一种动态磁场干选机的研制.pdf

6 4 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第5 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s m1 6 7 1 ．9 4 9 2 ．2 0 1 7 ．0 5 ．0 1 5 一种动态磁场干选机的研制 赵海亮，冉红想，王晓明，魏红港 北矿机电科技有限责任公司，北京1 0 0 1 6 0 摘要分析了常规筒式磁选机在分选过程中由于矿石有效翻转次数少所造成的尾矿磁性铁含量过高，抛废不充分的问 题，介绍了一种新型动态磁场磁选机的研制和试验效果。该设备在分选过程中矿石颗粒产生数倍于常规磁选设备的磁翻转， 磁性颗粒和脉石可以得到充分的分离；同时，该设备克服了同类设备中出现的筒皮过量发热、皮带跑偏以及卸料不彻底等问 题，设备运行安全、可靠。 关键词动态磁场；旋转磁系；干式磁选；磁铁矿 中图分类号T D 4 5 7文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 7 0 5 枷6 4 旬5 D e v e l o p m e n to faD y n a I l l i cM a g n e 廿cF i d dS e p a r a t o r z 础D 醌龇愕，黝Ⅳ胁咿庇昭，聪ⅣGX 洳m 垤，聊舶凡g 弘增 B 繇聊M 讹c 砌地∥ A 配￡o ”m 砌n ‰九加Z o g yc o ．，如d ．，眈莎曙J D D J 印，现i 阮 A b s t r a c t T h i sp 印e ra n a l y z e st h ep r o b l e m so ft h em a g n e t i ci r o nc o n t e n ti nt h et a i l i n g sa n dt h em a g n e t i ci r o n n o te n o u g ht ot h r o wc a u s e db yt h el o we 艏c i e n c yo ft h em a g n e t i cr e v e r s a l ．T h ee q u i p m e n ti nt h ep m c e s so fs o r t i n go r e p a r t i c l e sp m d u c e ss e v e r a lm a g n e t i cr e V e r s a lo fc o n V e n t i o n a lm a g n e t i cs e p a r a t i o ne q u i p m e n t ，m a g n e t i cp a r t i c l e sa n 小 g a n g u ec a nb ef u l l ys e p a m t e d ； a tt h es a m et i m e ，t h ed e V i c eo V e r c o m e st h es i m i l a re q u i p m e n td r u ms k i np r o d u c e s e x c e s sh e a t ，t h ed e v i a t i o no ft h eb e l ta n dt h eu n l o a d i n gm a t e r i a li sn o tc o m p l e t ep m b l e m ，a n di ti sr e l i a b l ea n ds 如 o p e r a t i o no ft h ee q u i p m e n t ． K e yw o r d s d y n a m i cm a g n e t i cf i e l d ；m t a t i n g 眦g n e t i cs y s t e m ；d r ym a g n e t i cs e p a r a t i o n s ；m a g n e t i t e x C T G 型旋转磁场磁选机是北京矿冶研究总院 研制的干式高精度磁选设备，适用于粒度在一2 5m m 细粒级矿物的分选，该设备磁场强度设计可达5T 以上，采用磁系和筒体异步旋转的磁系方式，在磁筒 表面产生一种高频交变磁场，有效地解决了矿物磁 团聚夹杂问题，能明显提高铁精矿的质量，同时也能 获得合格的尾矿，具有回收率高、粒度适应性强的特 点，在提高精矿品位和降低尾矿磁性铁品位上具有 显著效果。 1基本结构、分选原理和主要技术参数 1 ．1 基本结构 x c T G 型旋转磁场磁选机主要分为旋转磁场磁 滚筒和箱式旋转磁场磁选机两种形式⋯，前者与皮 带机配套使用，主要由旋转磁场磁滚筒、张紧装置、 感应卸料装置组成；后者作为单机设备，具备自身的 皮带传输系统，主要由旋转磁场磁滚筒、张紧装置、 感应卸料装置、改向驱动滚筒、环形传输皮带和皮带 防跑偏系统组成，结构较为复杂，集成性高，可作为 单机设备独立使用，图l 和图2 分别为以上两种磁 选机结构示意图。 皮 图l旋转磁场磁滚筒结构示意图 F i g ．1R o t a t i n gm a g n e t i c 矗e l dm a g n e t i c r o l l e rs t r u c t u r ed i a 伊a m 基金项目北京市科技提升计划 z 1 6 1 1 0 0 0 0 1 2 1 6 0 0 1 收稿日期2 0 1 6 1 2 _ 2 7修回日期2 0 1 7 J D 7 _ 2 7 作者简介赵海亮 1 9 8 6 一 ，男，河北廊坊人，硕士，工程师，从事磁选设备设计和优化研究工作。 万方数据 兰Q 生筮兰期赵海亮等一种动态磁场干选机的研制 6 5 清扫装置 改向滚筒 夕 。鼍 国二， ／ 图2 旋转磁场磁选机结构示意图 F i g ．2R o t a t i n gm a g n e t i cf i e l dm a g n e t i c s e p a r a t o rs t r u c t u r ed i a g r a m 1 ．2 分选原理 物料经皮带输送逐步进入磁场，在此预磁化空 间内，细粒磁性颗粒首先结成短小磁链，以磁链方式 进入分选空间。非磁性颗粒不受磁场力作用，在重 力和离心力的共同作用下抛入非磁性物料斗；磁性 颗粒在分选空间中由于受到磁场力的作用，其运动 轨迹发生改变磁性颗粒在高速旋转的动态磁场中， 除随皮带向前运动外，自身同时作翻转运动，其翻转 次数数十倍于常规磁选机，翻转过程能够将形成的 磁链磁团以及物理性团块打散，夹杂其中的脉石在 团聚一打散团聚的过程中从磁团聚体中脱离出来， 在重力和离心力的作用下进入非磁性物料斗，而磁 性颗粒因受到磁场力的作用，被吸附在磁筒表面，随 皮带前行，继续参与分选旧引。 1 ．3 主要技术参数 x c T G 型旋转磁场磁选机主要技术参数见表1 。 表1X C ∞8 1 6 主要技术参数一 T a b l e1T h em a i nt e c h n i e a lp a r 砌e t e ro fX C T 0 8 1 6 项目参数 滚筒直径／m m 滚筒长度／m 皮带宽度／n l I I l 皮带速度／ m s 。1 磁系转速／ r I n i n 。 筒表磁感应强度／m T 处理粒度／m m 处理能力／ t h 。1 驱动功率／k w 磁系功率／k w 2 皮带防跑偏设计。 x C T G 型箱式旋转磁场磁选机采用皮带输送形 式，其优点在于料层分布均匀，在进入到分选区前矿 石颗粒平铺在皮带表面，矿石有充分的预磁化空间； 同时由于此类设备驱动轮和分选筒间的中心距间距 较小，输送皮带较薄，设备没有安装防跑偏托辊的空 间，在转速较快时，短距离输送带会出现跑偏的现 象。 为避免出现短距离皮带跑偏的现象，x C T G 型箱 式旋转磁场磁选机采用主动防偏与被动防偏相结合 的方式 见图3 ，解决了短距离皮带跑偏的问题，在 工业生产中得以充分应用。 驱动轮 图3 旋转磁场磁选机皮带防偏示意图 F i g ．3 T h ed e v i a t i o no ft h eb e l to f t h em t a t i n gm a g n e t i cf i e l d 3 磁动力卸料装置 采用满磁系设计方案时，在对磁性物料实施输 送或者分离时，粗颗粒或者粉状磁性颗粒会掉落在 磁性滚筒表面，并吸附于筒体表面；随着磁性滚筒的 转动，对滚筒造成严重的损坏，降低了磁性滚筒的使 用寿命。采用常规自动清扫装置将颗粒清除后，无 法使磁性颗粒远离磁性滚筒，部分磁性颗粒清扫后 又重新吸附回磁性滚筒，造成二次夹杂，只得采用停 机后人工清扫的方式。对于配合皮带使用的磁性滚 筒，在皮带空段处仍遗留有部分矿粒，该部分矿粒易 划伤和割伤皮带，降低皮带的使用寿命。 为避免以上问题的出现，该设备采用磁动力感 应卸料装置，该装置包括两端支撑在轴承座上的由 导磁材料制成的导磁感应辊体，导磁感应辊体表面 设有沟槽，所述沟槽为环形或者螺旋形，沟槽的表面 粘接有聚磁耐磨材料。使用时导磁感应辊体受到磁 性滚筒的磁场力拖动使其反向旋转，吸附在导磁感 应辊体的矿粒一部分沿沟槽排到磁筒边缘，另一部 分依靠自身离心力甩到皮带上由自动清扫装置清 除。该装置无需外加动力，对粘接在磁性滚筒表面 和皮带上矿粒清扫彻底。 卸料装置使用示意图见图4 。卸料辊在磁场中 调O 如 如博坫渤姗㈣一一一瑙一～～ ～ M 6 7 7 万方数据 6 6 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第5 期 受到高频交变的磁场作用，其高频交变的磁场会在 卸料辊表面产生交变的感应电流 B “ 2B 。s i n c J f 式中日㈩是在辊体表面的瞬时感应电流，∞为磁 系旋转的角速度； 由麦克斯韦方程积分得 十E d 2 一d p ／d ￡ s d B f 。1 ／d f 1 式中S 为磁力线通过的面积。 进而推得 E “ 一三 B 。∞c o s ∞￡，得E t 。曰。／L 。∞c o s ∞￡，由 安培力的计算公式可得 F B 脱 B ￡ E 1 三 曰。s i n ∞f B 。／￡。 ∞c o s ∞￡三 2 由式 2 可知，B 。 磁场强度 、∞ 磁系转速 、L 卸料辊直径 是影响卸料辊运转的主要因素。 卸料辊所受安培力 大小示意图 图4 卸料装置使用示意图 F i g ．4 S c h e m a t i cd i a g r a mo ft h e d i s c h a r g i n gd e v i c e 4 新型复合材料筒皮有限元模型分析 旋转磁场磁滚筒内磁系在运转过程中高速旋 转，若采用不锈钢筒皮，会在筒皮表面产生较大的涡 电流，消耗大量的能量，同时在筒皮表面产生大量的 热，设备无法连续工作；目前对于类似设备，筒皮均 采用非金属材料，可有效避免涡流损耗，但其机械强 度与耐磨性较差，筒皮使用寿命短；针对以上问题， 该产品采用一种新型非金属耐磨筒皮，并通过有限 元仿真的手段，模拟出筒皮在实际使用过程中的受 力情况，进而模拟出筒皮在合理厚度范围内筒皮的 弯曲变形量，从而判断筒皮的机械强度是否满足使 用要求。表2 为筒皮有限元分析参数表。 表2筒皮材料基本参数 T a b l e2B a s i cp a m m e t e r so fs h e Um a t e r i a l 弹性模量／G P a E l 4 0 应 8 ．7 ∞ 8 ．7 泊松比剪切模量／G P a 材料密度／k g m o U 1 20 ．2 8G 1 25 p l l9 0 0 U 2 30 ．2 8G 2 35 p 2 19 0 0 U 1 30 ．2 8G 1 35 p 3 l9 0 0 4 ．1 筒皮几何模型 图5 简皮三维模型 F i g ．5 3Dm o d e lo ft h ec y l i n d e r 如图5 所示，根据使用要求，通过三维建模软件 建立筒皮三维模型。 4 ．2 有限元模型及边界条件 如图6 所示，在模型建立之后采用有限元方法 划分网格，参数设定为等效压力为1 20 0 0P a 、纤维 缠绕方向为 4 5 。一4 5 。 交互缠绕、筒体厚度设为6 ，零雾一⋯w 一一一～一⋯⋯攀警㈣襄蠹㈣孽_ - - I I 一一 图6 有限元网格模型 F i g ．6 F i n i t ee l e m e n tm e s hm o d e l 4 ．3 模拟结果 万方数据 2 0 1 7 年第5 期赵海亮等一种动态磁场干选机的研制 6 7 由模拟结果 图7 可知，在以上边界条件下，筒 皮的变形量约为0 ．1 7 8m m ，满足使用要求。 ～一垂羹o { ～一。盛墓囊。一o ’j t 一一～一l一建 图7 模拟结果示意图 F i g ．7 S c h e m a t i cd i a g r a mo fs i m u l a t i o nr e s u h s 5 分选效果的主要影响因素 5 ．1 磁系转速 对于在磁场中做磁翻转的颗粒，受力分析如图8 所示，其翻转频率为 ， 凡l n 2 ／6 0 N l ／2 3 式中n 。为磁系转速，印m ；凡为简体转速，N 。为 磁极数。 当磁系与磁筒异向旋转时，磁性颗粒翻转次数 为 Z ，- t 凡1 凡2 ／6 0 Ⅳ1 “／2 4 由式 4 可知，磁系转速n 。越大，颗粒在磁场中 的翻转次数越多，越有利于脉石的抛除，分离效果越 好‘1 ，4 I 。 f ；√。 、 j _ _ 一i _ ．◆。 磁筒 磁性颗粒’ ’’▲f 毫 J 址- 一， 巡竿专带 图8 磁性颗粒在干选过程中的受力分析 F i g ．8 S t r e s sa n a l y s i so fm a g n e t i cp a n i c l e s i nd r ys e p a r a t i o np r o c e s s ．．j j 灌 凝一 ⋯ ≤爹。 一≮ ⋯颗搭鏊I _ I ，岁 婀”1 l 婶毪≥ 分矿板化置二 1 分矿板位置i 图9 分矿板位置示意图 F i g ．9 S c l l e m a t i cd i a g r a mo ft h es e p a t a t i o np l a t e 分矿板位置对最终分选效果的影响较大，较为 典型的调节位置可参见图9 ，工艺指标结果见表3 表3分矿板位置影响统计表 T a b l e3T h es t a t i s t i c so ft h es e p a t a t i o np l a t e 6选矿试验 河北迁安某磁性矿石，原矿铁品位约为2 0 ％左 万方数据 6 8 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第5 期 右，粒度为一2 0m m ，矿石处理量约为1 2 0 ∥h ，连续 运转3 个月后，其试验结果与常规磁滚筒对比见表 4 。 表4河北迁安矿样对比试验结果 T a b l e4 S e p a ] r a t i o nr e s u l to fX C T 0 8 1 6a n dC 7 I b 8 1 6o n m 姆l e t i t ef 而mQ i a n ’a n 从表4 结果看，采用c T 磁滚筒对迁安某矿进行 干选选别，在甩尾磁性铁控制为3 ．0 ％以下时，磁滚 筒干选后精矿品位较原设备提高幅度可达到0 ．8 ％ ～1 ．2 ％，磁滚筒甩尾理论抛废率控制在1 0 ％～ 1 5 ％；采用x c T G 旋转磁场磁滚筒对迁安某矿进行 干选选别，在甩尾磁性铁控制为2 ．0 ％以下时，干选 精矿品位较原设备提高幅度可达l ％一1 ．5 ％，甩尾 理论抛废率 8 ％，在尾矿品位基本不变或者降低的 情况下，精矿品位明显提高，抛废率大幅升高，这是 新型x C T G 细碎干选机与常规c T 型干选机比较的 优势所在J 。 7结语 1 x C T G 型旋转磁场磁选机可用在磨前预选工 艺，在保证较低的尾矿磁性铁品位的前提下，比常规 磁滚筒多抛尾5 ％～1 5 ％，抛废率高，有效回收尾矿 中的磁性矿石，大幅提高入磨品位，提高磨机生产效 率，从而降低选矿成本，实现“多碎少磨、降本增效” 的目标；部分矿石也可直接用于精选，矿石经过多道 干选后，将品位富集至目标品位；可用于河砂、老尾 矿库以及钢渣等中强磁性成分的回收利用。 2 x c ’r G 型干式磁选机在分选原理、磁系结构、 磁场分布等方面不同于传统磁选机，具有磁性铁矿 物回收率高、抛除合格脉石充分、粒度适应性强的特 点，可有效地实现细碎磁铁矿特别是贫磁铁矿的预 选抛尾作业。 参考文献 [ 1 ] 赵海亮，尚红亮．一种新型开放式旋转磁场磁系分析与 仿真[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 5 4 7 6 - 8 2 ． [ 2 ] 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