УСТАНОВКА ДЛЯ ГИДРОКЛАССИФИКАЦИИ ПОЛИДИСПЕРСНЫХ ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к устройствам для разделения твердых полидисперсных материалов по граничной крупности частиц в жидкой среде и может быть использована в горнодобывающей, химической, металлургической и других отраслях промышленности, а также в производстве строительных материалов.
Известна 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 водовода, к которой закреплены опорные седла цилиндрических емкостей, и снабжена трубами подачи воды в каждую из цилиндроконических емкостей для их заполнения и промывки (RU №2166996 В 03 В 5/62, В 03 В 7/00 опубл. 05.10.2001)
Недостатком известной установки является низкое качество получаемого продукта, заключающееся в недостаточной однородности получаемых фракций по гранулометрическому составу, особенно мелкой фракции выделяемого зернистого материала и в неполном отделении органических и неорганических примесей.
Предлагаемая полезная модель решает задачу повышения качества получаемого продукта с одновременной интенсификацией процесса классификации и обеспечением его непрерывности.
Указанная задача решается тем, что установка для гидроклассификации полидисперсных зернистых материалов, содержит каскад из трех модулей классификации последовательно установленных и гидравлически связанных между собой, каждый из которых включает приемно-разделительный узел, представляющий собой гидрогрохот цилиндроконической формы с тангенциальным входом в верхней цилиндрической части для подачи гидросмеси и нижним выходом в конической части, и два гидроклассификатора включающих корпус, состоящий из цилиндрической приемно-разделительной и конической классификационных камер, входной патрубок для гидросмеси, выходной патрубок для вывода мелкой фракции, установленные в приемной разделительной камере, и патрубок
для вывода целевой фракции, установленный в нижней части классификационной камеры, все гидроклассификаторы снабжены блоком ламиниризации, представляющим собой конструкцию в виде условного тройника, состоящего из емкости-рессивера, в которую на 1/4 ее высоты по центральной вертикальной оси опущен первая часть тройника - цилиндрический вертикальный патрубок, который совмещен с нижним выходом гидроклассификатора, вторая часть тройника - входной патрубок со струевыпрямителем установлен на уровне 2/3 высоты емкости - рессивера, предназначен для ввода рабочей жидкости через емкость - рессивер в коническую часть гидроклассификатора и третья часть тройника - выходной патрубок, установленный диаметрально струевыпрямителю на уровне 1/3 высоты емкости-рессивера
под
вx
вых
При этом соотношение площади поперечных сечений патрубков блока ламиниризации Р:F:Р=1,0:0,18:0,08, где:
под
F - площадь поперечного сечения выходного патрубка для подачи чистой воды в гидроклассификатор;
вx
F - площадь поперечного сечения входного патрубка для подачи чистой воды в емкость-рессивер;
Fвых
- площадь поперечного сечения выходного патрубка для вывода целевой фракции из гидроклассификатора через емкость-рессивер.
Струевыпрямитель, представляет собой патрубок с размещенными внутри радиальными пластинами, делящими площадь сечения патрубка на 4÷8 равных секторов.
Гидрогрохот первого модуля разделения дополнительно включает верхний выходной патрубок для отвода мелких фракций, выполненный в виде сифона, который опущен в корпус гидрогрохота на 1/3 его высоты по его центральной вертикальной оси, а нижний выход через тройник соединен с верхними тангенциальными входами двух гидроклассификаторов, представляющих собой гидроциклоны.
Верхние выходы гидрогрохота и первого гидроциклона соединены трубопроводом через регулирующие заслонки со входом гидрогрохота третьего модуля классификации, а верхний выход второго гидроциклона соединен трубопроводом через регулирующую заслонку со входом гидрогрохота второго модуля классификации.
Патрубки для вывода целевой фракции из блоков ламиниризации первого модуля классификации соединены с трубопроводами, выполненными в виде гидрозатвора, путем п-образного изгиба и поднятия верхней точки на уровень 0,9÷0,95 уровня соединения блока ламиниризации с тангенциальными входами гидроциклонов.
Гидрогрохот второго модуля классификации снабжен сеткой, размещенной в конической части и люком для вывода мусора, высота цилиндрической части корпуса в 1,5÷2
раза больше высоты конической части, причем конической частью он через патрубок соединен со входом первого гидроклассификатора.
pacтp
цил
растр
цил
ц
к
Гидроклассификаторы второго и третьего модулей идентичны по конструкции, причем входной патрубок для гидросмеси установлен по центральной вертикальной оси, переходит внутри корпуса в диффузор с углом конусности 8-12°, имеет высоту равную 0,8 высоты приемно-разделительной камеры и огорожен с внешней стороны на 2/3 своей высоты цилиндрической стенкой, которая соединена с нижним концом диффузора кольцевой пластиной, а сверху они соединены между собой крышкой, в виде усеченного конуса с конусностью не менее 60°, при этом соотношение площади сечений нижнего конца раструба диффузора и цилиндра F:F=1:2,1÷2,2, соотношение высоты диффузора и цилиндрической стенки Н:Н=1,6÷1,7:1, а соотношение высоты цилиндрической и конической частей гидроклассификатора Н:Н=1,35:1.
Верхний выход первого гидроклассификатора второго модуля классификации соединен трубопроводом со входом второго гидроклассификатора, верхний выход которого в свою очередь соединен трубопроводом через отсечную арматуру со входом первого гидроклассификатора третьего модуля классификации.
Гидрогрохот третьего модуля имеет удвоенную высоту цилиндрической части, снабжен сеткой, размещенной в цилиндрической части под входом, и люком для вывода мусора, а над сеткой по центральной вертикальной оси установлена ловушка в виде перевернутого усеченного конуса, также покрытого сеткой, который соединен трубопроводом, проходящим через нижнюю коническую часть гидрогрохота, с патрубком, соединенным со входом первого гидроклассификатора второго модуля классификации.
Верхний выход первого гидроклассификатора третьего модуля классификации соединен со входом второго гидроклассификатора этого же модуля.
Второй и третий модули классификации дополнительно снабжены спиральными гидроклассификаторами для дополнительной промывки и обезвоживания мелких фракций выделенных на этих модулях перед их выводом на карту. Причем вход первого спирального гидроклассификатора соединен трубопроводом с верхним выходом второго гидроклассификатора второго модуля классификации, а вход второго спирального гидроклассификатора соединен трубопроводом с верхним выходом второго гидроклассификатора второго модуля классификации.
На трубопроводе перед каждым блоком ламиниризации установлен прибор контроля подачи рабочей жидкости и регулирующий клапан с возможностью управления его работой с пульта управления посредством выходных сигналов дифманометров, установленных
с раздельным управлением, на гидроклассификаторах второго и третьего модулей классификации.
На фиг.1 представлена общая технологическая схема установки; на фиг 2 гидроклассификатор второго и третьего модулей классификации (вид А-А на фиг.1), на фиг.3 вид Б-Б.
Установка содержит каскад из трех модулей классификации последовательно установленных и гидравлически связанных между собой, каждый из которых включает приемно-разделительный узел, состоящий из гидрогрохота и двух цилиндроконических гидроклассификаторов, снабженных на нижнем выходе блоками ламиниризации.
Первый модуль классификации (I) содержит гидрогрохот 1, тангенциальный вход которого соединен с пульпопроводом 2, и два выходных патрубка - верхний в виде сифона 3 опущенного в полость гидрогрохота по центральной вертикальной оси, как продолжение трубопровода 4 с регулирующей заслонкой 5 и нижний в виде тройника 6, через который он соединен с двумя гидроклассификаторами - гидроциклонами 7 и 8, снабженными блоками ламиниризации 9 и 10 с патрубками подвода рабочей жидкости (воды). Гидроциклон 7 на выходе соединен с трубопроводом 4 через регулирующую заслонку 11, на нижнем выходе установлен блок ламиниризации 9 выходной патрубок, которого соединен с трубопроводом вывода целевой фракции продукта 12 на свою карту и входной патрубок, соединенный с ответвлением магистрального водовода 13 через регулирующий клапан 14 и расходомер 15. Гидроциклон 8 имеет аналогичную конструкцию, его верхний выход через регулирующую заслонку 16 соединен с трубопроводом 17, на нижнем выходе установлен блок ламиниризации 10, выход которого соединен с трубопроводом 18 для вывода целевой фракции продукта на свою карту, а вход соединен с входным ответвлением магистрального водопровода 13 через расходомер 19 и регулирующий клапан 20.
Второй модуль (II) классификации содержит гидрогрохот 21, и два цилиндроконических гидроклассификатора 22 и 23. Гидрогрохот 21 снабжен сеткой 24 и выходным люком 25 для вывода мусора на желоб 26, а его вход, соединен с трубопроводом 17, внизу установлен выходной патрубок 27, связывающий гидрогрохот 21 с гидроклассификатором 22, содержащим, как и последующие гидроклассификаторы модулей II и III внутри их цилиндрической приемно-разделительной камеры входной патрубок, переходящий в диффузор 28 (см. фиг.2), и верхний выход соединенный с трубопроводом 29. Диффузор огорожен с внешней стороны на 2/3 своей высоты цилиндрической стенкой, которая соединена с нижним концом диффузора кольцевой пластиной, а сверху они соединены между собой крышкой, в виде усеченного конуса с конусностью не менее 60°, при этом соотношение
pacтp
цил
растр
цил
ц
к
площади сечений нижнего конца раструба диффузора и цилиндра F:F=1:2,1-2,2, соотношение высоты диффузора и цилиндрической стенки Н:Н=1,6-1,7:1, диффузор также имеет угол конусности 8-12° и высоту равную 0,8 высоты приемно-разделительной камеры. Такая форма диффузора позволяет сохранить постоянство сечения приемно-разделительной камеры и создать условия для плавного выхода гидросмеси в полость камеры без вихреобразования. Соотношение высоты приемно - разделительной и классификационной камер гидроклассификатора Н:Н=1,35:1. Гидроклассификатор 22 снабжен дифманометром 30 для замера давления в цилиндрической части гидроклассификатора и в вертикальном цилиндрическом патрубке блока ламиниризации 31. Блок ламиниризации 31 также имеет выходной патрубок для вывода целевой фракции продукта по трубопроводу 32 на свою карту и входной патрубок, соединенный с ответвлением магистрального водопровода 13 через расходомер 33 и регулирующий клапан 34.
Вход второго гидроклассификатора 23 соединен трубопроводом 29 с верхним выходом гидроклассификатора 22, а верхний выход соединен с трубопроводом 35, который имеет два разветвления, один из которых соединен с трубопроводом 36 через отсечную заслонку 37 со входом спирального гидроклассификатора 38, а через отсечную заслонку 39 трубопроводом 40 соединен со входом гидроклассификатора 41 третьего модуля классификации.
Гидроклассификатор 23 также снабжен блоком ламиниризации 42 с выходом 43 для вывода целевой фракции продукта и с входным ответвлением магистрали 13 через расходомер 44 и регулирующий клапан 45. Гидроклассификатор 23 также снабжен дифманометром 46.
Третий модуль классификации (III) содержит гидрогрохот 47, снабженный цилиндрической сеткой 48, выходным люком 49 для вывода мусора на желоб 26, делителем потока 50, расположенным по центральной вертикальной оси и имеющим форму перевернутого усеченного конуса, сечение которого закрыто сеткой 51 и возвышается над сеткой 48 выше уровня входного канала трубопровода 4 и соединен вертикальным трубопроводом, проходящим через коническую часть гидрогрохота и переходящим в трубопровод 52, с патрубком 27 гидрогрохота 21. Выход конической части гидрогрохота 47 соединен трубопроводом 40 со входом гидроклассификатора 41, соединенного верхним выходом с трубопроводом 53, также снабженный дифманометром 54 и блоком ламиниризации 55 с выходным патрубком для отвода продукта по трубопроводу 56 на свою карту и с ответвлением магистрального водовода 13 через расходомер 57 и регулирующий клапан 58. Гидроклассификатор 59, вход которого соединен с трубопроводом 53, а верхний выход с трубопроводом 60 соединенным со входом спирального гидроклассификатора 61, снабжен -
дифанометром 62, а в нижней части соединен с блоком ламиниризации 63, который соединен с линией вывода продукта по трубопроводу 64 на карту и со входным ответвлением магистрального водовода 13 через расходомер 65 и регулирующий клапан 66.
Блоки ламиниризации 9, 10, 31, 42, 55 и 63 - однотипны и содержат емкость-рессивер 67, вертикальный патрубок 68, струевыпрямитель 69 с размещенными внутри радиальными пластинами 70, делящими площадь сечения патрубка на 4-8 равных секторов. Выходы спиральных гидроклассификаторов 38 и 61 соединены с трубопроводами 71 и 72, которые направлены каждый на свою карту. Все карты расположены на подготовленных площадках 73, которые снабжены сточными каналами 74 для сбора воды, ее фильтрации и возврата по трубопроводу 75 в водоем 76 для повторного использования
При открытом вентиле 77, насосом 78 заполняют магистральный водовод 13 для подачи рабочей жидкости во все гидроклассификаторы установки. Пульт управления 79 вынесен на местный щит.
Установка работает следующим образом.
Подготовка установки к технологической эксплуатации начинается в следующей последовательности: на пульте управления 79 устанавливают расчетные значения заданий объемного расхода подачи воды на каждый блок ламиниризации с автоматической коррекцией расхода от выходного значения своего дифманометра на свой регулирующий клапан, открывают отсечную заслонку 37, а заслонку 39 закрывают. Включают насос 78, открывают вентиль 77, вода из водоема 76 подается по магистральному водоводу 13 через блоки ламиниризации 9, 10, 31, 42, 55 и 63 в гидроциклоны 7 и 8, гидроклассификаторы 22, 23, 41 и 59 снизу вверх. Одновременно по пульпопроводу 2 от земснаряда (на схеме не показан) подается вода на гидрогрохот 1, через гидроциклоны 7 и 8, по трубопроводам 4 и 17, которая заполняет гидрогрохоты 21 и 47 и поступает в гидроклассификаторы 22, 23, 38, 41, 59 и 61. При герметичности всех трубопроводов и аппаратов установки вода должна выходить лишь из выходных трубопроводов 12, 18, 32, 43, 56, 64, 71 и 72. Регулирующими заслонками 5, 11 и 16 добиваются равенства потоков в трубопроводах 4 и 17.
После проведения всех подготовительных мероприятий дают команду на подачу гидросмеси (пульпы), которая готовится в соотношении Т:Ж=(1:8)-(1-10) и подается по пульпопроводу 2 на тангенциальный вход гидрогрохота 1, где гидросмесь приобретает вращательное движение. Крупные зерна перемещаются в потоке по поверхности решета, теряют скорость и по спирали увлекаются вниз, и через тройник 6 поступают на тангенциальные входы гидроциклонов 7 и 8, где за счет центробежных сил осуществляется отделение мелкой песчаной смеси от крупной, с одновременной мокрой оттиркой зерен от глинистых включений и органических продуктов, а также разделение песчаной смеси на
классы с выделением формовочных песков с помощью встречных потоков воды снизу вверх из блоков ламиниризации 9 и 10, подаваемых с заданной скоростью в цилиндроконических камерах гидроциклонов, где частицы, например, 0,3 мм и меньше, относящиеся к формовочным пескам, поднимаются вверх и выносятся по трубопроводам 4 и 17 во второй и третий модули для последующей гидроклассификации, а частицы крупнее 0,3 мм оседают навстречу этому потоку и попадают в блоки ламиниризации 9 и 10, а так как заданная скорость восходящего потока меньше скорости падения более крупных частиц чем 0,3 мм, то они через выходные патрубки по трубопроводам 12 и 18 выводятся на карту (как конечный продукт) песков другого класса. При этом часть мелкой песчаной смеси (класса формовочных песков), отделенная в гидрогрохоте 1, за счет центробежной силы поднимается по центральной вертикальной оси и через сифон 3 по трубопроводу 4 транспортируется на тангенциальный вход гидрогрохота 47, а мусор, отделенный в гидроциклонах 7 и 8, для исключения попадания в выходные трубопроводы с классифицируемым материалом, выводится на входы гидрогрохотов 21 и 47 за счет гидрозатворов на трубопроводах 12 и 18, образованных путем П-образного изгиба, поднятого на уровень 0,9-0,95 уровня центральной горизонтальной оси тройника 6, способствующих созданию подпора жидкости на этом уровне и выводу мусора из приемно-разделительных камер гидроциклонов 7 и 8.
Песчаная гидросмесь, транспортируемая по трубопроводу 17 на тангенциальный вход гидрогрохота 21 за счет центробежных сил еще раз промывается и проходит через сетку 24, а глинистые включения, мусор и органические продукты осаждаются на сетке 24 и через люк 25 выводятся на желоб 26. Песчаная гидросмесь транспортируемая по трубопроводу 4 на тангенциальный вход гидрогрохота 47 за счет центробежных сил, также промывается, и частично, в пределах 1/3 объема песчаной гидросмеси выводится из гидрогрохота 47 через делитель потока 50 с сеткой 51 по трубопроводу 52 через патрубок 27 на вход гидроклассификатора 22, а остальная песчаная гидросмесь проходит через сетку 48 и по трубопроводу 40 поступает на вход гидроклассификатора 41, при этом глинистые включения, мусор и органические продукты осаждаются на сетку 48 и через люк 49 выводятся на желоб 26 с которого направляются на утилизацию. Делитель потока 50 предназначен для выравнивания по объему песчаных смесей, классифицируемых на втором и третьем каскадах установки.
Подачу воды в гидроциклоны 7 и 8 осуществляют через блоки ламиниризации 9 и 10 из магистрального водовода 13. Подачу воды контролируют расходомерами 15 и 19 и регулируют вручную регулирующими клапанами 14 и 20.
Гидроклассификацию формовочных песков осуществляют следующим образом: частицы твердой фазы, поступающие на диффузорный вход 28 гидроклассификатора 22 сверху вниз осаждаются в его цилиндрическую часть, где встречаются с расчетным по скорости для данного классификатора потоком чистой воды из блока ламиниризации 31 снизу вверх. Так как скоростной режим потока воды рассчитан на скорость витания частицы максимальной крупности выбранной фракции гранулометрического ряда формовочных песков и большие по диаметру частицы, чем расчетные для данной фракции в песчаной смеси отсутствуют, то на уровне стыка низа классификационной камеры гидроклассификатора 22 и патрубка 68 блока ламиниризации 31 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 потоком воды вверх, выводятся в трубопровод 29 и попадают в диффузорный вход 27 гидроклассификатора 23. В процессе «кипения» крупные зерна заданной фракции интенсивно перемещаются в горизонтальной плоскости по всей нижней полости над патрубком 68, стремясь равномерно распределиться и заполнить все свободное место образовавшегося слоя, а так как скорость восходящего потока равна скорости витания частицы максимальной крупности, выбранной фракции, то слой этих частиц начинает наращиваться и увеличиваться по толщине, а его проницаемость для потока воды уменьшается, и возникает возможность оседания на поверхность слоя более мелких частиц. При этом увеличивается давление воды под слоем, вследствие нарушения баланса между массой слоя и давлением воды под слоем, который 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 патрубок 68. За время кратковременного нарушения скоростного режима восходящего потока воды в патрубке 68 блока ламиниризации 31 скорость оседания заданных крупных частиц слоя успевает превысить скорость восстановленного до заданного значения восходящего потока, они оседают на дно емкости - ресивера 67 блока ламиниризации 31, а затем по трубопроводу 32 выносятся на карту, как конечный продукт, а частицы меньшего размера, чем заданный при осаждении попадающие в восстановленный до заданного значения восходящий поток, не успевают развить скорость своего осаждения больше скорости восходящего потока и выносятся по патрубку 68 вверх в цилиндрическую приемно-разделительную камеру гидроклассификатора 22 и далее по трубопроводу 29 и на диффузорный вход 27 гидроклассификатора 23
для выделения следующей заданной фракции. Так как гидроклассификаторы 22, 23, 41 и 59 и блоки ламиниризации 9, 10, 31, 42, 55 и 63 по конструкции и принципу действия идентичны, то процессы, описанные в гидроклассификаторе 22 протекают аналогично и в гидроклассификаторах 23, 41 и 59. Поэтому отклассифицированная (целевая) фракция из гидроклассификатора 23 выводится по трубопроводу 43 на карту, как конечный продукт, а более мелкие зерна, как следующая фракция по гранулометрическому ряду направляется по трубопроводу 35 при открытой заслонке 37 и по трубопроводу 36 на вход спирального гидроклассификатора 38, где вся оставшаяся песчаная смесь еще раз промывается, обезвоживается и по трубопроводу 71 направляется на карту как конечный продукт.
Частицы твердой фазы, поступающие в виде гидросмеси из гидрогрохота 47 по трубопроводу 40 в диффузорный вход 27 гидроклассификатора 41 сверху вниз, осаждаются также в цилиндроконическую камеру, где встречаются с расчетным для данного классификатора потоком воды, рассчитанным на скорость витания частиц максимальной крупности выбранной фракции гранулометрического ряда класса формовочных песков, классифицируются аналогично описанным выше стадиям, и выводятся через блок ламиниризации 55 по трубопроводу 56 на карту, как конечный продукт, а мелкие зерна выносятся из гидроклассификатора 41 по трубопроводу 53 на диффузорный вход гидроклассификатора 59 сверху вниз, где классифицируются по максимальной крупности зерна выбранной фракции гранулометрического ряда класса формованных песков, выделенные частицы выводятся через блок ламиниризации 63 по трубопроводу 64 на карту, как конечный продукт, а частицы меньше заданной фракции выводятся скоростным потоком из гидроклассификатора 59 по трубопроводу 60 на вход спирального гидроклассификатора 61, где они дополнительно отмываются, обезвоживаются и по трубопроводу 72 выводятся на карту, как конечный продукт.
Гидроклассификатор 41 при открытой заслонке 39 на трубопроводе 35 и закрытой заслонке 37 на трубопроводе 36 позволяет классифицировать выведенные зерна на модуле III в дополнение к песчаной смеси из гидрогрохота 47.
При начальной плотности гидросмеси, поданной с земснаряда с соотношением Т:Ж=(1:8)÷(1-10) и выводе песчаной отклассифицированной смеси из модуля I соотношение Т:Ж меняется в пределах (1:10)÷(1-12). Все изменения плотности смеси, а также при изменении производительности подачи гидросмеси на установку, преобразуются дифманометрами на каждом гидроклассификаторе в перепад давления между давлением в цилиндрической камере гидроклассификаторов и давлением подачи воды снизу вверх в патрубке 68 и по результатам изменения перепада корректируется скоростной поток каждого блока ламиниризации. Все карты готового продукта расположены на подготовленных
площадках 73 с обводными каналами 74, где вода фильтруется, осветляется и по трубопроводу 75 во возвращается в водоем 76 для повторного использования.
На предложенной установке возможно получение до восьми различных фракций высокой однородности песков разных классов.