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SLon高梯度磁选机磁介质材质选择方法与技巧

发布日期:2018-05-31 10:58 浏览: 作者:磁选机生产厂家

    SLon系列磁选机是一种弱磁性矿强磁选设备,因选矿效率高的突出优点,使其在全国乃至全世界弱磁性矿选矿工艺中得到广泛运用,占有较大的市场份额。目前,SLon系列磁选机全球保有量保守估计在3000台以上,SLon立环脉动高梯度磁选机结构如图1。

 SLon立环脉动高梯度磁选机结构示意图

    磁介质是高梯度磁选机的重要组成部分,工作原理是:磁选机的激磁线圈通以直流电后在分选区域产生感应磁场,位于分选区的磁介质表面产生非均匀磁场即高梯度磁场,转环作顺时针旋转,将磁介质不断送入和运出分选区,矿浆从给矿斗给入,沿上铁轭缝隙流经转环。矿浆中的磁性颗粒吸附在磁介质棒表面上,被转环带至顶部无磁场区,被冲洗水冲入精矿斗,非磁性颗粒在重力、脉动流体力的作用下穿过磁介质堆,与磁性颗粒分离。然后沿下铁轭缝隙流入尾矿斗排走;该机的转环采用立式旋转方式,对于每一组磁介质而言,冲洗磁性精矿的方向与给矿方向相反,粗颗粒不必穿过磁介质堆便可冲洗出来。

    SLon立环脉动高梯度磁选机的磁介质为软磁钢丝材质,又称为介质棒或磁选丝,通过焊接固定在支架钢板上,制成介质盒安装到磁选机上,发挥磁介质的磁选选矿作用。将一定数量的介质棒两端焊接到支架板,形成小介质盒,将小介质盒的支架板焊接在一起后在两块侧板上焊接4个耳朵板,使其固定到磁选机转环上。

一、   问题与思路介绍

    SLon立环脉动高梯度磁选机的磁介质为软磁钢丝材质,又称为介质棒,通过焊接固定在支架钢板上,制成介质盒安装到磁选机上,发挥磁介质的磁选选矿作用。在SLon系列磁选机中,采用某厂家的软磁钢作为磁介质的材料,在后续生产过程中,出现了介质盒丝材焊接部位的断裂失效.部分丝材耐蚀性较差的现象,针对以上情况,采购5个不同厂家的磁介质材料,制定检测方案,对检测数据进行分析,对不同厂家丝材材质质量进行评定,选出综合性能最好的丝材,最终结合5种不同丝材的实际使用效果,验证该丝材检测及优选方案在强磁场中工作的磁介质材料的选择中的可行性和可靠性。

二、磁介质丝材的检测方案

    经过对工件材质选择、工件加工过程的现场调研及对工件服役状况的了解,现对问题原因做出如下推断:
(1)不同批次产品组织性能存在差异;
(2)焊接工艺对接头组织性能存在影响,以及焊接板材本身及焊接热导致的成分偏析、晶粒粗化。

    为确定导致丝材应用失效的原因,现设计分析检测方案如下:

    ①借助金相显微镜、扫描电镜及EDX,对于丝材晶粒组织,合金元素分布进行测试与分析;
    ②借助金相显微镜及SEM对于失效工件焊缝各区域的组织状况进行测定与分析;
    ③取样测定丝材的弯折疲劳性能。

三、检测与分析

    1、丝材的微观结构与显微组织检测

    借助于扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDX)及金相显微镜,对于不同厂家的丝材进行了显微组织观察与成分分析,图2为各厂家出产丝材的SEM照片,采用BSD模式(BSD模式对元素种类较为敏感)对于材料的成份偏析进行观察。

图2  丝材的SEM照片

    1、3、5号样品中都存在明显的加工裂纹,拉丝过程中由于材料本身塑形不足及工艺控制不合理等因素,导致拉丝过程中,材料变形不一致,材料内部产生加工裂纹。由SEM照片可知,1号样品存在明显的拉丝缺陷,3号与5号样品存在少量加工缺陷,但相对1号,缺陷数量明显较少,分布较为分散,2号与4号样品未发现变形缺陷。

    过程中,晶粒沿拉伸方向变形延长,形成典型的带状织构,晶粒的取向性明显。由图可知,1号,3号及5号丝材金相表明材料为冷态组织,拉丝工艺后没有进行再结晶退火,织构变形明显,2号及4号样品,材料均有不同程度的再结晶,1号、2号及5号样品,材料均有多种相构成,存在区域性的相偏析,3号及4号样品组织相分布相对均匀。

图4  5种丝材的热影响区显微组织形貌

    图4所示为5种丝材热影响区的显微组织形貌,由图可知,受焊接温度场影响,5种丝材都存在晶粒长大的现象,2号、3号及4号热影响区组织均匀性较好,1号及5号样品存在一定的组织不均匀性,热源距离不同的部位,相分布及晶粒尺寸存在明显的差异, 2号及3号样品晶粒长大较为明显,4号焊接后热影响区组织仍然较为细小均匀。

    2、抗疲劳性能检测

    采用弯折法测量焊接接头的疲劳性能,1号-5号为不同厂家丝材焊接接头,6号为失效工件焊接接头,选取10组做弯折测试,实验结果如表1。

表1 弯折实验表

    由上表可知,6号失效工件焊接接头疲劳性能最差,承受17.8次交变载荷作用后失效,1号-5号样品焊接接头抗疲劳特性相对较好,其中4号样品抗疲劳特性相对优异,为96.7次,2号其次。

四、鉴别及处理方案

    根据对材料耐蚀性、抗疲劳特性以及显微组织特征的检测与分析,现对试样做出如下结论:2号及4号厂家提供的丝材为退火态丝材,晶粒细小,成分及组织均匀性较好,加工缺陷较少;其他厂家提供丝材为冷态,其中1号厂家提供的丝材存在较多的冷加工缺陷,有较明显的加工裂纹产生。

    对于来自5个厂家的丝材的抗疲劳性能测试表明:4号厂家提供的丝材的焊接接头性能较好,可承受97.6次的交变载荷作用,使用过程中丝材焊接接头位置承受较强的交变载荷,接头及热影响区产生裂纹源,并逐步扩展,导致焊接接头断裂失效。

    综上所述,4号厂家所提供的丝材成分与组织均匀性较高,耐蚀性及接头抗疲劳性能较好,综合性能较为优异;2号、3号及5号厂家提供的丝材表现一般, 1号厂家提供的丝材质量较差。

    经过一段时间的生产实践,在相同的焊接工艺,以及相同的工况环境下,对不同厂家的丝材制成的磁介质进行跟踪调查发现,4号厂家的丝材制成的磁介质耐腐蚀性好、断裂情况较其他4厂家的明显要少,即可得出如下结论:(1)材质成分及均匀性越好、晶粒越细小,在磁场高场强作用下的磁介质综合性能越好;
(2)对焊接接头施加的交变载荷能有效衡量磁介质丝材的优劣,承受交变载荷的能力越强,磁介 质性能越好,耐用性越好;

(3)以材质成分及组织均匀性、晶粒粒度、交变载荷为评价指标建立的磁介质材质的优选方案具有较好的实用性、可行性及可靠性,可以有效选择出综合性能优良的材质,该方案具有重要的实践价值。

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