Belgorod, Belgorod, Russian Federation
Belgorod, Belgorod, Russian Federation
student
GRNTI 55.13 Технология машиностроения
BBK 34 Технология металлов. Машиностроение. Приборостроение
The development of ferrous and non-ferrous metallurgy requires complex improvement of production processes: mining, crushing, grinding, ore dressing, further mineral processing. The enrichment occupies an important place among these processes. The enrichment quality affects the further use of iron ore. The main enrichment machine is a magnetic separator. Enrichment facilities practically do not have magnetic separators with an adjustable system of permanent magnets; therefore, the task to develop such a system is acute. The article discusses magnetic drum separators for the enrichment of highly magnetic ores by wet magnetic separation. In the course of the analysis, a new design of adjustable systems of magnetic drum separators is proposed. It allows to provide the necessary parameters of the magnetic field (tension and uniformity) in the separator’s working area. This will ensure the magnetization, retention and subsequent separation of ferroparticles, and consequently improve the quality of concentrate, increase the use of the separator by adjusting the machine to perform its functions in various stages of the magnetic iron ore enrichment. In the article, the theoretical modeling is performed and formulas are obtained, that make possible to calculate magnetic field induction for any point or system of concentric with the drum machine of cylindrical surface.
enrichment, adjustable magnetic system, magnetic field, intensity, iron ore raw materials
Введение. Развитие черной и цветной металлургии требует комплексного совершенствования производственных процессов: добычи, дробления, помола, обогащения руд, их дальнейшего металлургического передела. Важное место в ряду этих процессов занимает обогащение. Именно от качества обогащения зависит дальнейшее использование железорудного сырья [1] [13] [14] [15].
Здесь нужно отметить, что при получение железистого кварцита, большое количество пустой породы уходит в хвосты, что является/считается техногенным продуктом. В последнее время хвосты используют при строительстве дорог, для этого желательно из них извлечь магнито содержащую часть, поэтому совершенствование магнитной системы сепараторов является актуальной в настоящее время.
Обогатительные процессы значительно повышают возможность использования бедных железных руд, составляющих около 80 % мировых запасов. На процесс магнитного обогащения влияют множество факторов. Для барабанного магнитного сепаратора решающими являются:
- характер движения пульпы;
- параметры, создаваемые машиной в рабочей зоне (напряженность магнитного поля и её равномерность).
Влияние первого фактора достаточно хорошо изучено. На практике прочно закрепились 3 вида ванн барабанного сепаратора: прямоточные, противоточные и противоточные, создающие различные условия для перемещения потоков пульпы с феррочастицами.
Изменение магнитных полей этих машин не очень подробно исследовано, в силу этого на обогатительных предприятиях практически отсутствуют магнитные сепараторы с регулируемыми системами из постоянных магнитов. В большинстве подобных предусмотрено лишь изменение глубины ванны, что позволяет снижать напряженность магнитного поля, опуская её дно, и не влияет на равномерность поля. Слабая управляемость поля барабанных сепараторов с магнитной системой из постоянных магнитов значительно снижает экономический эффект и сужает область применения этих простых, надежных, энергосберегающих, электробезопасных и долговечных машин.
Поэтому на сегодняшний день остро стоит задача разработки магнитной системы, сочетающей в себе возможности регулирования в широких пределах как напряженности магнитного поля в рабочей зоне, так и её равномерности [2]. При этом она должна быть простой и дешевой в изготовлении, удобной в эксплуатации, удовлетворять требованиям безопасности. Конструкция магнитной системы должна быть универсальной для большинства барабанных сепараторов, а затраты на модернизацию существующих систем для обеспечения их регулируемости – минимальными.
Основная часть. Магнитные барабанные сепараторы для обогащения сильномагнитных руд путем мокрой магнитной сепарации применяются для обогащения сильномагнитных железных руд в первых приемах обогащения (черновая сепарация с целью получения отвальных хвостов и промежуточных продуктов) для крупнозернистых, а в последних стадиях – для весьма тонкоизмельченных материалов. Эти сепараторы (рис. 1) состоят из следующих основных узлов: барабана 1 с магнитной системой из постоянных магнитов 2, ванны 3, рамы 4 и приводного устройства 5. Их изготовляют с барабаном диаметром 600 мм, различной длины – 275, 550, 1325, 1750 мм. Конструкция магнитного барабанного сепаратора для обогащения сильномагнитных руд фирмы «Сала» схематично представлена на рис. 1 [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9].
Рис. 1. Схема магнитного сепаратора для обогащения сильномагнитных руд:
1 – барабан; 2 – магнитная система; 3 – ванна; 4 – рама; 5 – приводное устройство
Данный сепаратор низкой чувствительности для сильномагнитных зернистых и тонкозернистых материалов с подъёмом магнитной фракции и вымыванием немагнитной фракции характеризуется:
- несфокусированным полем чередующейся полярности;
- постоянными литыми магнитами с односторонним расположением полюсов;
- поперечным направлением магнитного потока относительно движения материала;
- открытым магнитопроводом;
- опорным гребенчатым или радиальным механизмом магнитной системы;
- криволинейным магнитным перемещением фракции, барабанным механизмом;
- слоевым способом питания;
- прямоточным приёмным устройством без регулирующей перегородки с затопленным рабочим пространством.
На основе анализа существующих конструкций регулируемых систем магнитных барабанных сепараторов, и их недостатков, произведенного в ходе патентного поиска была предложена следующая конструкция, оформленная патентом на полезную модель [2].
Магнитная система (рис. 2) барабанного сепаратора состоит из вала 1, на котором жестко закреплена гребенка 2 и на свободно вращающихся вокруг вала 1 кольцах 3 подвешены магнитные блоки 4. Магнитные блоки 4 жестко закреплены в пазах 5 гребенки 2 специальной шайбой 6 (рис. 2), закрепленной на резьбовом пальце 7, укрепленном в магнитном блоке 4, гайкой 8. На пальце 7 между магнитным блоком 4 и специальной шайбой 6 находится пружина 9. На валу 1 закреплено червячное колесо 10, находящейся в зацеплении с червяком 11, установленным на раме сепаратора.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение необходимых параметров магнитного поля (напряженности и ее равномерности) в рабочей зоне сепаратора, облегчение намагничивания, удержания и последующего отрыва феррочастиц, что позволяет повысить качество концентрата и расширить область применения сепаратора за счет настройки машины на выполнение своих функций в различных стадиях магнитного обогащения (первичной сепарации, перечистки) различного железорудного сырья.
Рис. 2. Магнитная система сепаратора:
1 – вал; 2 – гребенка; 3 – подвесные кольца; 4 – магнитные блоки; 5 – крепежные пазы;
6 – специальная шайба; 7 – палец; 8 – гайка; 9 – пружина; 10 – червячное колесо; 11 – червяк
(барабан и рама сепаратора условно не показаны)
Решение по определению изменения параметров магнитного поля задачи только конструкторскими методами не представляется возможным, поскольку заранее невозможно определить параметры поля, которое будет действовать в рабочей зоне машины после регулировки магнитной системы. Решить эту проблему можно, проводя серию экспериментов с конкретной магнитной системой, установленной на конкретном сепараторе, и построив аппроксимационные зависимости параметров поля от конфигурации магнитной системы на основе регрессионного анализа. В результате будет получено уравнение регрессии или графическая интерпретация его решения, но недостатком использования регрессионной зависимости является большое количество конструкций сепараторов, требующих получение индивидуальных математических моделей. Поэтому создание регулируемой системы из постоянных магнитов должно сопровождаться, как разработкой физико-математические изменения их магнитного поля [3], так и экспериментальными исследованиями на натурной модели (рис. 3, 4).
При теоретическом моделировании получены формулы (1) и (2) на основании которых, можно рассчитать индукцию магнитного поля для любой точки или системы точек, принадлежащих концентричной с барабаном машины цилиндрической поверхности [10].
(1)
А для определения вектора магнитной индукции целесообразно определить лишь нормальную к поверхности барабана составляющую:
(2)
где φj – угол между прямой, опущенной из точки Aij на ось Oz и осью Ox.
Для физического исследования параметров магнитного поля (магнитной индукции) была создана натурная модель магнитной системы
(рис. 3, 4), которая состоит из блока магнитов 1 (6 штук), скрепленные двумя пластинами 2 стянутыми между собой четырьмя болтами 3. К третьей пластине 4 двумя гайками 5 прикреплена шпилька 6 М10 длиной 30 см. В верхней части конструкции к шпильке 6 прикреплён барашек с ушком 7. Вся конструкция легка в сборке и разборке, что позволяет при поломке какого-либо элемента его заменить, не меняя полностью всю сборку.
С помощью тесламетра, будет измеряться, изменение магнитной индукции в зависимости от того под каким углом будут находится болоки магнитов 1 относительно друг друга [11] [12].
|
|
|
|
Рис. 3. Блок магнитов сепаратора: 1 – блок магнитов; 2 – пластины; 3 – болты; |
Рис. 4. Блок магнитов сепаратора
|
Выводы. В ходе проведённого исследования было выявлено, что предложенная конструкция регулируемых систем магнитных барабанных сепараторов, позволяет обеспечивать необходимые параметры магнитного поля (напряженность и равномерность) в рабочей зоне сепаратора, а это обеспечивает намагничивание, удержание и последующее отрывание феррочастиц, позволяющее повысить качество концентрата и расширить область применения сепаратора за счет настройки машины на выполнение своих функций в различных стадиях магнитного обогащения (первичной сепарации, перечистки) железорудного сырья.
1. Karmazin V.V., Opalev A.S. Development of wet magnetic separators for concentrate extraction at concentrating factories of modern concentrating plants. Horn. Journals, 2013, no. 6, pp. 17–27.
2. Lozovaya S.Yu., Lozovoi N.M., Kuschev M.A., Okunev A.N. Magnetic system of a drum separator. Patent for utility model RF, no. 169082 U1 B03C 1/10, 2017.
3. Lozovaya S.Yu., Lozovoy N.M., Okunev A.N. Mathematical modeling of magnetic fields of permanent magnet systems of drum separators. Austria-sience, 2017, no. 6, pp. 37–42.
4. Lozovaya S.Y., Lozovoy N.M., Okunev A.N. Theoretical validation of the field of magnetic separators. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 327-334 (2018) 042065 doi: 10.1088 / 1757-899X / 327/4/042065, MEACS 2017.
5. Razmoldin S.E., Demin V.B. Magnetic separator with variable magnetic field. Pat. Russian Federation, № 2528661, 2014.
6. AS №2016614807 Russian Federation. Certificate of official registration of the computer program. Modeling of the magnetic field of a section of the working zone of a separator with a magnetic system of permanent magnets / S. Yu. Lozovaya, N. M. Lozovoy, M. A. Kushchev, A. N. Okunev; applicant and copyright holder FSBEI of HE BSTU. V.G. Shukhov (RU), claimed 03/16/16; publ. 05.05.16, Registry of computer programs, 1 p.
7. Andreev A. Magnetic system drum separator Pat. Russian Federation, №2213623, 2014.
8. Lozin A.A., Good V.N., Arsenyuk V.M., Nityagovsky V.V. Magnetic system drum separator. Pat. Russian Federation, no. 2330725, 2014.
9. Fedyashin I., Skotarenko N.G. Pat. Russian Federation, № 2332262, 2014.
10. Baldina K.V. Short course in higher mathematics. M.: Nauka, 2015, 512 p.
11. Athos A.A., Dyakonov V.P. Measuring instruments and mass electronic measurements. M.: Publishing house Solon-press, 2015, 541 p.
12. Friendsy I.G., Lykov A.N. Technical measurements and devices. M.: Publishing house: Perm State University. 2013, 412 p.
13. Lomovtsev L.A., Nesterova N.A. Magnetic enrichment of highly magnetic ores. M.: Nedra. 2014, 235 p.
14. Zelenova I.M. Isolation of Finely Grinded Low-Magnetic Minerals in a Low-Tension Magnetic Field, Horn. Journals, 2015, no. 2, pp. 46–48.
15. Kilin V.I. The Effect of Magnetic Processing on the Magnetic Properties of Ores, Enrichment of Ores, 2014, no. 6, pp. 23–26.
