浅谈球磨机磁性衬板的研究及应用

尚焕成

(江西铜业集团公司材料设备公司,江西贵溪 335424)

浅谈球磨机磁性衬板的研究及应用

尚焕成

(江西铜业集团公司材料设备公司,江西贵溪 335424)

磁性衬板是一种新型的球磨机衬板,应用于含磁性矿的矿石磨矿时,由于在衬板工作面能吸附一层磁性物质,可形成保护膜,减少衬板工作面与运动的介质和物料直接接触,从而可达到延长衬板寿命的目的。本文主要就磁性衬板的研究概况、特性及应用情况进行了阐述。

球磨机;磁性衬板;磁场特性;磁系结构

衬板是磨机的主要消耗部件,到目前为止,国内使用的磨机衬板,依材料分有:马氏体钢衬板、贝氏体钢衬板、奥氏体钢衬板、珠光体钢衬板、聚氨酯弹性体衬板、橡胶衬板及磁性衬板等。

目前国内球磨机衬板多用高锰钢材料制造,由于高锰钢在球磨的工况条件下不能达到充分的加工硬化,因此达不到应有的耐磨性能。一般高锰钢衬板在一段磨机上使用寿命为 6～10个月,在二段磨机上使用寿命为 10～18个月。各矿山选矿厂用于处理铁矿石的球磨机有上千台,这些磨机每年就消耗衬板 5万 t以上,耗费资金约 2.5亿元。

磁性衬板是靠磁力在衬板工作面吸附一层磁性物质,形成保护层,减少衬板工作面与运动的介质和物料直接接触,从而达到减轻磨损,延长衬板寿命的目的。

1 国内外概况

在 20世纪 70年代,挪威和美国就有人提出了用磁性衬板保护球磨机筒体和溜槽的建议。1980年瑞典 Skega公司橡胶衬板的创始人 Bertil Brandt在专利中提出了 8种较实用的磁性衬板结构[2]。1983年 1月,加拿大的第十五届选矿会议上介绍了磁性磨机衬板在诺兰达矿山有限公司 Horne选矿厂的试验和应用情况。国外在 90年代初期开始在加拿大、美国、北欧、南美洲、非洲等一些国家和地区推广应用磁性衬板。

国内对磁性衬板的研制始于 80年代末。研究单位主要有北京矿冶研究总院、沈阳光大科技研究所、长沙矿冶研究院和鞍山矿山设计院等单位。北京矿冶研究总院研制的磁性衬板较为成熟,其它单位研制的磁性衬板大多只能成功应用于磨机筒体,而且限于 Ø3.2m以下的中小型二段球磨机。北京矿冶研究总院为包钢选矿厂 Ø3.6×6.0 m溢流型球磨机研制的 HM型全套磁性衬板的应用成功,使磁性衬板取得了很大进展。该磁性衬板不仅是国内最大规格的球磨机磁性衬板,而且首次实现了大型磨机衬板的全部磁性化。

磁性衬板的结构分为两种形式:一是利用电磁铁的磁力保护原有的衬板;二是利用磁性材料制成衬板,使筒体内壁产生一种自动再生的动态保护层,目前成功应用的磁性衬板大都是这种结构。

2 HM型大型磨机磁性衬板的研制

磁性衬板由磁系、保护磁系的外壳以及联结其两者的弹性粘胶剂构成。磁系的设计是磁性衬板研制成功的关键,需着重从构成磁系的材料特性、磁系结构及其表现的磁场特性这三个方面进行研究。

大型球磨机磁性端衬板在国内还没有成功应用的报道,主要原因是其受力方向与筒体衬板有较大不同。筒体衬板在工作中受到的冲力的法向分力较大,相对来说在筒体上的吸附和对保护层的吸附都较牢固。而端衬板在工作中受到的冲力的切向分力较大,因此相对来说在端盖上的吸附和对保护层的吸附牢固性都较差。通过研究分析,我们根据已有的筒体衬板方面的经验,采取了一些特殊的措施,使端衬板能够成功地应用于大型磨机上。

2.1 磁系材料特性

磁系材料特性的好坏对衬板的性能有直接的影响,按照磁性衬板的使用条件,应选用硬磁材料。目前比较通用的硬磁材料有合金磁铁和陶瓷磁铁两种。这两种材料都有各自的优缺点。从经济因素和磁性衬板的使用条件综合考虑,并考虑到我院在磁性材料方面的优势,决定采用我院按照独有的先进配方和工艺生产的优质陶瓷磁铁,其剩磁Br可以达到 0.4 T,矫顽力 Hcb为 230 kA/m。

通过对衬板和保护层的重量以及负荷冲击力的估算,确定所需要的磁力大小,根据磁力计算公式:

F=39.8B2S

式中:F为磁力 (kN);S为接触面积 (m2);B为磁感应强度(T)。

可以确定磁极的磁感强度,从而可以确定磁极的尺寸。

图 1 永磁体厚度与表面磁感应强度关系曲线

磁极的尺寸与磁极表面磁场强度和磁场作用深度有直接关系。磁极底边比一定时,随着磁极厚度的增加,其表面的平均磁场强度增高,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随之增加,因此当磁极厚度增加到一定值时,磁极表面的平均磁场强度增加幅度越来越小,图 1为我们实测的永磁体厚度与其表面磁感应强度关系曲线。

2.2 磁系结构

磁极在组成磁系后,其表面的场强和作用深度与组成磁系后的极数、极性、极距、极隙和磁系宽度等参数有关。

图5中,K_num为当前四字节中/K/字节的个数;RES_INIT为RE_SYNC模块初始状态指示信号;sync为同步请求信号。系统复位或者处于码组同步状态下,RE_SYNC模块处于RE_SYNC_ INIT状态,当码组同步结束后,即满足sync&K_num==0时跳转到RE_SYNC_ DATA状态。在RE_ SYNC_DATA状态下如果检测到/K/字节后就会跳入RE_SYNC_CHECK状态,如果在RE_SYNC_ CHECK状态能连续检测到4个/K/字节就表明是发端发起了重同步,立即进入RE_ SYNC_INIT状态,同时拉高RES_INIT信号,通知其余同步模块。

根据衬板表面吸附的保护层的厚度要求,磁系表面不仅要有足够的磁场强度,还要有适宜的磁场作用深度。极距的变化对磁系的磁场强度和磁场作用深度都有影响。永磁磁系沿磁极对称面上的磁场强度变化规律可以用以下公式表示:

式中:Hx为离极面 x(cm)处的磁场强度(A/m); H0为极面上的磁场强度(A/m);c为磁场非均匀系数; l为极距(cm);R为磁极表面到筒体中心的距离(cm); Fx为离极面任一点处的磁场力(N/m2);gradH为磁场梯度(A/m2)。

从上式看出,当极距 l较小时,磁场梯度大,反之磁场梯度小,图 2为实测的不同极距时磁场强度沿极面中心垂直方向的变化曲线。

在以上研究的基础上,最终确定了多极布置、较小的磁极距、较高的磁场强度、较高的磁场梯度的开放磁系。

图 2 不同极距时磁场强度沿垂直方向的变化曲线

2.3 磁场特性

该磁系所表现的磁场特性为:单块衬板安装到筒体后,由于磁路磁阻和磁通分布得到改善,并能形成封闭的磁路,衬板表面的磁场强度得到进一步增强;极距较小,磁场梯度大,磁极表面磁场吸力大,离开极面不远,磁场强度下降较多,从而使衬板表面吸附的保护层更稳定而又不会太厚;衬板N、S极的交替排列方式和宽极系的设计,使衬板表面的磁场强度分布呈均匀的自然波形,有利于保护层的稳定和磨机的工作条件改善;衬板表面吸附的保护层内部被二次磁化并相互形成封闭磁路,也有利于保护层的稳定,而在保护层表面的磁场强度几乎为零,因此不会对被磨物料造成磁化作用而影响分级。使整个衬板的磁场特性符合衬板的工况要求。

3 生产应用与考察

3.1 原矿性质

包钢(集团)公司选矿厂是一大型铁 -稀土选矿厂,始建于 1958年,现已建成 8个选矿系列,年处理矿石能力 1100万 t以上[1]。包钢选矿厂原矿来自白云鄂博矿,该矿属沉积变质 -高温热液交代大型铁 -稀土多金属共生矿床,质量密度为 3.7 t/m3,体积密度为 2.3 t/m2,普氏硬度为 8～12,铁品位为32.0%,原矿中磁铁矿占 50%～51%。磁铁矿属强磁性矿物,比磁化率 x=6300～12000 m3/kg,其存在为磁性衬板的成功应用提供了良好的基础。

3.2 生产应用与考察结果

3.2.1 磨损量考察和寿命分析

包钢选厂六系列二次 Ø3.6 m×6.0 m溢流型球磨机安装全套 HM型磁性衬板(包括筒体衬板和端衬板),运行效果令人满意。图 3为安装磁性衬板的六系列二次球磨机,图 4为球磨机内部的照片,可以看出衬板表面的吸附保护层非常均匀牢固。

经现场估算,筒体衬板的整个使用寿命将超过6年的设计值。

端衬板较筒体衬板磨损量稍大,磨损规律是,内圈和外圈衬板磨损较少,中间的衬板磨损较多,这表明大部分介质和物料在这个区域运动,并对相应的端衬板部分造成较大磨损。

3.2.2 磁性衬板对球磨机处理量的影响

六系列二次球磨机安装磁性衬板前后的处理量对比见表 1。七系列二次球磨机使用的是高锰钢衬板,六、七系列二次球磨机处理量对比见表 2。

表 2 使用磁性衬板和高锰钢衬板的处理量对比

由表 1、表 2可见,纵向对比和横向对比结果都表明,六系列二次球磨机安装磁性衬板后磨机处理量略有提高。纵向对比处理量提高 15.5 t/h,横向对比处理量提高 6.1 t/h,考虑纵向对比处理矿石的性质和粒度会有变化,所以以横向对比提高量为准,提高率为3.16%。

3.2.3 磁性衬板对磨机作业率的影响

包钢选矿厂统计,在相同情况下,使用高锰钢衬板每年用于安装维修的时间为 238h,而使用磁性衬板除了用于安装需要 24h外,在其整个使用周期里不需维护,即平均每年仅需 4 h,则使用磁性衬板每年节约时间为 234 h,可提高磨机作业率 3.14%。

3.2.4 使用磁性衬板对球磨机磨矿粒度、磁选精矿品位、回收率的影响

表 3中看出,六系列二次球磨机安装磁性衬板后,不但不影响磨矿粒度,而且与七系列相比,反而使磨矿粒度有所降低。

从表 4中看出,六系列与七系列的磁选精矿品位和回收率基本一致,说明安装磁性衬板对磁选精矿品位和回收率的指标没有不良影响。

表 3 六、七系列二次球磨机磨矿粒度 (/% -75μm含量)对比

表 4 六、七系列磁选精矿品位和回收率对比 /%

3.2.5 五、六系列二次球磨机生产指标的考察

为了系统进行磁性衬板生产指标与高锰钢衬板的比较。选矿厂于 2001年 8月对处理磁矿的五、六两个系列磨矿流程同时考察,两个系列处理矿石性质、磨矿分级设备和流程完全相同,其中五系列二次Ø3.6 m×6.0m球磨机为高锰钢衬板,六系列二次Ø3.6 m×6.0m球磨机为北京矿冶研究总院研制的HM型大型磨机磁性衬板。取样考察结果与应用数据基本一致。

4 结语

HM型大型磨机磁性衬板采用先进的材料,通过科学的磁系和结构设计,成功地应用于包钢选矿厂 Ø3.6 m×6.0 m溢流型球磨机上,这是目前成功应用的最大规格的全套磨机磁性衬板。

衬板寿命预计为 6年以上,可达到高锰钢衬板的 4～6倍。不需维护,提高磨机作业率 3.14%。磁性衬板较高锰钢衬板薄,可增大磨机容积,提高磨机处理能力 3.16%。对磨矿产品粒度、磁选精矿品位和回收率没有不良影响。磁性衬板还具有使用寿命长、质量轻、厚度薄、磨矿粒度细、噪音小、节球、节电、作业率高、无故障、无螺栓固定、安装轻便快捷、不漏矿浆、减轻工人劳动强度、工作环境好、运行零缺陷、零维护、零成本、投资回收期小于 1年,经济效益和社会效益极其显著等特点[3],每系列每年就可为包钢选厂增加经济效益 117.8万元。

REFERENCES

[1] 吴建明.HM型磁性衬板及其在包钢选厂的应用[J].金属矿山,2002,9.

[2] 王金玮,相炜鹏.磁性衬板在钼矿山一段大型球磨机的应用[J].中国钼业,2005,2.

[3] 苏兴强,周鲁生,段其福.金属磁性衬板应用进展[J].金属矿山,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

尚焕成(1977-),男,汉族,河南省遂平县人,大学本科,工程师,主要从事矿山设备的供应与管理工作。E-mail:43048476@qq.com