王村选煤厂设计磁选机入料稳流箱的实用研究

李 文

(大同煤矿集团 大地选煤工程有限公司 王村选煤厂， 山西 大同 037025)



·技术经验·

王村选煤厂设计磁选机入料稳流箱的实用研究

李 文

(大同煤矿集团 大地选煤工程有限公司 王村选煤厂， 山西 大同 037025)

为了提高王村选煤厂磁选机的磁选效果，降低介质消耗，实现节支降耗，降低企业的运营成本，对工程流体力学中层流和湍流流动的特点进行分析。由于该厂稀介泵给料量大，导致液体物料的流速变快后，给料箱内出现“翻花”现象，细颗粒磁性物来不及黏附在滚筒上，介质随尾矿流失严重。通过给磁选机的上料管和进料管之间安装稳流箱，将湍流转变成层流，保证了磁选机的均匀入料，提高了磁选机的磁选效果，使介质消耗由2.2 kg/t降低到1.4 kg/t.

磁选机；工程流体力学；层流；湍流；稳流箱；介质消耗

王村选煤厂自调试以来，吨煤介耗一直比较高，其中2015年1—4月份的平均介耗为吨煤2.2 kg,远远高于同行业的平均水平。经过分析认为稀介泵的流量大，液体物料的流速变快，导致磁选机入料不均匀，给料箱内出现“翻花”，细颗粒磁性物来不及黏附在滚筒上，便随着尾矿流失，导致跑介严重，吨煤介质消耗居高不下。

1 采用工程流体力学的原理分析问题

流体的流动形态分为层流流动和湍流流动。层流是指流体层间犹如平行滑动，流体质点运行规则、稳定的流动形态；湍流指的是流体内部存在流体微团在各个方向的随机脉动，流体质点运动紊乱、不稳定的流动状态。图1对比说明了层流与湍流的特点。

图1 层流流动和湍流流动示意图

图2 层流与湍流的时间特性图

层流时各层流体平行滑动的摩擦力或切应力τ仅由分子热运动在流体层间的横向动量扩散所产生，且τ服从牛顿剪切定律，即：

对于湍流流动，除分子热运动外，同时还存在流体微团在各个方向的随机脉动，因此沿流动方向的切应力τ由这两种运动的横向动量扩散所产生，仿照层流情况可表示为：

其中，μT称为湍流黏性系数，因脉动尺寸远大于分子热运动尺度，故一般有μT>μ，实验表明，μT不再是流体物型参数，而是与流动本身有关，随空间和时间变化的函数，这使得湍流问题较层流复杂的多。相比，湍流内部动量传递大为增强，流动阻力与传热传质速率也显著增加。

书法不象其他艺术形式具有提示、象征具体客观生活和自然本质的能力，它只运用了艺术表现介质的基底的形式——线条，所谓一之画。因此，它所表现的也应是生活基底的形式——人类灵魂基底的形式——时空情绪。或者说，作为人类生活、灵魂的基底形式的时空情绪如用基底的艺术形式线条表现出来就是书法。作为生命的自由境界，时空情绪是个体和类的栖身之所，是灵魂、心性自由生存之所。在这个意义上说，书法是人类生存状态基底的展示形式，也是最原始、最高级、最一般、最单纯、最充分、最自由的展示形式。

通过对层流和湍流的比较，发现层流到湍流的过渡是一个流动失稳的过程，也是由流体速度量变到流动行为质变的过程。实验表明，圆管中层流到湍流的过渡与流体的密度ρ、黏度μ、平均速度um和管道直径D有关，可以用雷诺数Re=ρumD/μ的大小来判断。通常条件下：

当Re<2 300时，为层流流动；当Re>4 000时，为湍流流动；当2 300

通过以上数据可知，该选煤厂磁选机细颗粒磁性物来不及黏附在滚筒上，随尾矿流失，就是因为液体物料流速过快，呈湍流状态，不利于介质回收，所以只能使液体物料的流速变慢，流体分层流动，互不混合，形成层流或称为稳流，才能保证磁选机入料均匀，磁性物能够均匀的黏附在滚筒上，实现介质的回收再利用，降低吨煤的介耗。

2 设计制作磁选机入料稳流箱

2.1 稳流箱的工作原理

经过论证，发现通过给磁选机的上料管和进料管之间安装一个稳流箱装置，可以使稀介液体物料的流速变慢，使流体由湍流转变成层流，有效解决磁选机入料流量大，入料不均匀的问题。设计稳流箱的底部连接稀介泵的上料管，而它的顶端分别连接磁选机的两根进料管，溢流口的稀介物料通过回流管路再次回到稀介桶。结构效果图见图3.

图3 磁选机入料稳流箱效果图

当大量的稀介液体从入料口进入到稳流箱时，可以在稳流箱内部获得一个缓冲的空间，多余的稀介液体可以通过溢流管回流到稀介桶中，稀介液体在稳流箱内缓冲期间，流速逐渐变慢，流体由湍流逐步转变为层流，减小了对进料管路的冲击，避免由于进料过多，磁选机滚筒无法从稀介液体中将磁性物最大限度地吸附出来，导致跑介现象发生。同时在稳流箱上加的溢流管，通过阀门控制磁选机的入料量，在磁选机的两根进料管上分别安装两个入料阀门，调节两台磁选机的平衡入料。

2.2 制作稳流箱步骤

1) 通过氧气燃料火焰切割厚度为18mm的NM360耐磨钢板下料，切割出长宽为1 000mm×550mm钢板4块，1000mm×1 000mm钢板2块。

2) 在第1块1 000mm×550mm钢板中心切割出直径为219mm圆孔,该孔为入料口，见图4.

图4 稳流箱入料口布置图

在第2块1 000mm×550mm钢板切割出直径为219mm的两个圆孔，这两个孔为出料口，见图5.

图5 稳流箱出料口布置图

在第3块1 000mm×550mm钢板切割出直径为219mm的1个圆孔，该孔为溢流口，见图6.

图6 稳流箱溢料口布置图

根据磁选机入料稳流箱效果图，将切割下来的6块钢板进行焊接，保证焊缝部位平整光滑，焊接牢固可靠。

3) 为了保证稳流箱不对管路产生较大的压迫力，为稳流箱焊接支撑架，保证管路的受力均匀。

4) 采用219mm的厚壁弯头来完成进料口、溢流口与进料管和溢流管的连接。

5) 在溢流管、进料管上采用200mm的蝶阀作为稀介液体控制阀门。

6) 将各种管路、阀门和焊接好的稳流箱按照先后顺序进行组装焊接，保证焊接平滑无漏水现象。实物图见图7.

图7 磁选机入料稳流箱实物图

稳流箱装置安装好后，进行起车实验。通过实验，发现稳流箱确实保证了磁选机入料的均匀，介质消耗明显降低，跑介情况非常少。安装磁选机入料稳流箱前后各项指标对比表见表1.

表1 安装磁选机入料稳流箱前后各项指标对比表

该厂2015年全年入选210万t煤，介质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节约成本P：

P=(2.2-1.4)×10-3×210×104×600=100.80(万元)

3 结语

本文分析了由于磁选机入料不均匀，导致介质随尾矿流失的原因，探讨运用工程流体力学中层流和湍流的流动特点，通过理论公式的推导，了解层流和湍流之间转变时雷诺数的变化，只有选取合适的雷诺值，通过设计安装磁选机稳流箱，使不稳定的湍流流动状态转变为稳定的层流流动状态，保证了磁选机的均匀入料，提高了磁选机的磁选效果，有效地降低了选煤厂的介质消耗。

[1] 黄卫星，李建明，肖泽仪.工程流体力学[M].第2版.北京：化学工业出版社，2008:30-32.

[2] 陈文梅.流体力学基础[M].北京：化学工业出版社，1995:34-36.

[3] 宁建军.重介选煤厂降低介耗得措施[J].洁净煤技术，2013，19(3)：30-33.

[4] 韩益标.金庄选煤厂降低介质消耗的生产实践[J].选煤技术，2016(2)：51-52.

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年毕业于山西大同大学，助理工程师，主要从事选煤厂技术管理工作(E-mail)1041520564@qq.com

TD457

B

1672-0652(2016)08-0025-03