磁選機不同磁場分布對磁選效果的影響模擬分析

劉學勤

（同煤集團大地選煤公司塔山選煤廠，山西 大同037000）

引言

磁性礦物顆粒受到磁力的作用，會產生相應的運動，從而可以與非磁性的礦物進行分離，由此即可進行金屬礦物的分選或者煤炭開采等非金屬礦物的除雜。我國的煤炭開采量巨大，廣泛地采用磁選機進行除雜作業，對于磁選機的效率具有較高的要求。磁選機在進行作業的過程中，磁性不同，對各種礦物顆粒產生的磁場力不同[1]，從而產生相應的分選結果。在進行洗選煤作業中，要想實現將雜質從原漿中分離出來，對于金屬雜質顆粒的受力具有較高的要求，由于雜質顆粒的分布不均勻，磁場分布的不同對分選效果具有重要的影響[2]。采用有限元仿真分析的方式，對磁選機不同磁場分布時的分選效果進行分析，從而針對性地優化磁場分布，提高分選效果，提高煤炭的產出質量。

1 立式永磁精選機的建模

對磁選機的磁場進行模擬分析，可以采用有限元分析的方式，采用ANSYS Workbench建立磁選機的模型進行模擬計算，得到磁場的磁系分布，從而分析其對礦物顆粒分選的影響。采用ANSYS對磁選機的磁場進行模擬，選用Maxwell模塊對磁場分析，采用靜態場的方式對磁選機的磁場進行分析[3]。

磁選機的磁場作用主要由磁塊及屏蔽層組成，磁極采用鐵氧體進行制作，在工作過程中，磁性的變化使礦物顆粒在磁力的作用下進行充分運動從而實現分離。對磁選機的磁場進行模擬分析，選用其中一組磁極進行分析，對磁選機進行有限元建模[4]。

磁選機的磁塊均為矩形結構，采用直接ANSYS直接生成模型的方式，對磁系進行建模，分別設置磁塊與屏蔽層的材料屬性。根據立式永磁精選機的結構建立磁選機磁系的模型如圖1所示，其中，灰色部分表示磁塊與屏蔽層，白色部分表示空氣，對模型的參數進行設定。磁極材料采用Y30的鐵氧體材料，對磁場進行靜態模擬，對設定的區域采用邊界設定，避免外界的干擾[5]。

圖1 磁選機有限元模型

磁選機選用永磁磁系，產生的磁場作用不變，設定磁場的自由度方向。對磁選機的模型進行網格的劃分，由于網格劃分的精密性對計算結果具有較大的影響，且磁選機的磁場強度較強，磁力線分布較密，對模型采用自適應的網格來進行網格劃分，并且磁塊的網格最密，進行自適應網格劃分之后進行網格的細化，得到磁選機的網格劃分模型[6]。

2 磁選機不同磁場分布的模擬分析

2.1 不同縱向間距的磁場作用分析

磁選機的磁場分布主要由磁極間的間距決定，磁極的間距可以分為縱向間距和橫向間距，針對磁極間距的不同，對磁場的磁感應強度進行分析。首先對磁極的縱向間距進行模擬分析，選定磁極的橫向距離為35 mm，選定磁極的縱向間距為44.5 mm、46 mm、47.5 mm，分別進行磁感應強度的計算。

采用ANSYS模擬計算，得到不同縱向間距的磁感應強度計算結果如下頁圖2所示，從圖2中可以看出，磁選機的磁感應強度在不同的縱向間距下的分布趨勢基本一致，在水平層中的磁感應強度變化不大，在磁塊中，磁感應強度最高的地方位于磁塊的邊緣處，在縱向間距變大的情況下，磁極之間的磁感應強度隨之減小，但減小的幅度逐漸減弱，在橫向磁極間的磁感應強度變化不大，說明在分選的作用區域內，礦物顆粒所受到的磁場力相對平穩，利于礦物顆粒在橫向上的過渡分離。在縱向上的磁感應強度成螺旋狀分布，且縱向間距的增加，磁場減小的幅度變小，不利于礦物顆粒的翻轉運動，對于分選的效果造成影響。在縱向間距較小的情況下，其作用的深度有限，不能形成穩定均勻的磁場，使得礦物顆粒的運動不穩定，容易在運動過程中突然脫落，降低分選的效果。

圖2 不同縱向間距下磁感應強度分布

2.2 不同橫向間距的磁場作用分析

對于磁場的縱向間距進行分析后，針對磁場的橫向間距進行分析，在選定縱向間距為47.5 mm的情況下，對橫向間距為31 mm、33 mm、35 mm時的磁感應強度進行分析，得到如圖3所示的磁感應強度分布圖。從圖3中可以看出，隨著橫向間距的增加，磁感應強度逐漸減小，且減小的幅度逐漸變小，在磁極間距較小時，減小的速度較快，這說明在橫向間距較小時，磁極的磁感應強度大，但是作用范圍有限，不能形成穩定的磁場，因此常選用較大的橫向間距進行分選作用，但橫向間距過大時，也不利于分選過程的進行。

圖3 不同橫向間距下磁感應強度分布

3 結論

針對磁場的作用，采用ANSYS有限元分析的方式，對磁極的縱向間距和橫向間距對磁感應強度進行分析。結果表明，在分選過程中，隨著縱向間距的增加，磁感應強度逐漸減小，且減小的幅度變小，這不利于礦物顆粒的分選。在縱向間距較小的情況下，其作用的深度有限，不能形成穩定均勻的磁場，使得礦物顆粒的運動不穩定，容易在運動過程中突然脫落，降低分選的效果。隨著橫向間距的增加，磁感應強度逐漸減小，且減小的幅度逐漸變小，在橫向間距較小時，磁極的磁感應強度大，但是作用范圍有限，不能形成穩定的磁場，因此常選用較大的橫向間距進行分選。對于煤炭的分選，磁選機要選擇合適的磁極縱向間距和橫向間距協同作業，以提高磁選機的分選效果。