SLon立環脈動磁選機轉環傳動系統優化設計及應用

李雨涵 李 磊 王朋杰

（贛州金環磁選科技裝備股份有限公司）

SLon 立環脈動高梯度磁選機（以下簡稱SLon 磁選機）具有優異的機電、選礦性能，適用于細粒級弱磁性礦的分選以及非金屬礦的除鐵提純，經過30 多年的改進與創新，SLon 磁選機不斷向著自動化、高效節能化方向發展［1-6］。目前，市面上的磁選機轉環傳動大部分采用減速器與電動機分開的連接方式，考慮到電機和傳動裝置的尺寸、質量、帶傳動和減速器的傳動比以及安裝空間，傳統的磁選機轉環傳動減速器與電機通過皮帶連接傳動，占地較大，傳動效率低，不能保持準確的傳動比，彈性滑動、打滑，皮帶易損壞、壽命短，運行成本高。為此，采用減速器與電機一體式連接的優化方案，解決以上不利因素。

1 磁選機的結構及工作原理

SLon 磁選機主要包括進料操作系統、磁場系統、過濾系統及廢料排出系統（圖1），從具體構成元器件看，其主要由水斗、鐵鎧、勵磁線圈等要素構成。其中，冷卻系統為水內冷、雙循環的冷卻形式，使線圈工作溫度降低，從而提供穩定的磁場，設備作業率高達98%以上；轉環立式旋轉、反向沖洗磁性物，粗顆粒礦石不必穿過磁介質堆便可被沖洗出來，磁介質不易堵塞；采用礦漿脈動設計，礦物顆粒在流體力、脈動力、重力等綜合力場下能充分松散分層，并得到有效分選。

2 轉環轉速計算及受力分析

SLon 磁選機的主要創新點在于轉環立式旋轉、礦粒軌跡與沖洗方向相反、磁系磁場垂直走向的結構設計，該種礦粒反向沖洗軌跡和垂直磁場磁系相匹配的獨特結構（圖2）使沖洗磁性產品方向與給礦方向相反，粗顆粒不必穿過磁介質堆便可被沖洗出來，有利于克服粗顆粒磁介質堵塞，使磁性礦粒的收集、非磁性礦粒的排出和大粒度礦粒及雜質的排出方向更加合理，有利于提高設備的選礦效率，降低能耗。

2.1 轉環轉速的確立計算

磁選機勵磁工作時，處于磁系內的轉環介質盒產生磁性對礦漿中的磁性顆粒進行吸附，轉環轉速決定磁性介質物在磁場中的停留時長，因此轉環轉速不宜過快。在一定給礦量下，轉速越慢，物料與磁性介質的接觸時間越長，二者相互作用越充分，通過磁介質的礦漿就越多，磁介質負荷就越大，反之亦然［7-8］。

轉環立式旋轉，礦漿通過磁性介質的時間計算公式為

式中，L為磁性介質高度，cm；v0為礦漿流速，cm/s。

轉環任一分選室通過磁場的時間為

式中，α為磁系包角，（°）；n為轉環轉速，r/min。

為保證礦漿有足夠的時間在磁場中穿過磁性介質，T和t應滿足T＞t，根據經驗，一般取T=4t。

以Slon-2000 磁選機為例，上式各項取值分別為α=100°，L=11.5 cm，v0為1～10 cm/s（具體根據礦石性質而定），計算得立式轉環的轉速為0.36～3.60 r/min。

2.2 轉環受力分析

SLon 磁選機勵磁工作時，轉環內的磁性介質是鐵磁性物質，磁場對其作用力很大，磁性介質在進出磁場時，均受到磁力吸引（圖3）。

因每個分選室被非導磁性隔板隔開，吸引力f1和f2時時都在變化，有時f1＞f2，有時f1＜f2，f1加速轉環旋轉，f2阻止轉環旋轉。設計時從不利角度出發，僅考慮f2，舍去f1，f2按下列半經驗公式（3）計算

式中，D1為轉環外徑，m；D2為轉環內徑，m。

2.3 轉環傳動功率

實際運行中，還應考慮各種摩擦力，總力矩按M=1.15Mm計算，所需傳動功率按下式計算

式中，n為轉環轉速，r/min。

SLon磁選機轉環立式旋轉，礦漿通過轉環內腔進行分選，因此轉環轉速不易過快，一般設置為2.5～4.0 r/min。 在實際設計中轉環轉速分別按3.0，3.5 r/min計算，同時還要考慮電機的傳動效率，根據上述公式計算SLon-2000 磁選機傳動功率分別為5.55 kW 和6.48 kW。

2.4 減速電機輸出軸驅動力矩

SLon 磁選機傳動系統結構為減速機構輸出端安裝小齒輪，主軸軸端安裝大齒輪，通過大小齒輪嚙合傳遞給主軸部分，主軸旋轉帶動轉環傳動，傳動結構見圖4。

由于SLon 磁選機轉環立式旋轉，礦漿通過轉環內腔進行分選，因此轉環轉速不易過快，一般設置為2.5～4.0 r/min，根據公式（5）可以計算出SLon-2000磁選機總力矩為1 802.7 N·m。已知SLon-2000 磁選機大齒輪齒數90 個，小齒輪齒數19 個，模數14，根據公式（6）可得出大小齒輪的傳動比i。

式中，n1為大齒輪的齒數；n2為小齒輪齒數。

小齒輪的傳動力矩由公式（7）計算得

減速電機直聯輸出軸轉速為

在實際設計中，一般轉環轉速分別按3.0，3.5 r/min計算，計算得n小為14.21～16.57 r/min，通過手冊查詢，選用DLR137-DE3-132S-4-104.8-5.5 kW，轉速14 r/min，轉矩3 800 N·m，服務系數2.1，或選用SEWR137-DV-132S-4-103.2-5.5 kW，轉速14 r/min，轉矩3 790 N·m，服務系數2.1。

3 減速電機型號確定及改進效果

（1）經計算得，SLon-2000 磁選機的轉環轉速為3.0～3.5 r/min，大小齒輪減速比為4.73，減速機輸出軸轉速為14.21～16.57 r/min。同時考慮轉矩大小、電機功率及服務系數等，最終選定SLon-2000磁選機轉環傳動一體式電機減速機型號為DLR137-DE3-132S-4-104.8-5.5 kW。

（2）電機與減速機集成為一體，只需要減速機主體與減速機架相連，故此減速機架可以縮小設計，與原減速機架相比可減重300 kg，省去了電機與減速機相連接的皮帶、皮帶輪和皮帶輪罩。

SLon-2000 磁選機采用一體式直連式減速機，該減速機價格與原DLR137AD4 價格相當，但省去了1個5.5 kW 電機，可節約成本2 000 元，同時減速機架質量減輕約300 kg，省去了減速機皮帶輪、帶輪罩和皮帶。轉環傳動優化前后對比見圖5。

4 優化后SLon 磁選機在選鈦尾礦再回收中的應用

四川攀枝花地區蘊藏著豐富的鈦鐵礦資源，過去由于選礦技術和設備的落后，對鈦鐵礦的回收利用率很低。近年來，隨著選鈦技術的發展和SLon 磁選機的廣泛應用，我國選鈦水平有了大幅提高，為了充分利用資源，原來丟棄的尾礦可被再回收利用。2022 年，該選礦廠采用3 臺新型SLon 磁選機用于鈦鐵磁選尾礦再回收，磁選—浮選聯合工藝流程［9-10］見圖6。

該流程強磁尾礦先采用φ350 mm 旋流器分級，溢流（-0.1 mm）采用3臺SLon-2000磁選機進行1粗2精強磁選，粗選背景磁場場度1.2 T，精選1 背景磁場場度0.9 T，精選2 背景磁場場度0.8 T；第一階段在入料TiO2品位3.86%的情況下，獲得了產率9.21%，TiO2品位11.14%，TiO2回收率26.59%的預富集精礦；第二階段在入料TiO2品位同樣為3.86%的情況下，獲得了產率9.56%，TiO2品位11.45%，TiO2回收率28.36%的預富集精礦，實現了尾礦鈦資源的再回收利用。

5 結 語

（1）SLon 立環脈動磁選機的轉環傳動系統采用減速機與電機一體化連接，縮短了減速電機的軸向距離，節省了安裝空間，同時減少了零件總數，達到了降本增效的目的。

（2）優化后的磁選機在鈦鐵礦磁選尾礦的選別中取得了較好的選礦指標，實現了尾礦鈦資源的再回收利用。該傳動系統具有很強的針對性，在達到相同選礦效果的前提下節約了生產成本，在同類礦山具有推廣應用價值。