Дипломная (вкр): Модернизация флотомашины ХГИ-57 для обогащения угольного шлама

Рекомендуется испытать введение воздуха в диспергированном виде в менее аэрированную (среднюю) зону объема машины.

Аэраторы могут быть изготовлены из фильтроткани, перфорированной резины и других материалов.

. Значительное улучшение флотации углей может быть достигнуто при увеличении выделения воздуха из раствора, поскольку при этом улучшаются условия флокулярной флотации и флотации крупных зерен.

. Зона всплывания минерализованных пузырьков и, особенно, зона отстаивания пенного слоя должны быть максимально спокойными.

. Пена должна выдерживаться на поверхности камеры относительно недолго. При удалении пены необходимо свести к минимуму расстояние ее передвижения.

. В случае многокамерных машин рекомендуется избегать слишком большого количества последовательно соединенных камер, занятых под одну операцию флотации.

. Очевидная целесообразность фракционной загрузки реагентов при флотации углей определяет необходимость применения в большинстве случаев машин камерного (а не корытного) типа.

. Желательно иметь в зоне всплывания пузырьков спокойные восходящие потоки пульпы, чем облегчается перевод в пену крупных угольных частиц, аэрофлокул и сильно минерализованных пузырьков.

Перечисленные общие положения могут иметь, естественно, самое разнообразное конструктивное воплощение.

Так, например, при конструировании машин механического типа следует применять наиболее производительные аэраторы, создавать благоприятные условия для резкого снижения давления в пульпе.

Создание спокойной зоны отстаивания пены может достигаться не только установлением наиболее выгодной конфигурации камеры, но и изменением принятых конструкций успокоительных решеток (последние пока весьма недостаточно снижают турбулентность потоков пульпы выше зоны аэратора).

В настоящее время на ОАО «Северсталь» применяются флотомашины типа ХГИ-57 и МФУ-63. Работа машин ХГИ-57 недостаточно эффективна, МФУ-63 являются более современными и производительными. Вот их основные преимущества: их пеносниматели позволяют быстрее удалять пенный продукт в приемные желоба, то есть эффективность обогащения у них выше; тип привода пеноснимателей надежнее, проще и дешевле в обслуживании.

Изменение конструкции приводов пеноснимателей и конструкции самих пеноснимателей машин ХГИ-57 на конструкцию машины МФУ-63 позволит повысить эффективность обогащения, уменьшить время ремонта и обслуживания, упростит само обслуживание.

Далее на рисунках 1.9. и 1.10. показаны привода вышеупомянутых машин.

Рисунок 1.9 - Привод пеноснимателей (ХГИ-57), вид сбоку:

- электродвигатель; 2 - редуктор червячный с двумя выходными валами; 3 - звездочка ведущая; 4 - звездочка ведомая; 5 - звездочка натяжная; 6 - желоб для концентрата

Рисунок 1.10 - Привод пеноснимателей (МФУ-2-63), вид сбоку:

- электродвигатель; 2 - редуктор червячный с одним выходным валом; 3 и 4 - звездочки; 5 - желоб для концентрата

Машина ХГИ-57 состоит из 6 камер, на каждые 3 камеры работает один привод пеноснимателей, который состоит из червячного редуктора с двумя выходными валами и двух одинаковых цепных передач; каждая из них передает вращение двум рядам валов, снабженных лопастями, непосредственно снимающими пенный продукт в приемные желоба.

Машина МФУ-63 имеет столько же камер, и принципиальная схема работы идентична описанной выше машине. У нее 4 привода пеноснимателей, каждый из которых обслуживает 1/4 машины: червячный редуктор с одним выходным валом, цепная передача с передаточным отношением 1 и два ряда валов с лопастями.[7]

Скорость удаления пены при механическом пеносъеме зависит от частоты вращения и числа лопастей (гребков) пеноснимателя. Известно много конструкций гребков для удаления пены из флотационных камер. Чаще всего применяют гребки показаные на рисунке 1.11, а), которые сгребают пену в желоб с поверхности камеры, находящейся близ желоба. Пена с более отдаленных участков поверхности самотеком перемещается к освободившемуся месту. В этом случае гребки перемещают пену порциями и на небольшое расстояние. В основном пена передвигается сама. Скорость удаления пены может изменяться с повышением частоты вращения вала гребков и их числа на валу. При большом объеме пены (в частности, при флотации каменных углей) устанавливают два параллельных ряда гребков показаные на рисунке 1.11, б). В конструкции гребков, показанной на рисунке 1.11, в, лопасти гребков расположены вертикально, чем устраняется давление гребков на пену при погружении в нее и вычерпывании пены - при выходе. Для увеличения поверхности объема пены применяют гребки, установленные на цепях или канатах показаные на рисунке 1.11, г) или передвигаемые системой рычагов показаные на рисунке 1.11, д). При очень больших объемах пены применяют двустороннюю её разгрузку.

Рисунок 1.11 - Типы конструкций лопастей пеноснимателей

На рассматриваемых флотомашинах установлены пеносниматели, подобные показанным на рисунке 1.11, в. Внешний ряд пеноснимателей на машине ХГИ имеет двухлопастные гребки. Предлагается изменить двухлопастные гребки на трехлопастные, как на машине типа МФУ, и увеличить частоту вращения валов - это позволит увеличить выход годного, то есть повысить эффективность обогащения.

Повысив частоту вращения импеллера, можно добиться небольшого улучшения аэрированности пульпы. Этого можно достичь за счет изменения передаточного отношения клиноременной передачи блок-импеллера.

Почти из всех флотационных машин камерный продукт (хвосты флотации, очищенный раствор) разгружается посредством патрубка либо с помощью задвижки и сливного порога, где более сильный поток удерживается задвижкой (разгрузка Песковой фракции). Стабильный уровень пульпы и постоянная толщина пенного слоя необходимы для эффективной работы всех видов флотационных машин. Большинство флотационных машин, выпускаемых за рубежом, особенно крупногабаритные, оснащены автоматическими системами поддержания уровня пульпы.

Существующие системы в основном однотипны и различаются только конструкцией датчиков уровня пульпы и исполнительных механизмов, управляющих потоком пульпы. Любая система включает в себя датчик уровня пульпы, устройства преобразования сигнала датчика в управляющий сигнал и исполнительные механизмы, обеспечивающие поддержание заданного уровня.[15]

На рисунке 1.12. показана схема системы регулирования уровня пульпы «Автофлот» фирмы «Денвер».

Рисунок 1.12 - Система регулирования уровня пульпы «Автофлот» фирмы «Денвер»:

- датчик сопротивления, установленный на чане; 2 - подвод напряжения 120В; 3 - регулятор и вторичный фильтр; 4 - регулятор; 5 - исполнительный механизм; 5 - опора; 7 - сливная коробка; 8 - заменяемые резиновые гнезда клапанов; 9 - заменяемые гуммированные клапаны

Регулирование уровня пульпы на углеобогатительной фабрике №2 на обоих типах машин осуществляется визуально и вручную посредством шибера со штоком и штурвала. Предлагается изменить регулятор на гидравлический с датчиком, что значительно облегчит работу технологического персонала, наблюдающего за фронтом флотации, и позволит ему сосредоточить внимание на других процессах.

Итак, целью данной выпускной квалификационной работы, таким образом, является модернизация флотомашины ХГИ-57.

Исходя из заданной цели, решим следующие задачи:

рассчитаем и спроектируем привод пеноснимателей;

рассчитаем и спроектируем гидропривод регулятора пульпы;

рассчитаем и спроектируем привод импеллера;

разработаем общий вид флотомашины.

2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

.1 Описание работы участка флотации

Участок флотации в углеобогатительном цехе коксохимического производства ОАО «Северсталь» размещен в главном корпусе на отметке +15,200. Компоновка оборудования флотационного отделения от его производительности и места расположения. Флотационные машины для удобства обслуживания установлены в 3 параллельных ряда на одном перекрытии с контактными чанами. На этом же перекрытии расположены баки для реагентов. Флотационный концентрат обезвоживается методом фильтрования на вакуум-фильтрах, которые расположены на перекрытии, находящемся ниже отметки установки флотомашин. Для увеличения производительности вакуум-фильтра и улучшения работы центробежных насосов, подающих флотоконцентрат на вакуум-фильтры, применяется установка для гашения пены (освобождение от воздушных пузырьков), например вакуумное пеногашение.

В цехе на участке флотации работает 14 флотационных машин. 6 из них - машины типа МФУ-2-63, остальные - ХГИ-57. На рисунке 2.1 показан план расположения флотомашин на участке.

Рисунок 2.1 - План расположения флотомашин на участке

Использование флотации угольных шламов дает возможность осуществить работу водно-шламового хозяйства углеобогатительного производства в закрытом цикле.

Если вся вода после ее обработки с сгустительно-осветлительных устройствах используются в оборотных для технологического процесса ,такой цикл называется закрытый.

При закрытом цикле из системы удаляется шлам, образовавшийся в процессе обогащения.

Цикл является закрытым и по воде, и по шламу если весь шлам флотируется, а в отстойник удаляются лишь высокозольные хвосты флотации.

В следствии перехода на закрытый цикл существенно повышается количество флотоконцентрата (влагоемкий продукт). Из-за этого производство должно иметь необходимую обезвоживающую технику, а также термосушильный отдел.

Основными параметрами, определяющими эффективность флотационного процесса и требующими автоматического регулирования, являются: плотность и расход пульпы, расход реагентов.

Плотность флотационной пульпы регулируют разбавлением сгущенной пульпы водой.

Для регулировки расхода пульпы и реагентов можно использовать многие известные в технике расходомеры.

Разбавление пульпы до плотности, требуемой для флотации, осуществляют в контактных чанах. Различная плотность пульпы в большей степени оказывает влияние на качественные и количественные показатели флотационных машин. Один и тот же отрегулированный расход реагентов, увеличивающий наличие твердого вещества в пульпе приводит к потери угля в хвостах, а понижения количества твердого - к уменьшению производства машин, увеличению (удельного) расхода реагентов или увеличению зольности концентрата.[16]

Сложное влияние на флотацию углей оказывает реагентный режим: выбор реагентов, порядок их введения в пульпу, дозировка, устранение токсического действия на окружающую среду и др.

В зависимости от физико-химических свойств используемых реагентов (вспенивателей), конструкции импеллера, числа его оборотов меняется режим аэрации пульпы. Степень аэрации пульпы по объему в механических машинах обычно составляет около 25% и снижается по мере износа импеллера.

Таким образом, для обеспечения на флотационной установке переработки всего шлама, получаемого в процессе обогащения угля и наиболее полного извлечения горючего в концентрат с минимальными потерями в хвостах необходимо соблюдать следующие условия:

тщательно подготовить исходный шлам для флотации (отбор крупных частиц > 1мм на дуговом сите, смешение и усреднение в автоматизированном смесителе, контактирование в контактном чане);

выбрать оптимальную схему флотации и плотности пульпы, что зависит от флотируемости исходного шлама и содержания в нем тонких и зольных частиц угля;

выбрать наиболее эффективные флотореагенты и установить оптимальный реагентный режим;

выполнить механические параметры флотации (оптимальная аэрированность пульпы, правильный и своевременный съем пенных продуктов).

Кроме того, некоторой интенсификации флотационного процесса можно достигнуть повышением температуры пульпы и реагентов, эмульгированием реагентов и орошением флотационной пены.

2.2 Расчет и проектирование привода пеноснимателя флотационной машины

.2.1 Описание конструкции, назначения и принципа действия пеноснимателя. Кинематическая схема привода

Пеносниматель служит для снятия пены, которая образуется на поверхности камеры флотомашины. Он снимает пену, обогащенную углем, в приемные желоба, которые расположены по бокам флотационной машины. Кинематическая схема показана на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Кинематическая схема пеноснимателя:

электродвигатель; 2 - редуктор червячный; 3 - муфта МУВП; 4 - подшипник качения; 5 - передача цепная; 5 - вал; 7 -вал; 8 - лопасть пеноснимателя; 9 - коромысло пеноснимателя

Пеносниматель состоит из электродвигателя, вал которого соединен с валом червячного редуктора, передающего движение на валы пеноснимателя, посредством муфты МУВП. Редуктор - одноступенчатый, передаточное отношение - 50. Синхронизированное вращение валов обеспечивает цепная передача с передаточным отношением - 1. Валы приводят во вращение лопасти, подвешенные на коромыслах.

2.2.2 Энергокинематический расчет привода пеноснимателя

Данные для расчёта привода приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Исходные данные

Скорость вращения коромысла пеноснимателя:

, м/с, (2.1)

где nр - частота вращения коромысла пеноснимателя, об/мин ;- диаметр окружности, которую описывает коромысло пеноснимателя, 400 мм;

π - число пи, 3,14;

Выразим частоту вращения коромысла пеноснимателя:

, об/мин, (2.2)

об/мин

Потребная мощность приводного электродвигателя:

, кВт, (2.3)

где Рим - мощность на валу исполнительного механизма, 0,5, кВт;

ηо - единый коэфицент полезного действия привода;

, (2.4)

где ηм - КПД муфты соединения, 0,985;

ηц - КПД цепной передачи передачи, 0,97;

ηр - КПД червячного редуктора, 0,75;

ηпк - КПД одной пары подшипников, 0,99;

,

кВт

По полученному значению выбираем варианты электродвигателей с мощностью 0,75 кВт [1], но разными частотами вращения. Данные представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Варианты электродвигателей