[科普中国]-重介质旋流器

简介

重介质旋流器是一种结构简单 ，无运动部件和分选效率高的选煤设备。由于旋流器本身无运动部件 ，因而其分选过程完全是靠自身的结构参数与外部操作参数的灵活配合来实现最佳分选精度，这是旋流器选煤与其它选煤方法截然不同的突出特征。

工作原理在重介质旋流器分选过程中 ，物料和悬浮液以一定压力沿切线方向给入旋流器 ，形成强有力的旋涡流 ；液流从入料口开始沿旋流器内壁形成一个下降的外螺旋流 ；在旋流器轴心附近形成一股上升的内螺旋流 ；由于内螺旋流具有负压而吸入空气 ，在旋流器轴心形成空气柱 ；入料中的精煤随内螺旋流向上 ，从溢流口排出 ，矸石随外螺旋流向下 ，从底流口排出。空气柱的形成机理为 ：由于底流管和溢流管直接与大气连通 ，进入旋流器的两相流以强烈的螺线涡运动 ，当切线速度增大到临界速度时 ，旋流器各出口产生一定的阻力 ，形成内部的旋转流场 ，引起轴向负压 ，空气由溢流管和底流管进入旋流器 ，在轴向负压驱动和流体对流传输的共同作用下逐渐发展成为贯通的空气柱。当颗粒密度大于悬浮液密度时 ，颗粒在悬浮液中半径为r处所受合力为正值，颗粒被甩向外螺旋流 ；否则 ，颗粒被甩向内螺旋流 ；从而把密度大于介质的颗粒和密度小于介质的颗粒分开。在旋流器中，离心力比重力大几倍到几十倍，因而大大加快了分选速度 ，并改善了分选效果。1

影响因素影响重介质旋流器分选精度的因素可分为两大类 ：其一是由实际工艺条件及分选设备本身所决定的生产中不易变动的因素 ，如入料煤质特征、旋流器入料口的形状、直径等结构参数等 ；其二是一定程度上可以调整的因素 ，比如入口压力、矿浆入料量、入料方式等。

1、入料煤质特性

重介质旋流器是一个封闭的、相对容积很小的分选容器。对于两产品旋流器 ，有一个入口两个出口 ，其进入和排出的瞬间体积流量相等。底流口和溢流口排量的分配 ，在一定的条件下是基本固定的 ，但当入选原煤的密度组成发生变化时 ，例如高密度物含量增加 ，那么要求底流固体排出量增加 ，溢流固体排出量相对减少 ，但底流口的排放能力有限 ，因而会将一部分中等密度的煤颗粒和重介质挤向溢流口排出 ，使实际分选密度升高。因此 ，入选原煤密度组成的变化会引起旋流器分选密度的波动 ，结果必定降低综合分选效率。

2、旋流器的结构参数

重介质旋流器直径的选择应该符合处理能力的要求 ，对应于某一个最低的矿浆体积通过量 ，应满足分选离心力的要求 ，使要分离的重产物从底流口排出。值得注意的是 ，选择直径较大的旋流器虽然可以改善分选效率 ，但却可能造成浪费。旋流器圆筒段的高度增大 ，旋流器的总容积和总长度都增加 ，在一定范围内对分选有利。过短会增加入料短路进人溢流的几率 ，影响轻产物质量。底流口直径与入料中重产物（砰石或中煤）的比例有关。增大底流口。在相同条件下会降低实际分选密度，精煤产率相应降低。底流口减小则会相应提高实际分选密度。溢流口直径通常与底流口直径保持一定比例关系。在其他条件不变的情况下 ，溢流口直径缩小会降低实际分选密度 ，使部分原本应进入溢流的轻颗粒从底流口排出。入料口的形式和直径对分选有重要影响。目前多数重介质旋流器采用螺旋线或渐开线入口 ，入料口尺寸增大 ，若超过旋流器的处理能力（特别是重产物排出能力），分选效率会受到损失 ；人料口尺寸减小 ，则会降低入料粒度上限。

3、重介质悬浮液的稳定性

保持重介悬浮液的质量和稳定性对重介质分选系统的正常运行至关重要。重悬浮液在旋流器内的浓缩对分选效率影响很大 ，磁铁矿粉粒度较粗时会发生过分的浓缩。为保持良好的分选 ，介质的浓缩度愈小愈好。在实际生产中 ，除了避免使用太粗的磁铁矿粉 ，并使循环介质中保持一定量的煤泥外 ，有时还可以往介质中添加少量粘土或一些天然的或人工合成的稳定剂。

4、循环介质量

重介质旋流器的容积很小 ，重介质和煤在其中的停留时间基本相同 ，只不过数秒钟的时间。为保证有效分选所必需的液固比 ，重介质旋流器的循环介质量相对较大。不同粒度和密度的原煤 ，循环介质量一般在吨原煤 3~5 倍 ，对于三产品重介质旋流器而言 ，循环介质量有时还可能超出此上限。重介质旋流器的分选效率受液固比的影响较大。

5、重介质的入口压力

原则上 ，重介质的入口压力应使旋流器内产生足够的离心力 ，使密度高于分选密度的重颗粒能进入底流。增加入口压力将增大旋流器内产生的离心力 ，提高细粒重产物在底流中的回收率 ，但是也增强了悬浮液在旋流器中的浓缩。同时 ，由于入口压力增加 ，旋流器的矿浆通过量随之加大 ，从而减少了矿浆在旋流器内的停留时间 ，增大了溢流排出量 ，导致实际分选密度略有提高。1

磨损机理分析（1）微切削磨损 所谓微切削磨损是指旋流器工作液体中的不规则颗粒对其内表面的划伤。 微切削磨损不仅取决于旋流器的材质与颗粒的硬度，还取决于颗粒的几何形状、切向速度、径向速度、轴向速度等， 即使颗粒的硬度小于旋流器材质的硬度，它也能对旋流器内壁起到微切削磨损的作用；

（2）表面疲劳磨损 表面疲劳磨损是指在颗粒随同液体在旋流器内壁交变摩擦接触产生的应力作用下，在接触点产生很大的变形和应力，使旋流器内表面形成磨损以及剥离出磨粒。 表面疲劳磨损是由旋流器内表面逐渐向深层侵入的一种磨损形式， 一般是在旋流器内壁有缺陷的地方最先发生，然后在反复的冲刷作用下逐步扩大；

（3）腐蚀磨损 由于旋流器的内壁与液体中的介质相互作用发生化学反应或电化学反应，使旋流器内壁磨损，这种磨损称为腐蚀磨损。 腐蚀磨损又可分为 3 种情况：直接氧化磨损、液体中的微小气泡对器壁形成的气蚀磨损和由于介质本身具有的化学性质而形成的介质磨损。

旋流器的磨损形式复杂，是微切削磨损、表面疲劳磨损和腐蚀磨损形成的复合磨损。为了减轻旋流器的磨损，先应考虑选择合适的材料；其次要保证旋流管的内表面加工质量；此外，还可以从实际流场出发，在不影响效率的前提下，对旋流器结构进行合理的设计，可使旋流器磨损损坏程度有所降低。例如，旋流器进料口处磨损程度与此处的结构密切相关，对此，烟台鑫海矿机采用含创新技术的耐磨橡胶衬于重介质旋流器中，耐磨防腐，使用寿命长。矿浆在进料管内呈柱状高速流动，具有很大的惯性力，当它切向地进入旋流器圆柱段时，受内壁的作用把直线运动改变成沿旋流器中心的旋转运动。流动方向的突然改变，增大了入口处阻力，圆柱壁上常被磨成很深的螺旋形沟槽。这是由于进料管来的高速矿浆来不及分散，集中地冲击在较窄的带状区域，尤其当进料口断面为圆形时，更为明显。因此，应尽量把进料管设计成矩形截面。把进料口断面从圆形变为矩形只是结构优化的一个方面，还可以改变如旋流器表面曲率半径等形状结构，。2

特点重介质旋流器是一种利用强于重力几十倍甚至几百倍的离心力场选煤的分选机，其分选过程完全是靠自身的结构参数与外部操作参数的灵活配合来实现最佳分选精度，这是旋流器选煤与其他选煤方法截然不同的突出特征。重介质选煤的特点是：

1、分选效率高。重介质旋流器的分选效率在各种重力选煤方法中是最高的。

2、分选密度调节范围宽。重介质选煤的分选密度一般为1300 kg/m3～2200 kg/m3，而且易于调节，其误差可保持在±0.5%范围之内。

3、适应性强，分选粒度范围宽。重介质选煤在入选原煤的粒度、数量和质量上允许有较大的波动。

4、生产过程易于实现自动化。重介质选煤所用悬浮液的密度、液位、黏度、磁性物含量等工艺参数能实现自动控制。3

种类根据机体和结构形状的不同，重介质旋流器可以分为圆锥形和圆筒形的两产品重介质旋流器以及双圆筒串联、圆筒形和圆锥形串联的三产品重介质旋流器。3

发展应用矿粒在重悬浮液中完成分选过程所用的设备称为重介质分选机。目前，工业生产中所使用的旋转介质分选设备主要是借助离心力场强化分选过程，称为重介质旋流器。重介质旋流器是一种结构简单、无运动部件和分选效率高的选煤设备，该设备早已在国内外获得了广泛使用。其原因是它结构简单、单位处理量大、分选效率高，适合处理难选煤或极难选煤。尤其对于细粒物料，有效分选粒度下限可达 0.1 mm～0.2 mm,这是其他任何重力分选设备难以相比的。