大型立环磁选机磁系结构

《大型立环磁选机磁系结构》涉及大型立环脉动高梯度磁选机，尤其是大型立环磁选机上的磁系结构。

钢铁工业是国民经济的重要产业之一，铁矿石是钢铁工业最基本的原料。截至2012年5月，中国工业化、城镇化加快发展，需要依靠大量的钢铁原料支撑，需要大量铁矿石资源提供保障。然而，由于中国铁矿石生产能力不足，使得中国铁矿石对外依存度不断提高。中国铁矿石进口数量迅猛增长：2004年中国进口铁矿石2.08亿吨，2009年进口铁矿石数量达6.28亿吨，对外依存度由2004年的41%提高到2009年的69%。另外，世界三大铁矿石供应商淡水河谷、力拓和必和必拓凭借其相对垄断地位，使中国一直被动接受高企的进口铁矿石价格，2009年63.5%的粉矿到岸价格由74.0美元/吨上升到2010年的128美元/吨，2011年1月铁矿石价格高歌猛进，突破了151美元/吨。对外依存度的高企以及进口铁矿石价格的逐年攀升，使中国钢铁业陷入前所未有的成本困境，全行业的利润仅有2%左右。因此加大中国国内铁矿资源开发力度，提高国产矿的自给率，已经成为中国钢铁业应对不断高企的成本危机，在危机面前生存、发展的关键。

然而，中国铁矿石资源绝大多数为贫矿，贫矿占总储量的97.5%，2003年中国国产铁矿石的平均品位为40%，但2012年5月前已经降至25%左右，铁矿石品位降低无疑将推高中国铁矿石生产成本。因此，中国矿山企业必须通过技术和管理创新，采用先进、高效的大型采矿、选矿设备，大幅提高国有铁矿石产量，并且大幅降低铁矿石生产成本，才有可能在未来竞争中生存和发展。

截至2012年5月，全世界已探明的铁矿储量为4千亿吨，其中红铁矿（弱磁性铁矿）占二分之一，随着矿产大量开采，富矿越来越少和铁矿石价格大幅攀升，原来的一些含量不高的贫铁矿正在开始大规模开发，选矿工业的大型化、矿石贫细化、复杂化将成为世界性的发展趋势，因而选矿企业迫切需要处理量大、选矿效率高、设备可靠性高、电耗低和生产成本低的大型弱磁铁矿选矿设备，以降低生产成本，提高企业竞争力。

《大型立环磁选机磁系结构》的申请人早期研制的SLon立环脉动高梯度磁选机（专利号ZL86106144.6）用于选别红铁矿等弱磁性矿石，具有优异的选矿性能，但2012年5月前已开发的机型处理量较小，不能满足中国国内外大型及超大型选矿厂的需求。中国国内其他磁选机生产厂家生产的最大磁选机的处理量也仅为70吨/小时，同样无法满足中国国内外大型及超大型选矿厂的需求。

开发大型的立环脉动高梯度磁选机，提高其矿石处理能力，有助于降低铁精矿生产成本，降低选别单位吨矿石的电耗，并可节约厂房用地，降低操作成本。但是，立环脉动高梯度磁选机设备的大型化需要克服诸多技术问题，其中，作为磁选机最重要组成部分的磁系结构，随着设备的大型化，其重量和尺寸也随之加大，如将磁选机上的立环加大到4米时，磁系结构的重量将高达260多吨，如此巨大的磁系如果再采用以往的结构型式将会给设备的加工、安装、维护造成极大困难，因而需要在保证其性能的前提下进行重新设计。

图1（a）、（b）为2012年5月前立环脉动高梯度磁选机磁系结构示意图；

图2（a）、（b）为《大型立环磁选机磁系结构》磁系结构示意图；

图3（a）为中间磁头铁轭沿前后方向中心线的剖视图；

图3（b）为图3（a）中A-A视图；

图4（a）为底壳铁轭结构示意图；

图4（b）为图4（a）中B-B视图。

图中：1为上铁轭，2为中铁轭，3为激磁线圈，4为月牙板，5为下铁轭，6为背景磁区域，11为左上铁轭，12为右上铁轭，21为左中铁轭，22为右中铁轭，51为左下铁轭，52为中间磁头铁轭，53为右下铁轭，54为底壳铁轭，52-1为前部磁头铁轭，52-2为后部磁头铁轭，52-3为连接螺栓，52-4为凹槽，52-5为矿浆流道，52-6为缺口，52-7为承重梁铁轭，52-8为凸棱，52-9为排气通道，54-1为底板，54-2为立板。

2016年12月7日，《大型立环磁选机磁系结构》获得第十八届中国专利优秀奖。 2100433B

如图2（a）、图2（b）所示，《大型立环磁选机磁系结构》磁系结构从上向下依次包括左上铁轭11，右上铁轭12，左中铁轭21，右中铁轭22，激磁线圈3和下铁轭5，激磁线圈3与磁系中的背景磁场区域6之间由月牙板4进行隔离；其中，下铁轭5由左下铁轭51、中间磁头铁轭52、右下铁轭53、底壳铁轭54组合而成。

如图3（a）、图3（b）所示，中间磁头铁轭52由前、后两块对接而成，前部磁头铁轭52-1和后部磁头铁轭52-2在相接合处通过分别靠近其上下沿设置的两组螺栓52-3相互连接固定，其中，靠近下沿的螺栓52-3设置在前、后两块磁头铁轭向下延伸到凹槽52-4中的连接板上。

中间磁头铁轭52的下端面上设置有沿其前后方向中心线延伸的凹槽52-4，该凹槽52-4的横截面的形状为等腰梯形，参见图3（b）。根据磁系中磁力线的传导路径，在保证左右两侧磁头铁轭横截面不至于磁饱和的情况下，凹槽52-4的横截面尺寸尽可能大，参见图2（b）。

中间磁头铁轭52两侧下端分别固定有前后方向延伸的承重梁铁轭52-7，两承重梁铁轭52-7背对中间磁头铁轭52一侧均设置有凸棱52-8。

底壳铁轭54包括左右间隔设置的两块底板54-1和分别固定在两底板的前端和后端的两块立板54-2，底板54-1和立板54-2均为矩形板，并且，两立板左右两端分别与两块底板左右方向的外侧边齐平。

中间磁头铁轭52的下端插装在底壳铁轭54的两块底板54-1之间，两根承重梁铁轭52-7上的凸棱52-8分别支撑在两块底板54-1上，底壳铁轭54上的两块立板54-2则分别卧入中间磁头铁轭52前后端下部形状相配的缺口52-6中，缺口52-6的上侧壁支撑在立板54-2的上端面上。中间磁头铁轭52的下端面与底板54-1的下表面齐平并相接成连续表面，立板54-2前后方向的外侧表面与其上方的中间磁头铁轭52的外表面齐平并相接成连续表面。左下铁轭51和右下铁轭53分别与中间磁头铁轭52的左右两侧面无间隙地相接并坐落在底壳铁轭54的两块底板54-1上，中间磁头铁轭52上的两根承重梁铁轭52-7同时分别与底板54-1和左、右下铁轭无间隙相接。

《大型立环磁选机磁系结构》中的下铁轭5的各个组件均单独加工，组装时，中间磁头铁轭52的前后两部分分别起吊，就位后再用螺栓52-3连接成一整体。

《大型立环磁选机磁系结构》通过设置底壳铁轭54，保证了组合后的下铁轭的整体性，并且，底壳铁轭54在起支撑连接作用的同时，还承担传导磁力线的作用。

参见图2（b），上铁轭和中间磁头铁轭上除了设置矿浆流道之外，还设置有排气通道，排气通道位于前部，矿浆流道位于后部。从加工方便角度考虑，上述实施例中的中间磁头铁轭52根据其上前后排列的排气通道和矿浆流道分成前后两块，排气通道52-9位于前部磁头铁轭52-1上，矿浆流道52-5位于后部磁头铁轭52-2上。

当然，采用前后两块磁头铁轭来组成中间磁头铁轭只是该发明的一种优选方式，除此之外，中间磁头铁轭也可由前后对接的多块构成。

另外，设置凹槽52-4的目的是在保证磁头铁轭磁力线传导路径上的横截面面积的情况下减少铁轭用材，减轻铁轭重量，故，除了上述示例中的横截面为等腰梯形的凹槽之外，也可采用其他适当的形状。

大型立环磁选机磁系结构专利目的

为满足设备大型化的现实需求，《大型立环磁选机磁系结构》的目的在于提供一种新型的立环脉动高梯度磁选机磁系结构，该磁系结构在大大提高磁选机处理能力的同时，还具有电耗低、设备加工、安装、维护容易的优点。

大型立环磁选机磁系结构技术方案

《大型立环磁选机磁系结构》大型立环脉动磁选机磁系结构从上向下依次包括左、右上铁轭，左、右中铁轭，激磁线圈和下铁轭，激磁线圈与磁系中的背景磁场区域之间由月牙板进行隔离；其中，下铁轭由左下铁轭、中间磁头铁轭、右下铁轭、底壳铁轭组合而成，中间磁头铁轭包括沿前后方向排列的若干块，若干块相互对接并通过螺栓相互连接固定成一整体，中间磁头铁轭的下端面上设置有沿其前后方向中心线延伸的凹槽，该凹槽的横向槽口宽度大于槽部宽度，并且在保证左右两侧磁头铁轭横截面不至于磁饱和的情况下凹槽的横截面尺寸尽可能大，中间磁头铁轭两侧下端分别固定有前后方向延伸的承重梁铁轭，该承重梁铁轭在背对中间磁头铁轭一侧设置有凸棱，底壳铁轭包括左右间隔设置的两块底板和分别固定在两底板的前端和后端的两块立板，中间磁头铁轭的下端插装在所述两块底板之间，两根承重梁铁轭上的凸棱分别支撑在两块底板上，中间磁头铁轭的下端面与底板的下表面齐平并相接成连续表面，所述两块立板分别卧入中间磁头铁轭前后端下部形状相配的缺口中，缺口上侧壁支撑在立板上端面上，立板前后方向的外侧表面与其上方的中间磁头铁轭的外表面齐平并相接成连续表面，左、右下铁轭分别无间隙贴靠中间磁头铁轭左右两侧面坐落在所述底板上，两承重梁铁轭分别与相邻各铁轭无间隙相接。

进一步，所述中间磁头铁轭由前、后两块对接而成，两块磁头铁轭在相接合处通过分别靠近其上下沿设置的两组螺栓相互连接固定，其中，靠近下沿的螺栓设置在前、后两块磁头铁轭向下延伸到所述凹槽中的连接板上。

进一步，所述凹槽的横截面的形状为等腰梯形。

进一步，所述底壳铁轭中的所述底板和所述立板均为矩形板，并且，两立板左右两端分别与两块底板左右方向的外侧边齐平。

磁系是磁选机最重要的部分之一，其造价占主机的60%以上。磁系结构不仅关系到场强、漏磁、功耗等技术参数，而且关系到矿浆通路是否流畅，选矿指标的优劣等问题。因此，磁系设计是制造优质磁选机的关键，需要综合考虑设备的分选空间、激磁功耗、背景场强、选矿性能、加工难度、材料消耗、安装、维护等诸多因素，同时还要防止转环抖动。

将磁选机的立环直径加大到4米，磁选机的整机重量将接近380吨，其中的磁系重量将高达260多吨，如果不对磁系结构进行改进，将使其加工、运输、安装、维护都难以进行。

大型立环磁选机磁系结构改善效果

《大型立环磁选机磁系结构》在满足背景磁场强度要求、最大限度地减少漏磁的情况下，采用了组合式的下铁轭结构，首先将下铁轭分成左、右下铁轭和中间磁头铁轭三个主要大块，其中的中间磁头铁轭又切分成前、后两块，然后再利用底壳铁轭将三大块组合成一整体，同时，为保证中间磁头铁轭在底壳铁轭上的稳定支撑，还专门设置了起辅助支撑作用的承重梁铁轭。该发明组合式下铁轭结构大大缩小了各组成部件的体积和重量，降低了加工、安装、维护的难度，为磁系结构的大型化创造了条件。

《大型立环磁选机磁系结构》根据磁系中磁力线传导的特点，在保证铁轭横截面面积足够，又不至于达到磁饱和的情况下，还首次采用了减轻中间磁头铁轭重量的措施。通过在中间磁头铁轭下端面上设置凹槽，既减少了磁头铁轭材料的使用量，又不会使磁头铁轭局部出现磁饱和。以立环直径4米的磁选机为例，中间磁头铁轭的重量50吨左右，通过设置凹槽，可节省铁轭材料2吨左右。

采用该发明磁系结构的立环直径4米的磁选机，其干矿台时处理能力可达到350-550吨/小时。

1.一种大型立环脉动磁选机磁系结构，从上向下依次包括左、右上铁轭，左、右中铁轭，激磁线圈和下铁轭，激磁线圈与磁系中的背景磁场区域之间由月牙板进行隔离；其特征在于，所述下铁轭由左下铁轭、中间磁头铁轭、右下铁轭、底壳铁轭组合而成，中间磁头铁轭包括沿前后方向排列的若干块，若干块相互对接并通过螺栓相互连接固定成一整体，中间磁头铁轭的下端面上设置有沿其前后方向中心线延伸的凹槽，该凹槽的横向槽口宽度大于槽部宽度，并且在保证左右两侧磁头铁轭横截面不至于磁饱和的情况下凹槽的横截面尺寸尽可能大，中间磁头铁轭两侧下端分别固定有前后方向延伸的承重梁铁轭，该承重梁铁轭在背对中间磁头铁轭一侧设置有凸棱，底壳铁轭包括左右间隔设置的两块底板和分别固定在两底板的前端和后端的两块立板，中间磁头铁轭的下端插装在所述两块底板之间，两根承重梁铁轭上的凸棱分别支撑在两块底板上，中间磁头铁轭的下端面与底板的下表面齐平并相接成连续表面，所述两块立板分别卧入中间磁头铁轭前后端下部形状相配的缺口中，缺口上侧壁支撑在立板上端面上，立板前后方向的外侧表面与其上方的中间磁头铁轭的外表面齐平并相接成连续表面，左、右下铁轭分别无间隙贴靠中间磁头铁轭左右两侧面坐落在所述底板上，两承重梁铁轭分别与相邻各铁轭无间隙相接。

2.如权利要求1所示的磁系结构，其特征在于，所述中间磁头铁轭由前、后两块对接而成，两块磁头铁轭在相接合处通过分别靠近其上下沿设置的两组螺栓相互连接固定，其中，靠近下沿的螺栓设置在前、后两块磁头铁轭向下延伸到所述凹槽中的连接板上。

3.如权利要求1所示的磁系结构，其特征在于，所述凹槽的横截面的形状为等腰梯形。

4.如权利要求1所示的磁系结构，其特征在于，所述底壳铁轭中的所述底板和所述立板均为矩形板，并且，两立板左右两端分别与两块底板左右方向的外侧边齐平。

磁系是磁选机的重要组成部分，磁系按照磁极的配置方式可分为开放磁系和闭合磁系两种。常用的磁选机多采用开放磁系。开放磁系按照磁极的排列特点又分为平面磁系、弧面磁系和塔形磁系3种。为平面磁系，其磁极排列为平面，带式磁选机采用的是这种磁系；弧面磁系，其磁极排列为圆弧面，筒式磁选机采用的是这种磁系；塔形磁系，其磁极排列为塔形，某些磁力脱水格采用的是这种磁系。

磁选机磁系的宽度是指磁系沿圆筒轴向方向的长度。磁系宽度不同，磁场强度沿轴向方向的变化也不同。磁系宽度增大后，磁极上方各点的磁场强度均有增加，因为漏磁减小。宽度小的磁系，越靠近磁系边缘，磁场强度越低，下降幅度很大，而宽度大的磁系，在很大范围内磁场是均匀的。宽的磁系在圆筒轴向方向上的磁场分布具有中间段高两端低的特性。这是因为磁系两端有磁通散放，这种特性和磁通散放的存在，设计磁选机的给矿口和排矿口宽度时应加以考虑。磁系宽度决定着给矿宽度，因而也就决定着磁选机的处理能力。增加磁系宽度必然要增加筒长，从而提高磁选机的处理能力。

可做磁选机磁系的永磁材料有永磁铁氧体、铝镍钴、铁铬钴与猛铝铁、稀土钴永磁材料、铂钴贵金属永磁材料以及钕铁硼永磁材料等。国产磁选设备用的永磁材料主要是永磁铁氧体（锶铁氧体、钡铁氧体），其次是稀土钴永磁材料。