欧刚良

（岳阳大力神电磁机械有限公司，湖南岳阳 414100）

0 引言

目前我国的铁矿石以贫矿为主，大部分铁矿石必须经过选矿才能用于工业生产，高效立环高梯度强磁磁选机可广泛应用于钛铁矿、赤铁矿、褐铁矿、钽铌矿、墨钨矿、锰等弱磁性矿物的分选，以及硅线石、霞石、锂辉石、萤石、高岭土、长石、石英等非金属矿物的除铁提纯。岳阳大力神电磁机械有限公司在现有电磁技术的基础上，开展对立环高梯度磁选机背景磁场、高梯度磁场的优化设计，大大提高了对弱磁性矿物的分选能力，进一步降低生产成本，扩大立环高梯度磁选机对弱磁性矿物的应用范围，创造更大的经济效益。

1 高效立环高梯度强磁磁选机结构

YYDLS 立环高梯度强磁磁选机主要由冲程箱、转环、铁轭、励磁线圈、液位智能系统、控制系统以给矿斗、尾矿斗、精矿斗和漂洗斗装置等组成（图1），其中转环内装有自主权知识产权的导磁介质盒。其工作原理是利用各种矿物的不同导磁性能，在电磁磁力、脉动流体力和重力等综合力场的作用下，对非磁性矿物与弱磁性矿物的进行分离。本文在研制YYDLS 磁选机的过程中，总结了现有立环脉动高梯度磁选机设计的成功经验，对磁路进行了优化设计，研制的立环高梯度磁选机具有自主知识产权，技术性能处于领先地位（表1）。同时，立环高梯度磁选机实现了机电智能控制，大大提升了设备的选矿性能。

表1 YYDLS-3000 立环高梯度强磁磁选机主要技术参数

图1 高效立环高梯度强磁磁选机结构

2 背景场强设计

背景磁场由一组线圈产生，包括线圈、磁轭、铁芯等组件。根据磁选机的尺寸，采用ANSYS 有限元计算磁体和线圈中心部位的磁场分布。根据立环脉动高梯度磁选机磁体本身结构的对称性，只需建立其1/4 结构模型就可以满足计算要求。具体结构模型如图2 所示，其中深红色部分为铁轭，浅蓝色部分为铁芯，粉红色部分为环形内部磁极，中间部分为放入磁介质盒间隙，即转环通过的部位。磁体的环形区域中心切面上磁场分布情况如图3 所示，通过提取中心切面上每个节点上的磁场强度值，得到中心磁场强度在1.3 T 以上。而磁体内铁轭、铁芯及磁极上的磁场分布情况如图4 所示。

图2 三维实体模型

图3 中心切面磁场

图4 磁场分布

从计算结果可以看出，铁芯及磁极上的磁场强度已接近所选用材料的磁饱和强度，尤其是铁芯。如果要增大中心磁场强度，就会增大磁路上的磁阻，但可以适当增加铁芯截面积并减小线圈截面。因此，在设计磁路时除了线圈的安匝数外，铁芯截面积、线圈截面、材料的磁饱和强度都会影响中心磁场强度。在优化设计时，磁轭和铁芯选用较高磁饱和强度的材料，而线圈采用长方形，中心平面与立环相切，磁轭与铁芯有最短的磁回路，铁芯截面积大，磁路的气隙磁阻小、漏磁少，立环磁选区大，单个线圈所需安匝数小，磁路中产生的磁场最大。

后续研制了YYDLS-150、YYDLS-175、YYDLS-200、YYDLS-250、YYDLS-300、YYDLS350、YYDLS400 等系列立环高梯度强磁磁选机，均基于上述设计路线，结构科学，磁极气隙中心强度理论计算可以达到1.5 T（15 000 GS）以上。

励磁线圈由传统的铝管或铜管绕制，间接油冷改进为采用空心铜管绕制，匝与匝之间用环氧树脂填充固定，自来水从管子的一端流入另一端流出，冷却水贴着铜管内壁流动，带走线圈产生的热量。此外，水位、水温均采用智能监控，具有先进的故障诊断和远程控制系统，实现了设备的智能化运行控制。

3 磁路设计

立高梯度强磁磁选机的磁场是由磁性介质（如介质棒），在背景磁场中磁化后，其表面产生较高的梯度磁场，对进入磁选机的磁性细微颗粒物产生吸附作用，将其直接吸附在介质盒的表面。最后通过强大的水流将磁性细微颗粒物冲走，进入下面的精矿斗。高效立环高梯度强磁磁选机的介质棒进行了搓齿棒处理，搓齿后的介质棒表面凹凸起伏，形成了很多尖角，有利于磁力线的集中。采用ANSYS 有限元分析搓齿棒与圆柱棒的表面磁场差异。分析时为建模方便，将搓齿棒放在已知磁场强度为1.5 T 的均匀磁场中。磁矢量方向沿Y 轴，并垂直于搓齿棒。放入搓齿棒之后的磁场分布见图5，加入圆形棒后磁场分布见图6。

图5 加入搓齿棒后磁场分布

图6 加入圆形棒后磁场分布

对比图5、图6，搓齿后介质棒周围的磁场强度明显高于没有搓齿的圆形介质棒周围的磁场强度。搓齿后介质棒的最高磁场强度可达3.15 T（31 500 GS），而没有搓齿的圆形介质棒的最高磁场只有2.58 T（25 800 GS）。搓齿后介质棒周围的磁场强度明显增加，且梯度db/dy 变化值也明显增加；而没有搓齿的圆形介质棒的磁场强度增加较小，且梯度db/dy 变化也不明显。这是因为搓齿后介质棒的表面形成了凹凸状，并产生很多的尖角，磁化后尖角附近磁力线聚集，使局部磁场增大。

其次是磁介质材料的影响，介质盒的导磁介质棒由原来的0Cr12 或1Cr15 导磁不锈钢改为导磁性能更高的材料，大大提高了磁介质表面的磁场强度和磁场梯度，从而提高了磁介质对弱磁性物质的捕获能力。导磁不锈钢的磁饱和是11 000 GS，最高梯度也不超过16 000 GS，而高励磁性能的材料磁饱和可达23 000 GS，最高梯度可达到32 000 GS 以上。

4 液位自动平衡控制系统

维持矿浆液面高度是使高频振动充分发挥作用、保证良好分选效果的关键因素。矿浆液位的控制通过在液位箱设置液位传感器监测，控制电磁阀自动补矿。当矿浆液位过低时，液位压力传感器给出信号，电磁阀自动启动，开始补矿；液位达到设定时，电磁阀自动复位，停止补矿。当矿浆液位过高时，矿浆从液流管流入尾矿池的同时，液位传感器给出信号，报警器报警提示操作人员处理；当给矿量有0～10%的波动时，磁选机可以靠本身的自我调节能力稳定液位。如果给矿量的波动很大，用户应在给矿前面安装恒压箱，让多余的矿浆回流到原矿池，保证磁选机给矿量的波动小于10%。矿浆液位长期维持在设定范围，可以保证稳定的精矿品位和高回收率。

5 磁选机分选试验

在高梯度磁选机中，矿物处在背景磁场与梯度磁场的叠加磁场之中，当不改变激磁电流，即不改变背景磁场的大小时，在能耗基本不变的前提下，对立环高梯度强磁磁选机的介质棒进行搓齿处理，使其表面形成凹凸不平，增加其周围的磁场强度，能有效的提高矿物的回收率和生产效率。

试验采用海南联合矿业有限公司经过弱磁磁选后的尾矿，该样品构成以赤铁矿为主，此外还有少量的磁铁矿和硫铁矿，全铁品位为42.67%。在其他磁选条件基本不变的前提下，采用搓齿棒与圆棒磁介质进行对比试验，磁选试验结果见表2。对搓齿棒与圆棒的精矿进行粒级分析，分析结果见表3、表4。

表2 搓齿棒与圆棒磁介质对比试验结果 %

表3 圆棒介质精矿粒级分布

表4 搓齿棒介质精矿粒级分布

从上述试验结果可以看出，对于细粒级的矿物，在不增加背景磁场强度的前提下，介质棒的表面经过搓齿处理，磁选介质就能更好地回收精矿。

6 结论

高效立环脉动高梯度磁选机磁路设计具有背景磁场大、介质梯度磁场大、自动化程度高的优点。YYDLS 系列立环高梯度强磁磁选机可用于对铁矿石、褐铁矿、黑钨矿、锰矿、赤泥、长石、高岭土等矿物质的纯度提高。由于采用自动化控制电路、水位、水温以及介质棒的搓齿工艺，大大提高了立环高梯度强磁磁选机工作效率，节能减排，是一种用于弱磁性矿物分选现阶段的高效磁选设备。