GT 系列永磁筒式磁選機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)①

夏常路

(長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司,湖南 長沙410012)

永磁筒式磁選機(jī)是目前應(yīng)用較廣的一種磁選設(shè)備,因運(yùn)行成本低、分選效率高等特點(diǎn),深受廣大用戶的歡迎,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于金屬礦物精選和拋尾作業(yè)以及非金屬礦除鐵降雜等領(lǐng)域,在磁選設(shè)備中占據(jù)著不可替代的地位［1］。

GT 系列永磁筒式磁選機(jī)是長沙礦冶研究院開發(fā)研制的新型高效磁選設(shè)備,目前已有干式(GTGM)系列和濕式(GTS)系列磁選機(jī),廣泛應(yīng)用于錳礦精選、鐵礦精選/拋尾、鈦鐵礦精選,石榴石、獨(dú)居石、蛭石、鋯英石提純和石英砂除鐵等工藝流程中,設(shè)備已在全國上百家礦山企業(yè)推廣應(yīng)用,取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

1 永磁筒式磁選機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

傳統(tǒng)永磁筒式磁選機(jī)主體結(jié)構(gòu)如圖1 所示,它主要由磁滾筒、機(jī)架、給料斗、分礦板、接料斗以及傳動裝置等組成。

圖1 永磁筒式磁選機(jī)的主體結(jié)構(gòu)簡圖

磁選機(jī)的工作原理是:物料由給料斗均勻給在弱磁滾筒的筒面上除掉磁性鐵后,落入強(qiáng)磁滾筒中,物料在分選下落的過程中由于磁性差異受到磁場力、物料本身的重力和離心力的綜合影響,沿不同運(yùn)動軌跡拋出,形成較寬的礦帶,通過分礦板可獲得精礦、中礦、尾礦等不同產(chǎn)品,通過調(diào)節(jié)分礦板的位置可獲得品位、產(chǎn)率、金屬回收率不同的產(chǎn)品。

2 設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)

近年來,在充分借鑒吸收現(xiàn)有設(shè)備改造所取得的經(jīng)驗(yàn)和成果基礎(chǔ)之上,對傳統(tǒng)GT 系列永磁筒式磁選機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)升級。 結(jié)合選廠實(shí)際使用要求,在分選筒加工工藝、給礦方式及傳動系統(tǒng)等方面進(jìn)行了大量設(shè)計(jì)研究工作,優(yōu)化改進(jìn)的新型GT 系列永磁筒式磁選機(jī)具有機(jī)械性能穩(wěn)定、操作維護(hù)方便、結(jié)構(gòu)緊湊合理等優(yōu)點(diǎn)。

2.1 分選筒加工工藝優(yōu)化

分選筒作為筒式磁選機(jī)進(jìn)行分選作業(yè)的關(guān)鍵部件,是選礦過程中磁場作用力的來源,也是設(shè)備加工制造過程中成本最高的部件(其成本占設(shè)備總成本的60%以上),因此對分選筒的優(yōu)化改進(jìn)是磁選機(jī)設(shè)計(jì)工作中的重點(diǎn)。 GT 系列永磁筒式磁選機(jī)分選筒結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 筒式磁選機(jī)分選筒結(jié)構(gòu)

2.1.1 筒體加工精度的提高

不銹鋼筒體是磁選作業(yè)過程中對物料進(jìn)行選別的直接作用接觸面,筒面的平整度(圓弧面)、圓度及圓柱度等加工精度直接影響筒式磁選機(jī)的分選效果。

1) 筒體加工工序的精細(xì)化。 首先是筒體材料,必須選擇平整的冷軋不銹鋼板材,尤其是板材厚度要達(dá)標(biāo),厚度負(fù)差不能太大(小于3%),并且下料均采用氮?dú)饧す馇懈?其加工尺寸誤差可控制在0.2 mm 以內(nèi)。其次是卷筒與焊接工序,通過特殊的工裝夾具、精細(xì)化的焊接及整型工藝以及過程中動態(tài)檢測,保證筒體的圓度在0.5 mm 以下,筒體圓度好,分選過程中物料無跳動,礦帶穩(wěn)定。 不銹鋼筒體成品如圖3 所示。

圖3 不銹鋼筒結(jié)構(gòu)

2) 筒體技術(shù)參數(shù)系列化。 由于磁性礦物存在磁性差異,根據(jù)不同礦物所要求的分選磁場不同,建立了分選筒技術(shù)參數(shù)系列化的數(shù)據(jù)庫,其中包括筒體不銹鋼材料牌號、板材厚度、下料尺寸、卷筒時(shí)間以及焊接工藝參數(shù)等,通過大量工業(yè)應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),不斷完善各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的系列化,并將所有相關(guān)資料歸檔保存入數(shù)據(jù)庫。

2.1.2 筒體密封結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

分選筒核心部件是磁系,磁系密封在筒體內(nèi),磁選機(jī)工作時(shí),筒體旋轉(zhuǎn)將不同磁性的礦物分離開來,因此,筒體的正常運(yùn)轉(zhuǎn)才能保證磁選機(jī)的分選作業(yè)順利進(jìn)行。 而要使筒體正常運(yùn)轉(zhuǎn),分選筒兩端蓋處必須做好密封,避免外界礦物介質(zhì)進(jìn)入筒體內(nèi),導(dǎo)致筒體出現(xiàn)卡死、磁系磨損等故障。 原GT 系列筒式磁選機(jī)筒體端蓋密封結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 原分選筒密封結(jié)構(gòu)

分選筒的這種密封結(jié)構(gòu)在現(xiàn)場使用過程中經(jīng)常有密封失效的情況出現(xiàn),現(xiàn)場拆裝筒體調(diào)查結(jié)果表明,導(dǎo)致筒體端蓋密封失效的原因主要有兩方面:一是密封槽的位置不合理；二是密封圈與密封槽的匹配關(guān)系。

原密封槽位置設(shè)計(jì)在端蓋止口根部,當(dāng)筒體法蘭與端蓋用螺栓緊固時(shí),由于法蘭口留有一定倒角,導(dǎo)致O 型圈擠壓不規(guī)則變形,且密封槽截面增加,施加在O型圈上的壓力變小,大大降低其密封性能。 因此,密封槽應(yīng)設(shè)計(jì)在端蓋止口根部留有一定距離的位置,使筒體法蘭端面完全蓋住密封槽,如圖5 所示。

關(guān)于密封圈與密封槽的匹配關(guān)系及密封槽截面設(shè)計(jì),《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》中沒有查到有關(guān)矩形密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算公式,在實(shí)際工作中大多憑工作經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計(jì)矩形密封槽結(jié)構(gòu)［2］。 GT 系列磁選機(jī)在密封槽設(shè)計(jì)上存在不足,原密封槽截面積設(shè)計(jì)時(shí)傾向于小于O 型圈截面積。 根據(jù)文獻(xiàn)［2］的分析,總結(jié)出如下計(jì)算公式:

式中H為密封槽深度；C為密封槽寬度；d為密封圈截面直徑。

通過對磁選機(jī)筒體端蓋密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇到的問題進(jìn)行調(diào)查分析和相關(guān)文獻(xiàn)資料查閱,總結(jié)出一套具有實(shí)際意義的矩形密封槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。 該方法在新型GT 系列筒式磁選機(jī)的端蓋密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中成功應(yīng)用,實(shí)踐結(jié)果表明,改進(jìn)后的密封結(jié)構(gòu)密封性能可靠,密封圈使用壽命大大提高。

2.2 給礦方式改進(jìn)設(shè)計(jì)

磁選機(jī)的給礦對分選效果有重要影響,給礦均勻性、給礦量大小等直接影響磁選機(jī)的分選效果和處理能力。 傳統(tǒng)永磁筒式磁選機(jī)的給料方式如圖6 所示。磁選機(jī)的筒體上方有一給料斗用于給礦,該給料斗結(jié)構(gòu)分為上下2 部分,上部是貯料區(qū),下部是給料控制區(qū)。 給料控制區(qū)主要由3 根角鋼組成,上面的給料閘角鋼可以轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)開度大小,實(shí)現(xiàn)給礦量大小控制,下面兩根角鋼重疊形成一條平直溝槽,當(dāng)給料閘關(guān)閉時(shí),可用于存儲漏礦,達(dá)到密封礦料的作用。

圖6 原給礦方式結(jié)構(gòu)

該給料斗結(jié)構(gòu)簡單可靠,但在生產(chǎn)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)存在兩方面的問題:一是給礦均勻性不好控制,磁選機(jī)給料斗設(shè)計(jì)時(shí)必須保證給礦均勻,否則會造成分選區(qū)局部料層偏厚,直接影響磁選機(jī)的分選效果和處理能力。因此,給料控制區(qū)必須保證在整個(gè)角鋼長度方向的開度大小完全一致,即上下角鋼均處于水平平行狀態(tài),這對3 根角鋼加工和裝配時(shí)有極高的精度要求。 第二是給料斗易堵礦,由于給料閘開度一般較小,出礦口縫隙小于3 mm,一旦有粗顆粒雜質(zhì)或毛發(fā)等通過,極易發(fā)生堵礦現(xiàn)象。

基于上述問題,對傳統(tǒng)給礦方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),在借鑒YD 系列電選機(jī)給料機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上,增加了振動給料斗。 改進(jìn)后的給礦結(jié)構(gòu)如圖7 所示。

圖7 改進(jìn)后給礦機(jī)構(gòu)三維圖

該給礦機(jī)構(gòu)將給料控制部分設(shè)計(jì)成推拉式的部件,主體部分為V 型出料槽,槽底開4 個(gè)(或更多)矩形的出礦口,分別等間距給到振動斗4 個(gè)給礦點(diǎn),V 型槽下面推拉板控制4 個(gè)開口的大小,通過固定的刻度標(biāo)識,實(shí)現(xiàn)定量給礦。

新型GT 系列磁選機(jī)工業(yè)應(yīng)用結(jié)果表明,給礦方式改進(jìn)后,實(shí)現(xiàn)了物料的精確、均勻給礦,同時(shí)下料量可調(diào),提高了設(shè)備操作便利性和給礦穩(wěn)定性。

3 結(jié) 語

1) 針對GT 系列永磁筒式磁選機(jī)在生產(chǎn)應(yīng)用中出現(xiàn)的問題,對其分選筒、給礦方式等進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2) 分選筒加工工藝的優(yōu)化,使得筒體結(jié)構(gòu)更加合理,提高了筒體制造精度和密封可靠性,使設(shè)備運(yùn)行更穩(wěn)定,分選性能更好,整機(jī)使用壽命延長。

3) 給礦方式的改進(jìn),實(shí)現(xiàn)了物料的精確、均勻給礦,提高了設(shè)備分選指標(biāo)的穩(wěn)定性。