CRIMM永磁高梯度磁选机磁系改进研究.pdf

第3 3 卷第4 期 2 0 1 3 年0 8 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM 町A I J 冱腿G I C A LE N G Ⅱ咂E R I N G V o l I3 3N 0 4 A u g u s t2 0 1 3 C R l M M 永磁高梯度磁选机磁系改进研究① 程常松，周岳远，李小静 长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南长沙4 1 0 0 1 2 摘要运用A N S Y S 软件对C R I M M 型双箱往复式永磁高梯度磁选机的永磁磁系进行了分析，提出了改进方案。将磁块厚度增至 7c m ，铁轭厚改为8c m ，可将背景磁感应强度提高到0 ．9T 以上。 关键词高梯度磁选机；背景磁场；A N S Y S 中图分类号T D 4 5 7文献标识码A d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．0 2 5 3 - 6 0 9 9 ．2 0 1 3 ．0 4 ．0 1 9 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 3 0 4 0 0 7 8 0 3 I m p r o v e m e n to fP e r m a n e n tM a g n e t i cS y s t e mf o r C R I M M H i g hG r a d i e n tM a g n e t i cS e p a r a t o r C H E N G C h a n g s o n g ，Z H O UY u e y u a n ，L IX i a o - j i n g C h a n g s h aR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g yC oL t d ，C h a n g s h a4 1 0 0 1 2 ，H u n a n ，C h i n a A b s t r a c t A N S Y Ss o f t w a r ew a si n t r o d u c e dt oa n a l y z et h ep e r m a n e n tm a g n e t i cs y s t e mo fC R I M Md o u b l ec a n i s t e r r e c i p r o c a t i n gh i g h g r a d i e n tp e r m a n e n tm a g n e t i cs e p a r a t o ra n da l lo p t i m i z i n ga p p r o a c hW a sp r o p o s e d ．B yi n c r e a s i n gt h e t h i c k n e s so fm a g n e t i cb l o c kt o7e m ，a n dt h et h i c k n e s so fi r o ny o k et o8a m ，t h eb a c k g r o u n dm a g n e t i ci n d u c t i o n i n t e n s i t yc a nb ei n c r e a s e dt om o r et h a n0 ．9T ． K e yw o r d s h i 【g hg r a d i e n tm a g n e t i cs e p a r a t o r H G M S ；b a c k g r o u n dm a g n e t i cf i e l d ；A N S Y S 随着矿产资源不断开发，富矿越来越少，贫矿越来 越多，且呈现贫、细、杂等特征。微细粒弱磁性矿物由 于比磁化系数低 小于7 。5x 1 0 ‘6m 3 ／k g 、比表面积 大、质量小，造成有用矿物与脉石矿物分选时选择性 差，富集比低，对选矿工艺和设备提出了更高的要 求⋯。高梯度磁选是有效解决微细粒弱磁性矿分选 难题的方法，而目前工业上应用较多的高梯度磁选机 是电磁高梯度磁选机和超导高梯度磁选机，电磁高梯 度磁选机造价高、能耗高、结构复杂、维修不便，而超导 高梯度磁选机造价太高，冷却费用高。市场急需新型 高梯度磁选机，以降低生产成本，保证生产效率。永磁 高梯度磁选机无激磁功耗，其磁系不需冷却系统，且性 能稳定，这就决定了永磁高梯度磁选机比同类型电磁 高梯度磁选机结构紧凑简单、质量轻、占地少、造价低、 运行能耗低、操作维护方便、运行平稳，是一种节能省 耗、高效廉价的设备。永磁高梯度磁选机在经济上潜 力巨大，有资料表明永磁高梯度磁选机比电磁高梯度 磁选机节省能耗约8 0 ％以上旧J 。近几十年来，高性能 稀土永磁材料的迅猛发展，为永磁高梯度磁选设备的 发展奠定了基础口J 。 长沙矿冶研究院与莫斯科矿业大学合作，于2 0 0 4 年研制出了C R I M M 型双箱往复式永磁高梯度磁选 机，并于2 0 0 6 年开始在江西玉山某长石矿、湖南平江 某钾长石、广东韶关某高岭土矿和河南安阳某霞石矿 等非金属矿除铁生产中应用，取得了较好的技术经济 效益旧1 。与电磁高梯度磁选机相比，永磁高梯度磁选 机虽然有很多优点，但分选腔背景磁场只有约0 ．8T ， 与电磁高梯度磁选机相差很远。 1 C R I M M 型双箱往复式永磁高梯度磁 选机磁系分析 C R I M M 型双箱往复式永磁高梯度磁选机的原理 主要是将两块扁平板状磁块异极相对，在中间的空气 缝隙中产生近似均匀的磁场，将聚磁介质装入分选箱 再插人到两磁极之间的空气隙中，在分选腔内产生很 高的磁场梯度，从而产生很大的磁力，能将矿浆中的微 细弱磁性颗粒捕获，从而达到分选的目的。其原理如 图1 所示uJ 。 ①收稿日期；2 0 1 3 - 0 3 1 9 作者简介程常松 1 9 8 7 一 ，男，湖北黄冈人，硕士研究生，主要从事磁选设备研究。 万方数据 第4 期程常松等C R I M M 永磁高梯度磁选机磁系改进研究 图1双箱往复式永磁高梯度磁选机分选原理 该磁系为闭合磁系，背景磁感应强度达0 ．8T ，磁 系的结构如图2 所示。 图2 双箱往复式永磁高梯度磁选机磁系的结构和尺寸图 l 右轭铁；2 磁极头A ；3 磁极头B ；4 左轭铁； 5 磁极头C 6 磁极头D 其中，磁极采用的是4 8 H 钕铁硼材料，轭铁采用 的是D T 4 电工纯铁。 采用A N S Y S 软件对磁系系统进行了三维分析HJ 。 由于对称性，建立三维1 ／4 模型，即只分析X 0 ，Y 0 的部分，最后得到磁感应强度矢量图如图3 所示。磁 感应强度云图如图4 5 所示。 用下标1 表示磁系A 在磁系A 和磁系B 的对称 面上的投影面，下标2 表示磁系A 与空气缝隙接触的 表面，面上各点的标记如图6 所示。磁感应强度的路 径如图7 所示。 图3 磁感应强度矢量图 图4y 0 平面磁感应强度云图 ■ ＼ 越 秘 氇 螬 掇 一 ＼ 魁 鼎 毯 镩 攫 一 趟 释 恻 螬 掇 图5X 0 平面磁感应强度云图 距离／m 图7 磁感应强度变化曲线图 a 沿O l 点到C l 点； b 沿A I 点到B 1 点； c 沿0 1 点到0 2 点 万方数据 矿冶工程第3 3 卷 从图3 ～7 可以看出，在磁极A 和磁极B 之间的 空气隙中间的很大一部分区域的磁场几乎接近于匀强 磁场，变化不大，空气隙中心面上中间的磁感应强度 大，周边小，中心点处的达0 ．8 2 1T 。A N S Y S 分析以及 实测的各点磁感应强度见表1 。 表1 各点磁感应强度 从表1 可以看出，A N S Y S 分析所得的结果与实际 测得的结果基本相符。 2 改进后的磁系分析 为了提高磁场强度，将磁极头A 、B 、C 、D 均增厚， 左右铁轭均增厚至8c m 。改进后的磁系经A N S Y S 分 析得到的矢量图、云图、各路径图的形状与改进前相 似，只是各点的磁感应强度增大。各点的磁感应强度 值见表2 。 表2 改进后各点的磁感应强度 由表2 可以看出，随着磁块厚度增加，空气隙的各 点的磁感应强度均增大。当磁块厚度增大到1 5c m 以 后，磁感强度增幅不大。当磁块厚度增厚至1 2c m 时， 中心面中心点O 。的磁感应强度提高了0 ．1 9 5T ，O 点 提高了0 ．2 0 3T ，A 。点提高了0 ．0 9 8T ，C ，点提高了 0 ．2 9 5T 。分选腔内的磁感应强度从改进前的0 ．8T 提高到1T 。随着磁块厚度增加，磁感应强度的增幅 越来越小，当磁块厚度增至7e l T I 时，O ，点磁感应强度 增至0 ．9 1 5T ，比之前提高了约0 ．1T ，此时磁块只增 厚了2e l l l 。因而选择将磁块增厚2c m ，即磁块厚7 c m 。此时铁轭厚1 6c m ，将铁轭厚改为8c m ，所得各点 磁感应强度值见表3 。 表3 磁块厚7C I T I 时各点磁感应强度 点磁感应强度／T 0 l 0 ．9 1 5 0 2 0 ．9 2 ．5 A l 0 ．4 3 2 C 1 0 ．5 8 0 从表3 中可以看出，当铁轭厚为8c m 时，O ．点磁 感应强度值无变化，其他各点的磁感应强度减小，但变 化不大。因而选择磁块厚7c m ，铁轭厚8c m 。 3 结语 1 由A N S Y S 对C R I M M 型双箱往复式永磁高梯 度磁选机磁系的模拟结果和实际测量结果对比可知， 二者基本相近。因而用A N S Y S 分析的结果是可靠的。 2 改进后的磁系，模拟结果较改进之前均有明显 提高，分选腔内的磁感应强度均提高了约0 ．1T ，达到 0 ．9T 以上。 参考文献 [ 1 ] 张泾生，周岳远，李小静，等．高强磁场稀土永磁窗框式闭合磁体 的磁路设计与磁体研制[ J ] ．矿冶工程，2 0 0 4 ，2 4 8 1 3 ． [ 23 刘鹏，焦红光，陈清如．永磁高梯度磁选机的发展现状及解析 [ J ] ．矿山机械，2 0 0 8 8 1 0 5 1 0 8 ． [ 3 ] 李小静，周岳远，曹传辉，等．C R I M M 型双箱往复式永磁高梯度磁 选机研制及应用[ J ] ．矿冶工程，2 0 0 8 ，3 1 1 4 7 4 8 ． [ 4 ] 张倩，胡仁喜，康士廷，等．A N S Y S l 2 ．0 电磁学有限元分析从入 门到精通f M ] ．北京机械工业出版社，2 0 l O ． 万方数据