HM型磁性衬板在有色金属矿大型磨机中的应用.pdf

7 4 有色金属 选矿部分2 0 1 8 年第2 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 8 ．0 2 ．0 1 6 H M 型磁性衬板在有色金属矿大型磨机中的应用 周宏喜，杨俊平，袁树礼，姚建超，卢世杰 北矿机电科技有限责任公司，北京1 0 0 1 6 0 摘 要北矿机电科技有限责任公司独立自主开发的H M 型磁性衬板自诞生以来服务于国内外数百台球磨机， 尤其在铁矿等磁性矿物的球磨机中获得广泛应用。研究人员通过对磁性衬板的工作机理深入研究，借助先进的计算 机仿真技术模拟仿真，不断改进磁性衬板的结构形式、采用高性能的磁性材料，优化衬板磁系参数，开发了适合于有色 金属矿等含非磁性矿物或弱磁性矿的专用磁性衬板，具有大极面、小极距、表面磁场强度高、磁场梯度大等特点，在有 色金属矿的大型球磨机中获得成功应用。 关键词H M 型磁性衬板；有色金属矿；非磁性矿；数值模拟；大型球磨机 中图分类号T D 4 5 3 ．1文献标志码A 文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 8 0 2 - 0 0 7 4 - 0 4 A p p l i c a t i o no f 删M a g n e t i cL i n e ri nL a r g eM i l lf o rN o n - f e r r o u sM e t a l Z H O UH o n g x i ，M ⅣGJ u n p i n g ，Y U A NS h u l i ，M DJ i a n e h a o ，￡U 鼽批 B G R I M MM a c h i n e r ya n dA u t o m a t i o nT e c h n o l o g yC o ．，L t d ．，B e i j i n gJ D D J 『6 D ，C h i n a A b s t r a c t H Mm a g n e t i cl i n e r sa r ed e v e l o p p e db yB G R I M M - M A Ti n d e p e n d e n t l ya n dp r o t e c t i n gh u n d r e d so f b a l lm i l l sa th o m ea n da b r o a d ，e s p e c i a l l ya r ew i d e l ya p p l i e di ni r o no r e ．R e s e a r c h e r sn o to n l ys t u d ym a g n e t i cl i n e r w o r k i n gp r i n c i p l ed e e p l yb u ta l s ou s ea d v a n c e dc o m p u t e rs i m u l a t i o nt e c h n o l o g yt os i m u l a t e ，t h e ni m p r o v es t r u c t u r a l c o n f i g u r a t i o n ，a d a p th i g hp e r f o r m a n c em a g n e t i cm a t e r i a la n do p t i m i z em a g n e t i cp a r a m e t e r s ，f i n a H ys u c c e s s f u l l y d e v e l o p e do n es p e c i a lt y p el i n e rf o rn o n f e r r o u sm e t a lw i t hn o n m a g n e t i co r eo rw e a k l ym a g n e t i co r e ，w h i c hh a st h e c h a r a c t e r i s t i c so fl a r g ep o l ef a c e ，s m a l lp o l ep i t c h ，h i g hm a g n e t i c i n t e n s i t yo ns u r f a c ea n dh i g hm a g n e t i cf i e l d g r a d i e n t ．n eH Mm a g n e t i cl i n e r sh a v ea p p l i e di nl a r g em i l l s 面n d i n gn o n f e r r o u sm e t a l ss u c c e s s f u l l y ． K e yw o r d s H Mm a g n e t i cl i n e r ；n o n f e r r o u sm e t a lo r e ；n o n m a g n e t i co r e ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ；l a r g eb a l l m i l l 球磨机服务于矿山企业已有百年历史，是矿产 资源开发利用不可或缺的设备，而球磨机的衬板是 选矿厂运行中消耗最多的损耗件之一，在各大选矿 厂有数千台之多，每年衬板消耗量达2 0 万t 以上。 常用的磨机衬板包括金属型衬板、非金属型衬板以 及复合型衬板。其中应用最早，最广泛的是金属型 衬板，主要材质为高锰钢，在一段磨机的使用寿命一 般为6 ～1 0 个月，在二段磨机的使用寿命为1 0 一1 8 个月，表现出寿命短、磨机作业率低、安装维护成本 高等缺点。非金属衬板的主要材质是橡胶和聚氨 酯，与金属衬板相比抗冲击、剪切能力差，使用条件 较为苛刻，不太适合粗颗粒、高硬度的矿物，多用于 细磨作业以及非金属矿磨机中。复合型衬板以 1 9 8 0 年瑞典S K E G A 公司开发的橡胶复合磁性衬板 和2 0 世纪8 0 年代中国的研究机构和企业开发的金 属复合磁性衬板为代表引。 目前，磁性衬板因其使用寿命长、安装方便而被 广泛使用，在处理磁性矿的磨机中寿命达8 ～1 0 年， 是普通金属衬板的5 8 倍。另外磁性衬板与高锰 钢衬板相比还具有增加磨机有效容积，提高处理能 力；减小磨机工作负荷，降低运行功率；便于安装，减 轻工人劳动强度；降低环境噪音，筒体不漏矿浆，提 升工作环境质量等优点。 1 H M 型磁性衬板的研发历程 北矿机电科技有限责任公司 前身为北京矿冶 研究总院下属的机械研究设计所 于1 9 8 7 年从事磁 性衬板的研究工作，是国内最早从事磁性衬板研究 收稿日期2 0 1 7 - 0 8 1 4修回日期2 0 1 8 - 0 2 1 1 作者简介周宏喜 1 9 8 5 一 ，男，河南光山人，硕士，高级工程师，主要从事细磨设备和耐磨材料研究。 万方数据 2 0 1 8 年第2 期周宏喜等H M 型磁性衬板在有色金属矿大型磨机中的应用 7 5 的机构之一，开发的橡胶一金属磁性衬板于1 9 9 2 年 通过中国有色金属工业总公司的技术鉴定。1 9 9 7 年开发的∞．6i nx6 ．0i n 溢流型球磨机的金属磁 性衬板用于包钢 集团 公司选矿厂，效果良好，使 得磁性衬板在矿山中获得实质性进展，并通过了中 国有色金属工业协会的技术鉴定。在2 0 0 2 年，H M 型磁性衬板获得北京市科学技术进步奖，同年并被 评为国家重点推广新产品旧。J 。研究人员不断对衬 板的磁性材料、磁系参数以及机械结构进行优化改 进，目前H M 型磁性衬板已在国内外各大矿山企业 获得广泛认可，服务的磨机最大为直径5i n 。 2 H M 型磁性衬板的工作机理研究 2 ．1I - I M 型磁性衬板的结构特点 H M 型金属磁性衬板主要包括金属骨架壳体、 磁性材料、弹性粘结层三部分，如图1 所示。磁性衬 板的一面与磨机筒体贴合，依靠磁力与筒体紧紧吸 附，因此所选用磁性材料的性能是磁性衬板可靠性 1 jf 、，j ’ 一 ⋯ r 之逛篓蕊≥爹≯／ 1 一磨机简体；2 一磁性材料；3 一衬板骨架； 4 一高强度粘结层；5 一衬板保护层 图1 磁性衬板工作原理示意图 F i g ．1 S k e t c ho fm a g n e t i cl i n e rw o r k i n gp r i n c i p l e 的基础，H M 型磁性衬板的金属骨架不仅具有良好 的机械强度，足以保护磁性材料不受冲击和破坏，而 且具有较强的抗腐蚀性和较低的磁导率，使用的磁 性材料则具有剩磁高、矫顽力大、磁能积大等特点， 同时具有较强的稳定性。H M 型磁性衬板在正常工 况条件下不会出现退磁现象。 2 ．2 磁性衬板的工作原理 磁性衬板的工作面是金属外壳，在表面吸附小 球、碎球和磁性矿物形成保护层，保护层按磁路走向 形成正弦波峰，从内而外磁性物质逐渐变粗，越靠近 衬板表面内层，细粒物料越多，分布均匀，中间层是 小片状和粗粒状物料，外层主要是粗粒磁性物质和 小碎球。在磨机稳定工作期间，内层细粒物料被磁 化并互相吸引，更加牢固，外侧的保护层一直处于磨 损与不间断补充的状态，保护层始终处于动态平衡 之中，周而复始地保护磁性衬板表面，从而实现减轻 衬板磨损，延长使用寿命的目的。理论而言磁性衬 板永不磨损，但是受制于磨机直径、矿物性质、矿浆 腐蚀性以及磨矿介质大小等因素使得实际衬板存在 金属腐蚀、保护层介质问相互摩擦导致金属骨架间 接磨损，使用数年之后需要更换口圳。 2 ．3 磁场特性的数值模拟 采用C O M S O LM u l t i p h y s i c s 多物理场模拟软件 对磁性衬板的磁场特性进行仿真分析研究，通过优 化磁系设计结构，在保证磁场强度的基础上，提高磁 场均匀性以及磁场梯度。建模时设定沿筒体圆周方 向为x 轴，径向为y 轴，建立衬板仿真模型、划分网 格、求解运算，模拟结果如图2 所示。 图2 磁场模拟分布图 F i g ．2 S i m u l a t i o nd i a g r a mo ft h em a g n e t i cf i e h 磁通密度／r o t 最大值8 2 49 9 1 H 8 7 9 2 4 ．9 9 9 7 H 7 5 6 ．o s l H 7 2 2 7 3 H 6 8 8q I H 6 5 48 9 H 6 2 0 ．8 7 H s 8 6 ．8 5 H 5 5 28 2 9 H s l 8 ．8 { J 9 H 4 8 47 8 0 - 一4 5 0 ．7 6 9 H 3 4 8 12 6 ．．7 7 2 4 8 8 U 3 4 8 ．7 1 1 8 H 3 1 4 6 8 8 H 2 8 0 ．6 n 8 U 2 4 6 ．6 4 7 L 一2 1 2 ．6 2 7 I 1 17 8 ．“1 7 l _ | 1 4 4 ．．5 8 7 1 1 1 【 5 6 7 J 4 7 2 6 ．5 5 4 2 6 r U 8 ．s 【硒 最小值85 0 6 一一一 万方数据 7 6 有色金属 选矿部分2 0 1 8 年第2 期 图2 可得到磁性衬板表面各处的磁通密度，磁 性衬板表面磁场强度呈现两极中间强、极中心弱的 特点。磁性衬板的表面磁通密度呈现波峰与波谷的 交替分布，这与球磨机中衬板表面的保护层呈现的 正弦峰谷交替分布一致。此外，在磁性衬板表面垂 直方向上，磁通密度呈e 指数衰减趋势，具有表面磁 场强度大、磁场梯度高的特点，有助于表面形成封闭 的磁路，及厚度2 0 一3 0m m 的保护层，避免了其它 矿物和磨矿介质被磁化。 通过对磁性衬板的工作机理进行深入的理论和 试验研究，借助先进的仿真技术进行数值模拟，不断 优化磁性衬板结构，开发了适合于有色金属矿的 H M 型专用磁性衬板。 3 H M 型有色金属矿专用磁性衬板的 特点 磁性衬板在工作时需要在其外表面形成一牢固 的保护层，即在衬板和磨矿介质之间形成一道天然 的屏障，避免磨矿介质与衬板直接接触和冲击。保 护层主要由小球、碎球两部分构成，但小球间充满了 磁性矿物，使得保护层结实致密，不易流动。而在有 色金属矿等非磁性矿或弱磁性矿中使用普通磁性衬 板则会出现保护层不稳定，易脱落的问题，导致衬板 寿命不理想。 针对有色金属矿等非磁性矿或弱磁性矿的特点 在使用磁性衬板时必须进行人工干预，即在衬板保 护层形成初期以及间隔一段时间后给球磨机添加一 些铁粉，有助于形成稳定的保护层，研究表明补加的 磁性物料粒度越细，形成的保护层越牢固。除此之 外，对衬板的磁系结构和机械结构分别进行优化设 计，不仅增大了衬板表面的磁场强度和磁场深度，优 化了磁场的均匀性，增设介质阻隔带减少保护层的 流动。该衬板在铜矿及多金属矿中均获得成功应 用，最大磨机直径已至5m 。 4 H M 型磁性衬板在有色金属矿大型 磨机中的应用 4 ．1 铜矿中的应用 不含磁性铁 云南某大型铜矿的处理能力为20 0 0t ／d ，矿石 硬度大，属坚硬的长石、石英砂岩类。铜矿物主要以 辉铜矿为主，次为铜蓝、斑铜矿，黄铜矿含量较少，矿 物中不含磁性成分，原矿化学成分分析结果见 表1 [ 5 引。 表1 原矿多元素分析结果 T a b l elM u l t i e l e m e n ta n a l y s i sr e s u l t s o fr u n o f - m i n eo r e／％ 垂室竺生丝鲤鱼塑兰竺垒生堡丝∑ 含量 1 ．1 21 ．1 80 ．7 73 ．6 22 8 ．7 94 ．1 21 5 ．2 1 单位为g ／t 。 该选矿厂采用四段磨矿、阶段浮选的工艺流程。 2 0 0 3 年前后分别尝试了锰钢衬板、磁性衬板和橡胶 衬板，并对三种衬板的使用效果进行了较系统的考 察分析，认为磁性衬板的使用寿命不如橡胶衬板。 2 0 0 7 年我公司针对该矿不含磁性矿物的特点，对衬 板的结构进行改进，提高强度，显著提高磁性衬板吸 附碎球和小球的能力，成功研制了非磁性矿专用耐 磨磁性衬板，并分别安装在该选矿厂的二段和三段 球磨机上，使用寿命达3 ．5 年，是普通锰钢衬板的5 倍。尽管因矿物中不含磁性物导致该衬板使用寿命 没有达到在磁性矿物使用八年的寿命，但磁性衬板 安装方便、筒体不漏矿浆、大幅提高磨机的作业率， 为选矿厂节约巨大的运行成本和维护成本。 4 ．2 多金属矿4 8 8 0 球磨机中的应用 含少量磁性 铁 安徽某大型有色金属选矿厂处理量为50 0 0 t ／d ，矿石以硫为主，伴生铜、金、银、铁、铅、锌等多种 金属元素，磁性矿物含量不稳定，磁性铁含量2 ％一 1 0 ％。该矿的碎磨段采用S A B C 工艺流程，其中半 自磨机产品进人一段球磨机，球磨机为科．8mX 8 ．0m ，如图3 所示，入磨矿物粒度一1 0m m ，产品粒 度一7 4 m 占7 0 ％，磨机中使用最大直径为8 0m m 的铸钢球 图3 安装H M 型衬板的科．8n l x 8 ．0n l 球磨机 F i g ．3 科．8m 8 ．0mb a l lm i l li n s t a l l e d H Mm a g n e t i cl i n e r H M 型磁性衬板自2 0 1 7 年初安装使用至今运 万方数据 2 0 1 8 年第2 期周宏喜等H M 型磁性衬板在有色金属矿大型磨机中的应用 。7 7 行良好，年中检修发现表面保护层非常稳定，没有任 何脱落迹象，经测量衬板的表面场强与安装初期一 样，使用寿命可达2 年以上。 43 多金属矿姗5 球磨机中的应用 含少量磁性铁 云南某大型有色金属选矿厂处理量为80 0 0t ／d ， 矿石属于锡石硫化物一矽卡岩型，含少量的磁性铁。 原矿多元素的分析结果见表2 。 表2原矿多种元素分析结果 T a b l e2M u l t i - e l e m e n ta n a l y s i sr e s u l t s o fr u n ．o f - m i n eo r e／％ C um F eZ nS nS 0 ．1 65 ．63 ．2 60 ．3 75 ．0 6 该矿的碎磨段采用粗碎 半自磨 球磨流程， 其中半自磨机的产品进入一段球磨机，球磨机的型 号为中5 ．0 3m 8 ．5m ，如图4 所示，安装功率35 0 0 k W ，补充磨矿介质直径最大为8 0m m ，产品粒度为 一7 4 斗m 占8 0 ％。设备投产之初使用锰钢衬板，但 衬板磨损较快，更换费时费力，严重影响选矿厂的正 常生产，后经过调研决定使用H M 型磁性衬板。 该球磨机直径大，矿物中磁性成分含量较少，类 似条件下使用磁性衬板存在较大的技术风险，H M 型磁性衬板进行了开拓性的尝试，针对矿石特点和 工艺条件对衬板的结构进行了改进和优化设计，使 其更加适合于大规格磨机。首套H M 型磁性衬板自 2 0 1 4 年底安装后使用寿命达到2 年，为原锰钢衬板 2 倍多。安装磁性衬板后磨机的处理能力和产品粒 度没有异常，而其平均运行功率由23 0 0k W 降到 22 2 0k W 左右，节能约3 ．4 ％，此外磨机周围的噪音 降低5 ～1 0d b A ，改善了周边工作环境。保守估 计使用H M 型磁性衬板为该磨机节约备件成本 5 0 ％左右，经济效益客观。 5结论 1 通过对磁性衬板的工作机理进行深入的理 论和试验研究，借助先进的仿真技术进行数值模拟， 不断优化磁性衬板结构，开发了适合于有色金属矿 的H M 型专用磁性衬板，具有大极面、小极距、表面 图4 安装I - I M 型衬板的 4 巧．0 3I l l 8 ．5m 球磨机 F i g ．4 ∞．0 3m X8 ．5mb a l lm i l li n s t a l l e d H Mm a g n e t i cl i n e r 磁场强度高、磁场梯度大等特点。 2 H M 型有色金属矿专用衬板在不含磁性矿成 分的铜矿中使用寿命达3 ．5 年，是原锰钢衬板的5 倍，节约了衬板备件成本，提高磨机作业率，为选矿 厂创造巨大的经济效益。 3 H M 磁性衬板在直径5m 的球磨机中获得成 功应用，介质直径8 0n n n 的条件下使用寿命为原锰 钢衬板的2 倍，磨机周围的噪音降低5 ～1 0d b A ， 改善了周边工作环境。磁性衬板将会成为受到各大 选矿厂的青睐，为国内外矿山企业节约大量的运行 成本。 参考文献 [ 1 ] 李书文．锰钢衬板、橡胶衬板、金属磁性衬板的选用 [ J ] ．矿山机械，2 0 0 3 4 2 8 2 9 ． [ 2 ] 高琳．球磨机磁性衬板研制[ J ] ．北京矿冶研究总院 学报，1 9 9 3 ，2 4 4 2 掣，2 3 ． [ 3 ] 杨俊平．非磁性矿磁性衬板的研制和应用[ J ] ．有色金 属 选矿部分 ，2 0 1 0 2 3 8 - 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