厚壁组合线圈在磁选设备中的应用与实践

第５期　２０１２年１０月　｝｝｝｝｝｝｝｝｝｝｝｝｝｝｝｝｝｝　矿产综合利用　Ｍｕｌｔｉｐｕｒｐｏｓｅ　Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　Ｎｏ．５　Ｏｃｔ．２０１２　岱生产实践　圭　｝｛　÷｝｛÷｝｛　÷｝｛｛　厚壁组合线圈在磁选设备中的应用与实践　陈中航，赵通林，陈广振　（辽宁科技大学资源与土木工程学院矿物资源Ｔ程系，辽宁鞍山　１１４０５１）　摘要：磁选柱是一种新型高效的磁选设备，通过磁聚合一分散及旋转上升水流作用，使磁铁矿颗粒受到磁　力和流体力的联合作用，能有效破坏磁团聚，分离出单体脉石和夹杂的连生体，提高精矿品位和降低ＳｉＯ，含　量。磁选柱的电磁磁系是由几组均匀电流密度厚壁线圈组合而成，通过线圈的有效配置，产生特殊的磁场。　本研究从分析磁选柱的厚壁线圈人手，首先介绍了三种常规线圈的结构、电流密度特征及其功率因子的大小，　然后以均匀电流密度线圈为例对线圈的组合方式进行了简要分析，在此基础上研究了磁选柱励磁线圈的磁　场特性及分选原理。磁选柱应用在本钢南芬选矿厂铁精矿提铁降硅技术改造中，改造后精矿品位由６７．５０％　提高到６９％以上，ＳｉＯ：含量由６．５％降低到４．５％以下，证实了其在磁铁矿选矿厂工艺流程中的巨大作用。　关键词：磁选柱；组合线圈；磁团聚；技术改造；生产实践　中图分类号：ＴＤ４５７　文献标识码：Ａ文章编号：１０００—６５３２（２０１２）０５—００５０—０４　在磁选设备中，电磁线圈被广泛的用作励磁磁　系。这主要是由于电磁线圈产生的磁场不仅稳定性　好，线性度高，磁场强度可调，而且通过若干线圈的　组合还可以达到使选别空间的磁场强度均匀，磁场　强度沿空间某一方向的梯度均匀进而有效分离磁性　颗粒和非磁性颗粒。例如，在磁选厂应用较多的ｓ１．　少不必要的能量损失。通常采用适当几何形状的电　磁线圈，使线圈的法布里因子最大，从而相应的使电　功功率最小。４、线圈温升以及如何保证线圈工作在　正常的温度范围内。　磁选柱是一种低弱磁场磁选设备，所处理的对　象主要是比磁化系数较大的强磁性矿物，因此其磁　场强度较小；另外它的几组线圈采用周期通电，线圈　温升较低且热量散失快。磁场强度的均匀性和磁场　利用系数高低是我们重点要考虑的问题。　ｏｎ一立环脉动高梯度强磁选机，磁选柱等设备，均以　电磁线圈作为励磁磁系。这些磁选设备，通过一个　或几个线圈组合，产生具有一定特点的磁场作用于　选别空间，达到有效选别的目的。本研究以磁选柱　为例，对电磁线圈的应用及实践进行简要分析。　２　三种常规厚壁线圈　就单独一个厚壁线圈（所谓厚壁是指绕组壁厚　１　设计和使用电磁线圈要考虑的几个　问题　在电磁线圈的设计和使用中，为了达到设计和　与线圈平均半径之比值较大，一般＞０．１）来说，目前　在工业上应用较多的电磁线圈主要有三种：１．均匀　电流密度线圈；２．比特线圈（Ｂｉｔｔｅｒ）；３．高姆线圈　使用的目的，并且保证设备正常工作，通常情况下要　考虑以下几个问题：１、分选空间能够产生足够大的　磁场强度和磁场梯度，使磁性颗粒能够被有效捕收；　２、磁场强度和磁场梯度均匀，使颗粒在分选过程中　（Ｇａｕｍｅ）。这三种常规线圈中，由于导线的缠绕方　式不同，导致线圈具有不同的结构形式，从而产生不　同的磁场分布特性，磁场能的利用效率也有所不同。　２．１　均匀电流密度线圈　受力均匀，保证分选精度；３、磁场利用效率较高，减　收稿日期：２０１２－０３—１２；改回日期：２０１２－０３－２２　此类线圈就是我们通常所说的线绕线圈，一般　作者简介：陈中航（１９７ｌ一），男，讲师，主要从事磁重选矿技术与设备的研究和教学工作。　第５期　陈中航等：厚壁组合线圈在磁选设备中的应用与实践　‘５１・　由绝缘铜导线密绕而成多层多匝，由于导线的截面　积与线圈的其余尺寸相比较小，所以可以认为导线　的电流密度沿径向是均匀的。　均匀电流密度线圈的Ｇ因子（也叫法布里因　子）Ｇ　（　，／３）在　＝３，Ｊ８＝２时达到最大值，即ｍａｘＧ埘　（理，　）＝０．１４２。对于均匀电流密度线圈来说，相同　的功耗下，尽量使线圈的形状满足　＝３，口＝２（　一　线圈外内半径之比，Ｂ一线圈轴长之半与内半径之　比）这一条件，从而使该线圈产生的磁场强度最大。　也就是说，要产生给定的磁场强度，这种线圈消耗的　功率最小。因此，当磁选设备对线圈产生的磁场的　空间特性没有特别要求时，应尽可能选取这种形状。　２．２比特（Ｂｉｔｔｅｒ）线圈　比特线圈就是我们通常所说的带绕线圈，其结构　形式为：把一些内、外半径分别为ｒ和Ｒ，厚度相同的　垫圈状导电圆盘沿它们的半径切开，然后把它们相互　绝缘地垒成所需的线圈长度，把相邻圆盘的切缝交错　连接起来成螺旋盘状，这就构成了比特线圈。　比特线圈可以看成是电流绕轴流动的导电圆　筒。绕组内的电流密度ｊ沿轴向是均匀的，而ｊ沿径　向是不均匀的。　对于比特线圈来说，当　＝６，　＝２．２时，比特线圈　的Ｇ因子　（　，卢）达到最大值，ｍａ】（　（　，　）＝０．１６６。　因此比特线圈的效率比均匀电流密度线圈的效率高　１７％。也就是说，要获得同样大小的磁场强度，比特线　圈比均匀电流密度线圈节省１７％的功耗。　２．３高姆（Ｇａｕｍｅ）线圈　该线圈也是由一些垫圈状的导电圆盘构成，只　不过每个圆盘的厚度各不相同。圆盘沿线圈的轴线　对称排列，在线圈中部最薄，越到线圈两端越厚。因　此，高姆线圈绕组内的电流密度不仅沿径向不均匀，　而且沿轴向也是不均匀的。　对于高姆线圈来说，当　＝８，卢＝８时，Ｇ　（ａ，　）　达到最大值，ｍａｘＧｇ（　，　）＝０．１８５，因此高姆线圈的　效率比比特线圈的效率高１１％。　表１　三种常规厚壁线圈比较　Ｔａｂｌｅ　１　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｔｈｉｃｋ　ｗａｌ１　ｃｏｉｌ　三种常规厚壁线圈比较见表１。　通过对这三种常规线圈的结构和功率分析，我　们可以发现：高姆线圈尽管效率因子比较高，磁能利　用率较高，但由于制作较复杂，成本相对较高，所以　只有极特殊场合才考虑应用，其应用较少。　均匀电流密度线圈的最大特点是易于加工，易　于成型，因而成本低廉，所以在实际应用中使用最为　广泛。磁选柱的磁系由六个线圈构成，每一个线圈　都是均匀电流密度线圈。　３　组合线圈　线圈组合的目的是通过选取若干个厚壁线圈进　行搭配，适当选择这些线圈的参数，可以提高整个线　圈系统磁场均匀度，使选分空间的磁场满足一定特　性来达到选分目的。通常情况下，应用较多的线圈　组合形式是亥姆霍兹线圈，除此之外，其他一些线圈　组合方式如还有蒙哥马利线圈，加莱特厚壁线圈和　亥姆霍兹一比特线圈等也有应用，但不多见。这些　线圈具有比亥姆霍兹线圈更高阶的磁场均匀度，常　用于强磁场的产生，但是由于加工，装配精度的限　制，许多参数不可能准确的满足线圈系统所要求的　参数关系，因此实际上并不能达到理论上所计算的　那么高的磁场均匀度。再加上出于成本上的考虑，　所以真正用于磁选设备上的很少。　在磁选设备上用的最多的组合线圈就是类亥姆　霍兹线圈，磁场强度适中，磁场均匀度基本满足要　求，易于加工易于装配，因此应用很广。　４　磁选柱的励磁线圈　磁选柱的励磁线圈结构见图１，其电磁磁系是　由六个厚壁直流线圈组成，其中１和４，２和５，３和６　为一组，总共三组线圈，每组两个线圈串联。在供电　系统控制下，每组线圈由上至下顺序通断电，产生阶　段下移的磁场和磁场力。这种特殊的供电方式，可　以使磁性颗粒经过多次团聚一分散一团聚过程，向下　运动，同时在上升水流的作用下，向上冲出单体脉石　及中贫连生体，完成选分过程。　由于团聚一分散一团聚这样的过程反复进行多　次，因而在一机上能实现多次精选。与其他类型磁　重选矿设备相比，由于其磁场是断续存在的，并且场　强大小可调，磁场变换周期可调，因此能够有效的破　坏磁团聚，提高选分效果。　・５２・　给矿　矿产综合利用　工艺流程进行全流程工业试验，随即展开工业应用。　磁选柱作为这一改造过程中的关键设备，发挥了巨　ｌ　大的作用。改造后的工艺流程图见图２。　原矿　２　３　４　ｉ　１　２　３　４　６　５　６　溢流口　冲洗水　沉砂口　图１磁选柱结构简图　Ｆｉｇ．１　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｇｒａｐｈ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｃｏｌｕｍｎ　就整个磁系来说，从单一线圈形式来看，每个线　圈都是均匀电流密度线圈；从线圈组合形式来看，属　于类亥姆霍兹组合线圈；从整体磁路来看，这一磁系　在一定程度上保持了马斯顿磁路的特点，其优点是　漏磁小、磁路短、激磁功耗小、线圈较易绕制，铜材利　用率高，成本低，有较高的可靠性。　工业试验流程稳定运行７２ｈ，进行全流程取样７　总尾矿　终精矿　图２　南芬选矿厂提铁降硅工艺流程图　Ｆｉｇ．２　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｆｉｏｗｓｈｅｅｔ　ｏｆ　ｉｒｏｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ａｎｄ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｎａｎｆｅｎ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ　５　生产实践　本钢南芬选矿在２００３年８月对提铁降硅改造　批，其最终精矿品位及二氧化硅含量见表２，工艺改　造前后的指标对比见表３。　表２工业试验全流程考查精矿指标　Ｔａｂｌｅ　２　Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ　ｉｎｄｅｘ　ｏｆ　ｆｕｌｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｄｕｓｔｉａｌｒ　ｔｅｓｔ　表３　提铁降硅工艺改造前后最终精矿指标对比　Ｔａｂｌｅ　３　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｉｎａｌ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ　ｉｎｄｅｘ　ｂｅｆｏｒｅ　ａｎｄ　ａｆｔｅｒ　ｉｒｏｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ａｎｄ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　５％降低到４．５％以下，铁精矿品位提高及ＳｉＯ，含量　降低幅度均很大，达到了本钢提铁降硅的要求。　６　结　语　１．磁选柱的励磁磁系是由六个均匀电流密度线　圈构成，每两个线圈为一组，构成三组组合线圈，能　指标　精矿品位精矿产率金　回收／％　／％　率／％　ｓｉ０ｚ含量　／％　原流程数据　６７．５０　改造流程数据＞６９．００　３５．０　８１．０（理论）　６．５　３３．５　８Ｏ．３（理论）　＜４．５　够极大地提高磁场的均匀度。在特殊的供电机制作　用下，每组线圈由上至下循环顺序通断电，产生连续　向下磁场均匀度较高的磁场力。　从表２、表３可知，改造后的流程可使最终铁精　矿品位由６７．５０％提高到６９％以上，ＳｉＯ：含量由６．　第５期　陈中航等：厚壁组合线圈在磁选设备中的应用与实践　金属矿山，２００３（５）：２２－２４．　・５３・　２．每个线圈通电时，在线圈内部及其上下范围　内均存在磁场。对于均匀电流密度线圈来说，可以　近似地认为，导线中的电流密度在轴线上是均匀的。　［５］袁志涛，韩跃新，郑龙熙．改善磁分离设备分选效果需要　解决的问题及途径［Ｊ］．２００３年全国破碎、磨矿及选别设　备学术研讨与技术交流会论文集［Ｒ］．２００３（１０）：２４１—　２４３．　３．每组线圈在通电时，组合线圈的磁场均匀度　较高，使磁性颗粒在不同位置所受的磁场力保持恒　定，从而保证分选精度。　４．磁选柱在南芬选矿厂的实践表明磁选柱可以　［６］胡永平，袁怀雨，刘保顺．提高和优化铁精矿品位的技术　途径［Ａ］．２００２年全国铁精矿提质降杂学术研讨及技术　交流会论文集［Ｃ］．２００２（９）：ｌ５—１９．　［７］孙仲元．高效磁选设备在铁精矿提质降杂中的应用［Ａ］．　满足提高精矿品位，降低精矿中ＳｉＯ　含量的要求。　参考文献　［１］刘秉裕，朱巨建．磁选柱的磁场和分选原理［Ｊ］．矿冶工　程，１９９７（６）：３１—３４．　２００２年全国铁精矿提质降杂学术研讨及技术交流会论　文集［Ｃ］．２００２（９）：３９—４４．　［８］刘秉裕，刘阳，刘芳．磁选柱分选原理及应用效果［Ａ］．　２００３年全国破碎、磨矿及选别设备学术研讨与技术交流　［２］陈广振，刘秉裕．磁选柱及其工业应用［Ｊ］．金属矿山，　２０００（９）：３０－３１，４３．　会论文集［Ｃ］．２００３（１０）：２３７—２４０．　［９］崔长志，李洪文，刘小城．弱磁精选设备在磁铁矿降硅提　铁中的研究与实践［Ｊ］．金属矿山，２００５（增刊）：３８９—　３９２．　［３］金文杰，朱高淑．曾丽．磁选柱分选攀钢选矿厂粗精矿的　试验研究［Ｊ］．金属矿山，２０００（４）：４５—４７．　［４］赵通林，周伟．磁选柱在弓长岭选矿厂的工业应用［Ｊ］．　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　Ｔｈｉｃｋ　Ｃｏｉｌｓ　ｉｎ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｓｅｐａｒａｔｏｒｓ　ＣＨＥＮ　Ｚｈｏｎｇ—ｈａｎｇ，ＺＨＡＯ　Ｔｏｎｇ—ｌｉｎ，ＣＨＥＮ　Ｇｕａｎｇ—ｚｈｅｎ　（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ａｎｓｈａｎ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｌｕｍｎ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｓｅｐａｒａｔｏｒ　ｉｓ　ａ　ｎｅｗ　ｔｙｐｅ　ｈｉｇｈ　ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｍａｇｆｎｅｔｉｃ　ｓｅｐａｒａｔｏｒ，ｂｙ　ａ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｍａｇ—　ｎｅｔｉｅ　ａｎｄ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｆｏｒｃｅｓ　ｅｘｅｒｔｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ—ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　ａｎｄ　８ｗｉｒｏ　ｌｉｎｇ　ｒｉｓｉｎｇ　ｆｌｏｗ，，ｉｔ　ｃａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｓｅｐａｒａｔｅ　ｔｈｅ　ｌｉｂｅｒａｔｅｄ　ｇａｎｇｕｅ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｒｇｒｏｗｔｈ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ＳＯ　ａｓ　ｔｏ　ｒａｉｓｅ　ｔｈｅ　ｉｒｏｎ　ｇｒａｄｅ　ａｎｄ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ＳｉＯ２　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ．Ｔｈｅ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｃｏｌｕｍｎ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｓｅｐａｒａｔｏｒ　ｉｓ　ＣＯＢ—　ｐｏｓｅｄ　ｏｆ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｇｒｏｕｐｓ　ｏｆ　ｔｈｉｃｋ　ｃｏｉｌｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｈｉｃｋ　ｃｏｉｌｓ，ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ　ａｒｅ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ．Ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｈｉｃｋ　ｃｏｉｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｌｕｍｎ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｓｅｐａｒａｔｏｒ，ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｉｚｅ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｆａｃｔｏｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｃｏｉｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｗｅｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｎ　ｔａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　ｕｎｉｆｏｒｍ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｃｏｉｌ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｉｌｓ　ｗａｓ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｉｓ，ｔｈｅ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｓｅｐａｒａｔｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ　ｃｏｉｌ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｃｏｌｕｍｎ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｓｅｐａｒａｔｏｒ　ｗａｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｉｒｏｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ａｎｄ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｒｏｎ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ　ｉｎ　Ｂｅｎｇａｎｇ　Ｎａｎｆｅｎ　ｏｒｅ　ｄｒｅｓｓｉｎｇ　ｐｌａｎｔ，ｔｈｅ　ｇｒａｄｅ　ｏｆ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ　ｗａｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｆｒｏｍ　６７．５０％ｔｏ　６９％ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ＳｉＯ２　ｗａｓ　ｄｅ—　ｃｒｅａｓｅｄ　ｆｒｏｍ　６．５％ｔｏ　４．５％．ｃｏｎｆｉｒｍｉｎｇ　ｔｈａｔ　ｉｔ　ｐｌａｙｓ　ａ　ｇｒｅａｔ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｆｌｏｗｓｈｅｅｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｇｎｅｔｉｔｅ　ｃｏｎｃｅｎ－　ｔｒａｔｏｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｃｏｌｕｍｎ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｓｅｐａｒａｔｏｒ；Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｔｈｉｃｋ　ｃｏｉｌｓ；Ｍａｇｎｅｔｉｃ　ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ；Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ；　Ｐｒａｃｔｉｃｅ