永磁滾筒式磁選機(jī)的分析和設(shè)計(jì)

河北T.業(yè)大學(xué)傾1:學(xué)位論義永磁滾筒式磁選機(jī)的分析和設(shè)計(jì)磁選機(jī)是近年來(lái)逐漸應(yīng)用的磁力機(jī)械，可廣泛用于冶金及其它行業(yè)，如選礦、清除雜質(zhì)等，也可作為回收重介質(zhì)的專用設(shè)備。由于傳統(tǒng)筒式磁選機(jī)只有經(jīng)營(yíng)費(fèi)用低、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等適合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，因此在磁選中占據(jù)著不可替代的地位。木文針對(duì)利用永磁滾筒式磁選機(jī)回收重介質(zhì)這一具體情況，對(duì)磁選機(jī)回收磁性礦粒需要的磁力進(jìn)行分析，以有限元法為基礎(chǔ)對(duì)磁選機(jī)磁場(chǎng)強(qiáng)度和氣隙磁導(dǎo)進(jìn)行了計(jì)算求解，建立了永磁滾筒式磁選機(jī)磁系結(jié)構(gòu)的靜態(tài)磁場(chǎng)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，研究了不同磁系結(jié)構(gòu)對(duì)磁場(chǎng)特性的影響。磁路部分是磁選機(jī)的主要部分，對(duì)磁選機(jī)的性能起決定性作用。磁選機(jī)采用開(kāi)放型磁系。本文研究了磁選機(jī)磁系的高度、寬度、半徑和極數(shù)，相鄰磁極的磁位差，極距，極面寬和極隙寬的比值，磁極和磁極端面的形狀，以及磁極端面到其排列中心的距離對(duì)磁場(chǎng)特性的影響，從理論上計(jì)算了磁選機(jī)磁系的各個(gè)參數(shù)，分析并且驗(yàn)證了不同磁系排列對(duì)磁場(chǎng)產(chǎn)生的不同作用。設(shè)計(jì)出一種結(jié)構(gòu)先進(jìn)、構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低、工作可靠的永磁滾筒式磁選機(jī)。對(duì)磁選機(jī)磁路進(jìn)行了設(shè)計(jì)和仿真分析，應(yīng)用工程電磁場(chǎng)計(jì)算軟件OPERA建立了磁選機(jī)磁路部分的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出各種磁系結(jié)構(gòu)下磁選機(jī)的磁場(chǎng)情況，可以簡(jiǎn)使地對(duì)磁路進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：永磁、滾筒式磁選機(jī)、磁系設(shè)計(jì)、有限元分析水磁滾筒式磁選機(jī)的分析和沒(méi)計(jì)Magneticseparatorisamagneticmachine,whichiswidelyusedinrecentyears.ItcanbeusedinmetallurgyandotherindustriessuchasmineraItalsocanbeusedasspecialequipmentforreclaimingheavy-medium.Becausetraditionalcylindermagneticseparatorhastheadvantagesoflowoperationcost,stableoperation,fitforlocaleproduction,ittakesupirreplaceablepositioninmagneticseparators.Weanalyzedtheforceofmagneticseparatorreclaimingmagnetismmineralgrainintheconditionofcallbackheavy-medium.Wecalculatedmagneticintensitybasedonelectromagneticvectorpotentialfinite-element-method,establishedmathematicsmodelofmagneticsystem.andstudiedeffectofdifferentmagneticsystemconfigurations.Magneticcircuitisthemainportionofmagneticseparator.Iltdecidestheperformanceofmagnetieseparator.Magneticsystemisopen-ended.Thepaperstudiedtheimpactofmagneticsystemheight.breadth.radius,numberofpoles,magneticdifferenceofpotential,polespan,ratioofmagneticpolebreadthandairspacebreadth.shapeofmagneticpole.distanceofmagneticpoletothemagneticfield'scenter,calculatedparameterofmagneticsystem,analyzedandcertificationdifferentactionofdifferentmagneticseries,designedakindofpermanentmagnetcylindermagneticseparatorwithadvancedconstruction.simpleconstitution,workingreliable.Finally.emulatedthemagneticcircuit,establishedmathematicsmodel.calculatedmagneticfieldcharacteristicwithOPERA,sothattoanalyzethemagneticcircuitsimply,KEYWORDS:permanent-magnet,cylindermagneticseparator.magneticsystemdesign,finite11-1-1磁選技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀美國(guó)、加拿大和前蘇聯(lián)是世界上磁選技術(shù)水平較高的國(guó)家。其工藝流程的特點(diǎn)是細(xì)磨深選，磁選設(shè)備品種規(guī)格齊全，設(shè)備大型化，我國(guó)近年來(lái)隨著磁選技術(shù)水平的提高，磁選精礦質(zhì)量有了較大幅度的提高，但在研制高效的、磁場(chǎng)作用深度大，適應(yīng)回收細(xì)粒鐵礦物的磁選機(jī)方面在國(guó)內(nèi)才剛剛起步。國(guó)內(nèi)外對(duì)磁選機(jī)都有一定的研究，國(guó)外永磁滾筒式磁選機(jī)的外筒與磁場(chǎng)間隙小，因此磁場(chǎng)性能高。國(guó)內(nèi)磁力應(yīng)用工程起步較晚，而且應(yīng)用面不廣，然而，我們可以利用國(guó)內(nèi)較好的磁體材料這一有利條件，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上優(yōu)化磁場(chǎng)，提高磁選機(jī)性能，節(jié)省原材料，降低成本。近年來(lái)，國(guó)外磁選設(shè)備發(fā)展很快121,在設(shè)備規(guī)模上向大型化發(fā)展；在結(jié)構(gòu)形式上向多樣化發(fā)展；在產(chǎn)品規(guī)格上向系列化發(fā)展；在控制方式上很多己采用了程序控制、模塊電路和自動(dòng)監(jiān)控等，并己走進(jìn)了高科技領(lǐng)域。目前各類(lèi)型磁選設(shè)備均取得了新發(fā)展。弱磁場(chǎng)磁選機(jī)2]:瑞典在磁選設(shè)備的研制和磁選工藝的運(yùn)用方面有較長(zhǎng)的歷史和豐富的經(jīng)驗(yàn)。白1890年世界第一臺(tái)筒式磁選機(jī)在瑞典薩拉公司問(wèn)世，弱磁場(chǎng)磁選機(jī)經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的紛爭(zhēng)時(shí)期，到本世紀(jì)60年代進(jìn)入統(tǒng)一發(fā)展階段。隨著永磁材料的研制和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了弱磁場(chǎng)磁選設(shè)備的永磁化、系列化、大型化，并向多筒高效發(fā)展。近年的磁選機(jī)，機(jī)架結(jié)構(gòu)適于安裝多個(gè)筒體，以構(gòu)成兩筒、三筒和四筒磁選機(jī)，可作為磁性物料粗選機(jī)，也可做精選機(jī)，有順流、逆流和半逆流三種機(jī)型。美國(guó)埃利茲磁力公司是大型磁選設(shè)備制造公司，比較重視磁系的研制工作。筒徑1220mm、筒長(zhǎng)3050mm的大型磁選機(jī)，改進(jìn)了磁系磁路，多磁系的間隙中裝有反斥磁鐵，其極性與相鄰磁鐵相同；圓筒外部也附加了一組磁極，其極性與圓筒內(nèi)相對(duì)應(yīng)的磁極極性相反，從而能大大減少漏磁，提高磁場(chǎng)作用強(qiáng)度和深度，提高分選效率。芬蘭科恩公司研制的弱磁場(chǎng)磁選機(jī)新設(shè)計(jì)筒體可使磁場(chǎng)的吸附作用集中在距離筒體表面0～30mm處，筒體表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.18～0.2T,而距離簡(jiǎn)體表面50mm處場(chǎng)強(qiáng)下降到0.06～0.07T,形成梯度較高的筒體，其吸附能力可提高40%,不僅提高了處理能力，而且有較高的回收率。俄羅斯生產(chǎn)的大型磁選機(jī)，有川BM-120/300和ⅡBM-1501400等型號(hào)。筒徑達(dá)1500mm,筒長(zhǎng)4000mm。生產(chǎn)能力達(dá)400t/h。其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝在筒內(nèi)，設(shè)備定位容易，安裝方便，結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省了占地面積。另外烏拉爾選礦研究設(shè)計(jì)院研制的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁選機(jī)，能有效地破壞磁團(tuán)聚，提高精礦的質(zhì)量。冶金部馬鞍山礦山研究院研制的直徑1050mm型永磁磁選機(jī)，采用稀土復(fù)合磁系，由少量釹鐵硼和鐵氧體磁塊復(fù)合而成，釹鐵硼用于尾礦掃選區(qū)。使筒體表面磁感應(yīng)強(qiáng)度從精礦卸礦端至尾礦排礦口逐漸增強(qiáng)，即從精礦端的200mT到尾礦掃選區(qū)280mT,距離筒表50mm處平均磁感應(yīng)強(qiáng)度仍在100mT以上。磁系位置可調(diào)，根據(jù)生產(chǎn)需要可調(diào)整工作間隙和精礦排礦間隙。為防止筒皮磨損，并加強(qiáng)對(duì)磁性礦物的攜帶作用，在筒表刷一層耐磨材料。傳動(dòng)裝置安裝方便，傳動(dòng)可靠。北京礦冶研究總院研制的多力場(chǎng)分選的BK-1021(直徑1050×2100)筒式磁選機(jī)，有獨(dú)特的磁系設(shè)計(jì)和分選槽體，給礦設(shè)反向沖洗水裝置，磁力可調(diào)，產(chǎn)生了重力、水力和磁力多力場(chǎng)分選效應(yīng)，一部分脈石隨同與磁性礦物反向運(yùn)動(dòng)的溢流從后部溢流堰排除槽永磁滾筒式磁選機(jī)的分析和設(shè)計(jì)2體外進(jìn)入尾礦道，實(shí)現(xiàn)了初次精尾分離；隨之以一定速度運(yùn)動(dòng)的磁精礦，與反向沖洗水相互沖擊，打破了磁團(tuán)聚，使被磁性礦物包裹著的脈石隨溢流排出，實(shí)現(xiàn)了入選礦物第二次分離；隨同脈石被沖掉的細(xì)粒級(jí)單體鐵精礦和富礦連生體，在排出途中仍受到向下磁力作用，重新結(jié)鏈沉降到槽體底部流向掃選段回收。磁力滾筒：國(guó)外磁力滾筒主要有電磁磁力滾筒和永磁磁力滾筒兩類(lèi)，其材質(zhì)、精度及性能均有較大進(jìn)展。磁力滾筒己向大型化發(fā)展、磁感應(yīng)強(qiáng)度己有很大程度提高。瑞典薩拉公司研制的磁力滾筒有速度可調(diào)的，不同直徑的、不同場(chǎng)強(qiáng)的、不同磁極的，用戶可根據(jù)流程要求進(jìn)行選配。最人滾筒直徑達(dá)1500mm,處理物料最大粒度為300mm。美國(guó)埃利茲公司研制的磁力滾筒采用永磁一電磁復(fù)合磁系，滾筒直徑1800mm,筒長(zhǎng)2000mm筒表磁感應(yīng)強(qiáng)度250～260mT,處理能力500～600t/h,入選粒度上限350mm。這種復(fù)合磁系磁力滾筒的優(yōu)點(diǎn)在于有較高的磁場(chǎng)強(qiáng)度，取得更好的選分效果。冶金部馬鞍山礦山研究院研制的磁力滾筒己形成CTDG系列在全國(guó)較多的大中型選廠己有100多臺(tái)設(shè)備使用。滾簡(jiǎn)直徑由500mm到1500mm,帶寬500～1600mm,筒表分選區(qū)場(chǎng)強(qiáng)160～260mT,處理礦石粒度75~350mm,臺(tái)時(shí)處理量50～600t,機(jī)重0.4～5.4t。:要生產(chǎn)指標(biāo)；尾礦品位8.6%～9.7%,原礦品位高2.24%～10.46%,磁性鐵回收率99.35%。該系列磁力滾筒具有效率高，成本低，適應(yīng)性強(qiáng)，預(yù)選工藝簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，是…種理想的預(yù)選設(shè)備。北京礦冶研究總院研制的CT1416型磁力滾筒處理礦石最大粒度350mm,臺(tái)時(shí)處理能力為450t。該院又研制了CTDY-1214移動(dòng)式大塊磁選機(jī)，用高強(qiáng)度無(wú)磁鑄鐵取代不銹鋼，制造成本低，處理能力大，有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。鞍山冶金設(shè)計(jì)研究院研制了電磁磁力滾筒，筒表場(chǎng)強(qiáng)270mT,帶表場(chǎng)強(qiáng)240mT,處理最大粒度350mm,處理能力達(dá)450t/h。中場(chǎng)強(qiáng)磁選機(jī)[多采用筒式結(jié)構(gòu)，筒內(nèi)采用高效能釹鐵硼永磁材料，磁路和磁系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，最大限度地提高工作區(qū)的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)力以獲得優(yōu)良的磁選效果。為減少磁極間隙漏磁，往往在磁極間隙處加入輔助磁極，多用開(kāi)路磁系，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，使用可靠，管理方便。80年代中期高磁能積釹鐵硼永磁材料的出現(xiàn)，促進(jìn)了中場(chǎng)強(qiáng)磁選機(jī)的進(jìn)展。高梯度磁場(chǎng)是在包鐵螺線管所產(chǎn)生的均勻磁場(chǎng)中，設(shè)置聚磁介質(zhì)，使之磁化后，在徑向產(chǎn)生高度不均勻磁場(chǎng)，即高梯度磁場(chǎng)。70年代瑞典薩拉公司研制成功第一臺(tái)高梯度磁選機(jī)使細(xì)顆粒弱磁性礦物的分選技術(shù)達(dá)到一定高度，是磁選設(shè)備發(fā)展歷程的一個(gè)飛躍。背景場(chǎng)強(qiáng)并不太高，但可產(chǎn)生較高的磁場(chǎng)力。順磁性物料在這種磁場(chǎng)中受到一個(gè)與外加磁場(chǎng)和磁場(chǎng)梯度的乘積成比例的磁引力。可分選細(xì)粒及微細(xì)粒(粒度下限為lμm)的弱磁性礦物，如選別赤鐵礦和非金屬礦物除鐵。高梯度磁選機(jī)能有效的回收磁性很弱、粒度很細(xì)的磁性礦粒，為解決品味低、粒度細(xì)、磁性弱的氧化鐵礦石的選別開(kāi)辟了新途徑。它不僅用于選別礦石，還可用于選別許多其他細(xì)粒和微細(xì)粒物料。高梯度磁選新工藝在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域內(nèi)也有廣泛的應(yīng)用前景，將來(lái)可能成為全球性的環(huán)境保護(hù)的重要方法之一。強(qiáng)磁選機(jī)：1963年瓊斯?jié)袷綇?qiáng)磁選機(jī)首先從英國(guó)發(fā)展起來(lái)，并取得專利。這是強(qiáng)磁場(chǎng)磁選機(jī)的一個(gè)重要突破。這種磁選機(jī)在兩原磁極間隙中成功的利用了多層的聚磁介質(zhì)板，大大增加了選別空間，因而處理能力大大提高。后來(lái)德國(guó)洪堡·韋達(dá)格公司又做了重大改進(jìn)，成為有效而經(jīng)濟(jì)的設(shè)備，相繼發(fā)展了各種類(lèi)型的強(qiáng)磁場(chǎng)磁選設(shè)備。處理微細(xì)粒弱磁性鐵礦石的有效而經(jīng)濟(jì)的濕式強(qiáng)磁選機(jī)目前主要是德國(guó)生產(chǎn)的瓊斯型強(qiáng)磁選機(jī)，現(xiàn)有十多個(gè)型號(hào)，其中應(yīng)用最多的是DP-317型。近年來(lái)，德國(guó)洪堡·韋達(dá)格公司對(duì)該設(shè)備做了大量研究改進(jìn)工作，使之在結(jié)構(gòu)性能上取得了新的進(jìn)展：(1)用超導(dǎo)磁系取代常規(guī)磁河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文3系：將低溫超導(dǎo)磁體開(kāi)放磁系安裝在分選轉(zhuǎn)盤(pán)內(nèi)，其他結(jié)構(gòu)不變。獲得了低能耗、高場(chǎng)強(qiáng)、大處理量、材料消耗少和重量輕等優(yōu)點(diǎn)；(2)增加磁極頭：兩個(gè)分選環(huán)的磁極頭由4個(gè)增至8個(gè)，處理量增加一倍；(3)增加分選環(huán)：在不改變線圈繞制方式的基礎(chǔ)上，增加到8個(gè)分選環(huán)，降低了單環(huán)能耗；(4)將實(shí)心鐵質(zhì)轉(zhuǎn)子改為空心鐵轉(zhuǎn)子：減輕重量，縮短磁路，減少電耗；(5)改進(jìn)聚磁分選介質(zhì)：提高了精礦品位。1991年10月美國(guó)國(guó)際選礦設(shè)備公司研制成功High-Forcer強(qiáng)磁選機(jī)，磁輥由釹鐵硼永磁材料，厚度為4mm環(huán)片和厚度1mm薄鋼片交錯(cuò)排列而成。磁輥表面磁感應(yīng)強(qiáng)度2.2T。該機(jī)磁場(chǎng)強(qiáng)度高，應(yīng)用范圍廣，分選質(zhì)量高；處理粒度范圍人，可從0.074mm至30mm;處理能力人，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，更換安裝皮帶裝置操作維護(hù)方便；傳動(dòng)功率小，能耗低；古地面積小，價(jià)格便宜。最近幾十年，做選得到了較大的發(fā)展，出現(xiàn)了一些新的磁選工藝和新的磁選設(shè)備。磁流體選礦(包括磁流體靜力分選和磁流體動(dòng)力分選)是以特殊的流體(如順磁性溶液，鐵磁性膠粒懸浮液和電解質(zhì)溶液)作為分選介質(zhì)，利用流體在磁場(chǎng)或磁場(chǎng)和電場(chǎng)的聯(lián)合作用下產(chǎn)生的“加重”作用，按礦物之間的磁性和密度的差異或磁性、導(dǎo)電性和密度的差異，而使不同礦物實(shí)現(xiàn)分離的一種新的選礦方法。當(dāng)?shù)V物之間磁性差異小而密度或?qū)щ娦圆町愝^大時(shí)，采用磁流體選礦可以有效的分選。磁流體靜力分選應(yīng)用于金剛石的選礦在國(guó)內(nèi)外已進(jìn)行了一些試驗(yàn)研究工作。結(jié)果表明它可以作為金剛石選礦中的精選方法之一。超導(dǎo)電技術(shù)近年來(lái)已應(yīng)用于選礦領(lǐng)域，研制出超導(dǎo)電磁選機(jī)。這種磁選機(jī)采用超導(dǎo)電材料作線圈，在極低的溫度(絕對(duì)零度附近)下工作。線圈通入電流后可在較大的選分空間內(nèi)產(chǎn)生1600kA/m(200000e)以上的強(qiáng)磁場(chǎng)，并且線圈不消耗電能，磁場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間不衰減。這種磁選機(jī)的體積小，重量輕，磁場(chǎng)強(qiáng)度大，分選效果好，是用于工業(yè)生產(chǎn)的較理想的設(shè)備。這種磁選機(jī)可用于選別礦石特別是稀有金屬礦石以及從非金屬礦物原料中除去含鐵雜質(zhì)等等。80年代中期開(kāi)始，國(guó)外制造永磁磁選機(jī)的土要有五家，它們是美國(guó)的Eriez磁力公司、英國(guó)的FertigungsAktiengesellschaftAG,但日前制造筒式中磁場(chǎng)磁選機(jī)的主要是Eriez和KHD兩家公司。在國(guó)內(nèi)，利用NdFeB永磁材料研究和生產(chǎn)永磁磁選機(jī)的單位也有十來(lái)家。80年代后期，磁分離技術(shù)及設(shè)備的主要發(fā)展趨勢(shì)是；(1)粗粒(低于50mm)弱磁性礦物的分選設(shè)備的研制，包括適合于干式和濕式分選。(2)減少單位物料的處理費(fèi)用(包括電耗、水耗、磁介質(zhì)消耗，減少維修和簡(jiǎn)化操作),其主要方向是永磁代電磁(電磁磁選機(jī)選別指標(biāo)不穩(wěn)定、有環(huán)境污染、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、散熱困難、耗費(fèi)電能),機(jī)型以圓筒型為代表。由于NdFeB永磁材料的問(wèn)世，導(dǎo)致近年來(lái)世界性的研究永磁磁選機(jī)熱，目前主要研究和生產(chǎn)的磁選機(jī)有三種機(jī)型。(1)永磁輥式磁選機(jī)：釹鐵硼永磁材料投入工業(yè)生產(chǎn)后，首先投入研究的就是輥式破碎機(jī)。輥徑從開(kāi)始的75mm增大到了現(xiàn)在的300mm,長(zhǎng)度為250～1000mm。目前磁體表面磁場(chǎng)己達(dá)到2T。國(guó)外主要將這種磁選機(jī)用于一些粒度較均勻的弱磁性顆粒物料。但這種機(jī)型存在一定的局限性，因?yàn)榇朋w的磁極是軸間交替變化，物料在分選過(guò)程中沒(méi)有磁翻滾，因而選別效率低；由于磁體是裸露的，容易受潮氧化而降低磁場(chǎng)，由于橡膠或尼龍傳送帶厚度不到1mm,很難適用于T業(yè)生產(chǎn)。(2)圓筒型永磁磁選機(jī)：國(guó)外永磁筒式磁選機(jī)，在以下幾方面有了較大發(fā)展；<1>實(shí)現(xiàn)設(shè)備大型化，提高了處理能力。<2>應(yīng)用輔助磁極，出現(xiàn)了復(fù)合磁系和高梯度磁系。<3>提高磁感應(yīng)強(qiáng)度，研制出可調(diào)水磁磁系。<4>強(qiáng)化分選過(guò)程，提高了分選效率。<5>多筒串聯(lián)使用，提高了磁選能力。這種機(jī)型是一永磁滾簡(jiǎn)式磁選機(jī)的分析和設(shè)計(jì)4種較有發(fā)展前景的磁選機(jī)，國(guó)內(nèi)外研究得也較多。目前圓筒型中磁場(chǎng)磁選機(jī)磁場(chǎng)較高。(3)高梯度磁選機(jī)：高梯度磁選機(jī)實(shí)現(xiàn)永磁化具有重要的意義，囚為對(duì)于回收鐵礦物，它所需的背景磁場(chǎng)低，0.5T左右的磁場(chǎng)就夠了，國(guó)外己用于生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)有幾家己作了不少1作，樣機(jī)也已用于生產(chǎn)，并且還正在作進(jìn)一步的工作。不過(guò)對(duì)于用來(lái)除鐵的高梯度磁選機(jī)來(lái)說(shuō)，由于背景場(chǎng)強(qiáng)很難提高，目前還難于永磁化。另外，由于高梯度磁選機(jī)的磁介質(zhì)在分選空間中的充填率低，一般低于10%,因而介質(zhì)吸附量有限，設(shè)備處理能力小，加上細(xì)粒鐵礦本身含量少，因此，高梯度磁選機(jī)即使永磁化后用來(lái)選鐵，經(jīng)濟(jì)效益仍會(huì)1-1-2磁選技術(shù)應(yīng)用磁選是在不均勻磁場(chǎng)中利用礦物之間的磁性差異而使不同礦物實(shí)現(xiàn)分離的一種選礦方法。磁選法廣泛地應(yīng)用于黑色金屬礦石的選別，有色和稀有金屬礦石的精選，重介質(zhì)選礦中介質(zhì)的回收，從非金屬礦物原料中除去含鐵雜質(zhì)，排出鐵物保護(hù)破碎機(jī)和其他設(shè)備，從冶煉生產(chǎn)的鋼渣中回收廢鋼以及從生產(chǎn)和生活污水中除去污染物等。磁選是處理鐵礦石的主要選礦方法。按用磁選法選別磁鐵礦石的規(guī)模來(lái)說(shuō)，磁選法在我國(guó)、蘇聯(lián)、美國(guó)、加拿大、瑞典和挪威等國(guó)家占有重要地位。我國(guó)鐵礦石資源豐富，目前保有的鐵礦石探明儲(chǔ)量居世界前列，但貧礦占80%左右，富礦僅占20%左右，而富礦中又有5%由于含有害雜質(zhì)不能直接冶煉。因此，鐵礦石中的80%以上需要選礦。就世界范圍來(lái)說(shuō)也大體如此。鐵礦石經(jīng)過(guò)選礦以后，提高了品位，降低二氧化硅和有害雜質(zhì)的含量，給以后的冶煉過(guò)程帶來(lái)許多好處。根據(jù)我國(guó)的生產(chǎn)實(shí)踐統(tǒng)計(jì)，鐵精礦品位每提高1%,高爐利用系數(shù)可增加2～3%,焦炭消耗量可降低1.5%,石灰石消耗量可減少2許多有色和稀有金屬礦物具有不同程度的磁性，而另一些則沒(méi)有。采用單獨(dú)的重選法和浮選法不能獲得合格精礦，需要結(jié)合磁選和其他方法才能獲得合格精礦。例如，鎢礦重選所得黑鎢粗精礦中，一般含有錫和其他一些有用成分。錫在鎢的冶煉過(guò)程中是有害雜質(zhì)。利用黑鎢礦具有弱磁性和錫石無(wú)磁性這一特點(diǎn)采用磁選法進(jìn)行處理后，可除去含錫雜質(zhì)，獲得合格的鎢精礦。在重介質(zhì)選礦中使用磁鐵礦和硅鐵作為介質(zhì)，它們?cè)谥亟橘|(zhì)選礦過(guò)程中有—部分進(jìn)入輕、重產(chǎn)品的洗水中，通過(guò)磁選法可回收它們并使之再用。非金屬礦物原料的選礦中，在許多情況下都伴隨有除鐵的問(wèn)題，磁選成為一個(gè)重要的作業(yè)。例如，高嶺土中鐵是一種有害雜質(zhì)。含鐵高時(shí)，高嶺土的白度、耐火度和絕緣性都降低，嚴(yán)重影響制品的質(zhì)量。一般若將含鐵雜質(zhì)除去1~2%時(shí)，白度可提高2～4個(gè)單位。世界各國(guó)對(duì)高嶺土進(jìn)行了研究，并應(yīng)用高梯度磁分離裝置除去含鐵雜質(zhì)獲得了良好的效果。藍(lán)晶石、石英、紅電氣石、長(zhǎng)石、霞石閃長(zhǎng)巖等選別很早以來(lái)就用干式磁選法。例如蘇聯(lián)、美國(guó)、加拿大、印度等國(guó)的霞石閃長(zhǎng)巖的選礦，為了除去強(qiáng)磁性礦物，使用了弱磁場(chǎng)磁選機(jī)，并用強(qiáng)磁選機(jī)除去非磁性產(chǎn)品中的弱磁性礦物(如赤鐵礦)。進(jìn)入選礦廠中的礦石常含有鐵物，它易損壞細(xì)碎破碎機(jī)。為了保護(hù)破碎機(jī)不受損壞，在破碎機(jī)的給礦皮帶上方裝有懸吊磁鐵以吸出礦石中的鐵物。永磁滾簡(jiǎn)式磁選機(jī)的分析和設(shè)計(jì)4種較有發(fā)展前景的磁選機(jī)，國(guó)內(nèi)外研究得也較多。目前圓筒型中磁場(chǎng)磁選機(jī)磁場(chǎng)較高。(3)高梯度磁選機(jī)：高梯度磁選機(jī)實(shí)現(xiàn)永磁化具有重要的意義，囚為對(duì)丁回收鐵礦物，它所需的背景磁場(chǎng)低，0.5T左右的磁場(chǎng)就夠了，國(guó)外己用于生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)有幾家己作了不少工作，樣機(jī)也已用于生產(chǎn)，并且還止在作進(jìn)一步的工作。不過(guò)對(duì)于用來(lái)除鐵的高梯度磁選機(jī)來(lái)說(shuō)，由于背景場(chǎng)強(qiáng)很難提高，目前還難于永磁化。另外，由于高梯度磁選機(jī)的磁介質(zhì)在分選空間中的充填率低，一般低于10%,因而介質(zhì)吸附量有限，設(shè)備處理能力小，加上細(xì)粒鐵礦本身含量少，因此，高梯度磁選機(jī)即使永磁化后用來(lái)選鐵，經(jīng)濟(jì)效益仍會(huì)1-1-2磁選技術(shù)應(yīng)用磁選是在不均勻磁場(chǎng)中利用礦物之間的磁性差異而使不同礦物實(shí)現(xiàn)分離的一種選礦方法。磁選法廣泛地應(yīng)用于黑色金屬礦石的選別，有色和稀有金屬礦石的精選，重介質(zhì)選礦中介質(zhì)的回收，從非金屬礦物原料中除去含鐵雜質(zhì)，排出鐵物保護(hù)破碎機(jī)和其他設(shè)備，從冶煉生產(chǎn)的鋼渣中回收廢鋼以及從生產(chǎn)和生活污水中除去污染物等。磁選是處理鐵礦石的主要選礦方法。按用磁選法選別磁鐵礦石的規(guī)模來(lái)說(shuō)，磁選法在我國(guó)、蘇聯(lián)、關(guān)國(guó)、加拿大、瑞典和挪成等國(guó)家占有重要地位。我國(guó)鐵礦石資源豐富，目前保有的鐵礦石探明儲(chǔ)量居世界前列，但貧礦占80%左右，富礦僅占20%左右，而富礦中又有5%由于含有害雜質(zhì)不能直接冶煉。因此，鐵礦石中的80%以上需要選礦。就世界范用來(lái)說(shuō)也大體如此。鐵礦石經(jīng)過(guò)選礦以后，提高了品位，降低二氧化硅和有害雜質(zhì)的含量，給以后的冶煉過(guò)程帶來(lái)許多好處。根據(jù)我國(guó)的生產(chǎn)實(shí)踐統(tǒng)計(jì)，鐵精礦品位每提高1%,高爐利用系數(shù)可增加2～3%,焦炭消耗量可降低1.5%,石灰石消耗量可減少2許多有色和稀有金屬礦物具有不同程度的磁性，而另一些則沒(méi)有。采用單獨(dú)的重選法和浮選法不能獲得合格精礦，需要結(jié)合磁選和其他方法才能獲得合格精礦。例如，鎢礦重選所得黑鎢粗精礦中，一般含有錫和其他…些有用成分。錫在鎢的冶煉過(guò)程中是有害雜質(zhì)。利用黑鎢礦具有弱磁性和錫石無(wú)磁性這一特點(diǎn)采用磁選法進(jìn)行處理后，可除去含錫雜質(zhì)，獲得合格的鎢精礦。在重介質(zhì)選礦中使用磁鐵礦和硅鐵作為介質(zhì)，它們?cè)谥亟橘|(zhì)選礦過(guò)程中有一部分進(jìn)入輕、重產(chǎn)品的洗水中，通過(guò)磁選法可回收它們并使之再用。非金屬礦物原料的選礦中，在許多情況下都伴隨有除鐵的問(wèn)題，磁選成為一個(gè)重要的作業(yè)。例如，高嶺土中鐵是一種有害雜質(zhì)。含鐵高時(shí)，高嶺土的白度、耐火度和絕緣性都降低，嚴(yán)重影響制品的質(zhì)量。一般若將含鐵雜質(zhì)除去1~2%時(shí)，白度可提高2～4個(gè)單位。世界各國(guó)對(duì)高嶺土進(jìn)行了研究，并應(yīng)用高梯度磁分離裝置除去含鐵雜質(zhì)獲得了良好的效果。藍(lán)晶石、石英、紅電氣石、長(zhǎng)石、霞石閃長(zhǎng)巖等選別很早以來(lái)就用干式磁選法。例如蘇聯(lián)、關(guān)國(guó)、加拿大、印度等國(guó)的霞石閃長(zhǎng)巖的選礦，為了除去強(qiáng)磁性礦物，使用了弱磁場(chǎng)磁選機(jī)，并用強(qiáng)磁選機(jī)除去非磁性產(chǎn)品中的弱磁性礦物(如亦鐵礦)。進(jìn)入選礦廠中的礦石常含有鐵物，它易損壞細(xì)碎破碎機(jī)。為了保護(hù)破碎機(jī)不受損壞，在破碎機(jī)的給礦皮帶上方裝有懸吊磁鐵以吸出礦石中的鐵物。礦皮帶上方裝有懸吊磁鐵以吸出礦石中的鐵物。5冶煉生產(chǎn)的鋼渣中含有大量鋼渣，通過(guò)干式磨礦和干式弱磁選可以回收鋼渣，在國(guó)外有生產(chǎn)實(shí)例。應(yīng)用高梯度磁分離或結(jié)合其他一些方法處理生產(chǎn)和生活污水以除去其中的污物。目前世界各國(guó)正在進(jìn)行廣泛深入地研究，有的已應(yīng)用到1.業(yè)中去。比較常見(jiàn)的要算是用高梯度磁分離器處埋鋼廠廢水以除工程中經(jīng)常遇到的是電磁裝置的綜合問(wèn)題I1,電磁場(chǎng)的逆問(wèn)題，就是給定電磁裝置理想的性能指標(biāo)或參數(shù)，然后通過(guò)裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。但在綜合設(shè)計(jì)過(guò)程中，必然涉及電磁場(chǎng)的數(shù)值分析和計(jì)算。電磁場(chǎng)逆問(wèn)題在電磁裝置設(shè)計(jì)中早就受到關(guān)注。但是受電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算理論、方法以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用條件的約束，這一問(wèn)題的研究長(zhǎng)期以來(lái)局限于學(xué)術(shù)界討論的范疇。目前，對(duì)于電磁場(chǎng)逆問(wèn)題的求解，都是將其分解為一系列的正問(wèn)題，然后利用一定的優(yōu)化方法進(jìn)行迭代解算，以最終達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，由于每·步迭代計(jì)算中，需要進(jìn)行若干次電磁場(chǎng)正問(wèn)題的數(shù)值計(jì)算和其他·些輔助計(jì)算，囚此相對(duì)于電磁場(chǎng)正問(wèn)題而言，電磁場(chǎng)逆問(wèn)題的求解，計(jì)算量大，占用計(jì)算機(jī)內(nèi)存和CPU時(shí)間多。也正因如此，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以及電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算理論、方法的不斷豐富和完善，才使電磁場(chǎng)逆問(wèn)題成為電磁場(chǎng)應(yīng)用研究的熱點(diǎn)?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外有關(guān)電磁場(chǎng)逆問(wèn)題的計(jì)算主要集中于二維穩(wěn)態(tài)問(wèn)題，且處于實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)階段。…些世界知名的電磁場(chǎng)計(jì)算軟件包所提供的優(yōu)化模塊，也僅僅提供了人為改變裝置參數(shù)的接口條件。因此，充其量只能稱之為多輸入、多輸出分析軟件。但由于逆問(wèn)題更接近于工程實(shí)際，采用數(shù)值計(jì)算方法將能更準(zhǔn)確地計(jì)算出裝置中電磁場(chǎng)的分布、電磁參數(shù)和性能指標(biāo)，進(jìn)而獲得較準(zhǔn)確的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。因此，盡管與逆問(wèn)題柑關(guān)的各方面的研究成果還很不成熟，理論基礎(chǔ)還不十分堅(jiān)實(shí)，但已引起了各國(guó)學(xué)者的普遍重視。目前，電磁場(chǎng)優(yōu)化問(wèn)題的求解計(jì)算都是將其分解為一系列正問(wèn)題，利用一定的優(yōu)化方法進(jìn)行迭代求解。因此，電磁場(chǎng)逆問(wèn)題的研究主要圍繞電磁場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算和優(yōu)化方法這兩個(gè)主題，以及由此引起的若本課題研究的土要日的是在總結(jié)國(guó)內(nèi)外磁選機(jī)的設(shè)計(jì)和使用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合選礦廠磁選生產(chǎn)的實(shí)際要求，借鑒有關(guān)研究單位對(duì)傳統(tǒng)磁選機(jī)改造所取得的經(jīng)驗(yàn)和成果，對(duì)磁選機(jī)磁路部分進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，建立數(shù)學(xué)模型，確定所用永磁材料的規(guī)格、尺寸，合理配置不同的永磁材料，優(yōu)化磁路結(jié)構(gòu)，確定磁場(chǎng)的特性參數(shù)，提高磁選機(jī)性能，節(jié)省原材料，降低成本。作者完成的主要工作如下：1.進(jìn)一步研究了磁選技術(shù)的工作原理和磁選機(jī)的分選方式；2.仔細(xì)分析了磁選機(jī)現(xiàn)有磁路的特性，找出其優(yōu)點(diǎn)及不足；3.提出了對(duì)現(xiàn)有磁路的改進(jìn)方案；4.設(shè)計(jì)了具體實(shí)現(xiàn)步驟并給出了實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)模型；5.對(duì)新磁路進(jìn)行計(jì)算和分析，給出了一定的數(shù)值關(guān)系，以備進(jìn)行后續(xù)的研究工作。6第二章磁選機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理磁選機(jī)是近年來(lái)逐漸應(yīng)用的磁力機(jī)械，可廣泛用于冶金及其它行業(yè)，如選礦，清除雜質(zhì)等，也可作為回收重介質(zhì)的專用設(shè)備。由于傳統(tǒng)筒式磁選機(jī)具有經(jīng)營(yíng)費(fèi)用低，運(yùn)行穩(wěn)定可靠等適合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，因此在磁選中占據(jù)著不可替代的地位。一般的磁選機(jī)有永磁式和電磁式兩種，以前，永磁式磁選機(jī)的磁體多用鐵氧體。稀土永磁出現(xiàn)后，設(shè)計(jì)并制造了各種型號(hào)和類(lèi)型的永磁磁選機(jī)，尤其是在中高磁場(chǎng)磁選機(jī)中，必須用稀土永磁體。磁選是在不均勻磁場(chǎng)中利用礦物之間的磁性差異而使不同礦物實(shí)現(xiàn)分離的一種選礦方法。電選是利用白然界各種礦物和物料電性質(zhì)的差異而使之分選的方法。如常見(jiàn)礦物中的磁鐵礦、鈦鐵礦、錫石自然金等，其導(dǎo)電性都比較好；石英、鋯英石、長(zhǎng)石、方解石、白鎢礦以及硅酸鹽類(lèi)礦物，則導(dǎo)電性很差，從而可以利用它們電性質(zhì)的不同，用電選分開(kāi)。磁選機(jī)的最基本的分類(lèi)是根據(jù)磁場(chǎng)或磁場(chǎng)力的強(qiáng)弱和排出磁性產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行的。根據(jù)磁場(chǎng)力強(qiáng)弱常將選別礦石和礦物的磁選機(jī)劃分為兩大類(lèi)：強(qiáng)磁性礦石選別用的弱磁場(chǎng)磁選機(jī)(LIMS);弱磁性礦石選別及從工業(yè)礦物中排除順磁性雜質(zhì)用的強(qiáng)磁場(chǎng)磁選機(jī)(HIMS)。在工業(yè)作業(yè)中用的弱磁場(chǎng)磁選機(jī)主要是筒式開(kāi)梯度磁選機(jī)(OGHS)。其中的永磁磁系由鋇鍶鐵氧體構(gòu)成，在分選區(qū)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度不超過(guò)0.2T。這些筒式弱磁場(chǎng)磁選機(jī)主要用于干或濕選高品味磁鐵礦石以及在重介質(zhì)選廠中回收重介質(zhì)。用于工業(yè)生產(chǎn)中的強(qiáng)磁場(chǎng)磁選機(jī)主要是濕式作業(yè)介質(zhì)型的強(qiáng)磁場(chǎng)磁選機(jī)(WHIMS)和高梯度磁選機(jī)(HGMS),他們有較高的處理能力，用電磁線圈時(shí)，在分選區(qū)的磁感應(yīng)強(qiáng)度可以達(dá)到1.5T。用超導(dǎo)線圈時(shí)，則超過(guò)3.0T。其實(shí)際應(yīng)用的主要場(chǎng)合是細(xì)粒弱磁性鐵礦石、鈦鐵礦及海濱砂礦，從細(xì)粒的工業(yè)礦物中排除含鐵雜質(zhì)，如用于提高高嶺土的白度。開(kāi)放式梯度磁選機(jī)比一些高梯度磁選機(jī)效率高，造價(jià)低和實(shí)用性強(qiáng)。開(kāi)放式梯度磁選機(jī)的特點(diǎn)是可產(chǎn)生長(zhǎng)距離磁力，而高梯度磁選機(jī)只能產(chǎn)生短距離磁力，相反的，開(kāi)放式梯度磁選機(jī)的磁力密度比高梯度磁選機(jī)低的多。根據(jù)磁性，按比磁化率大小把所有礦物分成強(qiáng)磁性礦物、弱磁性礦物和非磁性礦物。應(yīng)回收到磁性產(chǎn)品中的礦粒的磁化率決定磁選機(jī)磁場(chǎng)強(qiáng)度的選擇。2-1-2各種類(lèi)型磁選機(jī)特點(diǎn)磁選設(shè)備的結(jié)構(gòu)多種多樣，分類(lèi)方法也比較多。各種類(lèi)型磁選機(jī)的特點(diǎn)如下向：(1)根據(jù)磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)力的強(qiáng)弱可分為：1)弱磁場(chǎng)磁選機(jī)磁極表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度H?為80～120kA/m(1000～1500奧),磁場(chǎng)力(HgradH)河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文72)強(qiáng)磁場(chǎng)磁選機(jī)磁極表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度H?為800～1600KA/m(10000～20000奧),磁場(chǎng)力(HgradH)為(3～12)×102KA2/m2((2~8)×10?奧2/cm)。用于選分弱磁性礦石。(2)根據(jù)選分介質(zhì)可分為：1)干式磁選機(jī)在空氣中選分，主要用于選分大塊、粗粒的強(qiáng)磁性礦石和細(xì)粒弱磁性礦石。當(dāng)前也力圖用丁選分細(xì)粒強(qiáng)磁性礦石；2)濕式磁選機(jī)在水或磁性液體中選分。主要用于選分細(xì)粒強(qiáng)磁性礦石和細(xì)粒弱磁性礦石。(3)根據(jù)磁性礦粒被選出的方式可分為：1)吸出式磁選機(jī)被選物料給到距工作磁極或運(yùn)輸部件一定距離處，做性礦粒從物料中被吸出，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間才吸在工作磁極或運(yùn)輸部什表面上。這種磁選機(jī)一般精礦質(zhì)量較好。2)吸住式磁選機(jī)被選物料直接給到工作磁極或運(yùn)輸部件表面上，磁性礦粒被吸住在工作磁極或運(yùn)輸部件表面上。這種磁選機(jī)一般回收率較高；3)吸引式磁選機(jī)被選物料給到距工作磁極表面一定距離處，磁性礦粒被吸引到工作磁極表面的周?chē)诒旧淼闹亓ψ饔孟屡懦龀蔀榇判援a(chǎn)品。(4)根據(jù)給入物料的運(yùn)動(dòng)方向和從選分區(qū)排出選別產(chǎn)品的方法可分為：1)順流型磁選機(jī)被選物料和非磁性礦粒的運(yùn)動(dòng)方向相同，而磁性礦粒偏離此運(yùn)動(dòng)方向。這種磁選機(jī)一般不能得到高的回收率；2)逆流型磁選機(jī)被選物料和非磁性礦粒的運(yùn)動(dòng)方向相同，而磁性產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)方向與此方向相反。這種磁選機(jī)一般回收率較高：3)半逆流型磁選機(jī)被選物料從下方給入，而磁性礦粒和非磁性礦粒的運(yùn)動(dòng)方向相反。這種磁選機(jī)一般精礦質(zhì)量和回收率都比較高。(5)根據(jù)磁性礦粒在磁場(chǎng)中的行為特征可分為：1)有磁翻動(dòng)作用的磁選機(jī)在這種磁選機(jī)中，出磁性礦粒組成的磁鏈在其運(yùn)動(dòng)時(shí)受到局部或全部破壞。這有利于精礦質(zhì)量的提高；2)無(wú)磁翻動(dòng)作用的磁選機(jī)在這種磁選機(jī)中，磁鏈不受到破壞，這有利于回收率的提高。(6)根據(jù)排出磁性產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征可分為：圓筒式、圓錐式、帶式、輥式、盤(pán)式和環(huán)式，等等。(7)根據(jù)磁場(chǎng)類(lèi)型可分為：1)恒定磁場(chǎng)磁選機(jī)這種磁選機(jī)的磁源為永久磁鐵和直流電磁鐵、螺線管線圈。磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向不隨時(shí)間變化；2)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁選機(jī)磁選機(jī)的磁源為極性交替排列的永久磁鐵，它繞軸快速旋轉(zhuǎn)。磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向隨時(shí)間變化；3)交變磁場(chǎng)磁選機(jī)磁選機(jī)的磁源為交流電磁鐵。磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向隨時(shí)間變化；4)脈動(dòng)磁場(chǎng)磁選機(jī)磁選機(jī)的磁源為同時(shí)通直流電和交流電的電磁鐵。磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小隨時(shí)間變化，而其方向不變化。永磁滾筒式磁選機(jī)的分析和設(shè)計(jì)82-2-1磁選的基本條件和方式雖然在一白年前，磁選已在選礦中作為一種分選礦物的方法，但是，直到今天，磁選機(jī)還不具有對(duì)礦物進(jìn)行磁分級(jí)的能力24],磁分級(jí)就是根據(jù)礦物的磁化率對(duì)礦物進(jìn)行分類(lèi)，實(shí)際上，直到今天，大多數(shù)磁選機(jī)只能分出3種產(chǎn)品：磁選產(chǎn)品、中礦和尾礦。盡管已研制了…些典型的對(duì)磁性顆粒進(jìn)行分級(jí)的磁選系統(tǒng)，但是這些磁分級(jí)任務(wù)是由簡(jiǎn)單的磁選機(jī)串聯(lián)而得到的。在過(guò)去幾十年，只有少數(shù)的研究者研制高選擇性的磁選機(jī)。選擇性定義隨磁分級(jí)定義不同而不同。實(shí)際上，后者是前者的一種特定的定義過(guò)程。選擇性定義為磁選機(jī)將磁性顆粒與其它磁化率與其很接近的顆粒分開(kāi)的能力。優(yōu)先磁分級(jí)與選擇性磁選是相同的，但它是根據(jù)礦物的純度來(lái)對(duì)同一種磁性礦物顆粒進(jìn)行分級(jí)。對(duì)于筒式磁選機(jī)的有效作業(yè)，只有徑向作用力才是有效的，因?yàn)樗鼈儼杨w粒吸到筒面。顆粒一旦被吸引到筒面，依靠筒面的摩擦力得以沿切向輸送出排礦口而成為磁性產(chǎn)品。磁力切向分力會(huì)干擾磁性顆粒向排礦口平穩(wěn)移動(dòng)，因而，強(qiáng)烈減低徑向磁場(chǎng)強(qiáng)度(即降低高的徑向力),且保持簡(jiǎn)的周邊的磁場(chǎng)盡可能均勻，低切向力是很重要的。磁選是在磁選設(shè)備的磁場(chǎng)中進(jìn)行的。被選礦石給入磁選設(shè)備的選分空間后，受到磁力和機(jī)械力(包括重力、離心力、水流動(dòng)力等等)的作用。磁性不同的礦粒受到不同的磁力作用，沿著不同的路徑運(yùn)動(dòng)。由于礦粒運(yùn)動(dòng)的路徑不同，所以分別接取時(shí)就可得到磁性產(chǎn)品和非磁性產(chǎn)品(或是磁性強(qiáng)的產(chǎn)品和磁性弱的產(chǎn)品)。進(jìn)入磁性產(chǎn)品中的磁性礦粒的運(yùn)動(dòng)路徑由作用在這些礦粒上的磁力和所有機(jī)械力合力的比值來(lái)決定。進(jìn)入非磁性產(chǎn)品中的非磁性礦粒的運(yùn)動(dòng)路徑由作用在它們上面的機(jī)械力的合力來(lái)決定。因此，為了保證把被選分的礦石中的磁性強(qiáng)的礦粒和磁性弱的礦粒分開(kāi)，必須滿足以下條件：fiw>2fn>f2w式中fa:作用在磁性強(qiáng)的礦粒上的磁力；fw:作用在磁性弱的礦粒上的磁力；Zfn:與磁力方向相反的所有機(jī)械力的合力。fm>fm保證了磁性礦粒被吸到磁極上，在分離磁性差別較大的易選礦石時(shí)，能夠順利的分出磁性部分，但在分離磁性差異小的難選礦石時(shí)，如要獲得高質(zhì)量的磁性部分,就需要很好的調(diào)整各種磁性礦粒的磁力和機(jī)械力關(guān)系，使之能有選擇性的分離，才能得到良好的效果。2-2-2與磁選有關(guān)的磁場(chǎng)的基本概念和磁量(一)磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁化強(qiáng)度、磁化率磁場(chǎng)是物質(zhì)的特殊狀態(tài)，并顯示在載電導(dǎo)體或磁極的周?chē)?。磁選時(shí)在磁場(chǎng)中作用有吸引力(對(duì)順磁性和鐵磁性顆粒)和排斥力(對(duì)逆磁性或同極性的硬磁性顆粒)。磁選時(shí)起作用的物理力場(chǎng)有如磁力場(chǎng)、重力場(chǎng)和離心力場(chǎng)等，它們同樣是物質(zhì)性質(zhì)的特殊形式。描述磁選設(shè)備選分空間某點(diǎn)的磁場(chǎng)用磁感應(yīng)強(qiáng)度Bo(在SI單位制中單位為Wb/m2或T)。河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文9m;=i△sM=kH?m3(kg),即永磁滾筒式磁選機(jī)的分析和設(shè)計(jì)divB=podivH=0由上式得出因此，在沒(méi)有磁量也沒(méi)有電流的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的基本方程是rotH=0和divH÷0河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文所以這種場(chǎng)是無(wú)旋場(chǎng)和無(wú)散場(chǎng)。2-2-3回收磁性礦粒所需磁力的計(jì)算磁場(chǎng)有均勻場(chǎng)和非均勻場(chǎng)。如果磁場(chǎng)中各點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度相同，則此磁場(chǎng)是均勻磁場(chǎng)，否則就是非均勻磁場(chǎng)。磁場(chǎng)非均勻性是通過(guò)磁極的適當(dāng)?shù)拇艌?chǎng)強(qiáng)度、形狀、尺寸和排列產(chǎn)生。磁場(chǎng)的非均勻性用導(dǎo)數(shù)表示，它指出在某點(diǎn)沿1方向上磁場(chǎng)強(qiáng)度H對(duì)距離的變化率。如磁場(chǎng)強(qiáng)度H方向相同，則這個(gè)量在H變化最大的方向上叫做磁場(chǎng)梯度，用gradH表示。礦粒在不同磁場(chǎng)中受到不同的作用。在均勻磁場(chǎng)中它只受到轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)矩使它的最長(zhǎng)方向取向于磁力線的方向(穩(wěn)定)或垂直于磁力線的方向(不穩(wěn)定);在非均勻磁場(chǎng)中它除受轉(zhuǎn)矩外，還受磁力的作用(順磁性和鐵磁性礦粒受引力作用);逆磁性礦粒受排斥力作用。正是由于這種力的存在，才有可能將磁性礦粒從實(shí)際上認(rèn)為是無(wú)磁性的礦粒中分出。作用在磁選機(jī)磁場(chǎng)中磁性物質(zhì)顆粒(磁性礦物顆粒)上的磁力，可由它在磁化時(shí)所獲得的位能來(lái)確定，而磁性物質(zhì)顆粒磁化時(shí)所獲得的位能用下式求出式中U:被磁化顆粒的磁位；k:顆粒的物質(zhì)體積磁化率；dV:顆粒的體積元；H:顆粒體積中的磁場(chǎng)強(qiáng)度(即次定顆粒磁化狀態(tài)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，在SI單位制中單位為A/m,1A/m-4π×102Oe).根據(jù)力學(xué)定律，作用在顆粒上的力可用帶負(fù)號(hào)的U的梯度表示，因此作用在顆粒上的磁力又可寫(xiě)成式中負(fù)號(hào)表示磁力fw吸引顆粒所做的功導(dǎo)致位能的降低。將符號(hào)grad括在積分式中，并假定體積憾化率在顆粒所占的范圍內(nèi)是常數(shù)，則得顆粒尺寸不大時(shí)，可假定在它所占據(jù)得體積內(nèi)HgradH的變化不大。這樣，IlgradH可以移到積分號(hào)外，于是磁力將等于f&=HokVHgruuH永磁滾筒式磁選機(jī)的分析和設(shè)計(jì)fw=μok?VHogradH?表2.1公式(2.2)的修正系數(shù)a值Table2.1Correctionfactoraofformula(2.2)0.05～0.2修正系數(shù)α 從前面知道，為了回收磁性礦粒，必須使作用在其上的磁力大于作用在其上的、與磁力方向相反的所有機(jī)械力的合力，即fs=Hok?VHogruuHo>Efn在通常情況下，準(zhǔn)確計(jì)算出值是比較困難的，多是根據(jù)磁選機(jī)的類(lèi)型并結(jié)合實(shí)踐(包括實(shí)驗(yàn))來(lái)估算出Zfm值。礦石通過(guò)磁選機(jī)時(shí)，不僅受到磁力作用，還受到機(jī)械力的作用(濕選時(shí)還要考慮水力的作用)。根據(jù)礦石(或礦漿)通過(guò)磁選機(jī)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)形式，所有磁選機(jī)可以分成兩類(lèi)：(1)上面給礦，礦粒做曲線運(yùn)動(dòng)的磁選機(jī)，如上面給礦的筒式和輥式磁選機(jī)等；(2)下面給礦，礦粒做直線或曲線運(yùn)動(dòng)的磁選機(jī)，如下面給礦的帶式、盤(pán)式、筒式磁選機(jī)等等。磁選機(jī)圓筒上(或圓輥上)吸住磁性礦粒所需要的磁力圖2.1給礦筒慢速運(yùn)動(dòng)礦粒受力情況Fig.2.1Stressofmineralgrainwhenexpansioncylinderslowmovement上面給礦，礦粒做曲線運(yùn)動(dòng)，所需要的磁力決定于礦粒的磁性和圓筒的旋轉(zhuǎn)速度以及磁選機(jī)的磁極在磁場(chǎng)中作用在單位質(zhì)量磁性礦粒上的力有：(2)重力g。垂直于筒而的分力gcosa和與筒面相切的分力gsina(a:礦粒在簡(jiǎn)面上的位置)(3)垂直于筒面指向外的離心力。如礦粒尺寸、筒皮厚度小時(shí)，離心力(m單位質(zhì)量，y(4)磁性礦粒和圓筒表面的摩擦力F*。如果圓筒表面上的磁性礦粒很少且表面光滑a=90°,AF=2g,a=180°,AF=4g。為了使磁性礦粒不滑動(dòng)，圓筒表面不應(yīng)太光滑且磁性礦粒應(yīng)受到足夠人的比磁力作用。此力可通過(guò)以下條件求出永磁滾筒式磁選機(jī)的分析和設(shè)計(jì)式中tgφ:礦粒和圓筒表面的摩擦系數(shù)。從上式看出，當(dāng)v、R、d、φ已知時(shí)，所需要的比磁力F露只決定于a。由得a=90°+φ時(shí)，吸住磁性礦粒所需要得磁力最大。將a帶入公式(2.3)得2-3-1磁選機(jī)的整體結(jié)構(gòu)永磁筒式磁選機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，節(jié)省電耗，適合現(xiàn)場(chǎng)等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用。小筒徑磁選機(jī)(如直徑600mm)的磁系為三極磁系，而筒徑大些的(如直徑為750mm)磁選機(jī)的偏角(磁極中線偏向精礦排出端與垂直線的夾角)為15°~20°,磁系偏角可通過(guò)搬動(dòng)裝在軸上的偏角轉(zhuǎn)本文的磁選機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2.2所示：塊中心孔固定在磁導(dǎo)板上，磁導(dǎo)板經(jīng)支架固定在筒體的軸上，磁系固定，筒體旋轉(zhuǎn)。磁極的極性沿圓周交替排列，沿軸向極性相同。套在磁系外面的是不銹鋼非導(dǎo)磁材料制成的滾筒，采用非導(dǎo)磁材料是為了其余可用普通鋼板或硬質(zhì)塑料板。槽體底板與圓筒之間的間隙與磁選機(jī)的給礦粒度有關(guān)，粒度小于1~1.5mm時(shí)，間隙為20～25mm,粒度為6mm時(shí)，間隙為30～35mm。給礦方向與圓筒的旋轉(zhuǎn)方向和磁性產(chǎn)品的移動(dòng)方向相反。需要選分的產(chǎn)品為鐵粉，粒度上限0.079mm,因此槽體底板與圓筒之間的間隙為20～25mm。NFig.2.2Structureofmagneticseparator2-3-2磁選機(jī)的磁路部分筒子內(nèi)徑1040mm,半徑520mm,筒壁厚6mm,氣隙約3mm。筒轉(zhuǎn)速20.8轉(zhuǎn)/分。簡(jiǎn)壁外表面距槽體距離25mm,可調(diào)整。采用下面給礦方式。磁極板使用A;低碳鋼，厚度20mm,簡(jiǎn)壁使用太原產(chǎn)非導(dǎo)磁不銹鋼。永磁材料使用鐵氧體(Y30H-1),釹鐵硼(N35),磁極高127mm,寬170mm,5個(gè)磁極。每個(gè)磁極由長(zhǎng)85mm寬65mm,高不等的小磁塊粘結(jié)而成。整個(gè)筒長(zhǎng)3100mm,由11組65×4的磁極塊工業(yè)要求為從煤、水、鐵粉以及少量雜質(zhì)的混合物中選出工業(yè)用純鐵粉，鐵粉粒度上限d0.079mm,選分過(guò)程中，物料無(wú)團(tuán)聚，沒(méi)有磁鏈。表2.2磁選機(jī)性能參數(shù)Table2.2Performanceparameterofmagneticseparator磁選機(jī)性能參數(shù)極距選箱型式給礦粒度鐵粉回收率(%)筒表場(chǎng)強(qiáng)筒體轉(zhuǎn)速兩產(chǎn)品小于0.1表2.3磁選機(jī)規(guī)格Table2.3Ordinanceofmagneticseparator磁選機(jī)規(guī)格磁選機(jī)規(guī)格整體尺寸(長(zhǎng)、寬、高)(mm)整機(jī)重量減速機(jī)速比電機(jī)功率電機(jī)轉(zhuǎn)速筒直徑4871×1675×13004331×1675×13003791×1675×13002981×1675×13004磁選機(jī)單個(gè)磁極的結(jié)構(gòu)如圖2.3所示：Fig.2.3Sizeofmagneticpole磁選的實(shí)質(zhì)：即磁選是利用磁力和機(jī)械力對(duì)不同磁性礦粒的不同作用而實(shí)現(xiàn)的。磁選機(jī)主要由磁系、滾筒、槽體、機(jī)架、傳動(dòng)裝置等五部分組成。磁系在滾筒內(nèi)軸上呈下垂位置，通過(guò)軸兩端支承固定在機(jī)架上。滾筒可單獨(dú)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)通過(guò)減速機(jī)、鏈條、鏈輪帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)。槽體與簡(jiǎn)體全部安裝在架子上，筒體中心與槽體半徑圓心重合，筒體中心可進(jìn)行水平方向和垂直方向調(diào)整。當(dāng)來(lái)料進(jìn)入給料箱后，將大塊物料過(guò)濾并均勻地分配來(lái)料。通過(guò)磁滾筒工作場(chǎng)時(shí)將介質(zhì)顆粒吸在滾筒表面，由連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒運(yùn)輸?shù)骄V排料口脫料。尾礦由液流口和兩個(gè)調(diào)控口組成，進(jìn)入機(jī)內(nèi)的大顆粒非磁性物流入調(diào)控口后，定期排出，其它液體尾礦經(jīng)液流口排出。磁選機(jī)的磁系將采用新型永磁磁路，漏磁少，磁場(chǎng)強(qiáng)度高，作用深度大，不易退磁。槽體采用筒型結(jié)構(gòu)，功能多，處理能力大，回收率高，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，操作維護(hù)簡(jiǎn)便，耗能低。磁選機(jī)與選煤設(shè)備配套數(shù)量：最小選煤廠至少也要兩臺(tái)，120萬(wàn)噸選煤廠，配四臺(tái)3100mm磁選機(jī)比較適宜，也可根據(jù)實(shí)際需要配置。河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文圖2.4礦粒在磁選機(jī)中分離的示意圖Fig.2.4Mineralgraindeclutchinmagneticseparator磁選機(jī)結(jié)構(gòu)的分析是設(shè)計(jì)的前提，本章對(duì)磁選機(jī)的分類(lèi)以及各種類(lèi)型磁選機(jī)的特點(diǎn)作了詳細(xì)介紹，通過(guò)公式推導(dǎo)得出磁選機(jī)磁場(chǎng)為無(wú)旋場(chǎng)和無(wú)散場(chǎng)，同時(shí)論述了磁選的基本條件和方式；f>>w。在此基礎(chǔ)上利用磁性物質(zhì)顆粒磁化時(shí)所獲得的位能得出回收磁性礦粒所需磁力的計(jì)算公式。其中fw:作用在磁性強(qiáng)的礦粒上的磁力；:作用在磁性弱的礦粒上的做力；2fn:與磁力方向相反的所有機(jī)械力的合力。之后針對(duì)需要設(shè)計(jì)的永磁筒式磁選機(jī)，給出實(shí)際結(jié)構(gòu)圖，磁選機(jī)的規(guī)格尺寸，性能參數(shù)，對(duì)筒式磁選機(jī)的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)論述。第三章磁選機(jī)磁路設(shè)計(jì)磁選設(shè)備設(shè)計(jì)的日標(biāo)；結(jié)構(gòu)先進(jìn)、構(gòu)造簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、成本低、工作可靠、操作和檢修容易，勞動(dòng)條件好、選分指標(biāo)好以及處理最高等。磁選設(shè)備解決的主要矛后：利用礦物間的磁性差異，最大限度的回收和選出高質(zhì)量的精礦。有利于提高回收率的因素有：(1)磁場(chǎng)力和其作用深度大，磁性礦粒在距磁極表面較遠(yuǎn)處就受到較大的磁力作用而被吸向磁極。(2)磁極沿礦粒移動(dòng)方向?yàn)閱我粯O性排列，礦粒始終處在同一極性磁極的作月，在磁場(chǎng)內(nèi)不產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)作用。(3)掃選帶相對(duì)長(zhǎng)，礦粒在掃選帶內(nèi)受到較允分的回收。(4)給礦點(diǎn)接近磁場(chǎng)力最大的區(qū)域，磁性礦粒受到很大的磁力作用。有利于提高磁性精礦產(chǎn)品質(zhì)量的因素有：(1)磁場(chǎng)力和其作用深度小。(2)磁極沿礦粒移動(dòng)方向?yàn)闃O性交替排列，礦粒經(jīng)過(guò)許多磁極并做多次翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，翻轉(zhuǎn)次數(shù)多，有利于提高質(zhì)量。(3)精選帶相對(duì)長(zhǎng)，礦粒受到較長(zhǎng)時(shí)間的精選作用。(4)給礦點(diǎn)離磁場(chǎng)力最大區(qū)域有一定的距離，磁性礦粒順著磁力作用方向運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段較長(zhǎng)的路程，這有助于得到較純的磁性產(chǎn)品。(5)濕選時(shí)向磁性產(chǎn)品噴射洗水，洗出脈石；干選時(shí)增大圓筒轉(zhuǎn)數(shù)以增加離心力而地出脈石。設(shè)計(jì)磁選設(shè)備時(shí)，應(yīng)結(jié)合礦石性質(zhì)和粒度以及對(duì)選分指標(biāo)的要求。對(duì)上述因素做全面考慮。例如，選分致密塊狀(粒度大于50mm)強(qiáng)磁性礦石時(shí)，雖然它的磁性較強(qiáng)，但由于它的粒度較大，形狀多呈方形和多角形，就不宜采用沿礦粒移動(dòng)方向磁極極性交替的磁系，避免“磁翻被翻掉進(jìn)入尾礦中去。而選分致密條帶狀結(jié)構(gòu)的強(qiáng)磁性礦石，可采用沿礦粒移動(dòng)方向極性交替的磁系。因?yàn)檫@類(lèi)礦石經(jīng)破碎后多呈扁平塊狀，在磁系上方總是力圖使其與條帶方向一致的最長(zhǎng)方向和磁場(chǎng)方向一致，在磁極中線上方直豎起來(lái)的礦塊極其不穩(wěn)定，而在磁極其他處上方，礦塊的條帶方向和磁場(chǎng)方向一致最為穩(wěn)定。因此，絕大多數(shù)礦塊是平放在磁系上方，由于礦塊的矯力較小，它在磁系上方移動(dòng)時(shí)很快地被反復(fù)磁化而被吸住，因而不顯示“磁翻動(dòng)”現(xiàn)象。選分細(xì)粒強(qiáng)磁性礦石時(shí)，就必須采用極性磁系以提高磁性產(chǎn)品的質(zhì)量。而選分弱磁性礦石時(shí)，就不采用上類(lèi)磁系，因?yàn)榈V石的磁性很弱，受磁力很小，“磁翻動(dòng)”會(huì)使磁性礦粒掉進(jìn)尾礦中去。礦粒給在磁場(chǎng)力很大的區(qū)域是有利于提高回收率而性產(chǎn)品質(zhì)量的因素，特別是在干選的條件下。但采用選別帶很長(zhǎng)的極性交替的磁系，就可提高磁性產(chǎn)品回收率和品味是互相矛盾的。表現(xiàn)在磁性產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量上，在一定的條件下，提高產(chǎn)品質(zhì)量往往會(huì)降低回收率；反之，提高回收率，則往往會(huì)降低產(chǎn)品質(zhì)量。設(shè)計(jì)時(shí)如何建立更好的和新的條件，使矛盾在更高的水平上統(tǒng)一起來(lái)是一項(xiàng)很重要的任務(wù)。新型永磁體磁系的設(shè)計(jì)必須遵循下述原則：(1)磁選機(jī)工作區(qū)的磁通密度絕對(duì)值應(yīng)盡可能高；河北工業(yè)大學(xué)碩土學(xué)位論文(2)磁力HgradH的徑向分量盡可能大，而切向分量盡可能減??；(3)保證磁場(chǎng)有足夠的作用深度；(4)在滿足上述條件情況下，多極可以提高精礦品味。倦選機(jī)使用的磁性材料及其特性永磁材料的特性參量：永磁材料的性能好壞，一般可用下列幾個(gè)參量來(lái)標(biāo)志。1.剩磁B,:是退磁曲線(磁滯回線中的第二象限部分稱為退磁曲線)上當(dāng)H=0時(shí)的B的值。B,越大，充磁之后的磁性材料磁性越強(qiáng)，所以B,越人磁性能越好。2.矯頑力H:是退磁曲線上使B=0的磁場(chǎng)強(qiáng)度。He大的材料保持磁性的能力強(qiáng)，或者說(shuō)抵制退磁作用的能力強(qiáng)，永磁性能好。3.最大磁能積(BH)m:是退磁曲線上B和H乘積的最大值。(BH)m越大表示材料單位體積中儲(chǔ)存的磁能越大，材料性能越好。3-1-1鐵氧體永磁材料特性鐵氧體永磁是金屬氧化物的陶瓷材料1251,結(jié)品結(jié)構(gòu)屬于磁鉛石型的單軸六角品系。鐵氧體永磁材料的優(yōu)點(diǎn)是具有相當(dāng)高的矯頑力，故適于退磁場(chǎng)較大的條件下使用。鐵氧體的電阻率比金屬磁性材料高锝多，所以在高頻下也可使用。它最大磁能積雖不大，但最大回復(fù)磁能積卻很大，因此也適于做動(dòng)態(tài)條件下的永磁體。鐵氧體的另一個(gè)特點(diǎn)是退磁曲線的很大一部分接近直線，工作穩(wěn)定。直線部分的斜率接近于回復(fù)磁導(dǎo)率。此外鐵氧體比重較小(4～5.2g/cm3),原材料價(jià)格低廉，制造工藝簡(jiǎn)單。采用鐵氧體材料成本及重量都低。鐵氧體的居里溫度為450℃,其機(jī)械強(qiáng)度和剛度較大，可直接壓制成型，必要時(shí)也可磨削加工。鐵氧體的不足之處是剩磁不高，B,:2000～4000Gs,磁性參量的溫度穩(wěn)定性也較差，所以不適用于環(huán)境溫度變化大而要求溫度穩(wěn)定性高的場(chǎng)合。3-1-2釹鐵硼永磁材料特性稀土永磁是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的新型金屬永磁材料，迄今為止，經(jīng)過(guò)永磁專家的幾十年的共同努力，已經(jīng)形成了具有規(guī)模生產(chǎn)和實(shí)用價(jià)值的三代稀土永磁。第一代稀土永磁是1:5型SmCo合金；第二代稀上永磁是2:17型SmCo合金，它們均以金屬鈷為基合金；第三代稀上永磁材料是以NdFeB合金為代表的Fe基稀土永磁。Fe基稀土永磁材料由主相Nd?Fe??B和少量富Nd相、少量富B相組成。其大體成分為：~36wt%Nd,～63wt%Fe,～1wt%B。當(dāng)Nd原子和Fe原子分別被不同的R原子和其他金屬原子所取代，可發(fā)展成多種成分不同，磁性能不同的R-Fe-B系永磁體。目前磁性能最高的是Nd-Fe-B永磁材料，它(1)它的做性能高。它的(BH)m相當(dāng)丁鐵氧體永磁體的5～12倍，鑄造AlNiCo永磁的3～10倍。它的矯頑力相當(dāng)于鐵氧體永磁的5～10倍，鑄造Al-Ni-Co系永磁的5～15倍。它潛在的磁能積很高，其磁能積的理論值達(dá)525.4kJ/m3(66MGOe),B,永磁滾筒式磁選機(jī)的分析和設(shè)計(jì)=1.23T(12300Gs),Hc=880kA/m(11kOe)。它能吸引相當(dāng)于自身重量640倍的重物，而鐵氧體僅能吸引自身重量120倍的重物。Nd-Fe-B系永磁體的應(yīng)用有利于儀器儀表的小型化，輕量化和薄型化。(2)Nd-Fe-B系永磁體以Fe為基體，含有約～35wt%Nd,～I(xiàn)wt%B。不含戰(zhàn)略元素Co和Ni。在稀土礦中Nd的儲(chǔ)量居第三位，僅次Ce和La,它的儲(chǔ)量相當(dāng)于Sm儲(chǔ)量的10～16倍。(3)它的機(jī)械力學(xué)性能比SmCos和AINiCo合金都好?？蛇M(jìn)行切削和鉆孔。它的密度比SmCos合金低。所不足的是它的居里溫度低，溫度穩(wěn)定性較差，化學(xué)穩(wěn)定性也欠佳。但這些缺點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整化學(xué)成分和采取材料.NdFeB永磁以Fe取代Co,富余的Nd取代稀缺的Sm,形成了一種不含Co的，具有高磁能積和使用價(jià)值的新型永磁材料。NdFeB永磁問(wèn)世，引起世界各國(guó)永磁行業(yè)開(kāi)發(fā)NdFeBd永磁的高潮，先后形成鐵基稀十永磁系列化產(chǎn)品。按照矯頑力大小可以將NdFeB永磁產(chǎn)品分成幾種類(lèi)型；第一種為普通型，矯頑力Hc≥955kA/m;第二種為中矯頑力型，Hc≥1194kA/m;第三種為高矯頑力型，Hc≥1353kA/m;第四種為超高矯頑力型，Hc≥1671kA/m。目前，采用先進(jìn)的低氧工藝制造，實(shí)驗(yàn)室水平最高磁能積可達(dá)436.8kJ/m3,與最高理論做能積512kJ/m3相差15%,最高矯頑力已達(dá)到2400kA/m。Nd-Fe-B系永磁合金具有良好的磁性能，決定了它的廣闊應(yīng)用前景。1988年仝球Nd-Fe-B系永磁合金產(chǎn)量為600t,占永磁體工業(yè)4%,Nd-Fe-B系合金的最大缺點(diǎn)就是居里溫度低，最高工作溫度不能超過(guò)150℃,溫度穩(wěn)定性及環(huán)境穩(wěn)定性差。但目前已采用調(diào)整合金成分等手段進(jìn)行了一系列改進(jìn)工作，為了克服這些缺點(diǎn)，充分利用Nd-Fe-B系合金具有良好磁性能的優(yōu)勢(shì)，尚待開(kāi)展深入的研究。2:17型RCo水非沉淀R-Co系水磁材水徽材水磁材水磁材系水礎(chǔ)系水磁料料料料耐料材料1:S型R-Co水蔗圖3.1稀土永磁材料分類(lèi)示意圖9IFig.3.1Sortofpermanent-magnetmaterial隨著NdFeB永磁材料的問(wèn)世及高性能磁性材料的涌現(xiàn)，永磁磁選技術(shù)有了很大進(jìn)展。目前主要研究和生產(chǎn)的有永磁輥式磁選機(jī)、圓筒型永磁磁選機(jī)和永磁高梯度磁選機(jī)三種機(jī)型，其中圓筒型永磁中強(qiáng)磁河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文1984年，釹鐵硼(NdFeB)新型三元化合物的發(fā)明，使得磁性材料最大磁能積早指數(shù)提高。這種稀土永磁材料的1.業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用推動(dòng)了永磁強(qiáng)磁選機(jī)的發(fā)展，為粗粒弱磁性鐵礦、錳礦的分選作業(yè)提供了隨著我國(guó)磁材料行業(yè)的發(fā)展，新型磁性材料有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，其中，釹鐵硼磁性材料具有磁力強(qiáng)，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，因而獲得了廣泛地應(yīng)用。應(yīng)用新型全釹鐵硼磁系不僅磁力強(qiáng)，磁場(chǎng)作用深度大，磁場(chǎng)特性合理，重最輕和便于組裝，而且使永磁人塊磁選機(jī)的工藝指標(biāo)得到改善，拋廢品味和磁性鐵回收率達(dá)到較高水平。如果用戶為了減少設(shè)備投資，選用鐵氧體磁系，選別指標(biāo)必然下降。磁導(dǎo)板使用A?低碳鋼Table3.1PerformanceparameteroflowcarbonsteelAs材料硬度抗拉強(qiáng)度ob(Mpa)彈性模量E(Gpa)屈服強(qiáng)度o0.2(Mpa)A?鋼§3-2磁選機(jī)的磁系結(jié)構(gòu)參數(shù)磁選設(shè)備的磁系按磁極的配置方式可分為開(kāi)放型和閉合型磁系兩大類(lèi)。所謂開(kāi)放型磁系是指磁極在同一側(cè)做相鄰配置且磁極間無(wú)感應(yīng)鐵磁介質(zhì)的磁系見(jiàn)圖3.2。在這類(lèi)磁系中，磁通通過(guò)磁極間的空氣隙路程長(zhǎng)，磁路的磁阻大，漏磁通多，因而這類(lèi)磁系的磁場(chǎng)強(qiáng)度低，它只能用于選分強(qiáng)磁性礦石或物料的弱磁場(chǎng)磁選設(shè)備中。這類(lèi)磁系有較大的選分空間，所以采用這類(lèi)磁系的磁選設(shè)備的處理量較高。開(kāi)放型磁系按照磁極的排列特點(diǎn)又可分為三種型式：(1)平面磁系磁極排列為平面(a)。例如帶式磁選機(jī)采用的是這種磁系。(2)曲面磁系磁極排列為圓柱面(b)。例如筒式弱磁場(chǎng)磁選機(jī)采用的是這種磁系。(3)塔形磁系磁極排列為塔形(c)。某些永磁脫泥槽采用的是這種磁系。弱磁性礦物的比磁化率比強(qiáng)磁性礦物小得多，因此回收弱磁性礦物所需要得磁場(chǎng)力要比回收強(qiáng)磁性礦物大得多。開(kāi)放型磁系的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)梯度都小，因而磁場(chǎng)力小，滿足不了回收弱磁性礦物的要求。要使開(kāi)放型磁系的選分空問(wèn)產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)力，只有高磁勢(shì)，這就需要消耗大量的金屬導(dǎo)線和高磁能的磁性材料。這是很不經(jīng)濟(jì)很不合理的。為解決上述問(wèn)題出現(xiàn)了閉合型磁系，所謂閉合型磁系是指磁極做相對(duì)配置的磁系，且在磁極中間裝置有特殊形狀的鐵磁介質(zhì)(如表面帶齒的圓輥、帶齒的平板、圓球、細(xì)絲以及網(wǎng)等。開(kāi)放型磁系磁極之間如有鐵磁介質(zhì)(如帶齒的圓盤(pán)和圓球等),則此類(lèi)磁系也可稱為閉磁通通過(guò)空氣隙的路程短，磁路的磁阻小，漏磁少，因而選分空間的磁場(chǎng)強(qiáng)度大，又由于鐵磁介質(zhì)具有特殊形狀，因而磁場(chǎng)梯度人，適用于選分弱磁性礦石的強(qiáng)場(chǎng)磁選設(shè)備。永磁滾筒式磁選機(jī)的分析和設(shè)計(jì)圖3.2開(kāi)放型磁系(a)平面磁系(b)曲面磁系(c)塔型磁系Fig.3.2Open-endedmagneticsystem(a)Plainfacemagneticsystem(b)Curvedfacemagneticsystem(c)Towerymagneticsystem3-2-1開(kāi)放型磁系磁選機(jī)的磁場(chǎng)開(kāi)放型磁系的磁場(chǎng)特性決定于通過(guò)相鄰一對(duì)磁極的磁位差(或自由磁勢(shì))Um、極距1(極面寬b和極隙寬a之和)、極面寬b和極隙寬a之比值、磁極或磁極端面的形狀，以及磁極端面到其排列中心的距離R1(對(duì)于曲面磁系)等。實(shí)驗(yàn)研究表明，沿磁極(或極間隙)對(duì)稱面上的磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化可用指數(shù)方程表示成以下形式：其中Hy:離磁極面y處的磁場(chǎng)強(qiáng)度，A/m;H?:極(或極隙面)上的磁場(chǎng)強(qiáng)度(此處y=0),A/m;μm:相鄰·對(duì)磁極的磁位差(自由磁勢(shì)),A/m;c:磁場(chǎng)的非均勻系數(shù)，m1;e:自然對(duì)數(shù)基底。上述方程式用于磁極端面形狀和極面寬與極隙寬的比值一定的開(kāi)放型磁系。在沒(méi)有磁量也沒(méi)有電流的磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，磁場(chǎng)的基本方程式如下：divH=0rotH=0磁場(chǎng)的基本方程式在直角坐標(biāo)系下可變換成如下形式： lnH和a是共軛調(diào)和函數(shù)，它們都滿足拉普拉斯方程。開(kāi)放型平面磁系的磁場(chǎng)強(qiáng)度方程式的推導(dǎo)：定坐標(biāo)的原點(diǎn)在某一磁極中線和極面的交點(diǎn)上如(圖3.3)。在此中線上，H方向和X軸的夾角a均Fig.3.3Magneticpolearrayofopen-endedmagneticsystem求解磁場(chǎng)H的問(wèn)題就是滿足上面那些邊界條件去解變換的磁場(chǎng)的基本方程式(3.3)的問(wèn)題。和式(3.3)的一個(gè)可能解如下令I(lǐng)nH=c?y+C2InH=c?y+C2a=cix-C3取邊界條件便可求出=于是有或和度這些式子即滿足公式(3.3),又滿足上述邊界條件。還可確定磁場(chǎng)中任一點(diǎn)(x,y)處的磁場(chǎng)強(qiáng)永磁滾筒式磁選機(jī)的分析和設(shè)計(jì)因此，在磁極和極間隙的對(duì)成面上，公式有以下形式在磁極對(duì)稱面上在極面水平上(y=0),和公式(3.6)則有以下形式這樣，從理論上證明了由實(shí)驗(yàn)得出的表示磁場(chǎng)強(qiáng)度隨離極面的距離而改變的公式(3.1)是正確的。當(dāng)磁極表面按圓柱面排列時(shí)，磁場(chǎng)的非均勻系數(shù)c等于當(dāng)R?→0即相當(dāng)于磁極表面按平面排列時(shí)，從上式看出，隨著極距1的增加，磁場(chǎng)的非均勻系數(shù)c逐漸下降。將H=H?e對(duì)y取倒數(shù)求出磁場(chǎng)梯度式中負(fù)號(hào)可省略，因?yàn)樗槐硎緂radH是隨著y的增加而降低。從這個(gè)等式就可求出磁場(chǎng)的非均勻系數(shù)磁場(chǎng)非均勻系數(shù)c在理論上是單位磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁場(chǎng)梯度。它是極距1的函數(shù)，而對(duì)于按圓柱面排列河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文的磁極，還是圓柱表面半徑R?的函數(shù)。系數(shù)c比磁場(chǎng)梯度更便于表示磁場(chǎng)的非均勻性，因?yàn)榇艌?chǎng)梯度不僅取決于極距1,而H還取決于磁場(chǎng)強(qiáng)度H。試驗(yàn)研究表明，在磁選機(jī)中，實(shí)際上系數(shù)c值不是相同的，隨x值(即隨平行于通過(guò)極心平面的平面位置)不同而不同，也隨y值不同而不同。產(chǎn)生這種現(xiàn)象是由于實(shí)際的磁極的極數(shù)通常是有限的，且磁極端面的形狀也和指數(shù)磁場(chǎng)理論的不相符。從公式(3.7)和(3.11)可求出離開(kāi)極面(或極問(wèn)隙)任一點(diǎn)y處的磁場(chǎng)力從上式得出，當(dāng)極面的磁場(chǎng)強(qiáng)度Ho…定時(shí)，磁場(chǎng)力HgradH人小決定于系數(shù)c和位置y。如R?又一定，它就只決定于極距1和位置y,磁場(chǎng)力HgradH隨著離開(kāi)極面距離y的增加下降的很快。指數(shù)磁場(chǎng)是由和圓弧形等位面相重合的幾個(gè)磁極端面產(chǎn)生的。對(duì)于電磁鐵心和鑄造磁鐵磁系，由于材料的磁導(dǎo)率值較大，磁極頭側(cè)面散發(fā)磁通，由磁極端面所形成的等位面成一定偏差。如將磁極端面做成一定半徑的弧形，弧的半徑為~0.4I,且磁極面寬和極隙寬的比值在1.0~1.5的范圍內(nèi)，才可產(chǎn)生近似于指數(shù)關(guān)系的磁場(chǎng)。通常，圓弧的半徑取為r=(0.4～0.6)l(對(duì)于陶瓷材料有其它系數(shù))。當(dāng)圓筒對(duì)固定多極磁系或可動(dòng)多極磁系做快速相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在筒面上任何一點(diǎn)將產(chǎn)生正弦轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，如磁場(chǎng)強(qiáng)度比強(qiáng)磁性礦粒的嬌頑力高得多(HoHc),則吸引礦粒且有磁鏈產(chǎn)生。由于礦粒受到反復(fù)磁化，磁鏈稍有振動(dòng)。如磁場(chǎng)強(qiáng)度比強(qiáng)磁性礦粒的矯頑力高的不多(只有兒倍),則礦粒不形成磁鏈。也不被反復(fù)磁化，而以單顆粒狀態(tài)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。磁場(chǎng)方向變化時(shí)，礦粒運(yùn)動(dòng)方向則跟著變化。假定筒面任何·點(diǎn)固定，當(dāng)?shù)V粒運(yùn)動(dòng)路途等于二倍磁系的極距時(shí)(l?=21),則該點(diǎn)磁場(chǎng)磁力線與y軸的夾角a變化量為0～2π。磁場(chǎng)的頻率為,Hz(3.14)式中v:圓筒對(duì)磁系的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，m/s;根據(jù)公式(3.6),考慮到x=vt(式中t簡(jiǎn)面所選點(diǎn)對(duì)磁系相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從坐標(biāo)起點(diǎn)，磁極中心線算起的運(yùn)動(dòng)時(shí)間),可得到磁場(chǎng)強(qiáng)度H的兩個(gè)分量有這樣一個(gè)特性，即在圓筒的運(yùn)動(dòng)方向上存在著以速度為v的前進(jìn)的波浪式運(yùn)動(dòng)，在筒面上某一定點(diǎn)P(x,y),磁場(chǎng)強(qiáng)度H矢量不改變白己的非矢量值，而以公式(3.14)確定的磁場(chǎng)頻率f旋轉(zhuǎn)。3-2-2磁選機(jī)磁系的極面寬和極隙寬的比值極面寬b和極隙寬a的比值對(duì)磁場(chǎng)特性有很人的影響。在磁選分離過(guò)程中，一般要求磁性礦粒在隨運(yùn)輸裝置(如圓筒、皮帶)移動(dòng)的過(guò)程中受到較均勻的磁力，以保證運(yùn)輸裝置順利搬運(yùn)出磁性產(chǎn)品和防圖3.4在極面寬b和極隙寬a不同比值下，磁場(chǎng)強(qiáng)度H沿極距方向的變化曲線Fig.3.4Mutativecurveofintensityofmagneticfieldalongpolespandirection極面寬b和極隙寬a的不同比值下，磁場(chǎng)強(qiáng)度H沿極距1方向的變化曲線如(圖3.4)所示，從圖看時(shí)，磁選機(jī)極面中心和極隙中心對(duì)面處的磁場(chǎng)強(qiáng)度(筒表面或帶表面)幾乎一樣。隨著離開(kāi)磁極表面距離的增加，磁極及其棱邊和極隙上方的磁場(chǎng)強(qiáng)度差值明晁的減少，并趨于相當(dāng)小。但這一比值適用于電磁系和具有剩余磁感大而矯頑力較小的鑄造的鋁鎳鈷磁系。對(duì)于各向異性的具有較小的剩余磁感和矯頑力大的鍶(鋇)鐵氧體磁系，上述比值和極面寬有關(guān)，當(dāng)極面寬b=26cm時(shí)，適宜的b/a~3;b=19.5cm時(shí)，b/a~3;b=13cm時(shí)，b/a~2;b=6.5cm時(shí)，b/a≈1.3。上述比值的磁系適用丁一般簡(jiǎn)式和帶式磁選機(jī)。而對(duì)于干式離心筒式磁選機(jī)，值可達(dá)5。因?yàn)檫@類(lèi)磁選機(jī)的工作原理不同于一般類(lèi)型的磁選機(jī)。517×27.07×π/180≈244.26mm,244.26-170=74.26mm),極面寬極隙寬比值b/a=170/74.26~2.3。則采用極距l(xiāng)=170+74.26~244.26mm。其中517mm為磁選機(jī)磁極半徑；3-2-3做選機(jī)做系的極距磁選機(jī)磁系的重量和磁系的極距有關(guān)，極距愈小，磁系重量愈輕。由于這種理由，似乎磁選機(jī)采用小極距磁系是合理的。可是，極距小，離開(kāi)磁極表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度下降過(guò)快，而在選分大塊礦石時(shí)，一部分礦石將處在磁場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)低的區(qū)域，礦石會(huì)損失到非磁性產(chǎn)品中去。極距!5和20曲線如圖3.5所示。高極面的距離y,cmFig.3.5CurveofplainfacemagneticsystemindifferentpolespanH?=fiy)(actualline)and(HgradH)y=fiy)(imaginaryline)從圖看出，極距I不同而磁極表面中心處磁場(chǎng)強(qiáng)度H?相同的磁系，小極距磁系的上方所有點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度均低于人極距的，而磁場(chǎng)力就不是這樣，開(kāi)始時(shí)(y≤1.5cm)高于人極距的，而后是急劇下降并低于大極距的。由此說(shuō)明，極面場(chǎng)強(qiáng)相同而極距不同的磁系，其中小極距(系數(shù)c大)磁系，在極面和離極面很近的地方，磁場(chǎng)力很大，但離開(kāi)極面稍遠(yuǎn)些，磁場(chǎng)力便下降很多，即磁場(chǎng)力作用深度較小。相反地，大極距(系數(shù)c小)磁系就不這樣，離開(kāi)極面遠(yuǎn)些，磁場(chǎng)力下降的不多，即磁場(chǎng)力作用深度較大。由此可得出定性結(jié)論：當(dāng)?shù)V石層厚度小時(shí)，礦?？拷畔当砻嬉苿?dòng)，可采用小極距磁系，而當(dāng)?shù)V石層厚度大時(shí)，可以采用大極距的磁系。開(kāi)放型磁系的極距決定于被選礦石的粒度或被選礦石層的厚度和礦石層到磁極表面的距離。理論上，最適宜的極距可用下法確定：已知作用在磁性礦粒上的比磁力為式中y:離磁極表面最遠(yuǎn)的礦粒、礦石層或礦漿層距磁極表面的距離：d:被選分礦塊的粒度上限；h:礦石層或礦漿層的厚度；△:圓筒表面到磁極表面的距離。圖3.6上面給礦(a)和下面給礦(b)時(shí)磁系、圓筒、礦石或礦漿的示意圖Fig.3.6Schematicplanofgivenorefromtop(a)andgivenorefromtopunderside(b)c=1/2y,m^1由此得出最適宜的距離為由此得出最適宜得極距為按公式(3.15)算出得極距值偏高，特別是在上面給礦的筒式磁選機(jī)干選大塊礦石時(shí)，這是因?yàn)榈V塊尺寸大，在對(duì)礦塊重心處的磁場(chǎng)力進(jìn)行計(jì)算時(shí)假定了磁場(chǎng)強(qiáng)度和梯度時(shí)按直線規(guī)律變化的，其實(shí)，它們是按指數(shù)規(guī)律變化的。考慮后一規(guī)律，公式(3.15)有以下形式：河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文一般說(shuō)來(lái)，干選細(xì)粒礦石(上面給礦)時(shí)，隨著極距的減小，精礦品味提高，而尾礦品味下降；濕選礦石(下面給礦)時(shí)，隨著極距的減小，同干選相反，精礦品味下降，而尾礦品味提高。這是因?yàn)椋哼x分工作區(qū)長(zhǎng)度相同時(shí)，極距愈小，磁系的極數(shù)愈多，因而增加了磁鏈的翻轉(zhuǎn)次數(shù)，有利于提高精礦質(zhì)因而表現(xiàn)出由于極距減小，干選時(shí)精礦質(zhì)量提高，而濕選時(shí)精礦質(zhì)量降低。極距減小，干選時(shí)(采用小極距磁系)尾礦品味下降，是因?yàn)榧?xì)粒礦石直接給在磁場(chǎng)力很高處的圓筒上造成的。濕選時(shí)(采用較大極距磁系),礦漿(2~3cm厚)給到圓筒下方，此處的磁場(chǎng)力較高。因?yàn)闃O距減小，此處的磁場(chǎng)力降低而使尾礦品味提高。磁性產(chǎn)品中需回收鐵礦石的最大粒度d=0.079mm。需要回收的鐵粉存在于洗煤后的水和其它雜質(zhì)的混合物中，需采用濕式選礦方式。本課題的筒式磁選機(jī)采用下面給礦方式。利用公式(3.16)進(jìn)行計(jì)算。其中磁系半徑R?=517mm;y:離磁極表面最遠(yuǎn)的礦粒，礦石層或礦漿層距磁極表面的距離。d:被選分礦塊的粒度上限d=0.079mm;h:礦石層或礦漿層的厚度，h=20～25mm(h高度可調(diào)整);△=6+3=9mm,圓筒外表面到磁極表面距離。(其中筒壁厚6mm,磁極與筒壁內(nèi)表面間氣隙3mm);將以上值帶入(3.16)