尼尔森选矿机离心锥的有限元分析研究.pdf

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1、第30卷第1期Ｖｏｌ．30，Ｎｏ．1２０15年2月ＣｈｉｎａＴｕｎｇｓｔｅｎＩｎｄｕｓｔｒｙFeb.２０15DOI：10.3969/j.issn.１００9－062２.2015.01.015尼尔森选矿机离心锥的有限元分析研究刘祚时（江西理工大学机电工程学院，江西赣州341000）摘要：尼尔森选矿机是分选回收目标矿物的一种新型高效离心重选设备，其分选的关键在于离心锥。研究应用有限元方法对离心锥的结构进行静力学和动力学特性分析，采用ANSYS软件完成计算。计算结果表明，工况下内锥的应力分布比较均匀，最大变形出现在分选部分，离心锥的静力结构满足强度和刚度要求，但也存在

2、比较薄弱的部分。随着离心锥频率的增大，其主要变形由大端逐渐转移到中间部分，且内锥的变形比较剧烈，但尼尔森选矿机的设定转速小于各阶临界转速，因此离心锥的结构动力学特性基本满足要求。对尼尔森选矿机离心锥的有限元分析结果可以为设备的设计和改进提供借鉴。关键词：尼尔森选矿机；离心锥；有限元；结构分析；模态分析中图分类号：TD455+.5；TD402文献标识码：A上研制的新机型。大家围绕尼尔森选矿机开展了许0引言多研究工作，麦吉尔大学M.Greenwood等[5]利用尼随着矿产资源的不断开采利用，富矿和易选矿尔森选矿机进行了钨矿干选和湿选工艺的对比试日趋减少，可利用的资

3、源主要以复杂、贫细、难处理验，证明了尼尔森选矿机的干选潜力；哥伦比亚国立矿居多[1]。近年来，应用离心力场提高颗粒沉降速度大学LuisA.Meza等[6]通过尼尔森选金试验说明反冲的原理来改善微细颗粒的回收成为国内外研究的热水压力的取值范围；清华大学温雪峰等[7]建立了在点,其中尼尔森立式离心选矿机因其对微细粒矿有法尔肯选矿机分层区和分选区中球形颗粒的动力学较高的分选效率引起科研人员的兴趣。采用离心分方程，验证了实现微细颗粒快速沉降的关键因素是选技术不仅可以减少有用微细颗粒的流失，而且降离心加速度。低了“尾矿”和“废石”对环境的危害[2]。尼尔森选矿机对密度较

4、大的金属矿分选效果尼尔森选矿机适用的选矿工艺有[3-4]：磨矿回路好，但分选部件的离心锥设计目前还主要依靠经验。中回收目的矿；尾矿中回收目的矿；半连续式选矿机随着计算力学和CAE技术的发展，应用有限元技术适用于目的矿含量很低的贵金属矿回收，如岩（脉）研究离心锥的力学特性，为设备的结构设计优化和金、砂金及有色金属伴生金的回收等；连续式选矿机提高设备分选效率，促进矿产资源的高效利用具有主要用于黑（白）钨矿、锡石、铁矿和含金银的硫化物重要的意义。等较大比重矿物的富集，以及从尾矿中回收含金的1离心锥结构分析硫化物，进行工业矿物的除铁等。虽然立式离心分选技术应用方面发展

5、较快，但1.1离心锥作用由于离心分选过程的多样性和复杂性，设备内部结尼尔森选矿机由分选部件（即离心锥）、支撑部构直接影响矿浆的运动规律。目前其他类型的立式件、给矿排矿装置、驱动装置、传动装置、供水（气）装离心选矿机（如法尔肯选矿机、超转筒式离心选矿机置以及自动控制系统等组成。整台设备由电机驱动，等）都是在尼尔森选矿机的结构或分选原理的基础通过带轮传动使联接在中空主轴上起分选作用的部收稿日期：２０15-01-26作者简介：刘祚时（1963-），男，江西永新人，教授，本刊编委，主要从事矿山设备及其自动化技术的研究。76第30卷件离心锥以一定的角速度匀速旋转，工作时

6、，矿浆由(a)给矿槽进入锥体，在离心力场中沿锥壁作旋转流动，运行状态下，离心锥内可以产生离心加速度为60～[8]，矿浆在高速旋转的离心锥内沿180G的离心力场着锥壁流动，形成一种特殊的分选床层———流化床，通过作用在矿粒上离心力的差异，反冲水的流态化松散作用，矿粒在流化床中运动、沉降，最后实现分选。1.2离心锥的结构(b)尼尔森选矿机离心锥的结构经历了多次改进[9]。现阶段的结构特点为：由两个同轴的锥套构成；环形格条设计为楔形结构；内锥用聚氨酯铸造，其结构简图如图1，这种设计制造方便，使用寿命长，能够获得较好的流态化和更高的富集比。图2尼尔森选矿机离心锥内锥和

7、外锥结构Fig.2Innerandouterstructuresofcentrifugalcone（a）—内锥；（b）—外锥的直径为1mm，共计606个。内锥分为上下两锥段，上锥段是分选锥部分，下锥段用于在停机冲洗过程中，通过倾斜的锥段使精矿颗粒顺利进入精矿槽。下锥段部分设置导流板，目的是使矿浆均匀流向分选图1离心锥结构锥部分和消减矿浆的冲击磨损。为提高运算速度，在Fig.1Structureofcentrifugalcone不影响计算结果精度的前提下将离心锥中部分微小2离心锥的有限元分析结构作适当简化，省略锥鼓开孔的具体结构影响，将有限元法在数值模拟中可不受

8、计算对象几何形其质量转化为壁厚，保持内