逆流型永磁筒式磁选机关键结构的优化设计
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图 3 磁极组表面 20 mm 处磁场分布 Fig. 3 Magnetic field distribution at 20 mm away from surface of magnetic pole group
是周向磁场梯度，对磁性矿物产生切向滞留力，阻碍 磁性矿物运输。因此磁系设计时，选择小极面磁极组 是有益的：一方面可以增加磁筒表面的磁场强度；另 一方面可以减小周向磁场梯度，避免产生较大的周向 力影响分选过程。
点，深受广大用户的欢迎，已经广泛地应用于黑色金 属矿的选别、煤用磁性重介质的回收、非金属矿和有 色金属矿的除铁、从冶炼产生的渣中回收废钢以及市 政污水处理等领域，在磁选设备中占据着不可替代的 地位[1-3]。 我国选矿科技工作者多年来，一直在不断地对 传统筒式磁选设备进行研究，围绕着提高分选效率、 增大处理能力、增强机械可靠性和节省能源消耗等方 面做了大量卓有成效的工作。研究开发的热点有两方 面：一是研制和开发新型高效磁选设备 [4-6]，二是优 化和改进传统磁选设备[7-8]。 笔者是在充分借鉴吸收现有设备改造所取得的经 验和成果基础之上，对传统 CTN 系列逆流式筒式磁 选机进行改进升级。结合选厂该类磁选设备实际使用 要求，在磁系结构、槽体结构及传动方式等方面做了 大量设计研究工作，研制出一种新结构 CTN 系列逆 流式磁选机，该机具有回收率高、机械性能稳定、操 作维护方便、结构简单等优点。
Fig. 5
图 5 磁极组表面 60 mm 处磁场分布 Magnetic field distribution at 60 mm away from surface of magnetic pole group
分 选
组的作用深度要优于小极面磁极组，但两者之间相 差不大。综合分析图 4、5 可以发现，大极面磁极组 在各个层面上的磁场强度变化幅度都要比小极面磁 极组大，这种变化幅度产生了磁场梯度。根据公式 [max(H) - min(H)]/ L (L 为场强最高点和场强最低点两 者之间的距离，单位为 mm) 估算出各层面磁场梯度 的平均值，如表 1 所列。
4 结论
利用射流原理将气体引入到水介质旋流器中，喷 嘴直径在 4 ~ 6 mm 范围内可得到气液比较高的混合
第 42 卷 2014 年第 2 期
Abstract：The recovery rate of the magnetic minerals is an important indicator for evaluating the performance of a magnetic separator. In the paper, the traditional countercurrent permanent magnetic drum separator served as the research objective, after optimizing the structure of magnetic system and tank as well as the transmission style, a kind of magnetic separator with high recovery rate, stable mechanical properties and convenient maintenance was developed. Key Words：permanent magnetic drum separator; design of magnetic system; high level tank; transmission style; optimization design
图 1 磁选机工作原理 Fig. 1 Working principle of magnetic separator
由图 2 可见，在距离磁系表面 15 mmFra Baidu bibliotek处，平均磁
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第 42 卷 2014 年第 2 期
场强度在 140 mT 左右，圆周方向磁场梯度约为 0.79 mT/ mm，在距离磁系表面 90 mm 处磁场强度为 40 mT。 本次磁系优化设计的目标就是针对该磁系，在不 增加磁性材料用量的前提下，通过合理匹配磁极组宽 度和辅助磁极宽度，达到减小圆周方向磁场梯度，增 加磁场作用深度，增大磁系包角的目的。
Optimization design of key structure of countercurrent permanent magnetic drum separator
WEI Honggang1,2, SHI Peiwei1,2
1 2
Beijing General Research Institute of Mining & Metallurgy, Beijing 100160, China BGRIMM Machinery & Automation Technology Co., Ltd., Beijing 100160, China
2.1.2 辅助磁极参数选择
磁系不仅包括常规排列的磁极组，还包括磁极 组间隙处的辅助磁极。设置合理的辅助磁极，一方 面可以明显提高磁场强度，另一方面还可以增大磁 系包角。主磁极宽度 a 和辅助磁极宽度 b 的匹配关系 对磁场特性影响很大，对于图 6 所示的磁极组和辅助
Fig. 4
图 4 磁极组表面 40 mm 处磁场分布 Magnetic field distribution at 40 mm away from surface of magnetic pole group 图 6 磁极组和辅助磁极关系模型 Fig. 6 Model indicating relationship between magnetic pole group with assistant magnetic pole
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本栏目编辑 张代瑶
2.1.1 磁极组宽度设计
永磁筒式磁选机为开放式磁系，磁场特性受磁极 组宽度的影响，为了研究磁极组宽度对磁场的影响， 设计出以下 3 种磁极组进行对比分析： (1) 磁极组 A 锶铁氧体材质，高度 110 mm， 极面宽度 140 mm； (2) 磁极组 B 锶铁氧体材质，高度 110 mm， 极面宽度 130 mm； (3) 磁极组 C 锶铁氧体材质，高度 110 mm， 极面宽度 100 mm。 以磁极组宽度中心为坐标轴 0 点，分别测量出以 上 3 种磁极组在距磁极组表面 20、40 和 60 mm 处的 磁场分布，如图 3 ~ 5 所示。
本栏目编辑 张代瑶
湿
式永磁筒式磁选机是目前应用最广的一种磁 选设备，因为其运行成本低、分选效率高等特
矿箱右室下部设置的相同间隔的若干个给矿管均匀给 入磁选机分选空间，磁筒的转向与矿浆的流动方向相 反，磁性颗粒在随矿浆运动过程中不断被吸附于筒 表，随磁筒转入到精矿口成为磁精矿；非磁性物料不 能被磁筒吸引，经过尾矿口或溢流口排出成为尾矿。 在实际生产中必须保证磁筒在矿浆的浸入深度，也就 是必须保证有一定的溢流尾矿，溢流尾矿比例可以通 过调节底流尾矿口的溢流调节装置的开度控制。
表 1 磁场梯度平均值 Tab. 1 Average magnetic field gradient
磁极组 参数 距离/ mm 磁感应强度 A 20 0.009 0.183 ＜0.001 B 40 0.134 0.041 0.019 C 60 0.293 0.108 0.064
/ (mT・mm-1)
由表 1 可见，极面宽度越大，同一测量平面的磁 场梯度也越大，这种磁场梯度反映在筒式磁选机上就
参 考 文 献
[1] Miller J D. Flotation apparatus and method for achieving flotation in a centrifugal field: 美国，US4399027A [P]. 1983. [2] Jian Yang，Bing Xu. Study on the floatation mechanism and floatation performance for the floatation cyclone of natural inlet air [J]. Fuel，2004，83：2419-2425. [3] 褚良银．充气水力旋流器分选过程行为研究及应用开发 [D]． 沈阳：东北大学，1994. [4] 康文泽，许占贤．浮选旋流器的结构性能研究 [J]．选煤技 术，1998，23(3)：6-9. 图 4 不同喷嘴直径下 +0.125 mm 粒级的分选效率 Fig. 4 Separation efficiency of +0.125 mm size fraction at various nozzle diameter [5] 刘炯天．旋流-静态微泡浮选柱与洁净煤制备研究 [D]．北 京：中国矿业大学，1999. [6] 张妍琴，安彩红，杨宏丽，等．射流浮选柱内纵向气泡均匀 性的试验研究 [J]．煤炭学报，2009，34(1)：95-99. [7] 陆宏圻．喷射技术理论及应用 [M]．武昌：武汉大学出版社， 2004：272-276. □ (收稿日期：2013-09-13) (修订日期：2013-11-29)
分 选
2 设备结构设计
2.1 磁系设计
磁系要根据具体的用途来区别设计。一般来说， 若以提高精矿品位为目的，则应该适当增加磁极数即 增加铁磁性物质在分选区的翻转次数；若以提高回收 率为目的，则是保证一定品位的前提下适当减小磁极 数，增加磁场强度和作用深度，增大磁包角来保证铁 磁性物质的充分回收，同时要减小圆周方向磁场梯 度，保证吸附矿物的顺利排出。逆流式磁选机一般用 于保证磁性矿物的回收率，设计原则遵循后者。 传统的逆流型磁选机在设计时，往往采用大极 面磁极组配以小极面辅助磁极，以此来增加磁场强 度和磁包角。以某选矿厂 CTN1030 型磁选机为例， 该机有 6 个主磁极，全锶铁氧体磁系，极面宽度 130 mm，辅助磁极宽度 58 mm，磁系包角约为 123° ，该 磁系磁场的分布如图 2 所示。
第 42 卷 2014 年第 2 期
92
本栏目编辑 张代瑶
逆流型永磁筒式磁选机关键 结构的优化设计
魏红港1,2，史佩伟1,2
2
北京矿冶研究总院 北京 100160 北矿机电科技有限责任公司 北京 100160
1
分 选
摘要：磁性矿物的回收率是考核磁选设备性能的一项重要指标。以传统的逆流式永磁筒式磁选机为研 究对象，通过对磁系、槽体结构以及传动方式优化设计，研制出一种磁性矿物回收率高、机械性能稳 定和维护方便的磁选设备。 关键词：永磁筒式磁选机；磁系设计；高液位槽体；传动方式；优化设计 中图分类号：TD457 文献标志码：A 文章编号：1001-3954(2014)02-0092-06
基金项目：北京市科技专项资助项目 (Z131110000213042) 作者简介：魏红港，男，1984 年生，工程师，硕士，主要从事磁选设备的设计和优化研究工作。
为 4 mm 时分选效率较低，这主要是因为喷嘴直径小 导致旋流器入料量偏低，从而影响分选效果。因此， 可以得出与 75 mm 旋流器相适应的喷嘴直径是 5 ~ 6 mm。 流矿浆，气液比可调的范围较宽。喷嘴直径的大小对 后续旋流器的分选有一定的影响，与 75 mm 旋流器 相适应的喷嘴直径是 5 ~ 6 mm。
1 工作原理
新结构 CTN 系列磁选机槽体结构为逆流式，其 工作原理如图 1 所示。矿浆直接给入槽体给矿箱左 室，经过给矿溢流堰溢流进入给矿箱右室，矿浆经给
1. 给矿溢流堰 2. 给矿管 3. 磁系 4. 溢流调节装置 5. 尾 矿溢流堰 6. 磁筒
图 2 CTN1030 型磁选机磁场的分布 Fig. 2 Magnetic field distribution of CTN1030 magnetic separator
是周向磁场梯度，对磁性矿物产生切向滞留力，阻碍 磁性矿物运输。因此磁系设计时，选择小极面磁极组 是有益的：一方面可以增加磁筒表面的磁场强度；另 一方面可以减小周向磁场梯度，避免产生较大的周向 力影响分选过程。
点，深受广大用户的欢迎，已经广泛地应用于黑色金 属矿的选别、煤用磁性重介质的回收、非金属矿和有 色金属矿的除铁、从冶炼产生的渣中回收废钢以及市 政污水处理等领域，在磁选设备中占据着不可替代的 地位[1-3]。 我国选矿科技工作者多年来，一直在不断地对 传统筒式磁选设备进行研究，围绕着提高分选效率、 增大处理能力、增强机械可靠性和节省能源消耗等方 面做了大量卓有成效的工作。研究开发的热点有两方 面：一是研制和开发新型高效磁选设备 [4-6]，二是优 化和改进传统磁选设备[7-8]。 笔者是在充分借鉴吸收现有设备改造所取得的经 验和成果基础之上，对传统 CTN 系列逆流式筒式磁 选机进行改进升级。结合选厂该类磁选设备实际使用 要求，在磁系结构、槽体结构及传动方式等方面做了 大量设计研究工作，研制出一种新结构 CTN 系列逆 流式磁选机，该机具有回收率高、机械性能稳定、操 作维护方便、结构简单等优点。
Fig. 5
图 5 磁极组表面 60 mm 处磁场分布 Magnetic field distribution at 60 mm away from surface of magnetic pole group
分 选
组的作用深度要优于小极面磁极组，但两者之间相 差不大。综合分析图 4、5 可以发现，大极面磁极组 在各个层面上的磁场强度变化幅度都要比小极面磁 极组大，这种变化幅度产生了磁场梯度。根据公式 [max(H) - min(H)]/ L (L 为场强最高点和场强最低点两 者之间的距离，单位为 mm) 估算出各层面磁场梯度 的平均值，如表 1 所列。
4 结论
利用射流原理将气体引入到水介质旋流器中，喷 嘴直径在 4 ~ 6 mm 范围内可得到气液比较高的混合
第 42 卷 2014 年第 2 期
Abstract：The recovery rate of the magnetic minerals is an important indicator for evaluating the performance of a magnetic separator. In the paper, the traditional countercurrent permanent magnetic drum separator served as the research objective, after optimizing the structure of magnetic system and tank as well as the transmission style, a kind of magnetic separator with high recovery rate, stable mechanical properties and convenient maintenance was developed. Key Words：permanent magnetic drum separator; design of magnetic system; high level tank; transmission style; optimization design
图 1 磁选机工作原理 Fig. 1 Working principle of magnetic separator
由图 2 可见，在距离磁系表面 15 mmFra Baidu bibliotek处，平均磁
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第 42 卷 2014 年第 2 期
场强度在 140 mT 左右，圆周方向磁场梯度约为 0.79 mT/ mm，在距离磁系表面 90 mm 处磁场强度为 40 mT。 本次磁系优化设计的目标就是针对该磁系，在不 增加磁性材料用量的前提下，通过合理匹配磁极组宽 度和辅助磁极宽度，达到减小圆周方向磁场梯度，增 加磁场作用深度，增大磁系包角的目的。
Optimization design of key structure of countercurrent permanent magnetic drum separator
WEI Honggang1,2, SHI Peiwei1,2
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Beijing General Research Institute of Mining & Metallurgy, Beijing 100160, China BGRIMM Machinery & Automation Technology Co., Ltd., Beijing 100160, China
2.1.2 辅助磁极参数选择
磁系不仅包括常规排列的磁极组，还包括磁极 组间隙处的辅助磁极。设置合理的辅助磁极，一方 面可以明显提高磁场强度，另一方面还可以增大磁 系包角。主磁极宽度 a 和辅助磁极宽度 b 的匹配关系 对磁场特性影响很大，对于图 6 所示的磁极组和辅助
Fig. 4
图 4 磁极组表面 40 mm 处磁场分布 Magnetic field distribution at 40 mm away from surface of magnetic pole group 图 6 磁极组和辅助磁极关系模型 Fig. 6 Model indicating relationship between magnetic pole group with assistant magnetic pole
94
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2.1.1 磁极组宽度设计
永磁筒式磁选机为开放式磁系，磁场特性受磁极 组宽度的影响，为了研究磁极组宽度对磁场的影响， 设计出以下 3 种磁极组进行对比分析： (1) 磁极组 A 锶铁氧体材质，高度 110 mm， 极面宽度 140 mm； (2) 磁极组 B 锶铁氧体材质，高度 110 mm， 极面宽度 130 mm； (3) 磁极组 C 锶铁氧体材质，高度 110 mm， 极面宽度 100 mm。 以磁极组宽度中心为坐标轴 0 点，分别测量出以 上 3 种磁极组在距磁极组表面 20、40 和 60 mm 处的 磁场分布，如图 3 ~ 5 所示。
本栏目编辑 张代瑶
湿
式永磁筒式磁选机是目前应用最广的一种磁 选设备，因为其运行成本低、分选效率高等特
矿箱右室下部设置的相同间隔的若干个给矿管均匀给 入磁选机分选空间，磁筒的转向与矿浆的流动方向相 反，磁性颗粒在随矿浆运动过程中不断被吸附于筒 表，随磁筒转入到精矿口成为磁精矿；非磁性物料不 能被磁筒吸引，经过尾矿口或溢流口排出成为尾矿。 在实际生产中必须保证磁筒在矿浆的浸入深度，也就 是必须保证有一定的溢流尾矿，溢流尾矿比例可以通 过调节底流尾矿口的溢流调节装置的开度控制。
表 1 磁场梯度平均值 Tab. 1 Average magnetic field gradient
磁极组 参数 距离/ mm 磁感应强度 A 20 0.009 0.183 ＜0.001 B 40 0.134 0.041 0.019 C 60 0.293 0.108 0.064
/ (mT・mm-1)
由表 1 可见，极面宽度越大，同一测量平面的磁 场梯度也越大，这种磁场梯度反映在筒式磁选机上就
参 考 文 献
[1] Miller J D. Flotation apparatus and method for achieving flotation in a centrifugal field: 美国，US4399027A [P]. 1983. [2] Jian Yang，Bing Xu. Study on the floatation mechanism and floatation performance for the floatation cyclone of natural inlet air [J]. Fuel，2004，83：2419-2425. [3] 褚良银．充气水力旋流器分选过程行为研究及应用开发 [D]． 沈阳：东北大学，1994. [4] 康文泽，许占贤．浮选旋流器的结构性能研究 [J]．选煤技 术，1998，23(3)：6-9. 图 4 不同喷嘴直径下 +0.125 mm 粒级的分选效率 Fig. 4 Separation efficiency of +0.125 mm size fraction at various nozzle diameter [5] 刘炯天．旋流-静态微泡浮选柱与洁净煤制备研究 [D]．北 京：中国矿业大学，1999. [6] 张妍琴，安彩红，杨宏丽，等．射流浮选柱内纵向气泡均匀 性的试验研究 [J]．煤炭学报，2009，34(1)：95-99. [7] 陆宏圻．喷射技术理论及应用 [M]．武昌：武汉大学出版社， 2004：272-276. □ (收稿日期：2013-09-13) (修订日期：2013-11-29)
分 选
2 设备结构设计
2.1 磁系设计
磁系要根据具体的用途来区别设计。一般来说， 若以提高精矿品位为目的，则应该适当增加磁极数即 增加铁磁性物质在分选区的翻转次数；若以提高回收 率为目的，则是保证一定品位的前提下适当减小磁极 数，增加磁场强度和作用深度，增大磁包角来保证铁 磁性物质的充分回收，同时要减小圆周方向磁场梯 度，保证吸附矿物的顺利排出。逆流式磁选机一般用 于保证磁性矿物的回收率，设计原则遵循后者。 传统的逆流型磁选机在设计时，往往采用大极 面磁极组配以小极面辅助磁极，以此来增加磁场强 度和磁包角。以某选矿厂 CTN1030 型磁选机为例， 该机有 6 个主磁极，全锶铁氧体磁系，极面宽度 130 mm，辅助磁极宽度 58 mm，磁系包角约为 123° ，该 磁系磁场的分布如图 2 所示。
第 42 卷 2014 年第 2 期
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本栏目编辑 张代瑶
逆流型永磁筒式磁选机关键 结构的优化设计
魏红港1,2，史佩伟1,2
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北京矿冶研究总院 北京 100160 北矿机电科技有限责任公司 北京 100160
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分 选
摘要：磁性矿物的回收率是考核磁选设备性能的一项重要指标。以传统的逆流式永磁筒式磁选机为研 究对象，通过对磁系、槽体结构以及传动方式优化设计，研制出一种磁性矿物回收率高、机械性能稳 定和维护方便的磁选设备。 关键词：永磁筒式磁选机；磁系设计；高液位槽体；传动方式；优化设计 中图分类号：TD457 文献标志码：A 文章编号：1001-3954(2014)02-0092-06
基金项目：北京市科技专项资助项目 (Z131110000213042) 作者简介：魏红港，男，1984 年生，工程师，硕士，主要从事磁选设备的设计和优化研究工作。
为 4 mm 时分选效率较低，这主要是因为喷嘴直径小 导致旋流器入料量偏低，从而影响分选效果。因此， 可以得出与 75 mm 旋流器相适应的喷嘴直径是 5 ~ 6 mm。 流矿浆，气液比可调的范围较宽。喷嘴直径的大小对 后续旋流器的分选有一定的影响，与 75 mm 旋流器 相适应的喷嘴直径是 5 ~ 6 mm。
1 工作原理
新结构 CTN 系列磁选机槽体结构为逆流式，其 工作原理如图 1 所示。矿浆直接给入槽体给矿箱左 室，经过给矿溢流堰溢流进入给矿箱右室，矿浆经给
1. 给矿溢流堰 2. 给矿管 3. 磁系 4. 溢流调节装置 5. 尾 矿溢流堰 6. 磁筒
图 2 CTN1030 型磁选机磁场的分布 Fig. 2 Magnetic field distribution of CTN1030 magnetic separator