РАЗДЕЛ 2
ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ВЫСОКОГРАДИЕНТНОЙ МАГНИТНОЙ СЕПАРАЦИИ
Как было показано в обзоре, в настоящее время, не выявлены технологические параметры схемы обогащения окисленных железистых кварцитов или конструктивные параметры сепаратора 6ЭРМ-35/315, как основного оборудования технологии, которые бы существенно повышали качество магнитного продукта. Изменение параметров, заложенных в проект КГОКОРа, в одну или другую сторону позволяют лишь незначительно повысить качество концентрата. Для определения параметров, которые существенно влияют на повышение качества концентрата, необходимо изучить условия притяжения и удержания слабомагнитных частиц в рабочей зоне высокоградиентного магнитного сепаратора с пластинчатой матрицей.
Как известно, в высокоградиентных магнитных сепараторах отделение слабомагнитных минералов от породы происходит за счет действия силы со стороны магнитного поля. Поэтому для прогнозирования поведения частиц, в первую очередь, необходимо знать величину магнитной силы в каждом элементе объема зоны разделения. Пондеромоторная сила магнита может быть рассчитана, если известно распределение напряженности Н (индукции В) магнитного поля в зазоре между выступами пластин.
2.1. Исследование распределения индукции магнитного поля в воздушном зазоре между рифлеными пластинами
Получить картину распределения индукции магнитного поля в воздушном зазоре между рифлеными пластинами возможно с помощью экспериментальных измерений или аналитическим путем. На первом этапе выполнены экспериментальные измерения.
Измерения параметров магнитного поля в зазорах между промышленными рифленными пластинами, выполняемые с помощью современных средств (датчик Холла), не позволяют получить точечного значения индукции (напряженности) магнитного поля. Связано это с относительно малыми размерами зубьев и зазоров между ними (в промышленных сепараторах 6ЭРМ 35/315 шаг рифлений пластин составляет 3,5 мм при ширине зазора между выступами пластин 4 мм, а минимальный размер датчика Холла 2 х 2 х 0,8 мм).
Для определения подробной картины распределения индукции магнитного поля в разных точках рабочего зазора была изготовлена модель матрицы из пластин с увеличенным шагом рифлений для того, чтобы размер датчика был относительно мал по сравнению с размерами шага рифлений и зазора между пластинами. Модель пластин изготовлена из материала, аналогичного материалу промышленных пластин.
Матрица помещалась в межполюсное пространство лабораторной электромагнитной системы. Размеры пластины и вид матрицы показаны на рис. 2.1.
Для имитации элемента рабочей зоны сепаратора пластины с увеличенным шагом рифлений равным 24 мм устанавливались с соответствующим зазором ?м, величина которого составляла для разных серий опытов 9,5; 11,5; 18 и 28 мм. Это позволяло имитировать различные сочетания шага рифлений и ширины зазора (см. табл. 2.1). Таким образом, моделируют потенциальные поля [58, 59], при этом коэффициент соответствия между величинами напряженности Н и индукции В магнитного поля равен единице.
Данные таблицы рассчитывались с учетом коэффициента подобия Кп, который определялся по формуле:
Рис. 2.1. Размер пластины (а) и вид матрицы (б):
1 - модель пластин;
2 - вставка из немагнитного материала;
? - рабочий зазор.
, (2.1)
где Кп - коэффициент подобия пластин;
Sм - величина шага рифлений модели пластин (Sм = 24 мм);
S? - величина шага рифлений промышленных пластин, мм.
Таблица 2.1
Значения коэффициента подобия и условия опытов
Условия опытовКоэффициент подобияэкспериментальныемоделируемыешаг, ммзазор, ммшаг, ммзазор, мм2427,43,546,8572419,2544,82412843,0249,61042,4
При этом зазор между пластинами матрицы составит:
?м = Кп•? , (2.2)
где ?м - зазор между выступами пластин модели, мм;
Кп - коэффициент подобия;
? - зазор между выступами пластин в промышленном сепараторе (?=4 мм).
Средняя индукция магнитного поля между пластинами во всех сериях опытов составляла 0,3; 0,5; 0,7 и 1,0 Тл. Замеры средней индукции производились микровеберметром Ф - 192 при помощи петли общей площадью 2600 мм2.
Для измерения индукции поля в различных точках рабочей зоны использовали датчик Холла, размеры рабочей зоны которого 0,75 ? 0,75 ? 0,25 мм. На датчик подавался постоянный ток 100 мА, а его показания фиксировались цифровым прибором. Перемещение датчика вдоль осей Х и У осуществлялось механическим устройством со шкалой, цена деления которой составляла 0,01 мм.
Замеры индукции магнитного поля выполнялись как в перпендикулярном направлении, так и вдоль силовых линий (Вх и Ву). Началом системы координат выбрана точка О, расположенная в центре зазора и равноудалённая от вершин зубьев противоположных пластин (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Схема измерений напряженности магнитного поля:
О - начало системы координат ХОУ;
А1,1 - точка максимального значения индукции магнитного поля;
Вi.j - значение индукции магнитного поля в соответствующей точке.
Замеры проводились по сетке в узлах ее ячеек. Начальное положение датчика - точка максимального значения индукции магнитного поля напротив вершины зуба (точка А1,1).
Для определения составляющей ВУ плоскость датчика располагалась перпендикулярно оси ОУ, для составляющей ВХ - датчик поворачивался на 90°, и его плоскость была перпендикулярна оси ОХ. Для получения полной картины магнитного поля шаг измерений был достаточно мал и составлял по оси ОХ - , по оси ОУ - , При определении картины магнитного поля количество измерений в указанной области составляло 100 - 180 значений. Результаты измерений приведены в таблице 2.2 (Более полные значения измерений индукции магнитного поля при различном зазоре между пластинами приведены в приложении А).
По известным соста