淺談球磨機(jī)磁性襯板的研究及應(yīng)用

尚煥成

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司材料設(shè)備公司,江西貴溪 335424)

淺談球磨機(jī)磁性襯板的研究及應(yīng)用

尚煥成

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司材料設(shè)備公司,江西貴溪 335424)

磁性襯板是一種新型的球磨機(jī)襯板,應(yīng)用于含磁性礦的礦石磨礦時(shí),由于在襯板工作面能吸附一層磁性物質(zhì),可形成保護(hù)膜,減少襯板工作面與運(yùn)動(dòng)的介質(zhì)和物料直接接觸,從而可達(dá)到延長(zhǎng)襯板壽命的目的。本文主要就磁性襯板的研究概況、特性及應(yīng)用情況進(jìn)行了闡述。

球磨機(jī);磁性襯板;磁場(chǎng)特性;磁系結(jié)構(gòu)

襯板是磨機(jī)的主要消耗部件,到目前為止,國(guó)內(nèi)使用的磨機(jī)襯板,依材料分有:馬氏體鋼襯板、貝氏體鋼襯板、奧氏體鋼襯板、珠光體鋼襯板、聚氨酯彈性體襯板、橡膠襯板及磁性襯板等。

目前國(guó)內(nèi)球磨機(jī)襯板多用高錳鋼材料制造,由于高錳鋼在球磨的工況條件下不能達(dá)到充分的加工硬化,因此達(dá)不到應(yīng)有的耐磨性能。一般高錳鋼襯板在一段磨機(jī)上使用壽命為 6～10個(gè)月,在二段磨機(jī)上使用壽命為 10～18個(gè)月。各礦山選礦廠用于處理鐵礦石的球磨機(jī)有上千臺(tái),這些磨機(jī)每年就消耗襯板 5萬(wàn) t以上,耗費(fèi)資金約 2.5億元。

磁性襯板是靠磁力在襯板工作面吸附一層磁性物質(zhì),形成保護(hù)層,減少襯板工作面與運(yùn)動(dòng)的介質(zhì)和物料直接接觸,從而達(dá)到減輕磨損,延長(zhǎng)襯板壽命的目的。

1 國(guó)內(nèi)外概況

在 20世紀(jì) 70年代,挪威和美國(guó)就有人提出了用磁性襯板保護(hù)球磨機(jī)筒體和溜槽的建議。1980年瑞典 Skega公司橡膠襯板的創(chuàng)始人 Bertil Brandt在專利中提出了 8種較實(shí)用的磁性襯板結(jié)構(gòu)[2]。1983年 1月,加拿大的第十五屆選礦會(huì)議上介紹了磁性磨機(jī)襯板在諾蘭達(dá)礦山有限公司 Horne選礦廠的試驗(yàn)和應(yīng)用情況。國(guó)外在 90年代初期開始在加拿大、美國(guó)、北歐、南美洲、非洲等一些國(guó)家和地區(qū)推廣應(yīng)用磁性襯板。

國(guó)內(nèi)對(duì)磁性襯板的研制始于 80年代末。研究單位主要有北京礦冶研究總院、沈陽(yáng)光大科技研究所、長(zhǎng)沙礦冶研究院和鞍山礦山設(shè)計(jì)院等單位。北京礦冶研究總院研制的磁性襯板較為成熟,其它單位研制的磁性襯板大多只能成功應(yīng)用于磨機(jī)筒體,而且限于 ?3.2m以下的中小型二段球磨機(jī)。北京礦冶研究總院為包鋼選礦廠 ?3.6×6.0 m溢流型球磨機(jī)研制的 HM型全套磁性襯板的應(yīng)用成功,使磁性襯板取得了很大進(jìn)展。該磁性襯板不僅是國(guó)內(nèi)最大規(guī)格的球磨機(jī)磁性襯板,而且首次實(shí)現(xiàn)了大型磨機(jī)襯板的全部磁性化。

磁性襯板的結(jié)構(gòu)分為兩種形式:一是利用電磁鐵的磁力保護(hù)原有的襯板;二是利用磁性材料制成襯板,使筒體內(nèi)壁產(chǎn)生一種自動(dòng)再生的動(dòng)態(tài)保護(hù)層,目前成功應(yīng)用的磁性襯板大都是這種結(jié)構(gòu)。

2 HM型大型磨機(jī)磁性襯板的研制

磁性襯板由磁系、保護(hù)磁系的外殼以及聯(lián)結(jié)其兩者的彈性粘膠劑構(gòu)成。磁系的設(shè)計(jì)是磁性襯板研制成功的關(guān)鍵,需著重從構(gòu)成磁系的材料特性、磁系結(jié)構(gòu)及其表現(xiàn)的磁場(chǎng)特性這三個(gè)方面進(jìn)行研究。

大型球磨機(jī)磁性端襯板在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有成功應(yīng)用的報(bào)道,主要原因是其受力方向與筒體襯板有較大不同。筒體襯板在工作中受到的沖力的法向分力較大,相對(duì)來(lái)說(shuō)在筒體上的吸附和對(duì)保護(hù)層的吸附都較牢固。而端襯板在工作中受到的沖力的切向分力較大,因此相對(duì)來(lái)說(shuō)在端蓋上的吸附和對(duì)保護(hù)層的吸附牢固性都較差。通過(guò)研究分析,我們根據(jù)已有的筒體襯板方面的經(jīng)驗(yàn),采取了一些特殊的措施,使端襯板能夠成功地應(yīng)用于大型磨機(jī)上。

2.1 磁系材料特性

磁系材料特性的好壞對(duì)襯板的性能有直接的影響,按照磁性襯板的使用條件,應(yīng)選用硬磁材料。目前比較通用的硬磁材料有合金磁鐵和陶瓷磁鐵兩種。這兩種材料都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。從經(jīng)濟(jì)因素和磁性襯板的使用條件綜合考慮,并考慮到我院在磁性材料方面的優(yōu)勢(shì),決定采用我院按照獨(dú)有的先進(jìn)配方和工藝生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)陶瓷磁鐵,其剩磁Br可以達(dá)到 0.4 T,矯頑力 Hcb為 230 kA/m。

通過(guò)對(duì)襯板和保護(hù)層的重量以及負(fù)荷沖擊力的估算,確定所需要的磁力大小,根據(jù)磁力計(jì)算公式:

F=39.8B2S

式中:F為磁力 (kN);S為接觸面積 (m2);B為磁感應(yīng)強(qiáng)度(T)。

可以確定磁極的磁感強(qiáng)度,從而可以確定磁極的尺寸。

圖 1 永磁體厚度與表面磁感應(yīng)強(qiáng)度關(guān)系曲線

磁極的尺寸與磁極表面磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)作用深度有直接關(guān)系。磁極底邊比一定時(shí),隨著磁極厚度的增加,其表面的平均磁場(chǎng)強(qiáng)度增高,其沿厚度方向的磁阻也增大,用于克服磁阻所消耗的磁通量隨之增加,因此當(dāng)磁極厚度增加到一定值時(shí),磁極表面的平均磁場(chǎng)強(qiáng)度增加幅度越來(lái)越小,圖 1為我們實(shí)測(cè)的永磁體厚度與其表面磁感應(yīng)強(qiáng)度關(guān)系曲線。

2.2 磁系結(jié)構(gòu)

磁極在組成磁系后,其表面的場(chǎng)強(qiáng)和作用深度與組成磁系后的極數(shù)、極性、極距、極隙和磁系寬度等參數(shù)有關(guān)。

圖5中,K_num為當(dāng)前四字節(jié)中/K/字節(jié)的個(gè)數(shù);RES_INIT為RE_SYNC模塊初始狀態(tài)指示信號(hào);sync為同步請(qǐng)求信號(hào)。系統(tǒng)復(fù)位或者處于碼組同步狀態(tài)下,RE_SYNC模塊處于RE_SYNC_ INIT狀態(tài),當(dāng)碼組同步結(jié)束后,即滿足sync&K_num==0時(shí)跳轉(zhuǎn)到RE_SYNC_ DATA狀態(tài)。在RE_ SYNC_DATA狀態(tài)下如果檢測(cè)到/K/字節(jié)后就會(huì)跳入RE_SYNC_CHECK狀態(tài),如果在RE_SYNC_ CHECK狀態(tài)能連續(xù)檢測(cè)到4個(gè)/K/字節(jié)就表明是發(fā)端發(fā)起了重同步,立即進(jìn)入RE_ SYNC_INIT狀態(tài),同時(shí)拉高RES_INIT信號(hào),通知其余同步模塊。

根據(jù)襯板表面吸附的保護(hù)層的厚度要求,磁系表面不僅要有足夠的磁場(chǎng)強(qiáng)度,還要有適宜的磁場(chǎng)作用深度。極距的變化對(duì)磁系的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)作用深度都有影響。永磁磁系沿磁極對(duì)稱面上的磁場(chǎng)強(qiáng)度變化規(guī)律可以用以下公式表示:

式中:Hx為離極面 x(cm)處的磁場(chǎng)強(qiáng)度(A/m); H0為極面上的磁場(chǎng)強(qiáng)度(A/m);c為磁場(chǎng)非均勻系數(shù); l為極距(cm);R為磁極表面到筒體中心的距離(cm); Fx為離極面任一點(diǎn)處的磁場(chǎng)力(N/m2);gradH為磁場(chǎng)梯度(A/m2)。

從上式看出,當(dāng)極距 l較小時(shí),磁場(chǎng)梯度大,反之磁場(chǎng)梯度小,圖 2為實(shí)測(cè)的不同極距時(shí)磁場(chǎng)強(qiáng)度沿極面中心垂直方向的變化曲線。

在以上研究的基礎(chǔ)上,最終確定了多極布置、較小的磁極距、較高的磁場(chǎng)強(qiáng)度、較高的磁場(chǎng)梯度的開放磁系。

圖 2 不同極距時(shí)磁場(chǎng)強(qiáng)度沿垂直方向的變化曲線

2.3 磁場(chǎng)特性

該磁系所表現(xiàn)的磁場(chǎng)特性為:單塊襯板安裝到筒體后,由于磁路磁阻和磁通分布得到改善,并能形成封閉的磁路,襯板表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度得到進(jìn)一步增強(qiáng);極距較小,磁場(chǎng)梯度大,磁極表面磁場(chǎng)吸力大,離開極面不遠(yuǎn),磁場(chǎng)強(qiáng)度下降較多,從而使襯板表面吸附的保護(hù)層更穩(wěn)定而又不會(huì)太厚;襯板N、S極的交替排列方式和寬極系的設(shè)計(jì),使襯板表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度分布呈均勻的自然波形,有利于保護(hù)層的穩(wěn)定和磨機(jī)的工作條件改善;襯板表面吸附的保護(hù)層內(nèi)部被二次磁化并相互形成封閉磁路,也有利于保護(hù)層的穩(wěn)定,而在保護(hù)層表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度幾乎為零,因此不會(huì)對(duì)被磨物料造成磁化作用而影響分級(jí)。使整個(gè)襯板的磁場(chǎng)特性符合襯板的工況要求。

3 生產(chǎn)應(yīng)用與考察

3.1 原礦性質(zhì)

包鋼(集團(tuán))公司選礦廠是一大型鐵 -稀土選礦廠,始建于 1958年,現(xiàn)已建成 8個(gè)選礦系列,年處理礦石能力 1100萬(wàn) t以上[1]。包鋼選礦廠原礦來(lái)自白云鄂博礦,該礦屬沉積變質(zhì) -高溫?zé)嵋航淮笮丸F -稀土多金屬共生礦床,質(zhì)量密度為 3.7 t/m3,體積密度為 2.3 t/m2,普氏硬度為 8～12,鐵品位為32.0%,原礦中磁鐵礦占 50%～51%。磁鐵礦屬?gòu)?qiáng)磁性礦物,比磁化率 x=6300～12000 m3/kg,其存在為磁性襯板的成功應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ)。

3.2 生產(chǎn)應(yīng)用與考察結(jié)果

3.2.1 磨損量考察和壽命分析

包鋼選廠六系列二次 ?3.6 m×6.0 m溢流型球磨機(jī)安裝全套 HM型磁性襯板(包括筒體襯板和端襯板),運(yùn)行效果令人滿意。圖 3為安裝磁性襯板的六系列二次球磨機(jī),圖 4為球磨機(jī)內(nèi)部的照片,可以看出襯板表面的吸附保護(hù)層非常均勻牢固。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)估算,筒體襯板的整個(gè)使用壽命將超過(guò)6年的設(shè)計(jì)值。

端襯板較筒體襯板磨損量稍大,磨損規(guī)律是,內(nèi)圈和外圈襯板磨損較少,中間的襯板磨損較多,這表明大部分介質(zhì)和物料在這個(gè)區(qū)域運(yùn)動(dòng),并對(duì)相應(yīng)的端襯板部分造成較大磨損。

3.2.2 磁性襯板對(duì)球磨機(jī)處理量的影響

六系列二次球磨機(jī)安裝磁性襯板前后的處理量對(duì)比見表 1。七系列二次球磨機(jī)使用的是高錳鋼襯板,六、七系列二次球磨機(jī)處理量對(duì)比見表 2。

表 2 使用磁性襯板和高錳鋼襯板的處理量對(duì)比

由表 1、表 2可見,縱向?qū)Ρ群蜋M向?qū)Ρ冉Y(jié)果都表明,六系列二次球磨機(jī)安裝磁性襯板后磨機(jī)處理量略有提高?？v向?qū)Ρ忍幚砹刻岣?15.5 t/h,橫向?qū)Ρ忍幚砹刻岣?6.1 t/h,考慮縱向?qū)Ρ忍幚淼V石的性質(zhì)和粒度會(huì)有變化,所以以橫向?qū)Ρ忍岣吡繛闇?zhǔn),提高率為3.16%。

3.2.3 磁性襯板對(duì)磨機(jī)作業(yè)率的影響

包鋼選礦廠統(tǒng)計(jì),在相同情況下,使用高錳鋼襯板每年用于安裝維修的時(shí)間為 238h,而使用磁性襯板除了用于安裝需要 24h外,在其整個(gè)使用周期里不需維護(hù),即平均每年僅需 4 h,則使用磁性襯板每年節(jié)約時(shí)間為 234 h,可提高磨機(jī)作業(yè)率 3.14%。

3.2.4 使用磁性襯板對(duì)球磨機(jī)磨礦粒度、磁選精礦品位、回收率的影響

表 3中看出,六系列二次球磨機(jī)安裝磁性襯板后,不但不影響磨礦粒度,而且與七系列相比,反而使磨礦粒度有所降低。

從表 4中看出,六系列與七系列的磁選精礦品位和回收率基本一致,說(shuō)明安裝磁性襯板對(duì)磁選精礦品位和回收率的指標(biāo)沒(méi)有不良影響。

表 3 六、七系列二次球磨機(jī)磨礦粒度 (/% -75μm含量)對(duì)比

表 4 六、七系列磁選精礦品位和回收率對(duì)比 /%

3.2.5 五、六系列二次球磨機(jī)生產(chǎn)指標(biāo)的考察

為了系統(tǒng)進(jìn)行磁性襯板生產(chǎn)指標(biāo)與高錳鋼襯板的比較。選礦廠于 2001年 8月對(duì)處理磁礦的五、六兩個(gè)系列磨礦流程同時(shí)考察,兩個(gè)系列處理礦石性質(zhì)、磨礦分級(jí)設(shè)備和流程完全相同,其中五系列二次?3.6 m×6.0m球磨機(jī)為高錳鋼襯板,六系列二次?3.6 m×6.0m球磨機(jī)為北京礦冶研究總院研制的HM型大型磨機(jī)磁性襯板。取樣考察結(jié)果與應(yīng)用數(shù)據(jù)基本一致。

4 結(jié)語(yǔ)

HM型大型磨機(jī)磁性襯板采用先進(jìn)的材料,通過(guò)科學(xué)的磁系和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),成功地應(yīng)用于包鋼選礦廠 ?3.6 m×6.0 m溢流型球磨機(jī)上,這是目前成功應(yīng)用的最大規(guī)格的全套磨機(jī)磁性襯板。

襯板壽命預(yù)計(jì)為 6年以上,可達(dá)到高錳鋼襯板的 4～6倍。不需維護(hù),提高磨機(jī)作業(yè)率 3.14%。磁性襯板較高錳鋼襯板薄,可增大磨機(jī)容積,提高磨機(jī)處理能力 3.16%。對(duì)磨礦產(chǎn)品粒度、磁選精礦品位和回收率沒(méi)有不良影響。磁性襯板還具有使用壽命長(zhǎng)、質(zhì)量輕、厚度薄、磨礦粒度細(xì)、噪音小、節(jié)球、節(jié)電、作業(yè)率高、無(wú)故障、無(wú)螺栓固定、安裝輕便快捷、不漏礦漿、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、工作環(huán)境好、運(yùn)行零缺陷、零維護(hù)、零成本、投資回收期小于 1年,經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益極其顯著等特點(diǎn)[3],每系列每年就可為包鋼選廠增加經(jīng)濟(jì)效益 117.8萬(wàn)元。

REFERENCES

[1] 吳建明.HM型磁性襯板及其在包鋼選廠的應(yīng)用[J].金屬礦山,2002,9.

[2] 王金瑋,相煒鵬.磁性襯板在鉬礦山一段大型球磨機(jī)的應(yīng)用[J].中國(guó)鉬業(yè),2005,2.

[3] 蘇興強(qiáng),周魯生,段其福.金屬磁性襯板應(yīng)用進(jìn)展[J].金屬礦山,2006,3.

The study on magnetic lin ing plate application on ballm ill

SHANG Huan-cheng
(Material&Equipment Company of JCCL,Guixi,Jiangxi,335424)

〗Magnetic lining plate is new developed ballmill liningmaterial,it is suitable for handlingmagnet containedminerals. As the lining plate can form a magnetic layer on the surface as a protection to reduce the direct contact between lining plate and ball millmedium,so as to improve the life of the lining material.This paper illustrates the study on magnetic lining plate,as well as its features and application in the industry.

Ballmill;Magnetic lining plate;Magnetic field;Magnetic system structure

book=70,ebook=80

TD453

B

1009-3842(2010)02-0070-04

2010-03-30

尚煥成(1977-),男,漢族,河南省遂平縣人,大學(xué)本科,工程師,主要從事礦山設(shè)備的供應(yīng)與管理工作。E-mail:43048476@qq.com