嵩山重工细解永磁磁选机的永磁场数值模拟技术

导读:磁系为闭合式磁系设计，由主副齿极交替排列而成，主副齿极全部由稀土永磁材料钦铁硼NdFeB组成，N、S极交替排列对称，副 齿极与主齿极对称排列达到聚磁效果保证磁场深度，主副齿极的间隙为作业气隙，齿极表面最高磁场强度可达到磁扼采用Q235A制成，以保证磁路中的磁通损失最小;磁扼与 主轴间的连接板采用无极板，防止磁场渗透入主轴上的轴承，以保证轴承在无磁环境下工作，延长其工作寿命;磁盘表面采用不锈钢盖板，外粘耐磨材料陶瓷片AI203，其寿命是不 锈钢的3-5倍;磁盘设计增大磁选面积，比普通盘式磁选机增大10%左右，提高磁选效率，提高精矿品位。

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永磁磁选机的磁系磁场分布三维静态磁场分析

永磁磁系设计是研制永磁强磁选机的关键所在，也是核心内容，永磁磁系磁场分布对分析磁场特性、研究磁性颗粒受力、确定齿极形状以及合理的磁场参数等起着重要作用。

磁选机性能优劣取决于磁性材料、磁系结构和磁场特性，磁系结构参数决定了磁系的磁场特性。

　　1.前处理阶段。

　　(1)创建物理环境创建物理环境，即包括定义分析标题、模型坐标系、单位制、实体单元和模型材料等。

磁系及与磁系接触的一薄层空气采用实体单元SOLID98单元，磁系周围的空气采用无限远单元INIFIN47单元。

材料特性包括对低导磁材料定义磁导率，高导磁材料定义B-H退磁曲线，永磁材料定义退磁B-H曲线、矫顽力大小及方向。

　　运用ANSYS参数化语言APDL创建物理环境；运用ANSYS参数语言APDL创建物理环境。

　　(2)建立实体模型。

　　采用三维静态磁场分析方法中的标量势法建立磁系三维仿真模型，考虑到磁系在空气中的漏磁，需对磁系气隙及周围建立空气模型。

　　(3)划分网格。

　　划分单元网格是有限元分析理论的基础。

因此，需对磁系及空气划分有效节点和单元式。

在ANSYS有限元软件内，运用网格划分程序将磁系实体模型转化为有限元模型。

磁系采用四面体实体SOLID98单元，磁系周围空气远场区域采用三角形无限远单元INIFIN47单元划分网格。

　　2.后处理阶段。

　　后处理阶段可获得前一阶段的磁场仿真计算结果，同时通过通用后处理器POSTI可获得场量映射到指定路径上的分布规律。

　　(1)空间磁场分布。

　　磁场仿真分析结果主要通过磁力线分布、磁通密度、磁感应强度等物理量。

　　(2)工作平面上的等值切片云图。

　　等值切片图反映了空间磁场在任一平面上的磁通密度和磁场强度等磁场物理量的分布规律，将三维视角转化为二维视角，更好的反映了磁场内部特征，是三维仿真中的一种重要云图。

　　磁通密度在磁路中形成多条闭合回路，其中在气隙中齿尖相对的位置，磁力线分布最密集，磁感应强度最高。

　　建立了新设计圆角磁系三维模型，运用复变函数对对新型磁系进行解析法计算研究，得出了相称圆角齿尖磁场强度分布公式及磁场强度分布规律图，为磁系加工制造奠定了理论基础。

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湿式永磁磁选机结构特征及工作原理

1.整机结构特征。

　　湿式永磁盘式强磁选机的研究主要是针对弱磁性矿物磁选、尾矿抛尾及非金属除铁而进行的。

整机结构由磁盘、机架、传动部件、给矿箱、槽体和精矿箱等六部分组成。

　　(l)磁盘部件。

　　磁盘部件由磁系、盘支架和主轴等部分组成。

磁系为闭合式磁系设计，由主副齿极交替排列而成，主副齿极全部由稀土永磁材料钦铁硼NdFeB组成，N、S极交替排列对称，副 齿极与主齿极对称排列达到聚磁效果保证磁场深度，主副齿极的间隙为作业气隙，齿极表面最高磁场强度可达到https://www.flowerba.com/磁扼采用Q235A制成，以保证磁路中的磁通损失最小;磁扼与 主轴间的连接板采用无极板，防止磁场渗透入主轴上的轴承，以保证轴承在无磁环境下工作，延长其工作寿命;磁盘表面采用不锈钢盖板，外粘耐磨材料陶瓷片AI203，其寿命是不 锈钢的3-5倍;磁盘设计增大磁选面积，比普通盘式磁选机增大10%左右，提高磁选效率，提高精矿品位。

　　(2)支架。

　　支架是用来支撑各总成及传动系统的，由型材焊接而成，支架表面控制形位公差，两平行槽钢的平行度在正负https://www.flowerba.com/，从而保证磁盘转动平稳，无跳动;轴承的安装平面粗糙度 为，保证轴承中心与轴中心在同径度各零部件之间预留公差，保证设备组装完成运转过程中，磁盘与槽体及机架间无碰擦现象，磁盘运转灵活;从机械设计角度，最大保 证设备的运转稳定性和使用寿命。

　　(3)传动机构。

　　传动机构由电机、减速机及主轴等构成，它由电机通过减速器带动主轴旋转，进而带动磁盘旋转，将磁性颗粒从从矿浆中带出。

设计磁盘直径lm，单盘重量约为200Kg，转速 为/min，磁盘线速度为/S。

　　(4)给矿箱。

　　给矿箱是由冲水管和分料装置组成。

冲水管用来冲散物料，匀料，以保证进入槽体的物料在滚筒长度方向上是均匀的。

　　(5)槽体。

　　根据磁场强度和磁选物料矿物性质等因素的要求，湿式永磁强磁选机箱底结构型式，可采用顺流型、逆流型和半逆流式三种。

采用不同的箱底型式对选别指标和操作都有很大 的影响。

　　优点是可获得较高质量的精矿和较好的回收率，在矿山企业的实际生产实践中应用广泛。

适宜于处理以下矿粒的粗选和精选，并可用于多台串联和并联，实现多次的扫选 和精选作业。

　　槽体结构由不锈钢材料制作，机架和槽体的其他部分采用普通钢材Q235A焊接，槽体内表面粘有耐磨陶瓷，其寿命是不锈钢的4-6倍。

槽体底部有溢流口和尾矿口，细粒级的部 分尾矿可从溢流口排出，粗粒级的尾矿从尾矿口排出。

尾矿口设有调节板，通过调节尾矿口的大小保持槽体内的液位，以利于磁性物的分选。

用调节板代替调节阀以防止大颗粒的 物料堵塞。

　　(6)精矿箱。

　　精矿箱用以收集粗精矿，卸矿采用冲洗水卸矿，加快卸矿速度，提高球磨机效率。

　　2.工作原理。

　　湿式永磁盘式强磁选机给矿箱内设有布料装置及冲水装置，使得由物料输送管将物料输送入给矿箱内，由冲散水及分料装置将堆积较厚的物料充分分散均匀后进入槽体，进入 槽体的磁性矿粒在磁力、矿浆浮力及重力等合力的作用下被吸附在永磁滚筒的表面，随着永磁磁盘外壳的转动，磁性颗粒被带到卸矿区排入精矿箱。

永磁磁盘外壳粘有耐磨层，保 护不锈钢外壳免受磨损，延长其使用寿命。

槽体底部装有控制槽体液面的调节装置，通过调节尾矿口的大小调节溢流量的大小，保证槽体内液面高度的稳定，保证矿粒处于松散状 态易于磁性颗粒的回收，槽体内表面粘有耐磨层，保证不锈钢层不受磨损，槽体使用寿命显著提高。

　　槽体内设有溢流口，细粒级颗粒从溢流口排入尾矿，粗粒级颗粒从尾矿口排入尾矿，其入选矿石粒度可达20mm，尾矿磁性物含量1%以下，分选效率显著提高。

　　3.湿式永磁强磁选机特点。

　　(l)永磁湿式强磁选机在给矿箱内装有均料用的分料装置及提供冲散物料用水的冲水管，二者组合作用保证进入槽体的物料在滚筒长度方向上分布均匀。

　　(2)永磁湿式强磁选机槽体内表面及磁滚筒外表面粘有耐磨层增加耐磨性，延长其使用寿命。

　　(3)磁盘表面磁场可达，比原来顺流型磁选机磁场强度提高40%以上，尾矿磁性物含量1%以下，比普通磁选设备抛尾磁性物料含量2-3%显著降低。

　　(4)磁系由主副齿极交替排列而成，主副齿极全部用稀土钦铁硼材料制作。

　　(5)磁分选面积大大增加，磁盘直径为lm时，磁盘面积为，磁分选面积达到，占磁盘面积的33%，大于普通顺流型磁选机的20%，磁选过程加长，精矿品位提高。

　　(6)槽体内保持一定高度的液面，为矿粒冲选过程提供浮力，并使矿粒处于松散状态，回收率及精矿品位提高。

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嵩山重工讲述磁选机的磁路磁系设计的基本原则

磁系设计的关键是根据设计磁选机的实际用途选择合适的磁系形式，再结合不同的磁系形式，设计最优的磁系结构参数。

根据磁场矿物分选基本原理，国内外磁选机磁系设计生产经验以及矿山企业磁选机分选的实践表明，磁选机磁系设计应遵循以下几个基本原则: 　　(1)磁路设计要尽可能的短。

　　在磁路计算中，磁路等效于导线，磁路越长，磁路中的磁阻就越大，导致作业气隙两端的磁动势越小，作用在分选空间的磁场强度不高:反之，磁系磁路越短，磁通路的磁阻就越小，作用在分选空间两端的磁动势就越高，产生在作业空间的磁场强度就越高。

　　(2)作业气隙要尽可能的小。

　　空气为磁路中的主要磁阻部分，磁阻与空气路径长度成正比。

气隙越大，磁路中的磁阻就越大，气隙中的磁场强度就越低;反之，气隙越小，磁阻就越小，气隙中的磁场强度就越大。

然而过小的气隙空间不利于分选作业，易造成矿物堵塞，降低磁选设备处理量。

因此，在防止矿物堵塞，保证磁选设备处理量的条件下，尽可能的减小气隙空间，增大气隙中的磁场强度。

　　(3)磁路中的漏磁要尽可能的小。

　　磁系周围的空气分为有效区域和无效区域。

气隙中作为有效分选空间，其间的空气区域为有效磁选区域;而其他区域的空气不在分选空间中为无效区域，其间的磁场为无效磁场，称之为漏磁。

　　由于磁系设计及装配的缺陷，总会造成一部分磁场在无效区域产生，而不是作业气隙，就产生了磁漏。

根据能量守恒原理，漏磁的产生降低了磁系的磁能，导致气隙磁场的磁场强度降低。

因此，通过聚磁技术将尽可能多的磁场聚集在作业气隙中，从而有效提高作业气隙的磁场强度。

　　磁路中漏磁的量化是通过漏磁系数大小来表示，漏磁系数表示为磁路中的总磁通量与作业磁通量的比值。

　　对于简单磁路，漏磁系数取值一般在之间，开放式磁系漏磁系数取值较大，闭合式磁系漏磁系数取值较小。

　　永磁磁选设备传统的磁系磁路设计步骤一般包括:磁系形式选择，磁系结构设计，最佳结构参数确定和作业气隙中磁感应强度验算。

但随着计算机技术的不断发展，现代磁选设备磁路设计还引入了计算机磁场仿真技术，提高了磁选机设计效率和设计精度。

　　磁路设计即利用等效电路原理，应用相当于电动势的永磁体产生的磁通在封闭磁路中的连续性原理和磁场在空间区域的可叠加原理。

盘式磁选机磁路设计即将磁盘上的几个磁路设计成多个齿极，增加了分选区域的磁场梯度和深度，同时还增加了磁盘的有效分选面积。

　　磁路计算是磁系设计的基础，其主要任务是依据磁路欧姆定律确定磁系磁路中的磁势，磁路欧姆定律即为磁路中的总磁阻等于磁路中的磁动势与磁通量的比值。

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