磁选机不同磁场分布对磁选效果的影响模拟分析

刘学勤

（同煤集团大地选煤公司塔山选煤厂，山西 大同037000）

引言

磁性矿物颗粒受到磁力的作用，会产生相应的运动，从而可以与非磁性的矿物进行分离，由此即可进行金属矿物的分选或者煤炭开采等非金属矿物的除杂。我国的煤炭开采量巨大，广泛地采用磁选机进行除杂作业，对于磁选机的效率具有较高的要求。磁选机在进行作业的过程中，磁性不同，对各种矿物颗粒产生的磁场力不同[1]，从而产生相应的分选结果。在进行洗选煤作业中，要想实现将杂质从原浆中分离出来，对于金属杂质颗粒的受力具有较高的要求，由于杂质颗粒的分布不均匀，磁场分布的不同对分选效果具有重要的影响[2]。采用有限元仿真分析的方式，对磁选机不同磁场分布时的分选效果进行分析，从而针对性地优化磁场分布，提高分选效果，提高煤炭的产出质量。

1 立式永磁精选机的建模

对磁选机的磁场进行模拟分析，可以采用有限元分析的方式，采用ANSYS Workbench建立磁选机的模型进行模拟计算，得到磁场的磁系分布，从而分析其对矿物颗粒分选的影响。采用ANSYS对磁选机的磁场进行模拟，选用Maxwell模块对磁场分析，采用静态场的方式对磁选机的磁场进行分析[3]。

磁选机的磁场作用主要由磁块及屏蔽层组成，磁极采用铁氧体进行制作，在工作过程中，磁性的变化使矿物颗粒在磁力的作用下进行充分运动从而实现分离。对磁选机的磁场进行模拟分析，选用其中一组磁极进行分析，对磁选机进行有限元建模[4]。

磁选机的磁块均为矩形结构，采用直接ANSYS直接生成模型的方式，对磁系进行建模，分别设置磁块与屏蔽层的材料属性。根据立式永磁精选机的结构建立磁选机磁系的模型如图1所示，其中，灰色部分表示磁块与屏蔽层，白色部分表示空气，对模型的参数进行设定。磁极材料采用Y30的铁氧体材料，对磁场进行静态模拟，对设定的区域采用边界设定，避免外界的干扰[5]。

图1 磁选机有限元模型

磁选机选用永磁磁系，产生的磁场作用不变，设定磁场的自由度方向。对磁选机的模型进行网格的划分，由于网格划分的精密性对计算结果具有较大的影响，且磁选机的磁场强度较强，磁力线分布较密，对模型采用自适应的网格来进行网格划分，并且磁块的网格最密，进行自适应网格划分之后进行网格的细化，得到磁选机的网格划分模型[6]。

2 磁选机不同磁场分布的模拟分析

2.1 不同纵向间距的磁场作用分析

磁选机的磁场分布主要由磁极间的间距决定，磁极的间距可以分为纵向间距和横向间距，针对磁极间距的不同，对磁场的磁感应强度进行分析。首先对磁极的纵向间距进行模拟分析，选定磁极的横向距离为35 mm，选定磁极的纵向间距为44.5 mm、46 mm、47.5 mm，分别进行磁感应强度的计算。

采用ANSYS模拟计算，得到不同纵向间距的磁感应强度计算结果如下页图2所示，从图2中可以看出，磁选机的磁感应强度在不同的纵向间距下的分布趋势基本一致，在水平层中的磁感应强度变化不大，在磁块中，磁感应强度最高的地方位于磁块的边缘处，在纵向间距变大的情况下，磁极之间的磁感应强度随之减小，但减小的幅度逐渐减弱，在横向磁极间的磁感应强度变化不大，说明在分选的作用区域内，矿物颗粒所受到的磁场力相对平稳，利于矿物颗粒在横向上的过渡分离。在纵向上的磁感应强度成螺旋状分布，且纵向间距的增加，磁场减小的幅度变小，不利于矿物颗粒的翻转运动，对于分选的效果造成影响。在纵向间距较小的情况下，其作用的深度有限，不能形成稳定均匀的磁场，使得矿物颗粒的运动不稳定，容易在运动过程中突然脱落，降低分选的效果。

图2 不同纵向间距下磁感应强度分布

2.2 不同横向间距的磁场作用分析

对于磁场的纵向间距进行分析后，针对磁场的横向间距进行分析，在选定纵向间距为47.5 mm的情况下，对横向间距为31 mm、33 mm、35 mm时的磁感应强度进行分析，得到如图3所示的磁感应强度分布图。从图3中可以看出，随着横向间距的增加，磁感应强度逐渐减小，且减小的幅度逐渐变小，在磁极间距较小时，减小的速度较快，这说明在横向间距较小时，磁极的磁感应强度大，但是作用范围有限，不能形成稳定的磁场，因此常选用较大的横向间距进行分选作用，但横向间距过大时，也不利于分选过程的进行。

图3 不同横向间距下磁感应强度分布

3 结论

针对磁场的作用，采用ANSYS有限元分析的方式，对磁极的纵向间距和横向间距对磁感应强度进行分析。结果表明，在分选过程中，随着纵向间距的增加，磁感应强度逐渐减小，且减小的幅度变小，这不利于矿物颗粒的分选。在纵向间距较小的情况下，其作用的深度有限，不能形成稳定均匀的磁场，使得矿物颗粒的运动不稳定，容易在运动过程中突然脱落，降低分选的效果。随着横向间距的增加，磁感应强度逐渐减小，且减小的幅度逐渐变小，在横向间距较小时，磁极的磁感应强度大，但是作用范围有限，不能形成稳定的磁场，因此常选用较大的横向间距进行分选。对于煤炭的分选，磁选机要选择合适的磁极纵向间距和横向间距协同作业，以提高磁选机的分选效果。