干式磁选机磁系设计.doc

干式磁选机磁系设计干式磁选机磁系设计 I 干式磁选机磁系设计干式磁选机磁系设计 目目 录录 1 材料与测试方法2 1.1 测试仪器与材料.2 1.2 测试方法.3 2 测试数据与分析4 2.1 不同极隙宽时磁系的磁场强度与磁场梯度.4 2.2 不同层铁氧体磁系的磁场强度与磁场梯度.8 2.3 磁块组退磁系数的计算.10 2.4 不同组合磁系的磁场强度与磁场梯度.11 2.5 减少锶铁氧体层的测试.15 2.6 磁场力分析.18 3 磁铁矿颗粒及其连生体所受比磁力分析19 4 磁系设计方案24 5 分选原理25 6 设备结构示意图27 附表28 1 应成都利君实业股份有限公司的要求，经过双方充分讨论形成 了关于一种干式磁选机磁系的设计方案，并由东北大学进行相关测 试以确定基本参数和磁系形式。在此基础上由成都利君实业股份有 限公司进行机械设计，东北大学提出合理建议。 2 1 1 材料与测试方法材料与测试方法 1.1 测试仪器与材料测试仪器与材料 (1)仪器。HT100G 数字特斯拉计(量程 0200mT；02T)，测量尺。 (2)材料。 磁块磁块 测试使用磁性材料有 Y30BH 锶铁氧体磁块和 N40 钕铁硼磁块。 锶铁氧体磁块，钕铁硼磁块均有 A、B 两种块型，其外形尺寸如图 1 所示。 每组磁极的最上层为 B 型磁块，可以让螺钉头沉于磁块内部。 A 型磁块 B 型磁块 图图 1 磁块外形图 锶铁氧体和钕铁硼磁块的性能指标如表 1 所示。由表 1 可见钕铁硼磁块剩 余磁感应强度 Br不低于 1040kA/m，磁感应强度矫顽力 Hcb不低于 950kA/m， 内禀矫顽力 Hcj不低于 1110kA/m，具有较高的磁能积，可以达到 40 MGsOe。 表表 1 磁块性能指标 磁块类型Br/(kA/m)Hcb/(kA/m)Hcj/(kA/m)(BH)max/MGsOe 锶铁氧体磁块2682702903.2 钕铁硼磁块1040950111040 磁导板磁导板 磁导板材料为 DT3，其磁性参数如表 2 所示，外形尺寸如图 2 所 示。 表表 2 磁导板的磁性参数 Hc/ (A/m)m/(Gs/Oe) 956000 3 图图 2 磁导板的外形尺寸 磁系组装图磁系组装图 测试所用的磁系是用 M8 螺栓将磁块和导磁板在一定极隙宽 下组装成的四极开放磁系，如图 3 所示。螺栓可以在磁导板的通孔内移动，改 变极隙宽。 图图 3 磁系组装图 1.2 测试方法测试方法 将磁极按照一定极隙宽用螺栓固定在导磁板上，并在磁极中间填充木块， 然后在水平方向测量磁系的磁极中心对称面、磁极端面和极隙中心对称面上不 同高度的磁场强度，即测量图 3 中 A、B、C、D 四个位置垂直方向 0100mm 范围内的磁场强度，测量间隔为 5mm。每个位置测量 2 次最大值，取平均值为 该位置的磁场强度。 AB CD SNSN 4 2 2 测试数据与分析测试数据与分析 2.1 不同极隙宽不同极隙宽时磁系的磁场强度与磁场梯度时磁系的磁场强度与磁场梯度 在开放磁系中，当磁极宽不变时，极隙宽的大小，影响着磁场强度沿垂直 方向的变化，因此影响磁场特性。为保证极隙宽对磁场特性影响的普遍性，对 4、6、8 层锶铁氧体磁系不同极隙宽时磁场特性进行测试。 2.1.12.1.1 4 层锶铁氧体磁系层锶铁氧体磁系 不同极隙宽条件下，4 层锶铁氧体磁系的磁极中心对称面与极隙中心对称 面的磁场强度随高度变化的曲线如图 4 所示。从图 4 中可见，极隙宽 25mm 时 磁极中心对称面的磁场强度仅在磁系表面附近略大于极隙宽 50mm 时磁极中心 对称面的磁场强度；在磁系表面，极隙宽 25mm 时极隙中心对称面的磁场强度 比极隙宽 50mm 时极隙中心对称面的磁场强度高 352.5Oe，但是，随着高度增 加，差值越来越小；当高度超过 18mm 时，极隙宽 50mm 时极隙中心对称面的 磁场强度大于极隙宽 25mm 时极隙中心对称面的磁场强度。 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 磁场强度/Oe 高度/mm 极隙宽25mm 磁极中心对称面 极隙宽25mm 磁隙中心对称面 极隙宽50mm 磁极中心对称面 极隙宽50mm 磁隙中心对称面 图图 4 不同极隙宽时 4 层锶铁氧体磁系的磁场强度 图 5 为不同极隙宽的 4 层锶铁氧体磁系在磁极中心对称面与极隙中心对称 面的磁场梯度随高度变化的曲线。由图 5 可看出，在磁系表面，极隙宽 25mm 时磁极中心对称面的磁场梯度高于极隙宽 50mm 时磁极中心对称面的磁场梯度； 但是，随着高度增加，差值越来越小；当高度超过 10mm 时，极隙宽 50mm 时 磁极中心对称面的磁场梯度高于极隙宽 25mm 时磁极中心对称面的磁场梯度； 在 520mm 范围内，极隙宽 25mm 时极隙中心对称面的磁场梯度明显高于极隙 5 宽 50mm 时极隙中心对称面的磁场梯度；在超过 20mm 时，极隙宽 50mm 时极 隙中心对称面的磁场梯度高于极隙宽 25mm 时极隙中心对称面的磁场梯度。 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 磁场梯度 /(Oe/mm) 高度 /mm 极隙宽25mm 磁极中心对称面 极隙宽25mm 磁隙中心对称面 极隙宽50mm 磁极中心对称面 极隙宽50mm 磁隙中心对称面 图图 5 不同极隙宽时 4 层锶铁氧体磁系的磁场梯度 根据以上结果，极隙宽 50mm 的 4 层锶铁氧体磁系的磁场作用深度比极隙 宽 25mm 的 4 层锶铁氧体磁系的磁场作用深度深。 2.1.22.1.2 6 层锶铁氧体磁系层锶铁氧体磁系 图 6 为不同极隙宽的 6 层锶铁氧体磁系的磁极中心对称面与极隙中心对称 面磁场强度随高度变化的曲线。从图 6 可以看出，在距磁极表面 020mm 范围 内， 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 磁场强度/Oe 高度/mm 极隙宽25mm 磁极中心对称面 极隙宽25mm 磁隙中心对称面 极隙宽50mm 磁极中心对称面 极隙宽50mm 磁隙中心对称面 图图 6 不同极隙宽时 6 层锶铁氧体磁系的磁场强度 在极隙宽 25mm 时和极隙宽 50mm 时，磁极中心对称面的磁场强度几乎相同； 在高度超过 20mm 时，极隙宽 50mm 时磁极中心对称面的磁场强度高于极隙宽 25mm 时磁极中心对称面的磁场强度；在距磁极面 023mm 范围内，极隙宽 25mm 时极隙中心对称面的磁场强度高于极隙宽 50mm 时极隙中心对称面的磁 场强度，但是，随着高度增加，差值越来越小；在高度超过 23mm 时，极隙宽 50mm 时极隙中心对称面的磁场强度高于极隙宽 25mm 时极隙中心对称面的磁 场强度。 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 磁场梯度/(Oe/mm) 高度/mm 极隙宽25mm 磁极中心对称面 极隙宽25mm 磁隙中心对称面 极隙宽50mm 磁极中心对称面 极隙宽50mm 磁隙中心对称面 图图 7 不同极隙宽时 6 层锶铁氧体磁系的场强梯度 6 在不同极隙宽条件下，6 层锶铁氧体磁系的磁极中心对称面与极隙中心对 称面磁场梯度随高度变化的曲线如图 7 所示。由图 7 可看出，在极隙宽 25mm 和 50mm 时，磁极中心对称面的磁场梯度基本相同；在 042mm 范围，极隙宽 25mm 时极隙中心对称面的磁场梯度比极隙宽 50mm 时极隙中心对称面的磁场 梯度高；在高度超过 42mm 时，极隙宽 50mm 时极隙中心对称面的磁场梯度高 于极隙宽 25mm 时极隙中心对称面的磁场梯度；在 05mm 范围内，极隙宽 25mm 和 50mm 时极隙中心对称面的磁场梯度都随高度增加迅速增加；极隙宽 25mm 时极隙中心对称面的磁场梯度在 1020mm 为最高值，之后降低；极隙宽 50mm 时极隙中心对称面的磁场梯度在 520mm 为最高值，之后缓慢降低。高 度超过 40mm 以后，极隙宽 50mm 时极隙中心对称面的磁场梯度高于极隙宽 25mm 时极隙中心对称面的磁场梯度。 根据以上结果，极隙宽 50mm 的 6 层锶铁氧体磁系的磁场作用深度比极隙 宽 25mm 的 6 层锶铁氧体磁系的磁场作用深度深。 2.1.32.1.3 8 8 层锶铁氧体磁系层锶铁氧体磁系 不同极隙宽条件，8 层锶铁氧体磁系的磁极中心对称面与极隙中心对称面 磁场强度随高度变化的曲线如图 8 所示。从图 8 可以看出，极隙宽 25mm 时磁 极中心对称面磁场梯度比极隙宽 50mm 时磁极中心对称面磁场梯度整体要低； 在 022mm 范围内，极隙宽 25mm 时极隙中心对称面的磁场强度比极隙宽 50mm 时 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 磁场强度/Oe 高度/mm 极隙宽25mm 磁极中心对称面 极隙宽25mm 磁隙中心对称面 极隙宽50mm 磁极中心对称面 极隙宽50mm 磁隙中心对称面 图图 8 不同极隙宽时 8 层锶铁氧体磁系的磁场强度 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 磁场梯度/(Oe/mm) 高度/mm 极隙宽25mm 磁极中心对称面 极隙宽25mm 磁隙中心对称面 极隙宽50mm 磁极中心对称面 极隙宽50mm 磁隙中心对称面 7 图图 9 不同极隙宽时 8 层锶铁氧体磁系的磁场梯度 极隙中心对称面的磁场强度高，但是，随着高度的增加，差值越来越小；在高 度超过 22mm 时，极隙宽 50mm 时极隙中心对称面的磁场强度高于极隙宽 25mm 时极隙中心对称面的磁场强度。 图 9 是不同极隙宽的 8 层锶铁氧体磁系在磁极中心对称面与极隙中心对称 面的磁场梯度随高度变化的曲线。由图 9 可看出，在磁系表面，极隙宽 25mm 时磁极中心对称面的磁场梯度要高于极隙宽 50mm 时磁极中心对称面的磁场梯 度；极隙宽 25mm 时磁极中心对称面的磁场梯度在 010mm 内下降迅速，之后 下降缓慢；极隙宽 50mm 时磁极中心对称面的磁场梯度下降缓慢。在高度 520mm 范围内，极隙宽 50mm 时磁极中心对称面的磁场梯度高于极隙宽 25mm 时磁极中心对称面的磁场梯度；在高度超过 20mm 时，在两种极隙宽条 件下，磁极中心对称面的磁场梯度基本相同。在 040mm 范围内，极隙宽 25mm 时极隙中心对称面的磁场梯度高于极隙宽 50mm 时极隙中心对称面的磁 场梯度；在高度超过 40mm 时，极隙宽 50mm 时极隙中心对称面的磁场梯度高 于宽 25mm 时极隙中心对称面的磁场梯度。在 010mm 范围内，极隙宽 25mm 时极隙中心对称面的磁场梯度迅速度增加，之后下降，并随着高度的增加下降 速度变小。在 05mm 范围内，极隙宽 50mm 时极隙中心对称面的磁场梯度迅 速度增加；在 525mm 范围内，极隙宽 50mm 时极隙中心对称面的磁场梯度基 本维持不变；高度超过 25mm，极隙宽 50mm 时极隙中心对称面的磁场梯度缓 慢下降。 根据以上结果，极隙宽 50mm 的 8 层锶铁氧体磁系的磁场作用深度比极隙 宽 25mm 的 8 层锶铁氧体磁系的磁场作用深度深。 综上同层数锶铁氧体磁系不同极隙宽时磁场强度和磁场梯度的变化，极隙 宽 50mm 的各个层数锶铁氧体磁系的磁场作用深度都比极隙宽 25mm 的同层数 磁系磁场作用深度深，因此，磁系设计时极隙宽定为 50mm（根据磁块规格不 同做相应调整） 。 2.2 不同层铁氧体不同层铁氧体磁系的磁场强度与磁场梯度磁系的磁场强度与磁场梯度 锶铁氧体层数增加，磁极的视在剩余磁感也会着随增加，也就影响磁系的 磁场特性。 图 10 为极隙宽 50mm 时不同层铁氧体磁系在磁极中心对称面与极隙中心对 称面磁场强度随高度变化的曲线。由图 10(a)可见，随铁氧体层数增加，磁极中 心对称面的磁场强度变化不大，尤其超过 30mm 后，三个磁系的磁场强度曲线 基本重合。由图 10(b)可见，随铁氧体层数增加，极隙中心对称面的磁场强度基 8 本没有变化。分析表明，增加铁氧体层数对增加磁场强度的影响不大。 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 磁场强度/Oe 高度/mm 4层锶铁氧体 6层锶铁氧体 8层锶铁氧体 (a) 磁极中心对称面磁场强度 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 磁场强度/Oe 高度/mm 4层锶铁氧体 6层锶铁氧体 8层锶铁氧体 (b) 极隙中心对称面磁场强度 图图 10 极隙宽 50mm 不同层数的磁系磁场强度 极隙宽 50mm 时不同层铁氧体磁系在磁极中心对称面与极隙中心对称面磁 场梯度随高度变化的曲线如图 11 所示。由图 11 可见，磁极隙宽 50mm 时，随 着铁氧体的层数增多，磁极中心对称面和极隙中心对称面的磁场梯度基本不变。 分析表明，增加铁氧体层数对提高磁场梯度作用不大。 9 0102030405060708090100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 磁场梯度/(Oe/mm) 高度/mm 4层锶铁氧体 6层锶铁氧体 8层锶铁氧体 (a) 磁极中心对称面磁场梯度 0102030405060708090100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 磁场梯度/(Oe/mm) 高度/mm 4层锶铁氧体 6层锶铁氧体 8层锶铁氧体 (b) 极隙中心对称面磁场梯度 图图 11 极隙宽 50mm 不同层数的磁系磁场梯度 综上分析，仅增加铁氧体层数难以显著提高磁场力，因此，考虑用高磁能 积的钕铁硼磁块来替换部分铁氧体磁块以提高磁场强度和磁场力。 2.3 磁块组退磁系数的计算磁块组退磁系数的计算 磁极的视在剩余磁感受退磁因素的影响，即受磁铁的形状和尺寸比的影响。 不同层数矩形截面的柱状磁铁的退磁系数如表 3。 10 表表 3 退磁系数与磁块层数的关系 层数退磁系数 26.824340 46.2621170 66.074780 85.981085 105.924868 从表可见 8 层以后退磁系数降低缓慢。结合实际测量数值，确定磁系设计 选择 8 层。 2.4 不同组合磁系不同组合磁系的磁场强度与磁场梯度的磁场强度与磁场梯度 由于锶铁氧体磁能积较小，增加层数对磁场的磁场强度和磁场梯度的提高 有限，因此，用高磁能积的钕铁硼磁块来替换部分锶铁氧体磁块，以得到较高 的磁场强度和磁场梯度。 ABCDEFGH- 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 (D) (C)(B)(A) 磁场强度/Oe high10mm high20mm high30mm high40mm high50mm high60mm high70mm high80mm high90mm high100mm 图图 12 1(NdFeB)+7(锶铁氧体)磁系磁场强度分布 ABCDEFGH- 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 (D)(C)(B) (A) 磁场梯度/Oe high10mm high20mm high30mm high40mm high50mm high60mm high70mm high80mm high90mm high100mm 图图 13 2(NdFeB)+6(锶铁氧体)磁系磁场强度分布 图 12、13 分别为 1(NdFeB)+7(锶铁氧体)磁系和 2(NdFeB)+6(锶铁氧体)磁系 磁场强度分布曲线。由图 12 和图 13 的磁场强度特性曲线可以看出，磁场强度 随着距磁极表面距离的增加而降低。在距离磁系表面高于 20mm 时，磁极中心 11 对称面的磁场强度最高，极隙中心对称面的磁场强度最低，并随着高度的增加， 两者之间的差距逐渐变小。随高度增加，同高度的磁场强度趋于平稳。 图 14 为不同磁块(锶铁氧体+NdFeB)组合磁系磁极中心对称面与极隙中心 对称面的磁场强度随高度变化的曲线。从图 14(1)可见，钕铁硼磁块替换部分锶 铁氧体磁块大幅度提高了磁极中心对称面与极隙中心对称面的磁场强度。由图 14(a)可见，在磁系表面上，1(NdFeB)+7(锶铁氧体) 磁系和 2(NdFeB)+6(锶铁氧 体)磁系磁极中心对称面的磁场强度比 8 层锶铁氧体磁系磁极中心对称面的磁场 强度分别高 2118.5Oe、2743.5Oe；在高度 60mm 处，8 层锶铁氧体磁系磁极中 心对称面的磁场强度为 184 Oe，1(NdFeB)+7(锶铁氧体)磁系和 2(NdFeB)+6(锶 铁氧体)磁系磁极中心对称面的磁场强度分别为 406 Oe、474.5 Oe；在高度 100mm 处，8 层锶铁氧体磁系磁极中心磁场强度为 47.5Oe，1(NdFeB)+7(锶铁 氧体)磁系和 2(NdFeB)+6(锶铁氧体)磁系在磁极中心对称面的磁场强度分别为 97 Oe、107 Oe。 (a) 磁极中心对称面磁场强度 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 磁场强度/Oe 高度/mm 8层锶铁氧体磁系 1(NdFeB)+7(锶铁氧体)磁系 2(NdFeB)+6(锶铁氧体)磁系 (b) 极隙中心对称面磁场强度 图图 14 不同磁块组合磁系的磁场强度 从图 14(b)可以看出，在磁系表面，1(NdFeB)+7(锶铁氧体)和 2(NdFeB) 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 磁场强度/Oe 高度/mm 8层锶铁氧体磁系 1(NdFeB)+7(锶铁氧体)磁系 2(NdFeB)+6(锶铁氧体)磁系 12 +6(锶铁氧体)磁系极隙中心对称面的磁场强度比 8 层锶铁氧体磁系极隙中心对 称面的磁场强度分别增加 825Oe、1215Oe；在高度 60mm 处，8 层锶铁氧体磁 系极隙中心对称面的磁场强度为 150Oe，1(NdFeB)+7(锶铁氧体)磁系和 2(NdFeB)+6(锶铁氧体)磁系极隙中心对称面的磁场强度分别为 307Oe、349Oe； 在高度 100mm 处，8 层锶铁氧体磁系极隙中心对称面的磁场强度为 29Oe，1(NdFeB)+7(锶铁氧体)磁系和 2(NdFeB)+6(锶铁氧体)磁系极隙中心对称 面的磁场强度分别为 46.5Oe、51Oe。 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 磁场梯度/(Oe/mm) 高度/mm 8层锶铁氧体磁系 1(NdFeB)+7(锶铁氧体)磁系 2(NdFeB)+6(锶铁氧体)磁系 (a) 磁极中心对称面磁场梯度 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0 10 20 30 40 50 60 磁场梯度/(Oe/mm) 高度/mm 8层锶铁氧体磁系 1(NdFeB)+7(锶铁氧体)磁系 2(NdFeB)+6(锶铁氧体)磁系 13 (b) 极隙中心对称面磁场梯度 图图 15 不同磁块组合磁系的磁场梯度 图 15 为不同磁块 (锶铁氧体+NdFeB) 组合磁系磁极中心对称面与极隙中 心对称面的磁场梯度随高度变化的曲线。由图 15 可见，钕铁硼磁块替换部分锶 铁氧体磁块可以大幅度提高磁极中心对称面与极隙中心对称面的磁场梯度。由 图 15(a)可见，在磁系表面，1(NdFeB)+7(锶铁氧体)磁系和 2(NdFeB)+6(锶铁氧 体)磁系磁极对称中心对称面的磁场梯度比 8 层锶铁氧体磁系磁极对称中心对称 面的磁场梯度分别增加 40.6Oe/mm、49.6Oe/mm；在高度 60mm 处，8 层锶铁氧 体磁系磁极中心对称面的磁场梯度为 6.1Oe/mm，1(NdFeB)+7(锶铁氧体)磁系和 2(NdFeB)+6(锶铁氧体)磁系磁极中心对称面的磁场梯度分别为 13.9Oe/mm、15.9Oe/mm；在高度 80mm 处，8 层锶铁氧体磁系磁极中心磁场梯 度为 3.0Oe/mm，1(NdFeB)+7(锶铁氧体)磁系和 2(NdFeB)+6(锶铁氧体)磁系磁极 中心对称面的磁场梯度分别为 7.6Oe/mm、8.5Oe/mm。 由图 15(b)可见，在高度 60mm 处，8 层锶铁氧体磁系极隙中心对称面的磁 场梯度为 6.0Oe/mm，1(NdFeB)+7(锶铁氧体)磁系和 2(NdFeB)+6(锶铁氧体)磁系 极隙中心中心对称面的磁场梯度分别为 11.2Oe/mm、12.8Oe/mm；在高度 80mm 处，8 层锶铁氧体磁系极隙中心对称面的磁场梯度为 1.6Oe/mm，1(NdFeB) +7(锶铁氧体)磁系和 2(NdFeB)+6(锶铁氧体)磁系极隙中心对称面的磁场梯度分 别为 5.5Oe/mm、6.8Oe/mm。 综上分析可见，钕铁硼磁块替换部分锶铁氧体磁块可以提高磁系的磁场强 度和磁场梯度，有利于对磁性矿物的预选。2(NdFeB)+6(锶铁氧体)磁系与 1(NdFeB)+7(锶铁氧体)磁系的磁场强度和磁场梯度的差值要比 1(NdFeB)+7(锶铁 氧体)磁系与 8 层锶铁氧体磁系的差值要小得多。因此确定用 2(NdFeB)+6(锶铁 氧体)磁系。 2.5 减少锶铁氧体层减少锶铁氧体层的测试的测试 从减轻磁系重量的角度考虑，要在不影响磁系特性的条件下，尽量减少磁 块层数。因为锶铁氧体磁块的磁能积比钕铁硼磁块的磁能积小的多，所以测试 减少锶铁氧体磁块对磁场特性的影响。组装 2(NdFeB)+4(锶铁氧体)磁系与 2(NdFeB)+6(锶铁氧体)磁系，1(NdFeB)+7(锶铁氧体)磁系和 8 层锶铁氧体磁系进 行对比。 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 磁场强度/Oe 高度/mm 8层锶铁氧体磁系 1(NdFeB)+7(锶铁氧体)磁系 2(NdFeB)+6(锶铁氧体)磁系 2(NdFeB)+4(锶铁氧体)磁系 (a) 磁极中心对称面磁场强度 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0 500 1000 1500 2000 2500 磁场强度/Oe 高度/mm 8层锶铁氧体磁系 1(NdFeB)+7(锶铁氧体)磁系 2(NdFeB)+6(锶铁氧体)磁系 2(NdFeB)+4(锶铁氧体)磁系 (b) 极隙中心对称面磁场强度 14 图图 16 不同磁块组合的四种磁系磁场强度 图 16 为磁块四个不同组合的磁系磁极中心对称面与极隙中心对称面的磁 场强度随高度变化曲线。由图 16(a)可见，2(NdFeB)+4(铁氧体)磁系磁极中心对 称面的磁场强度变化与 2(NdFeB)+6(铁氧体)磁系磁极中心对称面的磁场强度变 化相似，在 0100mm 范围内，比 1(NdFeB)+7(铁氧体)磁系，8 层铁氧体磁系都 要高。由图 16(b)可见，2(NdFeB)+4(铁氧体)磁系极隙中心对称面的磁场强度略 高于 2(NdFeB)+6(铁氧体)磁系，在 05mm 范围内，2(NdFeB)+4(铁氧体)磁系极 15 隙中心对称面的磁场近似于均匀磁场。 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 磁场梯度/Oe 高度/mm 8层锶铁氧体磁系 1(NdFeB)+7(锶铁氧体)磁系 2(NdFeB)+6(锶铁氧体)磁系 2(NdFeB)+4(锶铁氧体)磁系 (a)磁极中心对称面磁场梯度 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 磁场梯度/Oe 高度/mm 8层锶铁氧体磁系 1(NdFeB)+7(锶铁氧体)磁系 2(NdFeB)+6(锶铁氧体)磁系 2(NdFeB)+4(锶铁氧体)磁系 (b)极隙中心对称面磁场梯度 图图 17 不同磁块组合的四种磁系磁场梯度 图 17 为磁块四个不同组合的磁系磁极中心对称面与极隙中心对称面的磁场 梯度随高度变化的曲线。由图 17(a)可见，2(NdFeB)+4(铁氧体)磁系磁极中心对 称面的磁场梯度变化与 2(NdFeB)+6(铁氧体)磁系磁极中心对称面的磁场梯度变 化相似，在 0100mm 范围内，比 1(NdFeB)+7(铁氧体)磁系，8 层铁氧体磁系都 16 要高。由图 17(b)可见，2(NdFeB)+4(铁氧体)磁系极隙中心对称面的磁场梯度高 于 8 层铁氧体磁系，在 015mm 范围内，2(NdFeB)+4(铁氧体)磁系和 2(NdFeB) +6(铁氧体)磁系极隙中心对称面的磁场梯度急速增加，之后降低。 2.6 磁场力分析磁场力分析 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 108 109 1010 1011 1012 1013 磁场力(HgradH)/(A2/m3) 高度/mm 8层锶铁氧体磁系 1(NdFeB)+7(锶铁氧体)磁系 2(NdFeB)+6(锶铁氧体)磁系 2(NdFeB)+4(锶铁氧体)磁系 (a) 磁极中心对称面磁场力 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 108 109 1010 1011 1012 磁场力(HgradH)/(A2/m3) 高度/mm 8层锶铁氧体磁系 1(NdFeB)+7(锶铁氧体)磁系 2(NdFeB)+6(锶铁氧体)磁系 2(NdFeB)+4(锶铁氧体)磁系 (b) 极隙中心对称面磁场力 图图 18 不同磁块组合的四种磁系磁场力 17 磁场力是磁系作用力的重要参数，因此要对 8 层锶铁氧体磁系，1(NdFeB) +7(锶铁氧体)磁系，2(NdFeB)+6(铁氧体)磁系，2(NdFeB)+4(锶铁氧体)磁系的磁 场力进行分析。四种磁系的磁场力随高度变化的曲线如图 18 所示。由图 18 可 知，随着钕铁硼磁块层数的增加，磁场力增加。但是，由图 18(a)可见， 2(NdFeB)+4(锶铁氧体)磁系磁极表面，磁场力很小，2(NdFeB)+6(铁氧体)磁系， 1(NdFeB)+7(锶铁氧体)磁系和 8 层锶铁氧体磁系在磁极表面有一定的磁场力。 3 3 磁铁矿颗粒及其连生体所受比磁力分析磁铁矿颗粒及其连生体所受比磁力分析 磁性矿物在磁场中所比磁力的大小是决定是否可以回收的主要因素，分析 磁铁矿颗粒及其连生体在不同磁场中所受到的比磁力。 图 19 为不同磁铁矿颗粒在 8 层锶铁氧体磁系中所受比磁力随高度变化的曲 线图。由图 19(a)可看出，在距离磁系表面 60mm 处，磁铁矿单体颗粒在磁极中 心对称面所受比磁力为 0.55N/kg，在距离磁系表面 80mm 处，磁铁矿单体颗粒 在磁极中心对称面所受比磁力为 0.14N/kg；在 040mm 范围内，磁铁矿单体颗 粒所受比磁力超过 4.9N/kg；035mm 范围内，磁铁矿含量 80%的颗粒在磁极中 心对称面所受比磁力超过 4.9N/kg；030mm 范围内，磁铁矿含量 60%的颗粒在 磁极中心对称面所受比磁力超过 4.9 N/kg。在 030mm 内，磁铁矿单体颗粒在 磁极中心对称面所受比磁力超过 9.8 N/kg；在 025mm 范围内，磁铁矿含量 80%的 颗粒在磁极中心对称面所受比磁力超过 9.8 N/kg。 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0.01 0.1 1 10 100 比磁力/(N/kg) 高度 mm 磁铁矿单体 80%连生体 60%连生体 40%连生体 20%连生体 4.9N/kg 9.8N/kg (a)磁极中心对称面 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0.01 0.1 1 10 100 比磁力/(N/kg) 高度 mm 磁铁矿单体 80%连生体 60%连生体 40%连生体 20%连生体 4.9N/kg 9.8N/kg 18 (b)极隙中心对称面 图图 19 在 8 层锶铁氧体磁系中磁铁矿所受比磁力 由图 19(b)可见，在距离磁系表面 60mm 处，磁铁矿单体颗粒在极隙中心对 称面所受比磁力为 0.58N/kg，在距离磁系表面 80mm 处，磁铁矿单体颗粒在极 隙中心对称面所受比磁力为 0.06N/kg；在 530mm 范围内，磁铁矿单体颗粒在 极隙中心对称面所受比磁力可以达到 4.9N/kg，在 525mm 范围内，磁铁矿含量 80%的颗粒在极隙中心对称面所受比磁力可以达到 4.9N/kg；在 515mm 范围内， 磁铁矿含量 60%的颗粒在极隙中心对称面所受比磁力可以达到 4.9N/kg；在 510mm 范围内，磁铁矿含量 40%的颗粒在极隙中心对称面所受比磁力可以达 到 4.9N/kg；在 515mm 范围内，仅有磁铁矿单体颗粒在极隙中心对称面所受比 磁力可以达到 9.8 N/kg。 磁铁矿颗粒在 1(NdFeB)+7(锶铁氧体)磁系受所比磁力随高度变化的曲线如 图 20 所示。由图 20 可见，1(NdFeB)+7(锶铁氧体)磁系的磁场深度明显比 8 层 锶铁氧体磁系的要深。由图 20(a)可见，在距离磁系表面 60mm 处，磁铁矿单体 颗粒在磁极中心对称面所受比磁力为 4.17N/kg，在距离磁系表面 80mm 处，磁 铁矿单体颗粒在磁极中心对称面所受比磁力为 0.96N/kg；在 058mm 以内，磁 铁矿单体颗粒在磁极中心对称面所受比磁力超过 4.9N/kg；055mm 范围内，磁 铁矿含量 80%的颗粒在磁极中心对称面所受比磁力超过 4.9N/kg；051mm 范围 内，磁铁矿含量 60%的颗粒在磁极中心对称面所受比磁力超过 4.9 N/kg；046mm 范围内，磁铁矿含量 40%的颗粒在磁极中心对称面所受比磁力 超过 4.9 N/kg；036mm 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0.1 1 10 100 1000 比磁力/(N/kg) 高度 mm 磁铁矿单体 80%连生体 60%连生体 40%连生体 20%连生体 4.9N/kg 9.8N/kg (a) 磁极中心对称面 19 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0.01 0.1 1 10 100 比磁力/(N/kg) 高度 mm 磁铁矿单体 80%连生体 60%连生体 40%连生体 20%连生体 4.9N/kg 9.8N/kg (b) 极隙中心对称面 图图 20 在 1(NdFeB)+7(锶铁氧体)磁系中磁铁矿所受比磁力 范围内，磁铁矿含量 20%的颗粒在磁极中心对称面所受比磁力超过 4.9 N/kg；050mm 范围内，磁铁矿单体颗粒在磁极中心对称面所受比磁力超过 9.8N/kg；046mm 范围内，磁铁矿含量 80%的颗粒在磁极中心对称面所受比磁 力超过 9.8N/kg；042mm 范围内，磁铁矿含量 60%的颗粒在磁极中心对称面所 受比磁力超过 9.8N/kg；036mm 范围内，磁铁矿含量 40%的颗粒在磁极中心对 称面所受比磁力超过 9.8 N/kg；028mm 范围内，磁铁矿含量 20%的颗粒在磁 极中心对称面所受比磁力超过 9.8 N/kg。 由图 20(b)可见，在距离磁系表面 60mm 处，磁铁矿单体颗粒在极隙中心 对称面所受比磁力为 2.54N/kg，在距离磁系表面 80mm 处，磁铁矿单体颗粒在 极隙中心对称面所受比磁力为 0.52N/kg；055mm 范围内，磁铁矿单体颗粒在 极隙中心对称面所受比磁力超过 4.9N/kg；550mm 范围内，磁铁矿含量 80%的 颗粒在极隙中心对称面所受比磁力超过 4.9N/kg；045mm 范围内，磁铁矿含量 60%的颗粒在极隙中心对称面所受比磁力超过 4.9 N/kg；040mm 范围内，磁铁 矿含量 40%的颗粒在极隙中心对称面所受比磁力超过 4.9 N/kg；028mm 范围 内，磁铁矿含量 20%的颗粒在极隙中心对称面所受比磁力超过 4.9 N/kg；在 044mm 范围内，磁铁矿单体颗粒在极隙中心对称面所受比磁力超过 9.8N/kg；040mm 范围内，磁铁矿含量 80%的颗粒在极隙中心对称面所受比磁 力超过 9.8N/kg；030mm 范围内，磁铁矿含量 60%的颗粒在极隙中心对称面所 受比磁力超过 9.8N/kg；527mm 范围中，磁铁矿含量 40%的颗粒在极隙中心对 称面所受比磁力超过 9.8 N/kg；磁铁矿含量 20%的颗粒在极隙中心对称面所受 20 比磁力在任何高度都达不到 9.8 N/kg。 磁铁矿颗粒在 2(NdFeB)+6(锶铁氧体)磁系所受比磁力随高度变化的曲线如 图 21 所示。由图 21(a)可见，在距离磁系表面 60mm 处，磁铁矿单体颗粒在磁 极中心对称面所受比磁力为 5.58N/kg，在距离磁系表面 80mm 处，磁铁矿单体 颗粒在磁极中心对称面所受比磁力为 1.24N/kg；061mm 范围内，磁铁矿单体 颗粒在磁极中心对称面所受比磁力超过 4.9N/kg；058mm 范围内，磁铁矿含量 80%的颗粒在磁极中心对称面所受比磁力超过 4.9N/kg；055mm 范围内，磁铁 矿含量 60%的颗粒在磁极中心对称面所受比磁力超过 4.9 N/kg；050mm 范围 内，磁铁矿含量 40%的颗粒在磁极中心对称面所受比磁力超过 4.9 N/kg；041mm 范围内，磁铁矿含量 20%的颗粒在磁极中心对称面所受比磁力 超过 4.9 N/kg；055mm 范围内，磁铁矿单体颗粒在磁极中心对称面所受比磁力 超过 9.8N/kg；050mm 范围内，磁铁矿含量 80%的颗粒在磁极中心对称面所受 比磁力超过 9.8N/kg；046mm 范围内，磁铁矿含量 60%的颗粒在磁极中心对称 面所受比磁力超过 9.8N/kg；042mm 范围内，磁铁矿含量 40%的颗粒在磁极中 心对称面所受比磁力超过 9.8 N/kg；032mm 范围内，磁铁矿含量 20%的颗粒 所在磁极中心对称面所受磁力超过 9.8 N/kg。 由图 21(b)可见， 056mm 范围内，磁铁矿单体颗粒在极隙中心对称面所 受比磁力超过 4.9N/kg；051mm 范围内，磁铁矿含量 80%的颗粒在极隙中心对 称面所受比磁力超过 4.9N/kg；048mm 范围内，磁铁矿含量 60%的颗粒在极隙 中心对称面所受比磁力超过 4.9 N/kg；043mm 范围内，磁铁矿含量 40%的颗 粒在 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0.1 1 10 100 1000 比磁力/(N/kg) 高度 mm 磁铁矿单体 80%连生体 60%连生体 40%连生体 20%连生体 4.9N/kg 9.8N/kg 21 (a) 磁极中心对称面在磁极中心对称面 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0.01 0.1 1 10 100 比磁力/(N/kg) 高度 mm 磁铁矿单体 80%连生体 60%连生体 40%连生体 20%连生体 4.9N/kg 9.8N/kg (b) 极隙中心对称面 图图 21 在 2(NdFeB)+6(铁氧体)磁系中磁铁矿所受比磁力 极隙中心对称面所受比磁力超过 4.9 N/kg；036mm 范围内，磁铁矿含量 20% 的颗粒在极隙中心对称面所受比磁力超过 4.9 N/kg；045mm 范围内，磁铁矿单 体颗粒在极隙中心对称面所受比磁力超过 9.8N/kg；042mm 范围内，磁铁矿含 量 80%的颗粒在极隙中心对称面所受比磁力超过 9.8N/kg；338mm 范围内，磁 铁矿含量 60%的颗粒在极隙中心对称面所受比磁力超过 9.8N/kg；434m 范围 内，磁铁矿含量 40%的颗粒在极隙中心对称面所受比磁力超过 9.8 N/kg；720m 范围内，磁铁矿含量 20%的颗粒在极隙中心对称面所受比磁力超 过 9.8 N/kg。 4 4 磁系设计方案磁系设计方案 常规铁氧体磁块和钕铁硼磁块型号为 918 磁块，其外形规格为 856518。最终确定的磁系结构有两种方案。方案一的磁系参数如表 4 所示， 相应的磁系结构简图如图 22 所示。方案二种的磁系参数如表 5 所示，相应的磁 系结构简图如图 23 所示。 表表 4 方案一磁系的参数方案一磁系的参数 磁块层数8 磁极高度144mm 22 磁极宽170mm 极距340mm 极隙宽170mm 图图 22 方案一磁系的结构简图 表表 5 方案二磁系的参数 磁块层数8（6） 磁极高度144mm（108mm） 磁极宽170mm 极距340mm 极隙宽170mm 图图 23 方案二磁系的结构简图 5 5 分选原理分选原理 2(NdFeB)+ 6(锶铁氧体) 8 层锶铁氧 体 1(NdFeB)+ 7(锶铁氧体) 2(NdFeB)+ 4(锶铁氧体) 8 层锶铁氧体1(NdFeB)+ 7(锶铁氧体) 23 磁选的任务在于：在矿石中的磁性矿粒通过磁选机的工作区（长度 L ）的 时间内，利用磁力把它吸出离开斜面（给矿槽或给矿皮带）h 距离，而与非磁 性矿粒分开成为单独的选矿产品，见图 24。 作用在单位质量磁性矿粒上的力有： （1）垂直于斜面的磁力，即；HgradHF 00 磁 （2）重力 g，它的两个分力为：垂直于斜面的重力分力 和与斜面cosg 相切的重力分力 ( 斜面的倾角） ；sing （3）矿粒对斜面的摩擦力 F摩，磁性矿粒在磁力作用下离开斜面，所以 对磁性矿粒而言，此力为零。 磁性矿粒被吸在分选部件上时，在斜面法向方向走过了路程 h 的同时，在 斜面的切线方向走过了路程 L。 法向路程 h 为 2 11 2 1 tah 式中磁性矿粒的法向加速度； 1 a 磁性矿粒走过路程 h 需要的时间。 1 t 图图 24 下面给矿，矿石和磁性产品做直线运动时的受力情况 使磁性矿粒产生法向加速度的力为磁力 F磁和重力的法向分力之差，cosg 即 Fl = F磁 cosg 1 a 如假定 Fl = C（常数） ，则磁性矿粒沿法向方向做等加速度运动，此时， 2 1 2 11 tgcos( 2 1 2 1 ） 磁 FtFh 切向路程 L 为 h g sin V0 F 磁 ggcos L 24 2 2220 2 1 tatvL 式中 磁性矿粒进入工作区时的初速度； 0 v 磁性矿粒走过路程 L 需要的时间； 2 t 磁性矿粒的切向加速度。 2 a 使磁性矿粒产生切向加速度的力为重力的切向分力，即sing F2 = = sing 2 a 由此得出 2 220 sin 2 1 tgtvL 为了使磁性矿粒能从斜面吸向磁极必须使 t1t2。取 t1=t2 时，由以上公式 可得出： )sin2sin(cos 2 00 2 0 2 LgvvLgv L h gF 磁 矿粒做水平运动（= 0）时，上式可写成 2 2 0 2 L hv gF 磁 从上式看出，矿粒做水平运动时，需要的比磁力用来克服比重力 g 和运动 矿粒的比惯性力。后一力正比于矿粒进入磁选机工作区时的初速度的平方。 2 2 0 2 L hv 增加给矿槽的倾角 达 3040时，引起比磁力 F磁的变化不大，只有 40