СХЕМА ОБОГАЩЕНИЯ ФОРМОВОЧНЫХ ПЕСКОВ МЕТОДОМ ГИДРООТТИРКИ С ПОСЛЕДУЮЩЕЙ КЛАССИФИКАЦИЕЙ
PROCESSING FLOWSHEET OF MOULDING SAND BY METHOD OF HYDRO-RUNNER OFF WITH FOLLOWING CLASSIFICATION

Изобретение относится к технологии и устройствам для разделения твердых полидисперсных материалов по граничной крупности в жидкой среде и может быть использовано в горнодобывающей, химической, металлургической и других отраслях промышленности, а также в производстве строительных материалов.
Известен способ гидроклассификации зернистых материалов путем разделения гидросмеси на крупную и мелкую фракции по заданному граничному размеру восходящим потоком чистой воды, в котором в зоне взаимодействия вертикального восходящего потока чистой воды с гидросмесью ее размывают горизонтальными струями поперечного потока воды с градиентом давления, превышающим давление восходящего потока (№2165297, В03В 5/62, опубл. 20.04.2001).
Устройство, реализующее указанный способ, содержит корпус с приемно-разделительной и классификационной камерами с патрубками ввода исходной гидросмеси, выноса крупной и мелкой фракций и патрубком ввода чистой воды, соединенным с гидротрансформатором, причем приемно-разделительная камера образована обечайкой и расположена в корпусе с образованием полости, соединенной дополнительным патрубком подачи чистой воды с гидротрансформатором.
Известен способ гидроклассификации зернистых материалов, например природных песков, путем очистки от посторонних примесей с последующим разделением на фракции по крупности в восходящем потоке чистой воды. При этом исходная гидросмесь подается самотеком (безнапорно) сверху вниз в гидроклассификатор вертикального типа, где подвод чистой воды осуществляется с обеспечением вращательного движения воды в классификационной камере, что обеспечивает равномерное распределение крупных зерен продукта по ее сечению, которые под действием силы тяжести оседают вниз со скоростью их гидравлической крупности, а мелкие зерна в восходящем потоке чистой воды подхватываются и выносятся вверх в отдельную емкость (М.И.Хрусталев. «Передовой опыт обогащения песков. Аналитический обзор», Промышленность строительных материалов 1-88, М., 1990 г., стр.14-18). Известно устройство, реализующее указанный способ, а именно гидроклассификатор для разделения минерального сырья, включающий корпус с цилиндрической приемно-разделительной и конической классификационной камерами, входной патрубок с диффузором для подачи гидросмеси, внутри которого установлена направляющая крыльчатка, сливной патрубок для отвода мелкой фракции, расположенные в приемно-разделительной камере, сливной патрубок с поплавком и патрубок для подвода чистой воды, расположенные в классификационной камере, и разгрузочное приспособление. Причем в диффузоре установлена эластичная диафрагма, соединяющая корпус с разгрузочным приспособлением, а разгрузочное приспособление состоит из накопительной и компенсирующей емкостей и воздухонакопительной камеры, соединенных между собой и с конической частью корпуса системой трубопроводов (SU №1085629, кл. В03В 5/62, опуб. 15.04.84).
В данном гидроклассификаторе процесс разделения происходит следующим образом: исходная гидросмесь, пройдя диффузор и крыльчатку, снижает скорость и приобретает вращательное движение, а встретившись с поплавком, попадает в кольцевую полость приемно-разделительной камеры и начинает движение вверх. При этом скорость потока уменьшается до того значения, при котором крупные зерна не могут быть вынесены вверх и зависают на некоторой высоте, образуя «кипящий слой», в котором происходит их разделение. Мелкие зерна проходят через этот слой и выносятся потоком воды наружу. В процессе кипения крупные зерна интенсивно перемещаются по всей нижней полости конической части корпуса, стремясь равномерно распределиться и заполнить все те места, где их мало, попадая в периферийную зону классификационной камеры. Попав в зону восходящего потока воды, крупные зерна оседают навстречу этому потоку вниз, так как скорость восходящего потока меньше скорости их падения, и попадают в разгрузочное устройство. Таким образом, происходит разделение исходного зернистою материала на две фракции: верхнюю - мелкую и нижнюю - крупную.
Известна также установка для поэтапной гидроклассификации зернистых материалов, включающая металлоконструкцию с установленными на ней бункером-питателем и размещенными одна ниже другой несколькими секциями, состоящими из классифицирующих цилиндрических емкостей и сливных камер, площади поперечных сечений каждой из которых возрастают сверху вниз обратно пропорционально гидравлической крупности зерен классифицируемого материала, патрубки вывода сгущенных продуктов классификации. Металлоконструкция выполнена в виде замкнутой трубчатой системы с возможностью подачи в нее воды из магистрального водопровода, к которой закреплены опорные седла цилиндрических емкостей, и снабжена трубами подачи воды в каждую из цилиндрических емкостей для их заполнения и промывки.
(RU №2166996, В03В 5/62, В03В 7/00, опуб. 05.10.2001.)
Общим недостатком известных способов гидроклассификации, реализирующих указанный способ и установки для поэтапной гидроклассификации полидисперсных зернистых материалов, является низкое качество получаемого продукта, заключающееся в недостаточной однородности получаемых фракций по гранулометрическому составу, особенно мелкой фракции выделяемого зернистого материала, а также в неполном отделении органических и неорганических примесей.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ гидроклассификации полидисперсных зернистых материалов, устройство для осуществления способа и установка для гидроклассификации полидисперсных зернистых материалов.
В известном способе гидроклассификации полидисперсных зернистых материалов, включающем подачу исходного материала в виде гидросмеси сверху вниз в цилиндрическую приемно-разделительную камеру вертикального гидроклассификатора, разделение гидросмеси в конической классификационной камере гидроклассификатора, создание «кипящего слоя», состоящего из частиц наибольшего размера выделяемой фракции, и поддержание скорости их витания потоком чистой воды, подаваемой снизу вверх с периодическим осаждением и выводом мелких фракций восходящим потоком воды из приемно-разделительной камеры, на стадии выделения следующей фракции из гидросмеси согласно изобретению «кипящий слой» создают в нижней части классификационной камеры, а подачу потока чистой воды осуществляют через блок ламиниризации, установленный на выходе классификационной камеры. Причем вывод частиц, образующих «кипящий слой» в локальной зоне классификационной камеры, осуществляют через упомянутый блок ламиниризации, установленный на выходе классификационной камеры, за счет концентрации скачкообразного уменьшения заданного скоростного режима потока чистой воды в локальной зоне, в виде кольцевого канала, образующегося во время импульсного прорыва столбом воды «кипящего слоя» с колебательным процессом самовыравнивания скорости потока воды вокруг этого столба жидкости.
Установка для гидроклассификации полидисперсных зернистых материалов в данном изобретении содержит каскад из трех модулей классификации, гидравлически связанных между собой, каждый из которых включает приемно-разделительный узел и два гидроклассификатора, снабженных блоками ламиниризации потока чистой воды с патрубком для подачи воды и вывода выделенной крупной фракции через блок ламиниризации, при этом гидроклассификаторы второго и третьего модулей идентичны по конструкции.
(RU №2006115336, опубл. 2007.11.27.)
Недостатком этого изобретения является высокая инерционность и зависимость от качества выделяемого продукта и его концентрации, а также от давления гидросмеси на входе в классификатор.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества получаемого продукта с одновременной интенсификацией процесса классификации, с обеспечением его непрерывности и увеличение производительности классификатора за счет увеличения площади «кипящего слоя» в конической его части.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой схеме обогащения формовочных песков методом гидрооттирки с последующей классификацией, включающей подачу исходного материала в виде гидросмеси, гидросмесь первоначально подается на шаровые турбулизаторы, выполненные в виде сварных шаров металлической конструкции с расположенными на их внутренних стенках перемешивателями и снаружи с двумя смотровыми люками для визуального осмотра состояния турбулизатора и съемным люком для очистки емкости от мусора.
Указанная задача решается тем, что применяемый гидроциклон-классификатор содержит верхний выходной патрубок для отвода мелких фракций, который опущен в цилиндрическую часть на 2/3 его высоты по центральной вертикальной оси, а нижний шламовый выход опущен на 1/5 высоты вихревой камеры с совмещением их центровой вертикальной оси.
Указанная задача также решается тем, что гидроклассификаторы снабжены вихревыми камерами, в которые на 1/5 их высот, по центральной вертикальной оси, опущены патрубки для вывода крупной фракции из классификационной камеры.
Вихревые камеры играют роль гидроклассификаторов, где за счет тангенциальной подачи воды в вихревые камеры образуется вращающийся вихревой поток воды, который значительно усиливает в камере восходящий поток воды в коническую часть классификационной камеры и приподнимает на большую высоту образования «кипящего слоя», соответственно увеличивается площадь образования зерен заданной фракции в «кипящем слое», что способствует большему оседанию их в вихревые камеры, тем самым увеличивая производительность гидроклассификаторов. Высота образующего «кипящего слоя» уже не будет завесить от давления гидросмеси на входе гидроклассификатора.
На фиг.1 представлена общая технологическая схема обогащения формовочных песков методом гидрооттирки с последующей классификацией.
На фиг.2. изображен гидроциклон-классификатор (вид А-А на фиг.1).
На фиг.3 изображен гидроклассификатор (вид Б-Б на фиг.1).
На фиг.4, 5 изображен шаровой турбулизатор.
Схема обогащения формовочных песков методом гидрооттирки с последующей классификацией содержит каскад из трех модулей классификации, последовательно установленных и гидравлически связанных между собой. Первый модуль (I) содержит два шаровых турбулизатора 2 и 3, находящихся в местах излома, т.е. поворота пульпопровода 1. Пульпопровод 4 через тройник 5 соединен с верхними тангенциальными входами двух гидроклассификаторов 6 и 7, представляющих собой гидроциклоны-классификаторы, содержащие сливные патрубки 8 с отводными трубопроводами и через регулирующую арматуру 12 соединенные с демпферными устройствами 13 и 14, внутри которых в цилиндрической части аппаратов установлено съемное сито 15 в демпферном устройстве 13 и съемное сито 17 в демпферном устройстве 14.
На отводах 19 и 20 перед регулирующей арматурой 12 установлены приборы контроля давления подачи пульпы 21, 22, 23, 24. Нижние шламовые выходы гидроциклонов-классификаторов 6 и 7 опущены на 1/5 высоты вихревых камер с условным совмещением центральных вертикальных осей камеры 11 с 6 и камеры 10 с 7.
Вихревые камеры 10 и 11 являются гидроциклонами, которые соединены последовательно через шламовые выходы гидроциклонов-классификаторов 6, 7 и являются одновременно сливными каналами камер гидроциклонов-классификаторов 6, 7, где на каждом патрубке 25 и 26 установлены расходомер 27, прибор для измерения давления подачи обратной воды 28, а также регулирующий клапан 30.
Второй модуль (II) содержит демпферное устройство 13 и два цилиндроконических гидроклассификатора 36 и 37. Демпферное устройство 13 имеет цилиндрический корпус и снабжено съемным ситом 15. Его вход соединен с трубопроводом 20, внизу конической части демпферного устройства 13 установлен входной патрубок 38, связывающий его с гидроклассификатором 36. Гидроклассификаторы 36 и 37 через патрубки 42 соединены с вихревыми камерами 39.
Вихревая камера 39 также имеет выходной патрубок для выхода целевой фракции продукта по трубопроводу 40, шиберную задвижку 33 на свою карту и выходной патрубок, соединенный с ответвлением магистрального водопровода 44 через расходомер 27, прибор для измерения давления подачи оборотной воды 28, а также регулирующий клапан 30.
Вход второго гидроклассификатора 37 соединен трубопроводом 41 с верхним выходом гидроклассификатора 36, а верхний выход соединен трубопроводом 46 с входом гидроклассификатора 51. Гидроклассификатор 37 также снабжен вихревой камерой 39 с выходом 43 для вывода целевой фракции продукта и с входным ответвлением магистрали 44 через расходомер 27, прибор для измерения давления подачи оборотной воды 28, а также регулирующий клапан 30. Третий модуль классификации (III) содержит демпферное устройство 14 и два цилиндроконических гидроклассификатора 47 и 48. Демпферное устройство 14 имеет цилиндрический корпус и снабжено съемным ситом 17. Его вход соединен с трубопроводом 19, внизу конического демпферного устройства 14 установлен входной патрубок 38, связывающий его с гидроклассификатором 47.
Вход второго гидроклассификатора 48 соединен трубопроводом 49 с верхним выходом гидроклассификатора 47. Вихревые камеры однотипны для всех гидроклассификаторов и содержат патрубок 9 подачи оборотной воды. Выводы гидроклассификаторов 47 и 48 через трубопроводы 53, 54 направлены каждый на свою карту. Все карты расположены на подготовительных площадках 60, которые снабжены сточными каналами для сбора воды, ее фильтрации и возврата по трубопроводу в водоем для повторного использования.
При открытом вентиле насосом заполняют магистральный водопровод 56 для подачи воды во все гидроклассификаторы. Пульт управления 62 вынесен на местный щит.
На фиг.2 (вид А-А, на фиг.1) изображен гидроциклон-классификатор. Гидроциклон-классификатор представляет собой сварной металлический корпус, состоящий из цилиндрической приемно-разделительной 1 и конической части 2 классификационной камеры, патрубка 4 ввода исходной смеси, выходного патрубка 3 для ввода мелкой фракции, который опущен в цилиндрическую часть на 2/3 его высоты по центральной вертикальной оси. Нижние шламовые выходы конической части гидроциклона-классификатора опущены на 1/5 высоты вихревой камеры с совмещением их центровых осей, а патрубок 5 служит для подачи оборотной воды в вихревую камеру. Угол конусности конической части вихревой камеры равен 120°.
растр.
цил.
растр.
цил.
На фиг.3 (вид Б-Б, на фиг.1) изображен гидроклассификатор. Гидроклассификатор представляет собой сварной металлический корпус, состоящий из цилиндрической приемно-разделительной 2 и конический части 3 классификационных камер, патрубка 1 ввода исходной смеси, переходящей внутри корпуса в диффузор 4 с углом конусности 8°-12° и высотой, равной 0.8 высоты цилиндрической приемно-разделительной камеры. С внешней стороны на 2/3 своей высоты диффузор 4 огорожен цилиндрической стенкой 9, которая соединена с нижним конусом диффузора кольцевой пластиной, сверху они соединены между собой крышкой, в виде усеченного конуса с конусностью не менее 60°, при этом соотношение площади сечений нижнего раструба диффузора 4 и цилиндра F:F=1,0:(2,1-2,2), а соотношение высоты диффузора и цилиндрической стенки Н:Н=(1,6-1,7):1,0. Такая форма диффузора позволяет сохранять постоянство сечения приемно-разделительной камеры и создать условия для плавного выхода гидросмеси в полость камеры без вихреобразования.
Соотношение высоты приемно-разделительной камер классификатора:
ц
к
Н:Н=(1,35:1,0)
Сверху расположен выходной патрубок 8 для вывода мелкой фракции. Снизу к конической камере через патрубок 7 установлен малый гидроклассификатор, представляющий вихревую 5 с патрубком 6 тангенциального входа оборотной воды и патрубком 10 выхода крупной партии песка. Угол конусности вихревой камеры равен 120°. Патрубок 7 опущен в вихревую камеру 5 на 1/5 ее высоты.
На фиг.4, 5 изображен шаровой турбулизатор с разными углами подсоединения трубопроводов.
На фиг.4 изображен шаровой турбулизатор с углом подсоединения трубопроводов 90°. Шаровой турбулизатор представляет собой сварной шар металлической конструкции с расположенными на их внутренних стенках перемешивателями 1 и снаружи с двумя смотровыми люками 3 для визуального осмотра состояния турбулизатора и съемным люком 2 для очистки емкости от мусора.
На фиг.4 изображен такой же шаровой турбулизатор с углом подсоединения свыше 90°.
Схема работает следующим образом.
Подготовка к технологической эксплуатации схемы способа обогащения формовочных песков методом гидрооттирки с последующей классификацией начинается в следующей последовательности:
на пульте 62 устанавливают определенные расчетным путем значения объемного расхода воды, подаваемый на каждую вихревую камеру 10 и 11 гидроциклона-классификатора 6 и 7 и на вихревые камеры 39 гидроклассификаторов 36, 37, 47, 48, 51.
Вода насосом из водоема подается по магистральному водопроводу 56 через патрубок 9 подачи оборотной воды вихревых камер 6 и 7 гидроклассификаторов 36, 37, 47, 48, 51 снизу вверх. Одновременно по пульпопроводу 1 подается вода на шаровые турбулизаторы 2, 3 через гидроциклоны 6 и 7, по трубопроводам 19 и 20, которая заполняет демпфирующие устройства 13 и 14 и поступает в гидроклассификаторы 36, 37, 47, 48, 51.
При герметичности всех трубопроводов и аппаратов установки вода должна выходить лишь из выходных трубопроводов 34, 35, 40, 43, 53, 55. Регулирующими шиберными заслонками 33 добиваются равенство потоков в трубопроводах 19 и 20.
После проведения всех подготовительных мероприятий дают команду на подачу гидросмеси (пульпы), которая готовится в соотношении Т:Ж=(1:7)-(1:12) и подается по пульпопроводу 1 на шаровые турбулизаторы 2 и 3.
Под влиянием интенсивного трения между частицами, создаваемого специальными перемешивателями и высокой плотностью пульпы, с поверхности частиц удаляются загрязняющие пленки и дезинтегрируются аглометрические структуры. Обогащенная пульпа поступает через тройник 5 на тангенциальные входы гидроциклонов 6 и 7, где она приобретает вращательное движение. Пульпа перемешивается в потоке, и за счет центробежных сил осуществляется отделение мелкой песчаной смеси от крупной с одновременной мокрой оттиркой зерен от глинистых включений и органических продуктов. Крупные зерна, имея большую инерционную массу и за счет большего давления по сечению конуса, начинают прижиматься к стенкам конуса, где они теряют скорость и под действием сил тяжести оседают вниз со скоростью их гидравлической крупности.
Внутри конуса образуется разрежение за счет разницы давлений в центре и по краям, где частицы, например, 0,3 мм и меньше, как более легкие, относящиеся к формовочным пескам, поднимаются вверх и выносятся по трубопроводам 19 и 20 ко второму и третьему модулю для последующей гидроклассификации, а частицы крупнее 0,3 мм начинают оседать в вихревую камеру. Одновременно через тангенциальный патрубок 9 подачи оборотной воды вихревой камеры начинает поступать вода, приобретая вращательное движение, подхватывает оседающие частицы, раскручивает их и выбрасывает наружу через патрубок, шиберные задвижки 33 по трубопроводам 34 и 35 для вывода фракции на свою карту песков другого класса (не относящегося к формовочным пескам). Образующееся в центре вихревой камеры разрежение препятствует проникновению случайно попавших мелких частиц.
Песчаная гидросмесь, состоящая из мелких частиц, транспортируется по трубопроводам 19 и 20 на вход 13 и 14, где дополнительно промывается и проходит через съемное сито 15 в демпфирующие устройства 13 и съемное сито 17 в демпфирующее устройство 14, а встречающиеся глинистые включения, мусор осаждаются на сито. Подачу воды в гидроциклоны-классификаторы 6 и 7 осуществляют через вихревые камеры 10, 11 из магистрального водопровода 56. При этом воду контролируют расходомерами 27 и регулируют вручную регулирующими клапанами 30. Таким образом происходит разделение исходного зернистого материала на две фракции: верхнюю - мелкую и нижнюю - крупную.
Гидроклассификации формовочных песков осуществляют следующим образом: частицы, поступающие в виде гидросмеси на вход гидроклассификатора 47, осаждаются в его цилиндрическую часть, где встречаются с восходящим потоком воды заданной скорости, рассчитанной для данного классификатора, поступающим из вихревой камеры 39. Так как скоростной режим потока воды рассчитан на скорость витания частиц максимальной крупности, содержащихся в заданной для выделения фракции гранулометрического ряда формовочных песков, и частицы, большие по диаметру, чем свойственные для данной фракции, в песчаной смеси отсутствуют, то на уровне стыка низа классификационной камеры гидроклассификатора и патрубка 42 вывода крупной фракции из классификационной камеры скорость осаждения частиц гасится (тормозится) до такого значения, при котором крупные частицы не могут быть вынесены вверх и зависают на некоторой высоте, образуя «кипящий слой», а мелкие частицы выносятся восходящими потоками вверх, выводятся в трубопровод 49 и попадают в диффузорный вход гидроклассификатора 48. Так как вода поступает на тангенциальный вход в вихревую камеру, то, попадая в вихревую камеру, она раскручивается, увеличивая восходящий поток воды и тем самым приподнимая на большую высоту образования « кипящего слоя» и, соответственно, увеличивая ее площадь. В процессе « кипения» крупные зерна (заданная для выделения на данном гидроклассификаторе фракция) интенсивно перемещаются в горизонтальной плоскости по всей нижней полости над патрубком 42, стремясь равномерно распределиться и заполнить все свободное пространство образовавшегося слоя, а так как скорость восходящего потока равна скорости витания частиц максимальной крупности заданной фракции, то слой этих частиц начинает наращиваться и увеличивается по толщине, а его проницаемость для потока воды уменьшается, и возникает возможность оседания на поверхности слоя более мелких частиц. При этом увеличивается давление воды под слоем, и вследствие нарушается баланс между массой слоя и давлением воды над ним, он начинает вспучиваться, и затем происходит импульсный прорыв слоя столбом воды с одновременным резким (скачкообразным) уменьшением скорости восходящего потока в прилегающей зоне вокруг столба воды и колебательным процессом самовыравнивания скорости этого потока.
Это колебательное изменение скорости потока воды нарушает паритет витания частиц в «кипящем слое», и они равноускоренно оседают в виде связанного потока в патрубке 42. За время нарушения скоростного режима восходящего потока воды в конической части классификационной камеры и патрубка 42 вихревой камеры скорость оседания крупных частиц, содержащихся в слое, успевает превысить восстановленную до заданного значения скорость восходящего потока воды, и они оседают в патрубке 42, подхватываются стремительно вращающимся потоком воды в вихревой камере 39, а затем по трубопроводу 40 через шиберную задвижку 33 выносятся на карту как конечный продукт. Частицы меньшего размера, при осаждении попадающие в восстановленный до заданного значения восходящий поток воды, не успевают развить скорость своего осаждения больше скорости восходящего потока воды и выносятся вверх по патрубку в цилиндрическую приеморазделительную камеру гидроклассификатора 37, где производится выделение следующей заданной фракции. Так как гидроклассификаторы 36, 37, 47, 48, 51 и вихревые камеры 39 по конструкции и принципу действия идентичны, то процессы, описанные в гидроклассификаторе 47, протекают аналогично и в гидроклассификаторах 48, 36, 37, 51. Поэтому отклассифицированная заданная фракция из гидроклассификатора 48 выводится по трубопроводу 54 на карту как конечный продукт, а более мелкие частицы как следующая фракция по гранулометрическому ряду направляются по трубопроводу 50 на вход гидроклассификатора 51, где они осаждаются также в цилиндрическую камеру, где встречаются с заданным для данного классификатора восходящим потоком воды, рассчитанным на скорость витания частиц максимальной крупности для заданной фракции гранулометрического ряда класса формовочных песков, классифицируются аналогично вышеописанному и выводятся через вихревую камеру 39, шиберную задвижку 33 по трубопроводу 55 на карту как конечный продукт. Предложенная схема обогащения формовочных песков методом гидрооттирки с последующей классификацией позволяет получать до восьми различных фракций высокой однородности песков разных классов и является промышленно применимой.