氣動助流清倉技術(shù)在百花嶺鉬選礦廠中的應(yīng)用

吳佑儉 吉萬健 劉 健 楊超峰

(1.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司;2.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司)

礦倉在各類金屬礦山選礦廠中應(yīng)用廣泛，主要實現(xiàn)兩大功能：一是儲存一定量的礦料；二是按生產(chǎn)要求卸料，解決各生產(chǎn)設(shè)備礦料供需不均衡的矛盾，保證生產(chǎn)的連續(xù)和均衡，最大程度地提高設(shè)備運轉(zhuǎn)率，提高經(jīng)濟效益。

礦倉內(nèi)的礦料主要依靠自身重力和礦倉高差進行流動。百花嶺鉬選礦廠磨浮車間粉礦倉在實際生產(chǎn)過程中，由于礦料含水率、粒徑、黏性、礦倉結(jié)構(gòu)、貯存時間等因素的影響，經(jīng)常會出現(xiàn)各種礦料堵塞出料口的現(xiàn)象，影響礦倉的正常使用；嚴(yán)重時甚至不出料，造成后續(xù)工藝流程的中斷，影響生產(chǎn)的正常進行。

1 運行現(xiàn)狀

百花嶺鉬選礦廠磨浮車間粉礦倉用于儲存上道破碎—篩分工序的粉鉬礦，為一段球磨供礦。礦倉為上槽體下V槽椎體、現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，V槽斜面坡度55°；礦倉整體被10等分，呈一字排開，分別稱作1～10#倉，底部共設(shè)20個800 mm×800 mm的矩形放礦口，采用液壓平板閘門控制放礦，見圖1。

該粉礦倉在生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)不同程度的堵塞，主要原因有：

(1)百花嶺鉬選礦廠所處地區(qū)年平均降雨量849.9 mm[1]，露天開采的礦石含水率普遍較高，在水分子的極化作用下，礦石內(nèi)摩擦力增大，流動性變差，固結(jié)起拱、棚料的幾率增大，容易造成粉礦倉出料時堵塞。

圖1 磨浮車間粉礦倉結(jié)構(gòu)示意

(2)粉礦倉內(nèi)礦石粒度P80=7.2 mm[2]，礦石粒徑小，比表面積大，增加了礦石間的摩擦面積和內(nèi)摩擦力。

(3)礦倉放礦口尺寸偏小，礦石經(jīng)常在此停滯，造成放礦口周邊堵塞?，F(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)粉礦倉堵塞時礦石主要黏附在礦倉V槽斜面的周圍，難以下落，同時在放礦口上方部位經(jīng)常會形成拱橋形棚料，見圖2。

圖2 粉礦倉堵塞情形示意

2 嘗試的解決措施

2.1 人工清理

人工清理通常是工人持錘類工具敲擊礦倉放礦口，產(chǎn)生振動讓礦石下落。此法可能會有短暫效果，但投入的勞動力過大、效率低且成本較高，長期敲擊易使礦倉變形，影響其強度。當(dāng)堵塞嚴(yán)重時，還需人工進入倉內(nèi)進行清理，工作危險性極大，安全事故頻發(fā)。

2.2 高壓水沖洗

有些礦料在礦倉內(nèi)部固結(jié)嚴(yán)實，沖水管不能插入到倉壁。即使使用高壓水，也只能清理礦倉放礦口部位的部分黏結(jié)料，清理難度和勞動強度都很大。另外使用高壓水沖洗還會影響周圍環(huán)境衛(wèi)生，不利于現(xiàn)場管理。

2.3 振動電機振動

振動電機一般安裝在礦倉外壁，通過高頻振動使礦料下落，常用振動頻率為700～6 000 Hz，振幅可達1.2 cm[3]，雖有一定效果，但很難將礦倉“死區(qū)”內(nèi)的礦料振動下來，往往反而將某些區(qū)域的礦料振實，加重礦倉的堵塞。同時振動器的工作噪音大、穩(wěn)定性差，安裝、使用均具有很大的局限性。

2.4 改造礦倉結(jié)構(gòu)

考慮到放礦口尺寸偏小，曾設(shè)想擴大放礦口的尺寸，同時增大V槽斜面的坡度，然后在V槽斜面的礦倉內(nèi)壁鋪設(shè)一層高分子襯板，以降低礦石與倉壁的摩擦，使礦料容易下落。由于土建施工難度大、改造成本高，施工過程影響礦倉的正常生產(chǎn)，該方案最終沒有實施。

3 氣動助流清倉系統(tǒng)

在以上措施均不能有效解決磨浮車間粉礦倉堵塞問題的情況下，應(yīng)用氣動助流清倉技術(shù)進行粉礦倉堵塞問題的治理。

3.1 基本原理

通過聯(lián)合實施氣動助流法和放礦口機械助流法，其中以氣動助流為主、機械助流為輔，制定具體清倉方案。氣動助流法是將壓縮空氣壓入到粉礦倉V槽斜面的內(nèi)壁表面上，使礦料與礦倉內(nèi)壁表面間形成瞬時間隙，從而消除或減小礦料同倉內(nèi)壁之間的摩擦力，從而使礦料沿著倉壁下滑，消除礦料黏壁；機械助流法是將特制的氣動清阻機的執(zhí)行機構(gòu)伸入到放礦口內(nèi)部循環(huán)搗碎，防止放礦口積礦堵塞，破壞堆積在放礦口周邊礦石的內(nèi)聚力，防止拱橋形棚料的形成。氣動助流清倉系統(tǒng)見圖3。

氣動助流清倉系統(tǒng)主要由空壓機、控制儲氣罐、工作儲氣罐、氣動球閥、氣動蝶閥、噴嘴、氣動清阻機、電氣控制系統(tǒng)組成?？諌簷C作為整個系統(tǒng)的動力源，用以產(chǎn)生壓縮空氣，額定壓力0.8 MPa。工作儲氣罐的氣流經(jīng)管道輸送全部通過氣動清阻機、噴嘴噴射到礦倉內(nèi)部；控制儲氣罐的壓縮空氣用于管路中各類電控氣動閥門的開啟，電控氣動閥門收到電信號后，也需要在壓縮空氣的作用下才能開關(guān)。氣動清阻機主要由氣缸和執(zhí)行機構(gòu)組成，通過氣缸的直線運動帶動執(zhí)行機構(gòu)在放礦口進行循環(huán)搗碎工作，每個放礦口安裝1個氣動清阻機，共20個。控制柜安裝在人工便于操作的位置，1個粉礦倉裝配1臺控制柜。當(dāng)?shù)V倉堵塞時，人工操控控制按鈕可達到清倉的目的。噴嘴安裝在礦倉V槽斜面內(nèi)壁上，共布置4層，分在左、右兩面每一層安裝5個噴嘴，每一層都有1個單獨的氣動蝶閥控制該層管道的氣流通斷，噴嘴的噴射方向均沿礦倉內(nèi)壁朝下。

圖3 氣動助流清倉系統(tǒng)組成

3.2 工作流程

空壓機開啟后，壓縮空氣受管路上的順序閥控制，首先給控制儲氣罐供氣，供氣壓力達到電控氣動閥門的開啟壓力(一般為0.5 MPa以上)后，助流氣路的氣流才能通過閥門到達噴射機構(gòu)。當(dāng)控制儲氣罐的壓力達到順序閥設(shè)定壓力后，空壓機會同時給助流儲氣罐和控制儲氣罐供氣，直至達到系統(tǒng)額定壓力；系統(tǒng)壓力高于0.5 MPa即可進行清倉操作，工人可通過操控控制柜來控制相關(guān)閥門的開啟，操控順序一般是由第一層開始，自下而上依次清理礦倉，每一層清理2～3 s即可完成。一次循壞完成后應(yīng)以第一層清倉收尾，目的是避免清理下來的礦石過多的堆積在礦倉底部造成二次堵塞。氣動清阻機的動作也是自動進行，通過控制柜上的清阻旋鈕開關(guān)，給氣缸電磁閥發(fā)出信號后，氣缸即可往復(fù)進行直線運動，帶動執(zhí)行機構(gòu)進行循環(huán)搗碎工作。

3.3 主要設(shè)備選型

該系統(tǒng)空壓機選用普瑞阿斯BK45-8系列螺桿式空壓機，電機功率45 kW，額定壓力0.8 MPa，額定流量7.1 m3/min。該空壓機具有結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好、運行可靠、振動噪音小、投資性價比高等優(yōu)點，另外該機器還配置了人性化的操作界面，集電氣控制系統(tǒng)、運行信息顯示、狀態(tài)監(jiān)測于一體，維護保養(yǎng)方便，且設(shè)備密封良好，能在揚塵較大的環(huán)境中穩(wěn)定運行。

該氣動助流清倉系統(tǒng)儲氣罐分為兩種，即控制儲氣罐和工作儲氣罐。其中控制儲氣罐容量2 m3，額定壓力0.8 MPa。受安裝場地高度限制，工作儲氣罐采用4臺6 m3儲氣罐串聯(lián)，共24 m3。

電控氣動閥門通徑選用DN125，法蘭式連接，工作電壓DC24 V。

4 應(yīng)用效果

氣動助流清倉系統(tǒng)自2013年8月投入使用以來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、高效，優(yōu)點主要體現(xiàn)在：①解決了礦倉黏壁、固結(jié)起拱堵塞問題，礦倉排礦速度增大，保證選礦生產(chǎn)流程暢通，提高選礦廠產(chǎn)能；②提高礦倉有效容積的利用率，實現(xiàn)了礦倉儲存的緩沖作用，減少了破碎設(shè)備的開車時間和球磨機的空轉(zhuǎn)時間，節(jié)約水、電消耗，經(jīng)濟效益明顯；③系統(tǒng)安裝、施工均在礦倉外部進行，不影響礦倉的正常生產(chǎn)(圖4)；④消除人工清堵和破拱帶來的安全隱患，大大降低工人勞動強度；⑤改善勞動環(huán)境，不再出現(xiàn)之前注水清理到處流淌的泥漿水；⑥系統(tǒng)操控簡便、性能穩(wěn)定，易損易耗件少，巡檢維護簡便。

氣動助流清倉系統(tǒng)安裝前后粉礦倉部分生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比見表1。

圖4 氣動助流清倉系統(tǒng)安裝現(xiàn)場

安裝前后排空礦倉時間/h有效容積/%生產(chǎn)時間/(h/班)產(chǎn)量/(t/班)安裝前840^5048000安裝后2﹥90811000

由表1可以看出，氣動助流清倉系統(tǒng)安裝后，粉礦倉有效容積、生產(chǎn)率和產(chǎn)量都得到了明顯提高。

5 結(jié) 論

以氣動助流為主、機械助流為輔，在百花嶺鉬選礦廠磨浮車間粉礦倉中應(yīng)用氣動助流清倉系統(tǒng)，避免了人工清理、高壓水沖洗、振動電機振動、改造礦倉結(jié)構(gòu)等措施的不足，有效解決了粉礦倉黏壁、固結(jié)起拱堵塞的難題，消除了制約選礦生產(chǎn)的不利因素，減輕了工人的勞動強度，改善了勞動環(huán)境，同時為選礦廠創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益，具有很高的產(chǎn)出投入比。

[1] 中國恩菲工程技術(shù)有限公司.金堆城鉬業(yè)股份有限公司選礦工藝升級改造工程設(shè)計書[R].北京：中國恩菲工程技術(shù)有限公司，2012.

[2] 劉迎春.金堆城百花嶺選礦廠重大技術(shù)進步回顧與展望[J].中國鉬業(yè)，2013，37(3)：20-23.

[3] 卜盛文.振動技術(shù)在細(xì)礦倉的應(yīng)用[J].有色金屬：選礦部分，1998(3)：15-16.