磁選機(jī)不同磁場(chǎng)分布對(duì)磁選效果的影響模擬分析

劉學(xué)勤

（同煤集團(tuán)大地選煤公司塔山選煤廠，山西 大同037000）

引言

磁性礦物顆粒受到磁力的作用，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，從而可以與非磁性的礦物進(jìn)行分離，由此即可進(jìn)行金屬礦物的分選或者煤炭開采等非金屬礦物的除雜。我國(guó)的煤炭開采量巨大，廣泛地采用磁選機(jī)進(jìn)行除雜作業(yè)，對(duì)于磁選機(jī)的效率具有較高的要求。磁選機(jī)在進(jìn)行作業(yè)的過(guò)程中，磁性不同，對(duì)各種礦物顆粒產(chǎn)生的磁場(chǎng)力不同[1]，從而產(chǎn)生相應(yīng)的分選結(jié)果。在進(jìn)行洗選煤作業(yè)中，要想實(shí)現(xiàn)將雜質(zhì)從原漿中分離出來(lái)，對(duì)于金屬雜質(zhì)顆粒的受力具有較高的要求，由于雜質(zhì)顆粒的分布不均勻，磁場(chǎng)分布的不同對(duì)分選效果具有重要的影響[2]。采用有限元仿真分析的方式，對(duì)磁選機(jī)不同磁場(chǎng)分布時(shí)的分選效果進(jìn)行分析，從而針對(duì)性地優(yōu)化磁場(chǎng)分布，提高分選效果，提高煤炭的產(chǎn)出質(zhì)量。

1 立式永磁精選機(jī)的建模

對(duì)磁選機(jī)的磁場(chǎng)進(jìn)行模擬分析，可以采用有限元分析的方式，采用ANSYS Workbench建立磁選機(jī)的模型進(jìn)行模擬計(jì)算，得到磁場(chǎng)的磁系分布，從而分析其對(duì)礦物顆粒分選的影響。采用ANSYS對(duì)磁選機(jī)的磁場(chǎng)進(jìn)行模擬，選用Maxwell模塊對(duì)磁場(chǎng)分析，采用靜態(tài)場(chǎng)的方式對(duì)磁選機(jī)的磁場(chǎng)進(jìn)行分析[3]。

磁選機(jī)的磁場(chǎng)作用主要由磁塊及屏蔽層組成，磁極采用鐵氧體進(jìn)行制作，在工作過(guò)程中，磁性的變化使礦物顆粒在磁力的作用下進(jìn)行充分運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)分離。對(duì)磁選機(jī)的磁場(chǎng)進(jìn)行模擬分析，選用其中一組磁極進(jìn)行分析，對(duì)磁選機(jī)進(jìn)行有限元建模[4]。

磁選機(jī)的磁塊均為矩形結(jié)構(gòu)，采用直接ANSYS直接生成模型的方式，對(duì)磁系進(jìn)行建模，分別設(shè)置磁塊與屏蔽層的材料屬性。根據(jù)立式永磁精選機(jī)的結(jié)構(gòu)建立磁選機(jī)磁系的模型如圖1所示，其中，灰色部分表示磁塊與屏蔽層，白色部分表示空氣，對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。磁極材料采用Y30的鐵氧體材料，對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行靜態(tài)模擬，對(duì)設(shè)定的區(qū)域采用邊界設(shè)定，避免外界的干擾[5]。

圖1 磁選機(jī)有限元模型

磁選機(jī)選用永磁磁系，產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用不變，設(shè)定磁場(chǎng)的自由度方向。對(duì)磁選機(jī)的模型進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，由于網(wǎng)格劃分的精密性對(duì)計(jì)算結(jié)果具有較大的影響，且磁選機(jī)的磁場(chǎng)強(qiáng)度較強(qiáng)，磁力線分布較密，對(duì)模型采用自適應(yīng)的網(wǎng)格來(lái)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并且磁塊的網(wǎng)格最密，進(jìn)行自適應(yīng)網(wǎng)格劃分之后進(jìn)行網(wǎng)格的細(xì)化，得到磁選機(jī)的網(wǎng)格劃分模型[6]。

2 磁選機(jī)不同磁場(chǎng)分布的模擬分析

2.1 不同縱向間距的磁場(chǎng)作用分析

磁選機(jī)的磁場(chǎng)分布主要由磁極間的間距決定，磁極的間距可以分為縱向間距和橫向間距，針對(duì)磁極間距的不同，對(duì)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行分析。首先對(duì)磁極的縱向間距進(jìn)行模擬分析，選定磁極的橫向距離為35 mm，選定磁極的縱向間距為44.5 mm、46 mm、47.5 mm，分別進(jìn)行磁感應(yīng)強(qiáng)度的計(jì)算。

采用ANSYS模擬計(jì)算，得到不同縱向間距的磁感應(yīng)強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果如下頁(yè)圖2所示，從圖2中可以看出，磁選機(jī)的磁感應(yīng)強(qiáng)度在不同的縱向間距下的分布趨勢(shì)基本一致，在水平層中的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化不大，在磁塊中，磁感應(yīng)強(qiáng)度最高的地方位于磁塊的邊緣處，在縱向間距變大的情況下，磁極之間的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨之減小，但減小的幅度逐漸減弱，在橫向磁極間的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化不大，說(shuō)明在分選的作用區(qū)域內(nèi)，礦物顆粒所受到的磁場(chǎng)力相對(duì)平穩(wěn)，利于礦物顆粒在橫向上的過(guò)渡分離。在縱向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度成螺旋狀分布，且縱向間距的增加，磁場(chǎng)減小的幅度變小，不利于礦物顆粒的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)于分選的效果造成影響。在縱向間距較小的情況下，其作用的深度有限，不能形成穩(wěn)定均勻的磁場(chǎng)，使得礦物顆粒的運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定，容易在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中突然脫落，降低分選的效果。

圖2 不同縱向間距下磁感應(yīng)強(qiáng)度分布

2.2 不同橫向間距的磁場(chǎng)作用分析

對(duì)于磁場(chǎng)的縱向間距進(jìn)行分析后，針對(duì)磁場(chǎng)的橫向間距進(jìn)行分析，在選定縱向間距為47.5 mm的情況下，對(duì)橫向間距為31 mm、33 mm、35 mm時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行分析，得到如圖3所示的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布圖。從圖3中可以看出，隨著橫向間距的增加，磁感應(yīng)強(qiáng)度逐漸減小，且減小的幅度逐漸變小，在磁極間距較小時(shí)，減小的速度較快，這說(shuō)明在橫向間距較小時(shí)，磁極的磁感應(yīng)強(qiáng)度大，但是作用范圍有限，不能形成穩(wěn)定的磁場(chǎng)，因此常選用較大的橫向間距進(jìn)行分選作用，但橫向間距過(guò)大時(shí)，也不利于分選過(guò)程的進(jìn)行。

圖3 不同橫向間距下磁感應(yīng)強(qiáng)度分布

3 結(jié)論

針對(duì)磁場(chǎng)的作用，采用ANSYS有限元分析的方式，對(duì)磁極的縱向間距和橫向間距對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行分析。結(jié)果表明，在分選過(guò)程中，隨著縱向間距的增加，磁感應(yīng)強(qiáng)度逐漸減小，且減小的幅度變小，這不利于礦物顆粒的分選。在縱向間距較小的情況下，其作用的深度有限，不能形成穩(wěn)定均勻的磁場(chǎng)，使得礦物顆粒的運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定，容易在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中突然脫落，降低分選的效果。隨著橫向間距的增加，磁感應(yīng)強(qiáng)度逐漸減小，且減小的幅度逐漸變小，在橫向間距較小時(shí)，磁極的磁感應(yīng)強(qiáng)度大，但是作用范圍有限，不能形成穩(wěn)定的磁場(chǎng)，因此常選用較大的橫向間距進(jìn)行分選。對(duì)于煤炭的分選，磁選機(jī)要選擇合適的磁極縱向間距和橫向間距協(xié)同作業(yè)，以提高磁選機(jī)的分選效果。