Белгород, Белгородская область, Россия
Белгород, Белгородская область, Россия
студент
Белгородская область, Россия
ГРНТИ 55.13 Технология машиностроения
ББК 34 Технология металлов. Машиностроение. Приборостроение
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. Основной машиной для обогащения является магнитный сепаратор. На обогатительных предприятиях практически отсутствуют магнитные сепараторы с регулируемой системой из постоянных магнитов, поэтому на сегодняшний день остро стоит задача разработки данной системы. Был произведён анализ регулировки магнитных систем барабанных сепараторов для обогащения сильномагнитных руд. В результате была предложена новая конструкция регулируемой системы, которая позволяет обеспечивать необходимые параметры магнитного поля (напряженность и равномерность) в рабочей зоне сепаратора. Что обеспечит намагничивание, удержание и последующего отрыва феррочастиц, это позволит повысить качество концентрата и расширить область применения сепаратора за счет настройки машины на выполнение своих функций в различных стадиях магнитного обогащения (первичной сепарации, пере-чистки) железорудного сырья. Также в статье было проведено теоретическое моделирование и получены формулы на основании, которых, можно рассчитать индукцию магнитного поля для любой точки или системы точек, принадлежащих концентричной с барабаном машины цилиндрической поверхности.
обогащение, регулируемая магнитная система, магнитное поле, напряжённость, железорудное сырьё
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. Кармазин В.В., Опалев А.С. Разработка мокрых магнитных сепараторов выделения концентрата на обогатительных фабриках современных обогатительных комбинатов // Горный журнал. 2013. № 6. С. 17-27.
2. Патент на полезную модель. RU № 169082 U1 B03C 1/10. Магнитная система барабанного сепаратора/ С.Ю.Лозовая, Н.М. Лозовой, М. А. Кущев, А.Н. Окунев / Заявка: №2016133800, 17.08.2016. Дата начала отсчета срока действия патента: 17.08.2016. Дата подачи заявки: 17.08.2016. Опубликовано: 02.03.2017 Бюл. № 7.
3. Лозовая С.Ю. Лозовой Н.М., Окунев А.Н. Математическое моделирование магнитных полей систем постоянных магнитов барабанных сепараторов // Austria-sience. 2017. №6. С. 37-42.
4. Lozovaya S.Y., Lozovoy N.M., Okunev A.N. Theoretical validation for changing magnetic fields of systems of permanent magnets of drum separators. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 327-334 (2018) 042065 doihttps://doi.org/10.1088/1757-899X/327/4/042065, MEACS 2017.
5. Пат. 2528661, Российская Федерация, МПК B03C 1/10. Магнитный сепаратор с изменяемым магнитным полем / С.Е. Размолдин, В.Б. Дёмин; заявитель и патентообладатель С.Е. Размолдин, В.Б. Дёмин. № 2013114644; заявл. 19.03.2013; опубл.20.09.2014, Бюл. № 26. 4 с.
6. АС №2016614807 Российская Федерация. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. Моделирование магнитного поля участка рабочей зоны сепаратора с магнитной системой из постоянных магнитов / С. Ю. Лозовая, Н. М. Лозовой, М. А. Кущев, А. Н. Окунев; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВО БГТУ им. В. Г. Шухова (RU), заявл. 16.03.16; опубл. 05.05.16, Реестр программ для ЭВМ. 1 c.
7. Пат. 2213623, Российская Федерация, МПК B03C 1/10. Магнитная система барабанного сепаратора /А.В. Андреев; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью Совместное российско-американское предприятие «Технология XXI века». № 2013130520; заявл. 12.11.2013; опубл.10.10.2014, Бюл. № 28. 4 с.
8. Пат. 2330725, Российская Федерация, МПК B03C 1/00. Магнитная система барабанного сепаратора /А.А. Лозин, В.Н. Гудь, В.М. Арсенюк, В.В. Нитяговский; заявитель и патентообладатель Совместное российско-американское предприятие «Уралтранс». № 2013116691; заявл. 23.06.2013; опубл.20.07.2014, Бюл. № 20. 5 с.
9. Пат. 2332262, Российская Федерация, МПК B03C 1/10. Магнитная система барабанного сепаратора /И.И. Федяшин, Н.Г. Скотаренко; заявитель и патентообладатель ОАО Научно-производственное объединение «МАГНЕТОН». № 2013128553; заявл. 04.08.2013; опубл.27.08.2014, Бюл. № 24. 5 с.
10. Балдина К.В. Краткий курс по высшей математике. М.: Наука, 2015. 512 с.
11. Афонский А.А., Дьяконов В.П. Измерительные приборы и массовые электронные измерения. М.: Изд-во Солон-пресс, 2015. 541 с.
12. Друзьякин И.Г., Лыков А.Н. Технические измерения и приборы. М.: Изд-во: Пермский Государствееный университет, 2013. 412 с.
13. Ломовцев Л.А., Нестерова Н.А. Магнитное обогащение сильномагнитных руд. М.: Недра, 2014. 235 с.
14. Зеленова И.М. Выделение тонкоизмельченных слабомагнитных минералов в магнитном поле низкой напряженности // Горный журнал. 2015. № 2. С. 46-48.
15. Килин В. И. Влияние магнитной обработки на магнитные свойства руд // Обогащение руд. 2014. № 6. С. 23-26.
