О П Сайко, А С Кофанов, В Г Тютюнник - Выбор магнитных систем шкивных железоотделителей на постоянных магнитах - страница 1

Страницы:
1 

Магнітна і електрична сепарація_

УДК 622.778

О.П. САЙКО, А.С. КОФАНОВ, канд. техн. наук, В.Г. ТЮТЮННИК, В.И. ДРОБЧЕНКО

(Украина, Луганск, ГП "ГПКИ ОО "Гипромашуглеобогащение")

ВЫБОР МАГНИТНЫХ СИСТЕМ ШКИВНЫХ ЖЕЛЕЗООТДЕЛИТЕЛЕЙ НА ПОСТОЯННЫХ МАГНИТАХ

Шкивные железоотделители, разработанные ГП "ГПКИ ОО "Гипромашуг­леобогащение", применяются на обогатительных предприятиях для защиты технологического оборудования от попадания в него посторонних ферромаг­нитных предметов, встречающихся в потоках угля или горной массы, транспор­тируемых ленточными конвейерами.

Шкивной железоотделитель встраивается в конвейер вместо приводного барабана. Ферромагнитные предметы извлекаются за счет воздействия на них неоднородного магнитного поля, создаваемого магнитной системой железоот-делителя. При попадании в зону действия магнитного поля они притягиваются к поверхности железоотделителя и, перемещаясь одновременно с конвейерной лентой, в точке отрыва нижней ветви ленты от поверхности железоотделителя сбрасываются в специальный приемник.

В настоящее время на большинстве предприятий применяются электро­магнитные шкивные железоотделители типа Ш, серийно выпускаемые отечест­венной промышленностью, в которых магнитное поле создается электромагни­том постоянного тока, запитываемого от выпрямительного устройства.

В разработанных институтом шкивных железоотделителях типа ЗШкМ магнитное поле сгенерировано системой из постоянных магнитов, поэтому они имеют ряд преимуществ по сравнению с электромагнитными, таких как: нет не­обходимости в затратах на создание и поддержание магнитного поля, в выпря­мительных устройствах, токораспределительных коробках и соединительных кабелях, что дает ощутимую экономию. Железоотделители на постоянных маг­нитах обладают высокой степенью надежности и не требуют постоянного тех­нического обслуживания. Отсутствие электропитания делает железоотделитель взрывобезопасным.

В ГП " ГПКИ ОО " Гипромашуглеобогащение" накоплен солидный опыт создания подвесных железоотделителей на постоянных магнитах [1, 2], который и был использован при разработке ЗШкМ. С экономической точки зрения, как показано в [2], в железоотделителях целесообразно применять магнитные сис­темы из ферритовых магнитов, так как стоимость их значительно ниже, чем из редкоземельных магнитов (Nd-Fe-B) при одинаковых показателях извлечения. Особенностью шкивных железоотделителей является то, что их габариты стро­го зафиксированы и определяются габаритом приводного барабана конвейера. Последующие расчеты показали, что заданные объемы достаточны для разме­щения в них магнитных систем из ферритовых магнитов, обеспечивающих тре­буемые характеристики магнитного поля.

Так как железоотделители на постоянных магнитах предназначены для ра­боты в тех же условиях, что и электромагнитные, то они должны обеспечивать те же показатели извлечения, что и электромагнитные.

При анализе и выборе параметров и конструкции магнитной системы были рассмотрены возможные варианты, приведенные на рис. 1. На рис. 1, а изобра­жена магнитная система с чередованием полюсов по окружности. Такие систе­мы применяются в магнитных сепараторах, предназначенных для обогащения сильномагнитных руд. На рис. 1, б - магнитная система, состоящая из полюсов, расположенных в шахматном порядке. Подобные системы характеризуются вы­соким градиентом, что повышает пондеромоторную силу магнитного поля. На рис. 1, в магнитная система представлена в виде магнитных блоков, намагни­ченных вдоль оси вращения магнитной системы и состыкованных одноимен­ными полюсами.

а б в

Рис. 1. Типы систем на постоянных магнитах

Для каждого из типов магнитных систем, приведенных на рис. 1, расчет­ным путем был выбран оптимальный вариант. В качестве переменных парамет­ров принимались геометрические размеры полюсов и блоков магнитов, их ко­личество и относительное расположение, а за параметр оптимизации была при­нята величина удельной магнитной силы (H-gradH), где H - модуль напряжен­ности магнитного поля в рассчитываемой точке. Расчеты производились по компьютерной программе, в основу которой положен метод интегральных уравнений, позволяющий рассчитывать трехмерные структуры.

При расчетах приняты магниты марки 28СА250 со следующими магнит­ными характеристиками: остаточная индукция Вг=0,39 Тл, коэрцитивная сила Hc=256 кА/м, энергетическое произведение (BH)max=28,2 кДж/м3.

Анализ результатов выполненных расчетов показал, что магнитная систе­ма, представленная на рис. 1, в обладает наибольшей глубиной поля. Так, для шкивного железоотделителя диаметром 800 мм и длиной обечайки 1000 мм удельная сила магнитного поля на расстоянии 300 мм от поверхности железо-отделителя в этом варианте на 32-45% выше, чем у магнитных систем, изобра­женных на рис. 1, а и б. На небольших расстояниях (до 50 мм), наблюдается об­ратная картина - сила магнитного поля в вариантах а) и б) выше на 15-22% чем у магнитной системы по варианту в). Учитывая, что высокие значения магнит­ной силы вблизи поверхности железоотделителя являются отрицательным фак­тором, так как в этом случае затрудняется разгрузка извлеченных ферромагнит­ных тел и усиливается износ транспортерной ленты, можно сделать выбор в пользу магнитной системы с расположением магнитов по варианту 1, в.

Данный тип магнитной системы был положен в основу конструкции шкив-ных железоотделителей типа ЗШкМ. Полученные результаты можно продемон­стрировать на конкретном типоразмере шкивного железоотделителя ЗП1кМ-1х0,8, предназначенного для установки на конвейерах с шириной ленты 1000 мм и являющегося аналогом электромагнитного железоотделителя Ш100-80М. Опытный образец (рис. 2) был изготовлен на опытно-экспериментальном производстве института "Гипромашуглеобогащение". В железоотделителе магнитная система находится внутри цилиндрической обе­чайки из немагнитной нержавеющей стали, которая с торцов закрыта дисками из магнитомягкой стали, служащими для ограничения потоков рассеяния и кон­центрации основного магнитного потока в рабочей зоне. Для исключения воз­можных нежелательных эффектов, вызванных постоянным намагничиванием, вал железоотделителя выполнен из немагнитной стали.

Рис. 2. Шкивной железоотделитель ЗШкМ- 1x0,8 на постоянных магнитах Железоотделитель ЗШкМ-1х0,8 полностью взаимозаменяем с электромаг-ным железоотделителем Ш100-80М, имеет те же габариты и привязочные раз­меры. Поэтому установка железоотделителя на постоянных магнитах взамен электромагнитного не требует дополнительных затрат. Масса железоотделителя ЗШкМ-1х0,8 составляет 1950 кг, что на 450 кг меньше, чем у Ш100-80М.

Железоотделитель на постоянных магнитах может работать в любых кли­матических условиях, в том числе и на открытом воздухе при температуре ок­ружающей среды от -40° до +45°С. Намагниченность применяемых постоянных магнитов за 20 лет эксплуатации изменяется не более чем на 0,5%. Отсутствие обмотки возбуждения и токораспределительной коробки делает конструкцию более надежной и упрощает техническое обслуживание. Кроме того, примене­ние железоотделителя на постоянных магнитах взамен электромагнитного по­зволит сэкономить до 4000 кВт/ч электроэнергии в год.

В процессе приемочных испытаний железоотделителя ЗШкМ-1х 0,8 были проведены измерения индукции магнитного поля в рабочей зоне, сравнение ко­торых с расчетными позволили сделать вывод об адекватности расчетной моде­ли.  Измерения производились в точках, расположенных на расстояниях

Збагачення корисних копалин, 2012. — Вип. 50(91)

h=0...300 мм с шагом 50 мм при четырех значениях координаты Z, совпадаю­щей с осью вращения магнитной системы. Точка Z0 соответствует середине магнитной системы, а точка Z3 - ее краю. Точки Zi и Z2 расположены на рас­стояниях 160 и 320 мм от точки Z0. Результаты сравнения расчетных значений магнитной индукции с опытными в мТл приведены в таблице.

 

 

Z0=0

 

 

Z1=160

 

 

Z2=320

 

 

Z3=500

 

h, мм

Опыт

Расчет

Погреш­ность, %

Опыт

Расчет

Погреш­ность, %

Опыт

Расчет

Погреш­ность, %

Опыт

Расчет

Погреш­ность, %

0

50

100

150

200

250

300

200 97,0 63,3 40,0 26,7 23,0 17,0

189 97,0 64,9 42,4 29,0 20,7 15,3

-5,4 0,0 2,4 6,0 8,8 -10,1 -9,8

213 98,0 62,0 38,3 24,3 21,3 16,3

189

96,3 63,5 42,4 26,8 21,0 15,0

-11,3 1,8 2,5 10,8 10,1 -1,6 -8,2

74,1 55,5 41,1 30,2 22,7 18,4 13,2

70,5 55,6 41,7 30,5 22,5 16,7 12,5

-4,8

0,2 1,3

1,1 -0,6 -9,2 -5,8

220 75,5 46,0 31,8 24,2 18,0 13,6

196 81,1 47,4 32,1 23,4 17,8 14,0

-10,7

7,3 2,9 0,9 -3,3 -1,3 2,6

Как видно из таблицы, погрешность расчетных данных по отношению к опытным не превышает ±11,3%. С учетом того, что при составлении расчетной модели был сделан ряд упрощающих допущений, а разброс магнитных свойств применяемых магнитов может достигать 7-8%, полученные результаты можно интерпретировать как положительные, подтверждающие возможность исполь­зования вышеописанной методики для инженерных расчетов.

Также представляет интерес сравнение характеристик магнитного поля железоотделителя ЗШкМ-1х0,8 с соответствующими характеристиками его электромагнитного аналога Ш100-80М. Распределение индукции магнитного поля в рабочей зоне железоотделителей на расстояниях от поверхности 50,100, 200 и 300 мм изображено на рис. 3.

В, мТл

80

60

20

О

200    400   600    800    L мм

Рис. 3. Кривые распределения индукции магнитного поля (В) вдоль длины обечайки (L) железоотделителей ЗШкМ-1^0,8 (сплошные линии) и Ш100-80М (пунктирные линии) на различных расстояниях h от ее поверхности

Магнітна і електрична сепарація

На рисунке видно, что магнитная индукция в большинстве точек рабочей зоны у железоотделителя ЗШкМ равна или превышает соответствующие значе­ния электромагнитного железоотделителя. Исключение составляет небольшой участок на расстояниях свыше 100 мм на краю магнитной системы. Так как се­парируемый материал на ленте конвейера располагается неравномерно - тол­щина слоя уменьшается к ее краю (т.е. в этой области сепарируемый материал отсутствует), ее можно исключить из рассмотрения и сделать вывод о том, что железоотделитель ЗШкМ-1х0,8 по индукции магнитного поля, как минимум, не уступает электромагнитному во всей области рабочей зоны. Сравнительный анализ опытных данных индукции магнитного поля также позволяет сделать вывод о том, что по извлекающей способности шкивной железоотделитель на постоянных магнитах соответствует и даже превосходит электромагнитный.

Выполненные расчеты и исследования систем на постоянных магнитах по­зволили создать типоразмерный ряд шкивных железоотделителей с диаметрами обечайки от 315 до 1000 мм, предназначенных для установки на конвейерах с шириной ленты от 500 до 1600 мм.

Список литературы

1 Сайко О.П., Тютюнник В.Г., Подорожный С.В. Подвесные железоотделители на по­стоянных магнитах // Уголь Украины. - 2006. - №12 - С.35-37.

2 Сайко О.П., Кофанов А.С., Дробченко В.И. Магнитные системы подвесных железоот-делитлей // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. - 2011. - Вип. 45(86) - С. 137-139.

© Сайко О.П., Кофанов А.С., Тютюнник В.Г., Дробченко В.И., 2012

Надійшла до редколегії 23.04.2012 р. Рекомендовано до публікації д.т.н. П.І. Піловим

Збагачення корисних копалин, 2012. - Вип. 50(91)

Страницы:
1 


Похожие статьи

О П Сайко, А С Кофанов, В Г Тютюнник - Выбор магнитных систем шкивных железоотделителей на постоянных магнитах