淺談球磨機磁性襯板的研究及應用

尚煥成

(江西銅業集團公司材料設備公司,江西貴溪 335424)

淺談球磨機磁性襯板的研究及應用

尚煥成

(江西銅業集團公司材料設備公司,江西貴溪 335424)

磁性襯板是一種新型的球磨機襯板,應用于含磁性礦的礦石磨礦時,由于在襯板工作面能吸附一層磁性物質,可形成保護膜,減少襯板工作面與運動的介質和物料直接接觸,從而可達到延長襯板壽命的目的。本文主要就磁性襯板的研究概況、特性及應用情況進行了闡述。

球磨機;磁性襯板;磁場特性;磁系結構

襯板是磨機的主要消耗部件,到目前為止,國內使用的磨機襯板,依材料分有:馬氏體鋼襯板、貝氏體鋼襯板、奧氏體鋼襯板、珠光體鋼襯板、聚氨酯彈性體襯板、橡膠襯板及磁性襯板等。

目前國內球磨機襯板多用高錳鋼材料制造,由于高錳鋼在球磨的工況條件下不能達到充分的加工硬化,因此達不到應有的耐磨性能。一般高錳鋼襯板在一段磨機上使用壽命為 6～10個月,在二段磨機上使用壽命為 10～18個月。各礦山選礦廠用于處理鐵礦石的球磨機有上千臺,這些磨機每年就消耗襯板 5萬 t以上,耗費資金約 2.5億元。

磁性襯板是靠磁力在襯板工作面吸附一層磁性物質,形成保護層,減少襯板工作面與運動的介質和物料直接接觸,從而達到減輕磨損,延長襯板壽命的目的。

1 國內外概況

在 20世紀 70年代,挪威和美國就有人提出了用磁性襯板保護球磨機筒體和溜槽的建議。1980年瑞典 Skega公司橡膠襯板的創始人 Bertil Brandt在專利中提出了 8種較實用的磁性襯板結構[2]。1983年 1月,加拿大的第十五屆選礦會議上介紹了磁性磨機襯板在諾蘭達礦山有限公司 Horne選礦廠的試驗和應用情況。國外在 90年代初期開始在加拿大、美國、北歐、南美洲、非洲等一些國家和地區推廣應用磁性襯板。

國內對磁性襯板的研制始于 80年代末。研究單位主要有北京礦冶研究總院、沈陽光大科技研究所、長沙礦冶研究院和鞍山礦山設計院等單位。北京礦冶研究總院研制的磁性襯板較為成熟,其它單位研制的磁性襯板大多只能成功應用于磨機筒體,而且限于 ?3.2m以下的中小型二段球磨機。北京礦冶研究總院為包鋼選礦廠 ?3.6×6.0 m溢流型球磨機研制的 HM型全套磁性襯板的應用成功,使磁性襯板取得了很大進展。該磁性襯板不僅是國內最大規格的球磨機磁性襯板,而且首次實現了大型磨機襯板的全部磁性化。

磁性襯板的結構分為兩種形式:一是利用電磁鐵的磁力保護原有的襯板;二是利用磁性材料制成襯板,使筒體內壁產生一種自動再生的動態保護層,目前成功應用的磁性襯板大都是這種結構。

2 HM型大型磨機磁性襯板的研制

磁性襯板由磁系、保護磁系的外殼以及聯結其兩者的彈性粘膠劑構成。磁系的設計是磁性襯板研制成功的關鍵,需著重從構成磁系的材料特性、磁系結構及其表現的磁場特性這三個方面進行研究。

大型球磨機磁性端襯板在國內還沒有成功應用的報道,主要原因是其受力方向與筒體襯板有較大不同。筒體襯板在工作中受到的沖力的法向分力較大,相對來說在筒體上的吸附和對保護層的吸附都較牢固。而端襯板在工作中受到的沖力的切向分力較大,因此相對來說在端蓋上的吸附和對保護層的吸附牢固性都較差。通過研究分析,我們根據已有的筒體襯板方面的經驗,采取了一些特殊的措施,使端襯板能夠成功地應用于大型磨機上。

2.1 磁系材料特性

磁系材料特性的好壞對襯板的性能有直接的影響,按照磁性襯板的使用條件,應選用硬磁材料。目前比較通用的硬磁材料有合金磁鐵和陶瓷磁鐵兩種。這兩種材料都有各自的優缺點。從經濟因素和磁性襯板的使用條件綜合考慮,并考慮到我院在磁性材料方面的優勢,決定采用我院按照獨有的先進配方和工藝生產的優質陶瓷磁鐵,其剩磁Br可以達到 0.4 T,矯頑力 Hcb為 230 kA/m。

通過對襯板和保護層的重量以及負荷沖擊力的估算,確定所需要的磁力大小,根據磁力計算公式:

F=39.8B2S

式中:F為磁力 (kN);S為接觸面積 (m2);B為磁感應強度(T)。

可以確定磁極的磁感強度,從而可以確定磁極的尺寸。

圖 1 永磁體厚度與表面磁感應強度關系曲線

磁極的尺寸與磁極表面磁場強度和磁場作用深度有直接關系。磁極底邊比一定時,隨著磁極厚度的增加,其表面的平均磁場強度增高,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隨之增加,因此當磁極厚度增加到一定值時,磁極表面的平均磁場強度增加幅度越來越小,圖 1為我們實測的永磁體厚度與其表面磁感應強度關系曲線。

2.2 磁系結構

磁極在組成磁系后,其表面的場強和作用深度與組成磁系后的極數、極性、極距、極隙和磁系寬度等參數有關。

圖5中,K_num為當前四字節中/K/字節的個數;RES_INIT為RE_SYNC模塊初始狀態指示信號;sync為同步請求信號。系統復位或者處于碼組同步狀態下,RE_SYNC模塊處于RE_SYNC_ INIT狀態,當碼組同步結束后,即滿足sync&K_num==0時跳轉到RE_SYNC_ DATA狀態。在RE_ SYNC_DATA狀態下如果檢測到/K/字節后就會跳入RE_SYNC_CHECK狀態,如果在RE_SYNC_ CHECK狀態能連續檢測到4個/K/字節就表明是發端發起了重同步,立即進入RE_ SYNC_INIT狀態,同時拉高RES_INIT信號,通知其余同步模塊。

根據襯板表面吸附的保護層的厚度要求,磁系表面不僅要有足夠的磁場強度,還要有適宜的磁場作用深度。極距的變化對磁系的磁場強度和磁場作用深度都有影響。永磁磁系沿磁極對稱面上的磁場強度變化規律可以用以下公式表示:

式中:Hx為離極面 x(cm)處的磁場強度(A/m); H0為極面上的磁場強度(A/m);c為磁場非均勻系數; l為極距(cm);R為磁極表面到筒體中心的距離(cm); Fx為離極面任一點處的磁場力(N/m2);gradH為磁場梯度(A/m2)。

從上式看出,當極距 l較小時,磁場梯度大,反之磁場梯度小,圖 2為實測的不同極距時磁場強度沿極面中心垂直方向的變化曲線。

在以上研究的基礎上,最終確定了多極布置、較小的磁極距、較高的磁場強度、較高的磁場梯度的開放磁系。

圖 2 不同極距時磁場強度沿垂直方向的變化曲線

2.3 磁場特性

該磁系所表現的磁場特性為:單塊襯板安裝到筒體后,由于磁路磁阻和磁通分布得到改善,并能形成封閉的磁路,襯板表面的磁場強度得到進一步增強;極距較小,磁場梯度大,磁極表面磁場吸力大,離開極面不遠,磁場強度下降較多,從而使襯板表面吸附的保護層更穩定而又不會太厚;襯板N、S極的交替排列方式和寬極系的設計,使襯板表面的磁場強度分布呈均勻的自然波形,有利于保護層的穩定和磨機的工作條件改善;襯板表面吸附的保護層內部被二次磁化并相互形成封閉磁路,也有利于保護層的穩定,而在保護層表面的磁場強度幾乎為零,因此不會對被磨物料造成磁化作用而影響分級。使整個襯板的磁場特性符合襯板的工況要求。

3 生產應用與考察

3.1 原礦性質

包鋼(集團)公司選礦廠是一大型鐵 -稀土選礦廠,始建于 1958年,現已建成 8個選礦系列,年處理礦石能力 1100萬 t以上[1]。包鋼選礦廠原礦來自白云鄂博礦,該礦屬沉積變質 -高溫熱液交代大型鐵 -稀土多金屬共生礦床,質量密度為 3.7 t/m3,體積密度為 2.3 t/m2,普氏硬度為 8～12,鐵品位為32.0%,原礦中磁鐵礦占 50%～51%。磁鐵礦屬強磁性礦物,比磁化率 x=6300～12000 m3/kg,其存在為磁性襯板的成功應用提供了良好的基礎。

3.2 生產應用與考察結果

3.2.1 磨損量考察和壽命分析

包鋼選廠六系列二次 ?3.6 m×6.0 m溢流型球磨機安裝全套 HM型磁性襯板(包括筒體襯板和端襯板),運行效果令人滿意。圖 3為安裝磁性襯板的六系列二次球磨機,圖 4為球磨機內部的照片,可以看出襯板表面的吸附保護層非常均勻牢固。

經現場估算,筒體襯板的整個使用壽命將超過6年的設計值。

端襯板較筒體襯板磨損量稍大,磨損規律是,內圈和外圈襯板磨損較少,中間的襯板磨損較多,這表明大部分介質和物料在這個區域運動,并對相應的端襯板部分造成較大磨損。

3.2.2 磁性襯板對球磨機處理量的影響

六系列二次球磨機安裝磁性襯板前后的處理量對比見表 1。七系列二次球磨機使用的是高錳鋼襯板,六、七系列二次球磨機處理量對比見表 2。

表 2 使用磁性襯板和高錳鋼襯板的處理量對比

由表 1、表 2可見,縱向對比和橫向對比結果都表明,六系列二次球磨機安裝磁性襯板后磨機處理量略有提高。縱向對比處理量提高 15.5 t/h,橫向對比處理量提高 6.1 t/h,考慮縱向對比處理礦石的性質和粒度會有變化,所以以橫向對比提高量為準,提高率為3.16%。

3.2.3 磁性襯板對磨機作業率的影響

包鋼選礦廠統計,在相同情況下,使用高錳鋼襯板每年用于安裝維修的時間為 238h,而使用磁性襯板除了用于安裝需要 24h外,在其整個使用周期里不需維護,即平均每年僅需 4 h,則使用磁性襯板每年節約時間為 234 h,可提高磨機作業率 3.14%。

3.2.4 使用磁性襯板對球磨機磨礦粒度、磁選精礦品位、回收率的影響

表 3中看出,六系列二次球磨機安裝磁性襯板后,不但不影響磨礦粒度,而且與七系列相比,反而使磨礦粒度有所降低。

從表 4中看出,六系列與七系列的磁選精礦品位和回收率基本一致,說明安裝磁性襯板對磁選精礦品位和回收率的指標沒有不良影響。

表 3 六、七系列二次球磨機磨礦粒度 (/% -75μm含量)對比

表 4 六、七系列磁選精礦品位和回收率對比 /%

3.2.5 五、六系列二次球磨機生產指標的考察

為了系統進行磁性襯板生產指標與高錳鋼襯板的比較。選礦廠于 2001年 8月對處理磁礦的五、六兩個系列磨礦流程同時考察,兩個系列處理礦石性質、磨礦分級設備和流程完全相同,其中五系列二次?3.6 m×6.0m球磨機為高錳鋼襯板,六系列二次?3.6 m×6.0m球磨機為北京礦冶研究總院研制的HM型大型磨機磁性襯板。取樣考察結果與應用數據基本一致。

4 結語

HM型大型磨機磁性襯板采用先進的材料,通過科學的磁系和結構設計,成功地應用于包鋼選礦廠 ?3.6 m×6.0 m溢流型球磨機上,這是目前成功應用的最大規格的全套磨機磁性襯板。

襯板壽命預計為 6年以上,可達到高錳鋼襯板的 4～6倍。不需維護,提高磨機作業率 3.14%。磁性襯板較高錳鋼襯板薄,可增大磨機容積,提高磨機處理能力 3.16%。對磨礦產品粒度、磁選精礦品位和回收率沒有不良影響。磁性襯板還具有使用壽命長、質量輕、厚度薄、磨礦粒度細、噪音小、節球、節電、作業率高、無故障、無螺栓固定、安裝輕便快捷、不漏礦漿、減輕工人勞動強度、工作環境好、運行零缺陷、零維護、零成本、投資回收期小于 1年,經濟效益和社會效益極其顯著等特點[3],每系列每年就可為包鋼選廠增加經濟效益 117.8萬元。

REFERENCES

[1] 吳建明.HM型磁性襯板及其在包鋼選廠的應用[J].金屬礦山,2002,9.

[2] 王金瑋,相煒鵬.磁性襯板在鉬礦山一段大型球磨機的應用[J].中國鉬業,2005,2.

[3] 蘇興強,周魯生,段其福.金屬磁性襯板應用進展[J].金屬礦山,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

尚煥成(1977-),男,漢族,河南省遂平縣人,大學本科,工程師,主要從事礦山設備的供應與管理工作。E-mail:43048476@qq.com