速為0.2m/s，最后以0.05～0.1m/s的速度沖出介質(zhì)盒，而下層正是介質(zhì)盒的選礦盲區(qū)。由此可見，沖洗介質(zhì)盒精礦的水靠水流流速來沖洗并不是主要作用，還是依靠大量的水量來帶走介質(zhì)盒上的精礦，這時，水量的多少直接決定了沖刷介質(zhì)盒效果的好壞，而水量的決定因素和入水口水壓，出水孔直徑均有關(guān)系。

設(shè)沖洗效率為i，出水口流量Q出、沖水時間t與沖洗效率成正比關(guān)系，而與介質(zhì)盒體積A、精礦黏附比g（即單盒攜帶精礦質(zhì)量與盒體質(zhì)量之比）和介質(zhì)棒占空比f（即介質(zhì)棒總體積與介質(zhì)盒體積之比）成反比關(guān)系，可做近似函數(shù)式為：

式中，i 沖洗效率值，%;

Q出 出水孔總出水量，m3/s;

A 介質(zhì)盒體積，m3;

f 介質(zhì)棒占空比（即介質(zhì)棒總體積與介質(zhì)盒體積之比）;

g 精礦黏附比（即單盒攜帶精礦質(zhì)量與盒體質(zhì)量之比）;

t 沖水時間，s;

從以上分析來看，如果要提升沖洗效率值i，在g、A和f值確定的前提下，提高Q出和t是行之有效的解決辦法。

實際在生產(chǎn)中，由于立環(huán)處理量的確定，g、f及t均為確定值，所以在研究沖洗效果時，只需考慮Q出及A即能得出沖洗干凈介質(zhì)盒所需的最經(jīng)濟水量。

以我公司LGS-2000立環(huán)為例，在一般工作狀態(tài)下，單盒所用水量在0.1～0.2kg（此時i值為4.6）即可滿足清洗要求。其他機型可根據(jù)此方程式及經(jīng)驗數(shù)據(jù)推導(dǎo)出相應(yīng)的用水量。由于處理不同的弱磁性礦需要不同棒徑及排布的介質(zhì)盒，此時f值也成為影響沖洗效果的影響因素，一般情況下，適當(dāng)增大計算值即可滿足不同介質(zhì)盒的沖洗卸礦要求。

5結(jié)語

本文通過有限元分析軟件、數(shù)據(jù)分析及經(jīng)驗總結(jié)，得出在清洗介質(zhì)盒時，沖洗水量是清洗卸礦效果好壞的關(guān)鍵因素，與通常認(rèn)為的提高水速能達(dá)到更好的清洗效果有本質(zhì)的區(qū)別。此次研究為立環(huán)卸礦水量的選取提供了一種算法和依據(jù)，避免了為增強卸礦效果而一味的增加出水水速的設(shè)計方法。由于文中數(shù)據(jù)分析及經(jīng)驗總結(jié)采用的均為金屬選礦行業(yè)用的立環(huán)機型，在非金屬選礦設(shè)計時需對i值的有效值進行重新選取。文中不免會存在錯誤及不當(dāng)之處，敬請?zhí)岢雠u指正。

參考文獻：

[1]柏蔚華.給水管道的平均經(jīng)濟流速計算[J].工業(yè)用水與廢水，1984（1）：31-36.

[2]郭祥莊.給水管網(wǎng)經(jīng)濟流速簡捷計算的探討[J].建筑技術(shù)通訊（給水排水），1990（6）：2-7.

[3]孔瓏.工程流體力學(xué)[M].3版.北京：中國電力出版社，2007：58-59.