1、第32卷增刊 华北电力大学学报 v0132，sup!Q!堡!旦 墨2竺婴型竺!塑竺!坐g些翌璺垦!墼!堕!塑!旦堡!苎!笪 里箜：!塑!永磁滚筒式磁选机的分析和设计韩 伟，杨庆新，陈中剑，颜威利(河北工业大学，天津300130)摘要：对永磁滚筒式磁选机的各个影响因素进行了详细分析，以有限元法为基础对磁选机磁场进行计算，给出不同磁系结构对磁场特性的影响。关键词：永磁；滚筒式磁选机；磁系设计中图分类号：TMl44；TD457 文献标识码：A引 言磁选是在不均匀磁场中利用矿物之间的磁性差异而使不同矿物实现分离的一种选矿方法。磁选法广泛地应用于黑色金属矿石的选别，有色和稀有金属矿石的精选，重介质选矿中
2、介质的回收，从非金属矿物原料中除去含铁杂质，排出铁物保护破碎机和其他设备，从冶炼产生的钢渣中回收废钢以及从生产和生活污水中除去污染物等。磁选机是广泛用于冶金及其它行业，如选矿、清除杂质等的磁力机械，也可作为回收重介质的专用设备。由于筒式磁选机具有经营费用低、运行稳定可靠、适合现场生产等优点，因此，在磁选中占据着不可替代的地位。磁路是磁选机的主要部分，对磁选机的性能起决定性作用。磁选机一般采用开放型磁系。本文研究磁选机磁系各参数的设计并进行性能分析。主要目的是在总结国内外磁选机的设计和使用经验的基础上，结合选矿厂磁选生产的实际要求，借鉴有关研究单位对传统磁选机改造所取得的经验和成果，对磁选机磁路
3、部分进行分析和设计，确定所用永磁材料的规格、尺寸，合理配置不同的永磁材料，优化磁路结构，确定磁场的特性参数，提高磁选机性能，节省原材料，降低成本。1磁系分析与设计对磁选机结构的分析是设计的前提。磁选机的主要部分是磁系。磁系的高度、宽度、半径和极数，相邻磁极的磁位差，极距，极面宽和极隙宽的比值，磁极和磁极端面的形状，以及磁极端面到其排列中心的距离等对磁场特性都有不小的影响。11磁选机的结构永磁筒式磁选机具有结构简单，工作可靠，节省电耗，适合现场等优点，所以被广泛应用【2J。本文确定的磁选机结构如图1所示。磁路部分采用五极磁系，每个磁极由铁氧体和钕铁硼永磁块粘结而成，用螺钉穿过磁块中心孔固定在磁导
4、板上，磁导板经支架固定在筒体的轴上，磁系固定，筒体旋转。磁极的极性沿圆周交替排列，沿轴向极性相同。套在磁系外面的是不锈钢非导磁材料制成的滚筒，采用非导磁材料是为了避免磁力线不能透过筒体进入选分区，而与简体形成磁短路。槽体靠近磁系的部位也应采用非导磁材料，其余可用普通钢板或硬质塑料板。图l磁选机结构图初步确定磁选机相关参数为：筒子内径1040IIl】m，半径520I】m，筒壁厚6砌m，气隙约3mm。筒转速208rr【lin。筒壁外表面距槽体距离25mm，可调整。采用下面给矿方式。磁极板使用A，低碳钢，厚度20mm，筒壁使用太原产非导磁不锈钢。永磁材料使用铁氧体(Y30H1)，钕铁硼(N35)，磁
5、极高127nun，宽170mm，5个磁极。每个磁极由长85mm宽65mm，高不等的小磁块粘结而成。整个筒长3100mm，由11组654的磁极块构成。磁系偏角10。150。12磁力分析利用磁性物质颗粒磁化时所获得的位能得出回收磁性矿粒所需磁力的计算公式。为了保证把被选分的矿石中的磁性强的矿粒和磁性弱的矿粒分开，必须满足以下条件：万方数据增刊 韩伟等：永磁滚筒式磁选机的分析和设计 63磁乏厂机五磁式中厂1磁为作用在磁性强的矿粒上的磁力；尼磁为作用在磁性弱的矿粒上的磁力；厂机为与磁力方向相反的所有机械力的合力。厂磁，机保证了磁性矿粒被吸到磁极上，在分离磁性差别较大的易选矿石时，能够顺利地分出磁性部分
6、，但在分离磁性差异小的难选矿石时，如要获得高质量的磁性部分，就需要很好地调整各种磁性矿粒的磁力和机械力关系，使之能有选择性地分离，才能得到良好的效果。在通常情况下，准确计算出厂机值是比较困难的，多是根据磁选机的类型并结合实践(包括实验)来估算出厂机值。13磁系设计要设计出性能优良的磁选机，对磁路进行数值分析是必要的，这里采用有限元法对磁选机磁路进行仿真分析和设计，首先计算出各种磁系结构下磁选机的磁场分布情况，然后对磁路进行分析设计。通过仿真计算磁选机磁系的各个参数、不同磁系排列对磁场产生的不同作用，确定不同磁系结构和参数的优点与不足，在此基础上进行改进，通过改变永磁材料的布局，改变磁极高度，在
7、磁极隙间增加辅助磁极等措施，使磁场分布由不规则到基本接近均匀，同时节省了永磁材料，降低了生产成本。新型的永磁体磁系的设计必须遵循下述的原则11：(1)磁选机工作区的磁通密度绝对值应尽可能高；(2)磁力的径向分量尽可能大，而切向分量尽可能减小；(3)保证磁场有足够的作用深度；(4)在满足上述条件情况下，多极可以提高精矿品味。磁选设备的磁系按磁极的配置方式可分为开放型和闭合型磁系两大类。开放型磁系按照磁极的排列特点又可分为3种型式(如图2所示)：平面磁系(a)，曲面磁系(b)和塔形磁系(c)。磁系的极面宽和极隙宽的比值：极面宽易和极隙宽以的比值对磁场特性有很大的影响。在磁选分离过程中，一般要求磁性
8、矿粒在随运输装置(如圆筒、皮带)移动的过程中受到较均匀的磁力，以保证运输装置顺利搬运出磁性产品和防止磁性矿粒脱落。疵(a)平面磁系(b)曲面磁系(c)塔型磁系图2开放型磁系本文采用铁氧体磁系，极面宽易=170mm，极隙宽口7426mm，极面宽极隙宽比值易励=17074223。采用极距Z=170+742624426舢Il。其中磁极半径为517mm；每个磁极的售角为27070。磁系的极距：磁选机磁系的重量和磁系的极距有关，极距愈小，磁系重量愈轻。由于这种理由，似乎磁选机采用小极距磁系是合理的。可是，极距小，离开磁极表面的磁场强度下降过快，而在选分大块矿石时，一部分矿石将处在磁场强度过低的区域，矿石
9、会损失到非磁性产品中去。由此可得出定性结论：当矿石层厚度小时，矿粒靠近磁系表面移动，可采用小极距磁系，而当矿石层厚度大时，可以采用大极距的磁系。开放型磁系的极距决定于被选矿石的粒度或被选矿石层的厚度和矿石层到磁极表面的距离。一般工作情况庇取25mm，计算得Z值为246mm，与实际采用的24426mm基本符合。磁系的高度：永磁磁选机磁系的高度对磁选机的磁极表面的平均磁场强度有一定影响。磁系中磁极组的截面积一定时，随着磁极组高度的增大，磁极组表面的平均磁场强度增高，但当磁极组的高度增大到一定值时，磁极组表面的平均磁场强度增加的幅度就减小。磁系的宽度：磁选机磁系的宽度是指磁系沿圆筒轴向方向的长度。磁
10、系宽度不同，磁场强度沿轴向方向的变化也不同。磁系宽度增大后，磁极上方各点的磁场强度均有增加，因为漏磁减小。宽度小的磁系，越靠近磁系边缘，磁场强度越低，下降幅度很大，而宽度大的磁系，在很大范围内磁场是均匀的。宽的磁系在圆筒轴向方向上的磁场分布具有中间段高两端低的特性。这是因为磁系两端有磁通散放，这种特性和磁通散放的存在，设计磁选机的箪万方数据华北电力大学学报 2005年给矿口和排矿口宽度时应加以考虑。磁系宽度决定着给矿宽度，因而也就决定着磁选机的处理能力。增加磁系宽度必然要增加筒长，从而提高磁选机的处理能力。本文磁选机筒长有1800mm，2400mm，3100mm，3600mm四种规格。磁系的半
11、径：磁选机磁系半径的大小对磁选机单位筒长的处理能力有很大的影响。随着磁系半径的加大(即筒径加大)，选别工作区相应的加长，在磁系内可安排更多的磁极，对提高精矿品味和回收率都有所帮助。磁系半径加大的结果，不仅磁极的平均磁场强度有所提高，而且选别工作区高度也有所增加。它们之间的关系是非线性的。磁系半径在某一范围内增大时，磁选机处理能力的提高幅度很显著，继续增大时，提高幅度就不明显。本文磁选机滚筒内半径为520mm，筒壁厚6mm，外半径526mm，磁系半径为517mm。磁系的极数：磁选机磁系的极数和它的结构与用途有关。这里取磁系的磁极数为5。磁系的包角：干选块状矿石用的磁滑轮磁系包角多为3600，筒式
12、磁选机为9001800(选出非磁性尾矿时，采用小的磁系包角，而选出磁性精矿时，采用大的磁系包角)。干选细粒矿石用的筒式磁选机的磁系包角为(2334)3600(同心圆缺磁系)和360。(同心磁系或偏心磁系)。湿式筒式磁选机的磁系包角一般为10601280。本文磁选机为筒式磁选机，用于湿式选别强磁性细粒铁粉，采用同心圆缺磁系，磁系包角为13535。磁选机磁系的磁极排列。磁系磁极的极性排列通常是这样安排的：选分大块矿石时，磁极沿矿粒移动方向多是做单一极性排列，而选分小块和细粒矿石时，做极性交替排列。图3所示为永磁磁选机的初始磁系结构。套在磁系外的筒壁采用非导磁不锈钢材料，磁极板使用A3钢，磁极顶端角
13、上使用NdFeB，其余主要部分使用铁氧体。其磁感应强度分布如图4所示。平均约为018T，最大03T。从初始磁系结构的磁感应强度分布图中可以看出，磁场平均值能够达到018T，基本上符合设计要求，但磁极中线处和极问隙处磁场强度下降很快，磁场分布不均匀，整体平均场强也比较低。这是由于磁极两端采用磁性能好的钕铁硼材料，而靠近磁极中线处采用铁氧体材料造成的。因此，必须对原结构进行改进，采用将NdFeB均匀布置的方式，所用NdFeB材料总量不发生变化，只是将其平铺在磁极表面。磁系结构如图5所示：图3磁系结构删26器舁c00 o鄂 70。 60。 5。 40 o 枷 2。o “o o o o一一Va ue5
14、 0fBMOD图4磁感应强度分布图5改进的磁系结构其磁感应强度分布如图6所示：平均约为018T，最大022T。从图中可以看出，磁场均匀性增加，磁极中线处的磁感应强度下降程度明显比采用最初的磁系结构时下降的少，因此，采用此磁系结构是合理的，但磁极间隙处磁感应强度下降幅度依然很大。万方数据增刊 韩伟等：永磁滚筒式磁选机的分析和设计 65图6改进后的磁感应强度分布在常规排列的开路磁系极间隙中加入和主磁极极性相同的辅助磁极，可提高磁场强度，还可改变磁场特性。因此，在气隙中加入铁氧体辅助磁极，极性与主磁极相同，磁系结构如图7所示。磁感应强度分布如图8所示。其平均约为O18T。磁感应强度曲线基本均匀，气隙
15、间磁感应强度下降很少，磁极中线处磁感应强度下降也很少。图7加辅助磁极的磁系结构图8加辅助磁极后的磁感应强度分布因此，磁选机采用理论计算的磁极高度87r衄，将原有磁极顶端角上的钕铁硼材料平铺，在磁极间隙中间加入辅助磁极，可使磁选机磁场接近均匀，同时节省大量原材料。其磁力线分布如图9所示。从图9中可以看出，磁极中线处磁力线分布更加均匀，磁极中线处的磁力线分布与磁极两端的磁力线分布的均匀程度基本相似，磁极间隙处的磁力线分布与磁极中线处的磁力线分布均匀程度也基本相似。因此，采用这种磁路结构时，磁场性能得到明显改善。图9加辅助磁极后的磁力线分布2 结论本文从磁路特性和机械特性入手，首先对磁极的排列方式进
16、行研究，对基本磁路进行改进，采用均匀布置钕铁硼磁体方式，使磁场在磁极中线处下降幅度明显减小。通过理论计算确定磁极高度。在磁极间隙中间加入辅助磁极，使磁场在磁极间隙处下降幅度明显减小，进而使整个磁选机表面磁场接近均匀。本文设计的永磁滚筒式磁选机符合设计要求，磁场性能良好，而且节省原材料，降低了成本。参考文献：1】王美华，吴祥林新磁路永磁简式磁选机的特点及应用J】金属矿山，2001【2】M撕nescu MNew pe姗粕ent maglletic s印arator wimNdFeB meets t11eoretical predictions【J】IEEE TraIlsOn Mag1989，25(
17、3)：2732万方数据永磁滚筒式磁选机的分析和设计作者： 韩伟， 杨庆新， 陈中剑， 颜威利作者单位： 河北工业大学,天津,300130刊名： 华北电力大学学报英文刊名： JOURNAL OF NORTH CHINA ELECTRIC POWER UNIVERSITY年，卷(期)： 2005,32(z1)参考文献(2条)1.Marinescu M New permanent magnetic separator with Nd-Fe-B meets theoretical predictions外文期刊1989(03)2.王美华;吴祥林 新磁路永磁简式磁选机的特点及应用期刊论文-金属矿山 2001(4)本文链接：http:/
