矿仓工艺设计
矿仓是调节选矿厂各段工序的一个重要环节，本文从物料在矿仓内的流动规律和物料的结拱、消拱环节进行分析，探讨各种矿仓适宜的型式，希望能够为相关专业提供可以参考的理论依据。
关键词：矿仓;物料流动;工艺设计
选矿厂设置矿仓主要用来保障选矿厂各段工序能均衡、连续地进行生产。多年设计和生产实践表明，因矿仓内物料结拱，矿仓实际有效容积都小于设计有效容积;或因结构型式不合理，造成排料口堵塞，清理堵塞物料费时费力，且很不安全，严重影响企业正常生产和经济效益。本文从物料在矿仓内的流动规律和物料结拱、消拱分析入手，探讨矿仓合理的结构型式。
1矿仓设计的基本原则
矿仓设计的基本原则如下：第一，选择合理的矿仓型式，满足稳定生产的要求，保证排料口不断地、均匀地排料，且出料速度可控;第二，矿仓的有效贮存容积，满足前后生产环节的衔接和缓冲作用;第三，矿仓设计应在技术经济方面保持合理，基建投资小、经营费低。
2物料在矿仓中的流动规律
生产实践与试验研究证明，在矿仓排料过程中，矿仓内的物料是不均衡流动的，物料在矿仓内实际存在三个区：一是抛物线与仓壁之间的区域，该区域内物料无流动，为死料区;二是抛物线与物料陷落曲线之间的区域，该区域的物料有流动，但不能最后卸空;三是全部放空的区域，该区域是由物料绕排料口中心线旋转一周所围成的区域，该区域内物料可全部放空，如图1所示。矿石在矿仓内卸空后，残留部分形成一个曲面，是一组以排料口中心线为轴，旋转360°而形成的上大下小的曲线，该曲线被命名为物料陷落曲线，其遵循一定数学规律，如式(1)～式(3)所示.
3物料结拱的主要原因
物料流动规律研究发现，物料在矿仓中的流动情况主要取决于物料的流动特性和矿仓的形状及结构。影响矿仓内物料的流动，造成物料结拱的物料性质主要表现为以下几个方面。第一，物料与仓壁的摩擦角。物料中含泥量大、水份高，使物料与仓壁摩擦角变大，造成料仓内的物料结拱。第二，物料的压实性。物料在仓内长期存放，物料被压实，物料流动性变差，容易导致矿仓结拱。另外，矿仓为间断排料时，也为结拱创造了机会。第三，物料粒度。当物料中出现了个别特别大的物料时，由于大块卡住而结拱;当物料中大块含量较高时，也容易结拱。矿仓的形状及结构是造成物料结拱的另一个主要因素。如矿仓仓壁倾角，当仓壁倾角较大时，则料流速度较快，流动形态好，不易结拱;当仓壁倾角较小时，矿仓流出速度也较慢，尤其是靠近仓壁处速度可能为零，此时物料易结拱。另外，排料口的尺寸和形状也容易造成物料结拱，在矿仓收缩后的排料口处，由于物料自流受到限制而结拱;矿仓排料口越小，料流速度越低，矿仓易结拱;圆形排料口比长方形排料口更容易结拱。
4消拱措施
通过对物料流动规律和矿仓结拱的分析，矿仓设计时可采取消拱措施，可有效避免矿仓结拱。第一，仓型选择。在矿仓设计中，常见的矿仓类型有圆筒形和矩形，生产实践证明，在满足设计要求条件下，无论贮存粗粒物料、中粒物料还是细粒物料，圆筒仓的有效容积都比其他型式矿仓大。第二，排料口设计。在满足物料贮量前提下，加大矿仓的下部槽壁倾角，增加排料口数量、增大排料口尺寸，可有效消拱。选矿厂的统计数据表明，在排料口截面积相同条件下，长方形排料口比圆形排料口效果更佳。第三，内壁材料的选择。矿仓内壁尽量选择摩擦系数较小的材料，降低物料与矿仓内表面间阻力。矿仓内壁材料越光滑，物料与仓壁的摩擦力就会越小，物料就越容易流动，可在一定程度上起到消拱的作用。生产实例，某球团厂配矿仓，主要物料为黄梅矿粉、综合矿粉和污泥矿粉，采用不同内壁材料进行摩擦角试验，根据试验结果选用铸石作为矿仓的内衬材料。试验结果如表1所示。第四，增加内部辅助装置。在矿仓中下部加挡板，用来改变矿仓内物料的流动形态，减轻物料对矿仓排料口的压力，使排料口物料比较松散，有利于消拱。
5矿仓的设计
根据多年设计经验和生产实践，总结出以下几种矿仓型式，以供设计选用。
5.1配有板式给料机的矿仓
此类矿仓为强制排矿型粗粒矿仓，一般适用于物料中含泥量大、水分高且流动性较差的粗粒物料。此种矿仓排料口尺寸较大，多为长方形，物料直接压在板式给料机上。排料时，物料被板式给料机强行拖出。由于排料口尺寸大，故不易成拱;即使局部形成料拱，也会在排料过程中，被板式给料机拖动料流破坏。此种矿仓使用效果较好，在国内外已有较成熟的设计和生产经验。设计时，需对料仓的排料口尺寸进行计算，使其满足最大物料粒度所要求的最小排料口尺寸。
5.2带排矿溜槽的粗粒矿仓
对于规模较小的中、小型选矿厂，其矿仓仅能选用小型排料设备，矿仓的排料口尺寸也不宜过大。因此，为防止大块矿石在仓内结拱，宜采用带有排矿溜槽的特殊结构。此类矿仓为侧卸式矿仓，在矿仓正面由上至下开长方形洞口，外面装有半圆柱形的上小下大的排矿溜槽。在使用过程中，物料在仓内沿斜坡滚入排矿溜槽，排料口处的物料成松散状态，物料在溜槽内不能结拱。经多年实践证明，此种矿仓的使用效果较好，具有不结拱、不堵等优点，如图2所示。
5.3细粒物料矿仓的双曲线排料嘴
由于细粒物料经常在普通矿仓的排料口处堵塞，因此细粒物料矿仓的下部宜采用双曲线排料嘴。双曲线排料嘴又分为等截面收缩率排料嘴和递减截面收缩率排料嘴两种，现在的矿仓设计多采用等截面收缩率排料嘴，这种排料嘴仓壁面的变化呈指数曲线轨迹，壁面倾角是变化的，越接近出口倾角越大，物料在下落流动的过程中阻力基本不变，从而可形成均匀的连续流，不易起拱，如图3所示。生产较小的材料，降低物料与矿仓内表面间阻力。矿仓内壁材料越光滑，物料与仓壁的摩擦力就会越小，物料就越容易流动，可在一定程度上起到消拱的作用。生产实例，某球团厂配矿仓，主要物料为黄梅矿粉、综合矿粉和污泥矿粉，采用不同内壁材料进行摩擦角试验，根据试验结果选用铸石作为矿仓的内衬材料。试验结果如表1所示。第四，增加内部辅助装置。在矿仓中下部加挡板，用来改变矿仓内物料的流动形态，减轻物料对矿仓排料口的压力，使排料口物料比较松散，有利于消拱。
6矿仓的设计
根据多年设计经验和生产实践，总结出以下几种矿仓型式，以供设计选用。
6.1配有板式给料机的矿仓
此类矿仓为强制排矿型粗粒矿仓，一般适用于物料中含泥量大、水分高且流动性较差的粗粒物料。此种矿仓排料口尺寸较大，多为长方形，物料直接压在板式给料机上。排料时，物料被板式给料机强行拖出。由于排料口尺寸大，故不易成拱;即使局部形成料拱，也会在排料过程中，被板式给料机拖动料流破坏。此种矿仓使用效果较好，在国内外已有较成熟的设计和生产经验。设计时，需对料仓的排料口尺寸进行计算，使其满足最大物料粒度所要求的最小排料口尺寸。
6.2带排矿溜槽的粗粒矿仓
对于规模较小的中、小型选矿厂，其矿仓仅能选用小型排料设备，矿仓的排料口尺寸也不宜过大。因此，为防止大块矿石在仓内结拱，宜采用带有排矿溜槽的特殊结构。此类矿仓为侧卸式矿仓，在矿仓正面由上至下开长方形洞口，外面装有半圆柱形的上小下大的排矿溜槽。在使用过程中，物料在仓内沿斜坡滚入排矿溜槽，排料口处的物料成松散状态，物料在溜槽内不能结拱。经多年实践证明，此种矿仓的使用效果较好，具有不结拱、不堵等优点，如图2所示。
6.3细粒物料矿仓的双曲线排料嘴
由于细粒物料经常在普通矿仓的排料口处堵塞，因此细粒物料矿仓的下部宜采用双曲线排料嘴。双曲线排料嘴又分为等截面收缩率排料嘴和递减截面收缩率排料嘴两种，现在的矿仓设计多采用等截面收缩率排料嘴，这种排料嘴仓壁面的变化呈指数曲线轨迹，壁面倾角是变化的，越接近出口倾角越大，物料在下落流动的过程中阻力基本不变，从而可形成均匀的连续流，不易起拱，如图3所示。生产实践证明，采用指数曲线排料嘴可以有效的防止起拱。
7应用实例
某球团厂配料室的铁精矿仓长期堵料，物料供应经常受阻，严重影响生产，曾采取某些防堵措施，如在漏斗外壁增加了振动设备，但效果不佳。因此，决定对铁精矿仓排料嘴进行技术改造。原设计的铁精矿仓为钢结构，设计有效容积为500m3，下部排料嘴为圆锥形直线漏斗，漏斗上口直径8.6m，下口直径1.65m，高11.5m。改造措施如下：根据物料陷落曲线公式，下部排料嘴改造为等截面收缩率的指数曲线漏斗，原钢漏斗及支撑结构不变，在直筒与漏斗交界处采用半径R=1.5m的圆弧过渡。根据指数曲线公式计算，曲线顶端初始角58.75°，实际圆弧切点最小，初始角为60.17°，如图4所示。改造后，按整个矿仓上口装满计算，指数曲线漏斗比圆锥漏斗容积损失68m3，矿仓容积损失13.6%。该项目自1995年改造后，至今未出现堵塞，给企业带来较好的经济效益。
8结语
本文通过物料流动规律研究发现，物料在矿仓中的流动情况主要取决于物料流动特性和矿仓形状结构，选择适宜的矿仓型式和摩擦系数较小的内壁材料，可有效消拱。在矿仓设计中，针对矿仓存在的问题，对于矿石粒度较大的大型选矿厂，多采用配板式给料机矿仓;对于矿石粒度较大、生产能力较小的中小型选矿厂，建议采用带有排矿溜槽的特殊矿仓结构;对于细粒物料，多采用双曲线排料嘴的圆筒仓。矿仓作为一个重要生产环节，需要科技人员在工作中结合实际工程，不断改进、完善矿仓，使其更好地服务于生产。
作者：邢伟 单位：中冶北方工程技术有限公司
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