李  宏1   徐俊峰1   刘国义1   李  东2   王  左2

(1. 鞍山钢铁集团公司齐大山选矿厂; 2.辽宁科技大学)

摘  要  管道磨浆机是一种专利产品,可以直接联接到流体管路上,把混合液中的大颗粒研磨变细,达到工艺要求。该设备结构合理，安装使用简便，对于节省药剂、减少系统堵塞引发的故障效果显著，解决了实现浮选工艺药剂自动控制中的一个实际问题。

关键词  管道磨浆机  研磨  压力损失

Performance test and application of pipe milling machine

Li Hong1   Xu Junfeng1   Liu Guoyi1   Li Dong2   Wang zuo2

（1.Qidashan Ore-dressing Plant of Anshan Iron&Steel Groups Corporation                  

2. University of Science and Technology Liaoning）

Abstract  Pipe milling machine is a patented product, can be joined directly to the fluid pipeline,

 fine grinding of large particles in a mixture, meet the process requirements. The device structure, 

easy installation using, for saving plug fault caused by the drugs, reducing the system effective,

 solution implementation of flotation reagent in the automatic control of a real problem.

Keywords  Pipe milling machine, Grind,  Loss of pressure，

浮选工艺是处理细粒嵌布难选铁矿石常用和有效的方法之一。浮选的主要影响因素有浮选药剂、浮选设备和浮选工艺，其中浮选药剂是浮选作业最重要的影响因素之一 [1] 。

在浮选工艺实践中,向矿浆里加入各种药剂（例如氧化钙）时,会有一些小颗粒影响浮选效果,特别是堵塞加药的泵、阀、管路等设备部件，比较麻烦。我们以往的作法是在加药回路中把药剂过筛，并由岗位工人监视和清理筛面，既烦琐又费料，尤其是阻碍了加药自动化的实施。

近期，鞍山市绿色未来科技研发中心研制了一种新设备——管道磨浆机，是一种用于混合流体输送管路上的磨细装置。主要是解决混合流体中存在较大颗粒的问题。该设备在研制过程中，对于应用的工艺要求曾征求了用户的意见，对其性能的测试（包括实验室测试和现场工业试验），我们参与了全过程。

1 管道磨浆机的结构及工作原理

该管道磨浆机包括可以直接联接到管道上的壳体、驱动电机、动磨盘、定磨盘，支承体以及调整装置。

如图1所示，动磨盘1联接在驱动电机2的轴上，它们安装在支承体3上，而定磨盘4安装在壳体5内，它可以由安装在壳体底部的调整装置6来调整轴向位置，以保证其与动磨盘之间的合适间隙，定磨盘4的中心有进料孔且与壳体进口相通，定磨盘4和动磨盘1之间的缝隙与壳体的出口联通，而壳体5的进口和出口可以直接联接到输送混合流体的管道中。

工作时，含有颗粒的混合流体从壳体的进口流入，通过定磨盘4的中心孔进入两磨盘的间隙中，在电机带动的动磨盘不停地转动下，流体中的较大颗粒经过两磨盘的研磨其粒度变细，从磨盘缝隙中流出，经壳体的出口源源不断地流入系统。

图1.  管道磨浆机工作原理示意图

样机加工完成后，受研制方的委托，我们对其工作效果和能力进行了试验，对在试验中反映出来的问题，厂家又进行了多次改进，现将最终结果予以介绍。

2.  实验室性能试验

由于管道磨浆机不具备液体输送功能，在试验中我们配置了一台自吸泵、一台过滤器及相应的压力表，组成了以下的试验回路(见图2)。

 

图2.  管道磨浆机性能试验回路

在水箱内加入试验液；试验时，开启自吸泵6、管道磨浆机4、调整泵出口阀10来模拟负载；调整管道磨浆机进口处阀门2来控制总流量；流量表12显示了输出流量；真空表3和4可同时显示管道磨浆机的进、出口真空值及压力损失；而压力表9则显示了泵的出口压力；过滤器8的作用是把系统输出的混合液中大于过滤网孔的颗粒返回到磨浆机进口，再次进入研磨处理或通过取样阀12的支路可以检验磨浆机研磨效果；流量表11显示了这两个支路的分流量。

2．1管道磨浆机的压力损失

根据流体力学中沿总流的柏努利方程[2]，取管道磨浆机进、出口两截面分析，有

                （1）

式中y₁、p₁、u₁为进口截面位头m、压力Pa、平均流速m/s；

y₂、p₂、u₂为出口截面位头m、压力Pa、平均流速m/s；

g—重度N/m3；h—损失水头m；动力修正系数a₁=a₂≈1[2]；

由于两截面位头相等，管径相等，所以式（1）变成

p₁-p₂=hγ=△p                                 （2）

△p就是液体流经管道磨浆机时产生的压力损失。经测试，被检管道磨浆机进出口通径为Ф50mm，在静止状态时,介质为清水条件下压力损失△p为0.04MPa；介质为混合液条件下压力损失△p为0.05MPa。

该管道磨浆机在工作状态时，清水条件下压力差△p为-0.025~0.005MPa；混合液条件下压力差△p为-0.026~0.008MPa。

表1和图3为在混合液条件下的测试结果。

表1.  

测 试 记 录
真空表3读数(MPa)	真空表5读数(MPa)	压差(MPa)	压力表9读数(MPa)	流量表12（L/min)	磨入口阀门2	泵出口阀门10	排渣阀门7	备注
-0.018	-0.016	-0.002	0.07	62.36	开	半开	关	泵开、磨开
-0.015	-0.018	0.003	0.075	64.55	全开
-0.02	-0.013	-0.007	0.062	58.69	i
-0.025	-0.012	-0.013	0.05	52.70	i
-0.03	-0.012	-0.018	0.045	49.99	i	微调
-0.035	-0.009	-0.026	0.038	45.95	i
-0.034	-0.016	-0.018	0.03	40.82	i
-0.03	-0.013	-0.017	0.049	52.17	h
-0.025	-0.014	-0.011	0.055	55.28	h
-0.02	-0.017	-0.003	0.068	61.46	h
-0.017	-0.019	0.002	0.075	64.55	h
-0.016	-0.02	0.004	0.078	65.83	全开
-0.02	-0.017	-0.003	0.069	61.91	i
-0.025	-0.013	-0.012	0.056	55.78	i
-0.03	-0.014	-0.016	0.05	52.70	i
-0.035	-0.012	-0.023	0.039	46.55	i
-0.0175	-0.021	0.0035	0.078	65.83	全开
-0.009	-0.059	0.05	0.059	57.25				磨停
-0.015	-0.023	0.008	0.082	67.49				磨开

测试结果说明:管道磨浆机接入流体输送管路而不工作时,其造成的压力损失较大(本试验为0.05MPa)；当其工作时，对系统造成的压力损失并不大，在某些流量下甚至是负值，证明磨浆机磨片旋转在进行研磨过程中，同时也将一部分动能传递给了液体。

 

图3.  管道磨浆机的压力损失

对同一台磨浆机换用不同的驱动电机来带动，其对系统产生的压力损失未见明显不同（见图4）。

 

图4.  管道磨浆机的压力损失比较

2．2 管道磨浆机的研磨效果

把从选矿现场药剂过滤筛处取得的氧化钙沉渣按3%的重量浓度投入试验水箱，在不同的返回分支流量下，从取样口观察颗粒情况。

当系统输出流量为100L/min、返回支流量为10L/min，即返回比为1/10时，返回样品内大于过滤筛孔的颗粒存在，占返回量的5.13%，证明此时管道磨浆机的研磨效果达到84.5%；

当系统输出流量为120L/min、返回支流量为10L/min，即返回比为1/12时，返回样品内大于过滤筛孔的颗粒占返回量的6.65%，这时管道磨浆机的研磨效果达到82.9%；

而当系统输出流量为80L/min、返回支流量为10L/min，即返回比为1/8时，返回样品内大于过滤筛孔的颗粒占返回量的3.12%，这时管道磨浆机的研磨效果达到88.4%；

由表2及图5可看出，某一规格的管道磨浆机的研磨能力是有限的，在其能力范围内，其研磨效果达90%以上，比较理想；超出其能力，效果欠佳。

表2. 研磨效果检测

流量表12  L/min	返渣流量表11  L/min	研磨总流量  L/min	取样含渣量   %	研磨效果   %
100	10	110	5.13	84.5
120	10	130	6.65	82.9
80	10	90	3.12	88.4
70	5	75	3.67	91.8
60	5	65	3.05	92.2
50	5	55	2.53	92.3
40	5	45	2.03	92.5
35	5	40	1.83	92.4

 

图5.  研磨效果曲线

在实验室试验条件下可以将过滤器拦截的较粗颗粒返回到磨浆机入口继续研磨，提示我们在实际应用中不妨加一过滤器照此法连接，可保证系统输出的药剂粒度完全合格。

3.  工业试验

管道磨浆机的工业试验在鞍钢集团公司齐大山选矿厂浮选车间进行。

3.1  工业试验一

在原贮药罐过滤筛前安装了一台进、出口径Ф50mm、磨片直径Φ150mm的管道磨浆机。由于车间原配药输送管径为Ф89mm，泵送能力为30t/h，磨浆机显然处理能力相差甚远，取一支流并用一阀门控制流量，如图6。

经实际应用测量，药剂流量在大于90L/min时，磨浆机出口可见少量筛上物，当药剂流量在小于60L/min时，磨浆机出口基本无筛上物；与药剂主管道出口同时的筛上物相比区别悬殊。该磨浆机的处理能力与实验室测量的结果一致。

图6. 工业试验(一)

3.2  工业试验二

按照实验室试验的联接方式，又在配药站安装了一套管道磨浆机系统进行试验，经该系统处理过的药剂直送到浮选作业区原设的药剂筛处，没有任何筛上物，效果很好。

当关闭排渣阀7，经一段时间运行,压力表9的值会有所上升,说明过滤器网孔开始堵塞。这时可稍微开启排渣阀7，透明的排渣管可以看见回流液体，压力表9的值会逐渐回落，当稳定在某一值时，说明排渣循环量合适；如果需要更换过滤筛网，可在停机时打开过滤器8的上盖，很快即可换好。经运行一周，累计42小时，没有任何筛上物。

试验中过滤器的筛网孔眼为0.4mm，实际应用时可根据工艺要求选择合适的过滤网，相应调节合适的排渣回流循环量。

图7. 工业试验(二)

4. 结论

经实验室测试和工业试验，鞍山市绿色未来科技研发中心研制的管道磨浆机结构简单，安装使用及维护方便。该设备解决了多年来困扰选矿企业药剂投放工艺过程中的不大不小的麻烦问题，特别是有了该设备，去除了加药自动化的一个障碍，必将对提高选厂生产的自动化水平起到促进作用。

该产品目前已获国家专利局授权。

专利名称：管道磨浆机

专利号：ZL 2011 2 0252035.6

参  考  文  献

[1]  董稼祥等.现代铁矿石选矿[M].中国科技大学出版社.2009.

[2]  程啸凡.工程流体力学 [M].冶金工业出版社.1986.