磁选机磁场分布优化及分选腔形状对分选区流场分布的影响

发布时间：2020-09-25 18:29

　　目前,我国正处于工业化和城镇化迅速推进、大量消耗铁矿石资源的社会主义初级阶段,另外,由于我国铁矿石资源“贫、细、杂、散”的特点,以及内蒙古自治区处于高原干旱缺水地区,虽然在铁矿石采选行业中湿式磁选机的应用广泛且得到的铁精粉的品位较高,然而耗水多、能耗大、易堵塞,因此,从可持续发展的角度来看,干式磁选完全不需要水资源、处理量大、操作方便以及对给矿粒度和原矿品位适应性更强的特点,决定了干式磁选更适用于自治区铁矿石的分选。本文主要从理论分析和模拟计算两个方面对磁选机磁系的磁场特性和分选腔内气固两相流的流场特性进行了研究。其一,为了优化磁场分布,通过仿真软件COMSOL Multiphysics的磁场无电流模块对不同磁块构造形成磁系的磁感应强度、周向磁场强度以及径向平均磁场梯度进行仿真分析,并用探针监测直径为2 mm的磁性圆形颗粒环绕磁系外表面运动的磁场力,得出如下结论:加入辅助磁块的磁系在磁极中线处和磁极间隙处磁场强度曲线的波动更均匀,周向磁场分布更均匀,更有利于被磁辊捕集的磁颗粒沿着磁辊均匀运动,直至到达精矿收集区域;加入辅助磁块的磁系的径向平均磁场梯度更大,磁场的作用深度更大,颗粒在径向的翻转次数更多,更有利于料层外侧的磁颗粒有更多的机会靠近磁辊,意味着可以处理更厚的料层,能在保证分选率的前提下提高单位产能,提高产量;加入辅助磁块的磁系中磁颗粒所受的磁力在波峰处和波谷处都比其他组大,更容易被磁系捕集。其二,针对分选时分选腔内团聚现象和料层厚度小所导致铁精粉品位低及单位产能和产量低的问题,依据卡门涡街原理对分选腔进行改造,并运用仿真软件COMSOL Multiphysics先后分析不同形状导流板和不同截面阻流体对分选腔流场分布的影响,得出最佳导流板和最佳截面阻流体的形状,最后利用最佳形状导流板和最佳截面形状阻流体所形成的分选腔对气固两相流进行耦合仿真分析,得出以下结论:湍流流动的不可控性使流道内产生杂乱无章的旋涡,使已经被捕集的磁颗粒在没有到达出口就脱离磁辊,增加磁辊捕集磁颗粒的难度,而层流流动产生的层流涡街更稳定,更均匀;不规则型导流板所形成的分选腔内更容易出现负压,气体沿着流道流动使得负压的绝对值有所增大,更有利于流道内进入空气带动并推动颗粒参与分选作业;不规则型导流板形成的分选腔内两点位置处的速度和涡流在波峰与波谷处有更大的差值,速度波动更大,涡流强度更大,更有利于料层外侧的磁颗粒有更多的机会靠近磁辊;气体绕过梯形截面阻流体时所引发两点位置处的速度和涡流在波峰与波谷的差值更大,速度波动更大,涡流强度更大,运动更强烈,且整个流道内的平均涡流情况与之一致;气固两相流在梯形截面阻流体与不规则型导流板所形成的分选腔内进行分选,更有利于气流带动料层外侧的磁颗粒靠近磁辊,意味着可以处理更厚的料层,能在保证分选率的前提下提高单位产能和产量,更有利于颗粒之间相互碰撞而增加气固两相流的松散度,减少团聚现象,提高铁精粉的品位。该研究为本课题组设计的矿用型实验设备的加工制作提供了一定的方法与思路,也为本课题组实验用磁选机分选腔的改进提供了一定的新方向,希望通过对实验用磁选机的改进与实验验证,逐步应用于与内蒙古地区工况环境相符的矿区。
【学位单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD951;TD924
【部分图文】：

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被吸附在半磁滚筒表面，并沿着转动的半磁滚筒到达非磁系区域之后，脱离而进入精矿收集区域。非磁性矿粒在受到机械力合力（大于磁力）作用下，到达出口立即掉落进入尾矿收集区域。磁选原理如图2.1 所示：图2.1 磁选原理简图

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内蒙古科技大学硕士学位论文-32-图4.1 磁辊的三维视图图4.2 磁辊内部结构爆炸图磁辊的磁系使用稀土永磁材料钕铁硼，并采用轴向同极、周向异极的方式交替排布而成，其牌号为N35，其他特性参数如表 4.2 所示。表 4.2 钕铁硼特性参数数值充磁方向径向剩余磁感应强度 Br/T 1.17相对磁导率μr1.05矫顽力 Hcb/（kA m－1） 8904.2 四组不同磁系结构介绍分别设定四组结构不同的磁系组，A 组磁系为单块规格磁块叠加构成主磁极，B 组和 A 组磁系规格相同，但在主磁极间隙中加入和邻近主磁极极性相同的小磁块

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