GT 系列永磁筒式磁选机关键结构的优化设计①

夏常路

(长沙矿冶研究院有限责任公司,湖南 长沙410012)

永磁筒式磁选机是目前应用较广的一种磁选设备,因运行成本低、分选效率高等特点,深受广大用户的欢迎,已经广泛应用于金属矿物精选和抛尾作业以及非金属矿除铁降杂等领域,在磁选设备中占据着不可替代的地位［1］。

GT 系列永磁筒式磁选机是长沙矿冶研究院开发研制的新型高效磁选设备,目前已有干式(GTGM)系列和湿式(GTS)系列磁选机,广泛应用于锰矿精选、铁矿精选/抛尾、钛铁矿精选,石榴石、独居石、蛭石、锆英石提纯和石英砂除铁等工艺流程中,设备已在全国上百家矿山企业推广应用,取得了良好的经济和社会效益。

1 永磁筒式磁选机的结构与工作原理

传统永磁筒式磁选机主体结构如图1 所示,它主要由磁滚筒、机架、给料斗、分矿板、接料斗以及传动装置等组成。

图1 永磁筒式磁选机的主体结构简图

磁选机的工作原理是:物料由给料斗均匀给在弱磁滚筒的筒面上除掉磁性铁后,落入强磁滚筒中,物料在分选下落的过程中由于磁性差异受到磁场力、物料本身的重力和离心力的综合影响,沿不同运动轨迹抛出,形成较宽的矿带,通过分矿板可获得精矿、中矿、尾矿等不同产品,通过调节分矿板的位置可获得品位、产率、金属回收率不同的产品。

2 设备结构优化改进

近年来,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GT 系列永磁筒式磁选机进行了改进升级。 结合选厂实际使用要求,在分选筒加工工艺、给矿方式及传动系统等方面进行了大量设计研究工作,优化改进的新型GT 系列永磁筒式磁选机具有机械性能稳定、操作维护方便、结构紧凑合理等优点。

2.1 分选筒加工工艺优化

分选筒作为筒式磁选机进行分选作业的关键部件,是选矿过程中磁场作用力的来源,也是设备加工制造过程中成本最高的部件(其成本占设备总成本的60%以上),因此对分选筒的优化改进是磁选机设计工作中的重点。 GT 系列永磁筒式磁选机分选筒结构如图2 所示。

图2 筒式磁选机分选筒结构

2.1.1 筒体加工精度的提高

不锈钢筒体是磁选作业过程中对物料进行选别的直接作用接触面,筒面的平整度(圆弧面)、圆度及圆柱度等加工精度直接影响筒式磁选机的分选效果。

1) 筒体加工工序的精细化。 首先是筒体材料,必须选择平整的冷轧不锈钢板材,尤其是板材厚度要达标,厚度负差不能太大(小于3%),并且下料均采用氮气激光切割,其加工尺寸误差可控制在0.2 mm 以内。其次是卷筒与焊接工序,通过特殊的工装夹具、精细化的焊接及整型工艺以及过程中动态检测,保证筒体的圆度在0.5 mm 以下,筒体圆度好,分选过程中物料无跳动,矿带稳定。 不锈钢筒体成品如图3 所示。

图3 不锈钢筒结构

2) 筒体技术参数系列化。 由于磁性矿物存在磁性差异,根据不同矿物所要求的分选磁场不同,建立了分选筒技术参数系列化的数据库,其中包括筒体不锈钢材料牌号、板材厚度、下料尺寸、卷筒时间以及焊接工艺参数等,通过大量工业应用实践经验,不断完善各项技术参数的系列化,并将所有相关资料归档保存入数据库。

2.1.2 筒体密封结构的改进

分选筒核心部件是磁系,磁系密封在筒体内,磁选机工作时,筒体旋转将不同磁性的矿物分离开来,因此,筒体的正常运转才能保证磁选机的分选作业顺利进行。 而要使筒体正常运转,分选筒两端盖处必须做好密封,避免外界矿物介质进入筒体内,导致筒体出现卡死、磁系磨损等故障。 原GT 系列筒式磁选机筒体端盖密封结构如图4 所示。

图4 原分选筒密封结构

分选筒的这种密封结构在现场使用过程中经常有密封失效的情况出现,现场拆装筒体调查结果表明,导致筒体端盖密封失效的原因主要有两方面:一是密封槽的位置不合理；二是密封圈与密封槽的匹配关系。

原密封槽位置设计在端盖止口根部,当筒体法兰与端盖用螺栓紧固时,由于法兰口留有一定倒角,导致O 型圈挤压不规则变形,且密封槽截面增加,施加在O型圈上的压力变小,大大降低其密封性能。 因此,密封槽应设计在端盖止口根部留有一定距离的位置,使筒体法兰端面完全盖住密封槽,如图5 所示。

关于密封圈与密封槽的匹配关系及密封槽截面设计,《机械设计手册》中没有查到有关矩形密封结构的设计计算公式,在实际工作中大多凭工作经验来设计矩形密封槽结构［2］。 GT 系列磁选机在密封槽设计上存在不足,原密封槽截面积设计时倾向于小于O 型圈截面积。 根据文献［2］的分析,总结出如下计算公式:

式中H为密封槽深度；C为密封槽宽度；d为密封圈截面直径。

通过对磁选机筒体端盖密封结构设计中遇到的问题进行调查分析和相关文献资料查阅,总结出一套具有实际意义的矩形密封槽的结构设计方法。 该方法在新型GT 系列筒式磁选机的端盖密封结构设计中成功应用,实践结果表明,改进后的密封结构密封性能可靠,密封圈使用寿命大大提高。

2.2 给矿方式改进设计

磁选机的给矿对分选效果有重要影响,给矿均匀性、给矿量大小等直接影响磁选机的分选效果和处理能力。 传统永磁筒式磁选机的给料方式如图6 所示。磁选机的筒体上方有一给料斗用于给矿,该给料斗结构分为上下2 部分,上部是贮料区,下部是给料控制区。 给料控制区主要由3 根角钢组成,上面的给料闸角钢可以转动调节开度大小,实现给矿量大小控制,下面两根角钢重叠形成一条平直沟槽,当给料闸关闭时,可用于存储漏矿,达到密封矿料的作用。

图6 原给矿方式结构

该给料斗结构简单可靠,但在生产应用中发现存在两方面的问题:一是给矿均匀性不好控制,磁选机给料斗设计时必须保证给矿均匀,否则会造成分选区局部料层偏厚,直接影响磁选机的分选效果和处理能力。因此,给料控制区必须保证在整个角钢长度方向的开度大小完全一致,即上下角钢均处于水平平行状态,这对3 根角钢加工和装配时有极高的精度要求。 第二是给料斗易堵矿,由于给料闸开度一般较小,出矿口缝隙小于3 mm,一旦有粗颗粒杂质或毛发等通过,极易发生堵矿现象。

基于上述问题,对传统给矿方式进行优化设计,在借鉴YD 系列电选机给料机构基础上,增加了振动给料斗。 改进后的给矿结构如图7 所示。

图7 改进后给矿机构三维图

该给矿机构将给料控制部分设计成推拉式的部件,主体部分为V 型出料槽,槽底开4 个(或更多)矩形的出矿口,分别等间距给到振动斗4 个给矿点,V 型槽下面推拉板控制4 个开口的大小,通过固定的刻度标识,实现定量给矿。

新型GT 系列磁选机工业应用结果表明,给矿方式改进后,实现了物料的精确、均匀给矿,同时下料量可调,提高了设备操作便利性和给矿稳定性。

3 结 语

1) 针对GT 系列永磁筒式磁选机在生产应用中出现的问题,对其分选筒、给矿方式等进行了优化设计。

2) 分选筒加工工艺的优化,使得筒体结构更加合理,提高了筒体制造精度和密封可靠性,使设备运行更稳定,分选性能更好,整机使用寿命延长。

3) 给矿方式的改进,实现了物料的精确、均匀给矿,提高了设备分选指标的稳定性。