礦山浮選機節能探討

李 輝

(西部礦業股份有限公司錫鐵山分公司,青海 錫鐵山 816203)

礦山企業是耗能大戶，很多設備陳舊落后。“節能降耗”已成為我國的基本國策，許多礦山企業都非常重視高耗能用電設備的節能技改工作。礦山的用電設備主要分為采礦部分和選礦部分，采礦用電設備包括通風風機、排水泵、提升機和空壓機等；選礦部分用電設備主要是破碎機、傳送帶、球磨機、提升泵和浮選機等。針對風機、水泵、提升機和空壓機，很多公司都提出了切實可行的節能方案，但是針對浮選機卻一直沒有提出合理的節能方案。浮選機是選礦廠的主要設備，數量多、總功率大、24h全年不停的運轉。所以，我們深入地研究了我公司浮選機的節能方法。

1 浮選機介紹

1.1 功能介紹

礦用浮選機廣泛用于銅、鉛、鋅、鎳、鉬、金等有色金屬，黑色金屬和非金屬礦物的粗選、精選和掃浮選作業。其工作原理是：電動機帶動主軸，使葉輪轉動，一面吸入足夠的空氣和礦漿混合物，一方面攪拌礦漿與藥劑混合，同時細化氣泡，顆粒在藥劑作用下粘附在汽泡上，浮在礦漿表層，形成礦化泡沫層，被刮板刮出。

1.2 系統組成

浮選機結構比較簡單，包括槽體、葉輪、主軸、電動機等。槽體是存儲礦漿的容器，設備型號以容積量來標稱。一般有1.2m3、2.8m3、4m3、8m3等。浮選機的用電設備為主軸電動機和刮板電動機，主軸電動機占總用電量的90%左右。主軸電動機通過皮帶帶動浮選機，皮帶帶動主軸上的葉輪旋轉。2～4臺浮選機組成一組，一組采用一臺刮板電機帶動。刮板電機的功率相對較小。

1.3 我公司設備情況介紹

我公司選礦有四個系列，每個系列有浮選機30余臺，設備分為3種型號，SF4型浮選機共11臺,SF8型浮選機共9臺和JJF8型浮選機共10臺。2～4臺浮選機組成一組，共10組。額定功率合計約為670kW。

SF4型浮選機：容量4m3；槽體尺寸1850×2050×1200；葉輪直徑650mm；葉輪轉速 238r/min； 處理能力0.5～4m3；電機功率15/1.5kW。

SF8型浮選機：容量8m3；槽體尺寸2200×2900×1400；葉輪直徑760mm；葉輪轉速 191r/min； 處理能力4～8m3；電機功率30/1.5kW。

JJF8型浮選機：容量8m3；槽體尺寸2200×2900×1400；葉輪直徑540mm；葉輪轉速 233r/min； 處理能力4～10m3；電機功率22/1.5kW。

1.4 浮選機運行工藝情況

球磨機的處理量代表了一個選廠的產量。我公司球磨機處理量為48～57t/h，球磨機排礦濃度在75±5%。排礦量會在一定范圍內波動，球磨機如果排礦量過大會影響到選礦品位，處理量過小能源和產能浪費。所以，球磨機的排礦量會在一定范圍內小幅度波動。浮選液面要保證一定的高度，這樣刮板才能把泡沫刮出。由于球磨機排礦量會波動，所以浮選機通過調節閘板的高度，來調節浮選槽的液面高度。

2 浮選機特性分析

2.1 浮選機負載率分析

筆者選取3組浮選機測試各浮選機負載情況。

(1)第1組，共有4臺浮選機，測試結果見表1。

表1 第1組浮選機測試結果

(2)第2組，共有4臺浮選機，測試結果見表2。

表2 第2組浮選機測試結果

(3)第3組，共有3臺浮選機，測試結果見表3。

表3 第3組浮選機測試結果

由表1～表3可以看出，每組浮選機第1臺負載率最高，其他幾臺負載率相對降低，也保持在80%左右。

浮選機整體的負載率較高。第1臺浮選機不但起到攪拌作用，還有吸漿的作用。所以第1臺負載率高。

2.2 浮選機轉速與功率特性分析

我們選取第1組最后1臺浮選機，測試其不同轉速下力矩特性。該浮選機型號JJF8：容量8m3；葉輪轉速 233r/min,減速比4.2；處理能力4～10m3；電機型號Y200-6，電機功率22kW，額定電流44A，額定電壓380V，額定轉速980r/min。

設備工頻狀態(50Hz)檢測：運行電壓372V，運行電流38A，運行功率17.78kW，功率負載率0.81。

我們通過調節頻率來調節電機轉速，分別測量95%、90%、85%、80%和66%的速度比。數值見表4，頻率功率比圖見圖1。

表4 速度比數值

圖1 頻率功率比圖

通過圖標分析轉速與功率近似成平方關系。

2.3 浮選機轉速與力矩特性分析

我們選取第1組最后1臺浮選機，測試其不同轉速下力矩特性，測試數值見表5。

表5 不同轉速下力矩特性數值

2.4 結 論

電機的力矩特性可分為恒轉矩、平方轉矩、恒功率等。恒轉矩為機械負載，力矩較硬，像提升機、空壓機等都屬于恒轉矩負載；風機水泵屬于平方轉矩。浮選機的力矩特性介于恒轉矩和平方轉矩之間。

3 節能改造方案的確定

3.1 對浮選設備節能的基本要求

根據我企業具體情況，我們列出了五項基本的要求。

①在不影響處理量的前提下，節電設備應大幅度降低原用電設備(這里指的是礦山浮選機)的電能，節電量要在10%以上。②在不降低的基礎上，能夠提高原用電設備的安全性和穩定性。③節能設備自身的使用壽命長，損耗低，日常維護量少。同時能夠降低原用電設備的維護量。④節能設備操作方便、不改變原用電設備操作工的操作習慣。操作工在簡單培訓后就可以熟練操作。⑤為了滿足未來礦山的發展需要，節能設備容量留有一定的富裕。

3.2 浮選機節能方式的選擇

(1)經過論證分析，根據浮選機電機的力矩特性，我們采用調頻調速的方法對浮選機主軸電機進行節能改造。調頻調速節電率能夠達到要求。

(2)根據每組浮選機負載情況，我們確定針對每組浮選機第1臺浮選機不進行節能改造，其他幾臺進行節能改造。第1臺負載率高，不適于進行節能改造。

(3)根據球磨機流量及礦漿濃度在±5%范圍，即10%范圍內變化，調速范圍小于10%。再根據浮選機工藝要求，調速范圍確定為小于等于8%。

(4)浮選機調速依據為浮選機的閘板開度，閘板開度越大速度越高，閘板開度越小速度越低。

3.3 浮選機變頻器種類的選擇

目前，國產進口等各種變頻器品質都能達到技術要求。我們選礦廠地處高海拔、變頻器適應高原并且熟悉礦山行業特性。最終選擇芬蘭偉肯公司產品。

3.4 控制方式選擇

(1)采用PLC+通用變頻器方式 控制方式靈活，修改方便，但是成本較高。

(2)采用變頻器+內置程序方式 需要技術水平較高，但是成本較低。

考慮到節能的效益情況，我們采取第2種方式，芬蘭偉肯公司為我們提供了技術服務。

4 節能設備運行情況

4.1 運行情況

我們于2010年6月28日針對我們負載測試的第1組浮選機進行節能測試，6月29日安裝完成，6月30日開始測試。安裝節能設備針對改組中的第3臺和第4臺。共測試2組，每次24h。

(1)第1組第3臺設備記錄數據，見表6。

表6 第1組第3臺浮選機記錄數據

(2)第1組第4臺設備記錄數據,見表7。

表7 第1組第4臺浮選機記錄數據

4.2 小結

通過變頻節能設備的實際運行，浮選機的綜合性能都有了大的改善。由于浮選機低頻起動電流小，降低了起動扭矩，從而保護了電機，延長了電動機使用壽命,同時浮選機的皮帶、軸承、葉輪的壽命也得以延長。當浮選機電動機出現過載、缺相、欠壓等故障時，由于變頻器具有上述保護功能，及時停機保護，降低了電機和其他電器元件的損壞率，從而延長了浮選機工作壽命。

5 結束語

浮選機的節能改造項目的成功應用，實現了浮選機的軟起軟停，既解決了電機的起動沖擊問題，又實現了浮選機工況點高效率調節，大量節約了電能，提高了設備運轉的安全性和可靠性。非常值得在礦山選礦系統推廣應用。

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