第九章磁 分 离 空 间 的 磁

1、 磁磁 分分 离离 空空 间间 的的 磁磁 场场 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space）9.1磁选机的磁系磁选机的磁系（magnetic system in separators） 磁选机的磁源是磁选机的磁系，分永磁磁系永磁磁系（permanent magnetic system）和电磁磁系电磁磁系（electromagnetic system），根据磁场的特点可将磁场分为恒定磁场恒定磁场（constant magnetic field）、交变磁场交变磁场（alternating magnetic field）、脉

2、动脉动磁场磁场（pulsating magnetic field）和旋转磁场旋转磁场（rotating magnetic field）。 磁磁 分分 离离 空空 间间 的的 磁磁 场场 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space） 产生恒定磁场的方法产生恒定磁场的方法：其一，由通入直流电的电磁铁产生；：其一，由通入直流电的电磁铁产生；其二，由永久磁铁产生。后者应用广泛，是工业磁选机上常其二，由永久磁铁产生。后者应用广泛，是工业磁选机上常用的一种磁场。用的一种磁场。 交变磁场交变磁场由通交流电的电磁铁产生。这种磁场尚未得到

3、广由通交流电的电磁铁产生。这种磁场尚未得到广泛的应用。泛的应用。 脉动磁场的产生方法脉动磁场的产生方法：由通入直流电、交流电的电磁铁产：由通入直流电、交流电的电磁铁产生；由在永久磁铁上加一交流线圈产生；由直接通入脉动电生；由在永久磁铁上加一交流线圈产生；由直接通入脉动电流的电磁铁产生。这种磁场在部分磁选机中已得到应用。流的电磁铁产生。这种磁场在部分磁选机中已得到应用。旋旋转磁场转磁场是当圆筒对固定多极磁系或可动多极磁系（磁系由极是当圆筒对固定多极磁系或可动多极磁系（磁系由极性沿圆周交替排列的磁极组成）做快速相对运动时形成的，性沿圆周交替排列的磁极组成）做快速相对运动时形成的，这种磁场应用在旋转

4、磁场磁选机中。这种磁场应用在旋转磁场磁选机中。 磁磁 分分 离离 空空 间间 的的 磁磁 场场 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space） 磁 选 机 的 磁 系 ： 开 放 磁 系开 放 磁 系（open magnetic system）、闭合闭合磁系磁系（closed magnetic system）。 开放磁系开放磁系是指磁极在同一侧是指磁极在同一侧做相邻配置且磁极之间无感应铁做相邻配置且磁极之间无感应铁磁介质的磁系。磁介质的磁系。特点及应用：特点及应用：磁磁力线通过空气的路程长，磁路的力线通过空气的路程长，磁路

5、的磁阻大，漏磁损失大，分选空间磁阻大，漏磁损失大，分选空间的磁场强度低，开放磁系的分选的磁场强度低，开放磁系的分选空间比较大，能处理粗粒级物料，空间比较大，能处理粗粒级物料，且设备处理能力大，用于分选强且设备处理能力大，用于分选强磁性物料的弱磁场磁选设备中。磁性物料的弱磁场磁选设备中。 磁磁 分分 离离 空空 间间 的的 磁磁 场场 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space） 磁极做相对配置的磁系称为闭合磁系。闭合磁系。特点及应用特点及应用：空气隙小，磁力线通过空气的路程短，磁阻小，漏磁损失小，磁场强度高，由于采用具有

6、特殊形状的聚磁感应磁极，磁场梯度也大，因而磁场力大。只适于处理细粒物料，且生产能力一般较低，应用于分选弱磁性物料的强磁场磁选机中。 磁磁 分分 离离 空空 间间 的的 磁磁 场场 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space）9.2磁选设备中常用的磁性材料及其磁特性磁选设备中常用的磁性材料及其磁特性Magnetic materials and their characteristics used in magnetic separators 磁选设备的磁系，无论是开放磁系还是闭合磁系都离不开磁性材料。在各种磁性材料中，最重

7、要的是以铁为代表的一类磁性很强的材料，它具有铁磁性。除铁之外，钴、镍、钆、镝和钬等也具有铁磁性。另一类是铁和其他金属或非金属组成的合金，以及某些包含铁的氧化物(铁氧体)。 磁磁 分分 离离 空空 间间 的的 磁磁 场场 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space）9.2.1铁磁性材料的磁特性铁磁性材料的磁特性（characteristics of ferromagnetic material）铁磁性材料的磁特性常用特性曲线的形式来表示。其中最常用的是Bf(H)曲线(或Mf(H)曲线)。（1）起始磁化曲线）起始磁化曲线（i

8、nitial magnetization curve）磁化过程四阶段：（1） M随H呈线性地缓慢增长，可逆畴壁移动过程。（2） M随H急剧增长，不可逆畴壁移动过程，巴克豪森（Barkhausen）跳跃。（3）M的增长趋于缓慢。磁畴的磁化矢量已转到最接近H方向，M的增长主要靠可逆转动过程来实现。（4）磁化曲线极平缓地趋近于水平线而达到饱和状态。 磁磁 分分 离离 空空 间间 的的 磁磁 场场 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space） 起始磁化曲线是磁化场强H单调地增加时所得到的曲线。铁磁性材料的起始磁化曲线的共同特点是

9、曲线由陡峭段和平坦段组成。分界点P位于曲线上段弯曲部分。陡峭段对应于易磁化区，而平坦段对应于难磁化区。从坐标原点O到Bf(H)曲线上任何一点A的直线的斜率(tg)代表该磁化状态下的磁导率0rBA/HA。由此式求出该磁化状态下的相对磁导率为：rtg/0BA/(0HA) r是纯数，它随磁化场强H变化的曲线如图9.3b所示。i和m分别叫做起始相对磁导率和最大相对磁导率。 磁磁 分分 离离 空空 间间 的的 磁磁 场场 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space）（ 2 ） 磁 滞 回 线） 磁 滞 回 线（hysteresis

10、 loop）当磁化场强H在正负两个方向上往复变化时，材料的磁化过程经历一个循环过程。闭合曲线叫做材料的磁滞回线磁滞回线。如果材料在磁化曲线两端都达到饱和，所得曲线就叫做饱和磁滞回线或饱和磁滞回线或主磁滞回线主磁滞回线。 磁磁 分分 离离 空空 间间 的的 磁磁 场场 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space）（ 3 ） 正 常 磁 化 曲 线） 正 常 磁 化 曲 线（normal magnetized curve）磁化磁场强度H由正负最大值逐渐缩小循环范围，便得到由大到小一系列磁滞回线。正常磁化曲线与起始磁化曲线的形

11、状很相似。 磁磁 分分 离离 空空 间间 的的 磁磁 场场 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space）标志磁性材料磁特性的参数（parameters）:材料的饱材料的饱和磁感应强度（和磁感应强度（saturation magnetic inductionsaturation magnetic induction）、剩余磁感应强度（剩余磁感应强度（residual magnetic inductionresidual magnetic induction）、矫顽力（矫顽力（coercive forcecoercive f

12、orce）、）、相对磁导率（相对磁导率（relative relative magnetic susceptibilitymagnetic susceptibility）。根据材料的磁特性参数可以将磁性材料分为软磁材料（软磁材料（soft magnetic soft magnetic materialmaterial）和硬磁材料（硬磁材料（permanent magnetic permanent magnetic materialmaterial）。 磁磁 分分 离离 空空 间间 的的 磁磁 场场 特特 性性（properties of magnetic field in the separa

13、tion space）9.2.2软磁材料（软磁材料（soft magnetic material）软磁材料的基本特征软磁材料的基本特征是磁导率高(在相同几何尺寸条件下磁阻小)，矫顽力小，这意味着磁滞回线狭长，所包围的面积小，从而在交变磁场中磁滞损耗小，所以软磁材料适用于交变磁场中。一般交变频率低时采用图9.6a的材料。当交变频率高时(大于3000Hz)，一般采用磁滞回线如图9.6b的磁性材料。 磁磁 分分 离离 空空 间间 的的 磁磁 场场 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space） 铁芯的作用是增大线圈内的磁通量，这

14、就要求磁性材料铁芯的作用是增大线圈内的磁通量，这就要求磁性材料具有很高的磁导率。这里分两种情况来讨论，一种是用于各具有很高的磁导率。这里分两种情况来讨论，一种是用于各种电子通讯设备中的软磁材料，在这种情况下，工作电流很种电子通讯设备中的软磁材料，在这种情况下，工作电流很小，铁芯的工作状态处于起始的一段磁化曲线上，因此要求小，铁芯的工作状态处于起始的一段磁化曲线上，因此要求材料的起始磁导率材料的起始磁导率i i值高；另一种用于电动机、发电机、变值高；另一种用于电动机、发电机、变压器的软磁材料，这里电流很大，铁心的工作状态接近饱和，压器的软磁材料，这里电流很大，铁心的工作状态接近饱和，因此要求材料

15、的最大磁导率因此要求材料的最大磁导率m m高，饱和磁化强度大。高，饱和磁化强度大。 磁选设备上所用的软磁材料磁选设备上所用的软磁材料有有工程纯铁、导磁不锈钢和工程纯铁、导磁不锈钢和低碳钢低碳钢等。强磁场磁选设备经常选用等。强磁场磁选设备经常选用工程纯铁制做铁芯、磁工程纯铁制做铁芯、磁轭和极头轭和极头，而选用，而选用导磁不锈钢制做感应介质导磁不锈钢制做感应介质。弱磁场磁选机。弱磁场磁选机磁系的磁系的磁导板选用低碳钢磁导板选用低碳钢即可。即可。软磁材料软磁材料用途：发电机、电动机、变压器、电磁铁、各类继电器与电感、电抗器的铁心；磁头与磁记录介质；计算机磁心等。要求：高的饱和磁感应强度、高的最大磁导

16、率、高的居里温度和低的损耗。 软磁材料软磁材料铁芯材料铁芯材料用途：变压器、电机与继电器的铁(磁)心。要求：低的矫顽力、高的磁导率和低的铁损。主要材料：高磁饱和材料(Bs为2T左右)，如工业纯铁、电工硅钢片、非晶态软磁合金和铁钴合金；中磁饱和中导磁材料；高导磁材料如坡莫合金等；恒磁导率材料；以及铁粉心型材料与氧化物粉心材料等 （一）（一） 工业纯铁工业纯铁资源丰富、价格低廉，具有良好的可加工性。早在1890年热轧纯铁就用于制造电机和变压器铁芯。是直流技术中非常重要的高磁饱和材料，主要用于制造电磁铁的铁心、极头；继电器和扬声器的磁导体；电话机的振动膜；电工仪器仪表及磁屏蔽元件等。最常见的是电磁纯

17、铁，名称为电铁(代号DT)，含碳量低于0.04%的Fe-C合金，Bs达2.15T。 软磁材料软磁材料铁芯材料铁芯材料工业纯铁的热处理：纯铁材在加工成元件后必须经过热处理才能获得好的软磁性能软磁材料软磁材料铁芯材料铁芯材料人工时效处理：克服纯铁严重的自然磁时效现象，为保持纯铁元件的磁稳定性，须在热处理后进行100，保温100小时的人工时效处理。或选择低时效敏感性的材料。纯铁的自然磁时效现象：即随着时间的增长，材料的矫顽力上升，磁导率下降。纯铁的时效在130附近特别明显。引起时效的原因是由于在Fe中含有N，逐渐形成铁的氮化物所致。纯铁的缺点：电阻率低，使用时产生很大的涡流损耗，不适于制作在交变场中

18、工作的铁心。 软磁材料软磁材料铁芯材料铁芯材料（二）电工硅钢片（二）电工硅钢片（Fe-Si软磁合金）软磁合金） 铁中加Si的作用：可提高铁的最大磁导率，增大电阻率，还可显著改善磁性时效。但Si加入量过多时，会降低饱和磁化强度、居里温度、磁晶各向异性常数K1、磁致伸缩系数,含Si量的增大会使材料变脆。 电工硅钢片中Si的含量在0.54.8%Si。1903年开始投入实际生产，用量极大。主要用于制造大电流、频率50400Hz的中、强磁场条件下的电动机、发电机、变压器等；中、弱磁场和较高频率(达10KHz)条件下的音频变压器、高频变压器、电视机与雷达中的大功率变压器、大功率磁变压器、以及各种继电器、电

19、感线圈、脉冲变压器和电磁式仪表等；软磁材料软磁材料铁芯材料铁芯材料与热轧硅钢相比，冷轧硅钢的Bs高，其厚度均匀、尺寸精度高、表面光滑平整，从而提高了填充系数和材料的磁性能。冷轧带材的厚度可低至0.020.05mm。冷轧硅钢的含硅量不超过3.5%，否则的材料冷轧十分困难。近年来，用快速凝固技术可制备出含硅6.5%的硅钢薄带。 电工硅钢片热轧硅钢片（DR）冷轧无取向硅钢片（ DW）冷轧单取向硅钢片（ DQ）电讯用冷轧单取向硅钢片（ DG）中国2002年底停止生产软磁材料软磁材料铁芯材料铁芯材料在冷轧单取向硅钢带中，晶粒整齐一致地排列成高斯(GOSS)织构，如图3-16示意，晶体的(110)面与轧制

20、平面平行，易磁化的001轴在轧制方向上。垂直于轧制方向的是难磁化的110轴。最难磁化的111轴与轧制方向成54.79角。 冷轧单取向硅钢的晶粒取向 软磁材料软磁材料铁芯材料铁芯材料单取向硅钢的优点：磁性具有强烈的方向性；在易磁化的轧制方向上具有优越的高导磁与低损耗特性。取向钢带在轧制方向的铁损仅为横向的1/3，磁导率比约为6:1，其铁损约为热轧带的1/2，磁导率为后者的2.5倍。 软磁材料软磁材料铁芯材料铁芯材料纯铁中加入钴后，Bs明显提高，含钴35%的铁钴合金的Bs达2.45T，是迄今Bs最高的磁性材料。国外牌号为Permendur。在合金中加入少量的V和Cr可显著提 高 其 电 阻 率 。

21、 实 际 应 用 的 铁 钴 合 金 主 要 有Fe64Co35V1(或Fe64Co35Cr1)和(Fe50Co50)98.7V1.3。(Fe50Co50)98.7V1.3合金的国内牌号为1J22，国外牌号为V-Permendur。 铁钴合金具有高的磁导和Bs，适用于小型化、轻型化以及有较高要求的飞行器及仪器仪表元件的制备，制造电磁铁极头和高级耳膜震动片等。但电阻率偏低，不适于高频场合的应用。但价格昂贵。（三）（三）铁钴合金铁钴合金软磁材料软磁材料铁芯材料铁芯材料 随Ni含量的增加，Fe-Ni合金的m增加、Bs下降。当Ni量接近80%时，Fe-Ni合金的K1和同时变为零，能获得高的磁导率。含w

22、(Ni)3580%的Fe-Ni合金称为坡莫合金。根据Ni含量对合金磁性能的影响，Fe-Ni合金分为高导磁、恒导磁率、中磁饱和中磁导率材料等。（四）Fe-Ni合金(坡莫合金，Permalloy)软磁材料软磁材料铁芯材料铁芯材料主要是高镍含量的铁镍合金。我国的高镍高导磁合金有六个牌号:1J76、1J77、1J79、1J80、1J85和1J86，镍含量76%86%。其基本性能：m 125-187mH/m, Hc 1.4-3.2A/m, Bs 0.6-0.75T, 55-6210-8m高导磁合金在弱场下具有很高的初始磁导率和最大磁导率，有较高的电阻率，因而适合在交流弱磁场中使用，如各种音频变压器、互感

23、器、磁放大器、音频磁头、精密电表中的动片与静片等。主要用于收音机、电视机和通讯器材等。恒导磁率的获得：冷轧后于1000下进行再结晶退火，可以得到(001)100织构。再将其以50%的轧制率进行冷轧，可以生成单轴轧制型磁各向异性。对合金进行横向磁场热处理(外加磁场方向垂直于使用中的磁化方向)，可使其磁化率在很大范围内保持恒定不变。恒导磁率合金软磁材料软磁材料铁芯材料铁芯材料成分范围：含Ni5575%的铁镍合金，国产恒导磁率合金牌号为1J66(Fe-w(Ni)65%)，主要用途：恒电感器，也可用于单极脉冲变压器。 软磁材料软磁材料铁芯材料铁芯材料Bs（约1T）、磁导率和矫顽力介于高磁饱和材料和高导

24、磁材料之间，电阻率较高。适用于较高的频率，中、弱磁场范围。1J46和1J50合金主要用于制作小功率变压器、微电机、继电器、扼流圈和电磁离合器的铁心，以及磁屏蔽罩、话筒震动膜等。1J54合金具有更高的电阻率与低的矫顽力，主要用于脉冲变压器、音频和高频通讯仪器等。低镍的Fe-Ni36%合金的Bs和电阻率介于1J50和1J54合金之间，合金价格便宜，主要用于要求高Bs，而对磁导率要求不高的条件下制备高频滤波器、脉冲变压器及灵敏断电器等。中磁饱和中磁导率合金成分：低镍和中镍的铁镍合金，1J46、1J50和1J54其它软磁材料其它软磁材料（一）磁记录介质材料要求:材料具有高的剩余磁化强度、陡的B-H曲线

25、、大的B/H值、微细的粒子尺寸、粒子磁性的一致性及合适的矫顽力值。用途：磁带，磁盘等记录方式：纵向记录；垂直记录记录介质材料：磁性颗粒（如-Fe2O3）涂覆在高分子基片上发展到磁性薄膜记录介质 -Fe2O3粉末制备方法：在400的氢气流中将-FeOOH的针状结晶脱水还原成Fe3O4，然后在250300的空气中慢慢氧化得到保持初始-FeOOH针状结晶特征的颗粒；形态特征：0.60.8微米，长短轴比为6的针状颗粒，颗粒小记录性能好基本性能：矫顽力1900028000 A/m，居里点675。Co的加入提高了材料的矫顽力(78000A/m)，但居里温度有所下降(520)。主要采用的磁记录介质其它软磁材

26、料其它软磁材料主要磁头材料：高镍含量的铁镍基耐磨高导磁合金、铁硅铝合金和高导磁铁氧体材料。（二）磁头材料用途：从磁记录介质中读出信号要求：高磁导率、低矫顽力和高电阻率之外，还要求高的耐磨性和低应力敏感性。其它软磁材料其它软磁材料（三）磁致伸缩材料利用磁致伸缩现象，可将电震荡转变成超声波振动；因此磁致伸缩材料主要用于超声波发生器的振子(铁心)。此类材料主要包括纯镍(w(Ni)99.9%)、Fe-w(Al)13%合金(1J13)、Fe49Co49V2(1J22)、Fe-w(Ni)50%(1J50)。(四) 磁屏蔽材料在一些场合，如小型通讯机和电子仪器中，各种线圈或变压器装配位置紧密，必须进行电磁屏

27、蔽。常用的磁屏蔽材料有纯铁、坡莫合金或铁硅铝合金，非晶态合金。其它软磁材料其它软磁材料（五）磁流体在连动系统机械中，为了控制机械部件的相互连接，通常使用磁性离合器。磁流体是将羰基铁或四氧化三铁磁性粉末分散在矿物油或硅油中的一种材料。当加上磁场时，使磁性粉末磁力线方向上连续排列起来，使表观粘度增高，从而实现百分之百的连接。不加磁场时磁流体材料的粘度应很小，加上磁场时其粘度应明显提高；取消磁场时其剩磁要低、恢复到低粘性的初始状态。磁流体中磁粉与机油的比例一般为4:1，与硅油的比例为8:1。软磁材料软磁材料其它软磁材料其它软磁材料 磁磁 分分 离离 空空 间间 的的 磁磁 场场 特特 性性（prop

28、erties of magnetic field in the separation space）9.2.3硬磁（永磁）材料（硬磁（永磁）材料（permanent magnetic material） 硬磁材料的基本特征硬磁材料的基本特征是是它的剩磁高、矫顽力大，它的剩磁高、矫顽力大，在工作空间中能产生很大的磁场能在工作空间中能产生很大的磁场能。生产中常用的硬磁材料有2种，一种是合金磁性材料合金磁性材料，例如Al-Ni-Co合金、Ce-Co-Cu合金；另一种是陶瓷磁性材料陶瓷磁性材料，又称为铁氧体，它是具有MOFe2O3分子式的物质，式中M为Ba、Sr或Pb时分别称为钡铁氧体、锶铁氧体和铅铁氧

29、体。 磁磁 分分 离离 空空 间间 的的 磁磁 场场 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space）9.2.3.1永久磁铁的磁特性曲线永久磁铁的磁特性曲线（magnetic characteristic curve）永久磁铁作为磁选设备的磁源使用，首先将永磁材料在磁化磁场中充磁，取出后使用。因此，表征永磁铁磁特性的是永磁铁饱和磁滞回线中，处于第2象限的这段曲线，该段曲线称为永磁铁的退磁曲线退磁曲线。永磁铁磁性能由退磁曲线来体现。B Br r剩余磁剩余磁感应强度（简称剩磁）是磁铁剩磁感应强度（简称剩磁）是磁铁剩磁量大小的一个

30、标志；量大小的一个标志；H Hc c矫顽力，是矫顽力，是磁铁稳定性的一个标志。磁铁稳定性的一个标志。对永磁材料来说，磁铁的Br和Hc是两个质量指标，这两个指标的数值越大，说明该种永久磁铁的质量越优。 磁磁 分分 离离 空空 间间 的的 磁磁 场场 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space）9.2.3.2永久磁铁的视在剩余磁感（永久磁铁的视在剩余磁感（apparent residual magnetic induction）永久磁铁的退磁曲线一般都是在闭合状态下测得的。而在实际使用时，是先把磁铁磁化达饱和，然后去掉磁化磁

31、场，把磁铁取出在开路情况下使用，此时磁铁表面的磁感值并不等于剩余磁感Br，而是小于Br的某一值，此时的磁感应值称为视在剩余磁感视在剩余磁感，记为Bd。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。(P132) 磁磁 分分 离离 空空 间间 的的 磁磁 场场 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space）9.2.3.3磁铁的磁能积磁铁的磁能积（magnetic energy product）由物理学知道，磁铁的磁能密度磁能密度W(J/m3)可表示为： WBdHd/2退磁曲线上每一点所对应的B与H相乘所得之积，称

32、为磁能磁能积积( (磁铁在气隙空间所建立的磁能量密度磁铁在气隙空间所建立的磁能量密度)。代表在此工作状态下磁铁的能量。退磁曲线上每一点的B值和对应的H值的乘积都对B作图，可得到一曲线，此曲线称为磁能积曲线。在所有的乘积中，其中有一最大值称为最大磁能积，是衡量永久磁铁的一个重要数据，也是判断永久磁铁好坏的一个最好判别量。磁铁最大磁能积标志着磁铁里的最大能量密度，使磁铁工作在这一点，能以最少的磁性材料获得所需要的通量；如果不是工作在这一点，磁铁的能量则不能完全发挥出来。 磁磁 分分 离离 空空 间间 的的 磁磁 场场 特特 性性（properties of magnetic field in th

33、e separation space）永久磁铁的3个性能指标剩余磁感应强度剩余磁感应强度Br、矫顽力矫顽力Hc、最大磁能积（最大磁能积（magnetic energy product）。（一）铝镍钴系合金永磁材料主要永磁材料 成分特点：Fe、Ni、Al等元素为主要成分，并加入Cu、Co和Ti等元素进一步提高合金性能。包括铝镍型、铝镍钴型和铝镍钴钛型三种。性能特点：高剩磁与低温度系数，最大磁能积仅低于稀土永磁。 Tc：757907、 (BH)max约为1672 kJ/m3, Br：0.781.30T, HCB：52112 kA/m。（二） 永磁铁氧体主要种类：钡铁氧体(BaO6Fe2O3)和锶铁

34、氧体(SrO6Fe2O3)。晶体结构均属六角晶系。制备方法：以Fe2O3、BaCO3和SrCO3为原料，经混合、预烧、球磨、压制成型、烧结制成。根据成型过程中加磁场与否，烧结铁氧体材料可制成各向同性磁体和各向异性磁体。各向异性磁体是在压制成型过程中加上强磁场，使铁氧体的单畴粒子在磁场下转动，得到易磁化轴与磁场方向一致的强各向异性磁体。永磁材料主要永磁材料 永磁材料主要永磁材料 烧结铁氧体产品性能特点：Tc：450460，具有高矫顽力和低剩磁，但剩磁和最大磁能积偏低,其剩磁温度系数是铝镍钴磁体的10倍，不适于制作要求高稳定性的精密仪器；在产量极大的家用电器、音响设备、扬声器、电机、电话机、笛簧接

35、点元件和转动机械等方面得到普遍应用，是目前产量和产值最高的永磁材料。永磁材料 主要永磁材料 永磁材料 主要永磁材料 （三） 铁铬钴系合金成分特点：以铁、铬（23.527.5%）、钴（11.521.0%）为主；加入适量硅、钼、钛。此类合金可以通过成分调节将其低的单轴各向异性常数提高到铝镍钴合金的水平。制备方法：定向凝固+磁场处理(结晶与磁双重织构)，以及塑性变形与适当热处理的方法(形变时效)显著提高合金性能。性能特点：高剩磁Br 1.53T，Hc 66.5KA/m，(BH)max 76kJ/m3。 永磁材料主要永磁材料 二十世纪八十年代称为第三代稀土永磁材料。 (四)稀土永磁合金Re-Co永磁稀

36、土Co永磁铁基稀土永磁型Nd2Fe14B合金为代表的Re-Fe-B系永磁材料1:5型Re-Co磁体SmCo5单相与多相合金第一代稀土永磁；二十世纪六十年代2:17型Re-Co磁体Sm2Co17基合金二十世纪七十年代;第二代稀土永磁 永磁材料 主要永磁材料 性能ReCo5Re2Co17NdFeB型Br (T)0.88-0.921.08-1.121.18-1.25HCB (kA/m)680-720480-544760-920Hci (kA/m)960-1280496-560800-1040(BH)max (kJ/m3)152-168232-248264-288各类稀土永磁材料的性能比较各类稀土永磁

37、材料的性能比较 永磁材料 主要永磁材料 着Fe含量的增多，内禀饱和磁化强度迅速提高 以Sm2Co17型化合物为基的ReCo17型永磁材料Sm-Co-Cu系Sm-Co-Cu-Fe系Sm-Co-Cu-Fe-M系(M=Zr,Ti,Hf,Ni)低Cu含量的合金矫顽力低，高Cu含量的合金矫顽力虽得到较大提高，但饱和磁化强度偏低，居里温度也显著降低，不能实用加入少量的Zr,Ti,Hf,Ni等元素，进一步提高磁性能 商业化材料磁性能优于SmCo5，其Tc为840870，磁感温度系数也优于SmCo5，可在-60350范围工作；同时合金中Sm和Co的含量低于SmCo5，具有较低的原料成本。此类材料的缺点是制造工

38、艺复杂，工艺费用高。但作为一种优异的永磁材料，在工业中广泛应用于制作精密仪器和微波器件。 永磁材料 主要永磁材料 永磁材料主要永磁材料 Nd-Fe-B系合金是以Nd2Fe14B化合物为基的一种不含Co的高性能永磁材料。自1983年问世以来发展极为迅速，目前此类材料磁性已达如下的水平：最大磁能积407.6 kJ/m3，矫顽力2244.7kA/m。是迄今为止磁性能最高的永磁材料，被誉为“磁王”。Nd-Fe-B系合金的另外一个最大的优点是原材料丰富，价格便宜，其价格只相当于钐钴合金的50%左右。 烧结NdFeB 粘结磁体钕铁硼由那些材料组成？钕铁硼由那些材料组成？ 钕铁硼永磁铁的主要原材料有稀土金属

39、钕（Nd）32%、金属元素铁（Fe）64%和非金属元素硼（B）1%（少量添加镝（Dy）、铽（Tb）、钴（Co）、铌（Nb）、镓（Ga）、铝（Al）、铜（Cu）等元素）。钕铁硼三元系永磁材料是以Nd2Fe14B化合物作为基体的，其成分应与化合物Nd2Fe14B分子式相近。但完全按Nd2Fe14B成分配比时，磁体的磁性能很低，甚至无磁。只是实际的磁体当中钕和硼的含量比Nd2Fe14B化合物的钕和硼含量多时才能获得较好的永磁性能。 钕铁硼的磁性能可以持续多久？钕铁硼的磁性能可以持续多久？钕铁硼磁铁拥有相当高的矫顽力，自然环境和一般磁场条件下不会出现退磁和磁性变化。假设环境适当，即使经过长时间的使用，

40、磁体的磁性能损失也不会很大。所以在实际应用中，我们往往忽略时间因素对磁性能的影响。 关于取向方向关于取向方向取向方向：各向异性的磁体能获得最佳磁性能的方向称为磁体的取向方向。磁铁分为 1各向同性磁体：任何方向磁性能都相同的磁体 2各向异性磁体：不同方向上磁性能会有不同；且存在一个方向即取向方向，在该方向取向时所得磁性能最高的磁体。烧结钕铁硼永磁体是各向异性磁体，因而在生产前需要确定取向方向（充磁方向）。 影响钕铁硼磁铁磁力的因素？影响钕铁硼磁铁磁力的因素？环境温度，由于烧结钕铁硼对工作温度极为敏感，环境的瞬间最高温度和持续最高温度都可能会对磁体产生不同程度的退磁，包括可逆的和不可逆的、可恢复的

41、和不可恢复的。 钕铁硼如何制造的？钕铁硼如何制造的？烧结钕铁硼永磁体是应用粉末冶金工艺制造的一种铁基永磁材料。主要工序有：配方、熔炼、制粉、成型取向、烧结、机械加工、电镀处理等。其中氧含量的控制是衡量工艺水平高低的重要指标。生产装置中选用高真空熔炼、烧结炉和先进的自动控制气流磨，保证了生产过程基本无氧运行，使产品的性能和使用温度均有提高。 磁磁 分分 离离 空空 间间 的的 磁磁 场场 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space）9.3开放磁系的磁场特性及影响因素开放磁系的磁场特性及影响因素9.3.1开放磁系的磁场特性开

42、放磁系的磁场特性(magnetic characterisrics) 所谓磁场特性是指在磁选机的分选空间内，磁场强度在磁选机的分选空间内，磁场强度H H和磁场力和磁场力HgradHHgradH的大小及其变化规律。的大小及其变化规律。(the variation (the variation law of H and HgradH in separating space)law of H and HgradH in separating space) 试验研究表明，在开放磁系(平面与弧面)中，在磁极对称面或磁极间隙对称面上，磁场强度的变化规律，可用如下指数方程表述，即： H Hx xH H0 0

43、e e-cx-cx 式中Hx离开磁极表面的距离为x处的磁场强度，A/m； H0磁极表面处的磁场强度，A/m； c表示磁场非均匀性系数磁场非均匀性系数，m-1 上式是一经验公式，1936年前苏联学者索切涅夫从理论上证实，该式所描述的指数磁场，是由按等位线弯曲的几个磁极才能产生的。实际上很难做出这样复杂的磁极。如将磁极端面做成一定半径的弧形，弧的半径r0.4l（l为极距），且磁极面宽和极隙宽的比值在1.01.5的范围内，电磁磁系才可产生近似于指数关系的磁场。磁极的形状及排列示意图见图9.9。 对永磁磁系的实际测定结果表明，永磁磁系沿磁极对称面上的磁场变化规律和电磁磁系相似，尤其在大于6mm以后(一

44、般永磁磁选机的筒皮厚度为3mm，磁极面至筒皮内表面约3mm，分选空间位置超过6mm)，仅仅在数值上有所不同，因此永磁磁系也可应用上式进行计算。 磁场梯度和磁场力的变化规律： 磁场梯度表达式(expression)： gradHdHx/dx-cH0e-cx-cHx 磁极表面距离为x处的磁场力表达式为： HgradHHx(-cHx)-cHx2-cH02e-2cx 在平面与弧面磁系中，在磁极或极隙对称面上，极在平面与弧面磁系中，在磁极或极隙对称面上，极表面处的磁场强度和磁场力最大；离开磁极表面愈远，表面处的磁场强度和磁场力最大；离开磁极表面愈远，场强和磁场力逐渐减小；至无限远处，场强与磁场力达场强和

45、磁场力逐渐减小；至无限远处，场强与磁场力达最小值最小值( (为零为零) )。 研究表明磁场不均匀系数磁场不均匀系数c c的大小主要与极距有关的大小主要与极距有关。 对于弧面磁系，磁极排列的圆弧半径磁极排列的圆弧半径也影响c值。 对于平面磁系：c c/l/l gradH/Hx 对于弧面磁系：c c/l/l1/R1/R gradH/Hx c c的物理意义是单位磁场强度的磁场梯度。的物理意义是单位磁场强度的磁场梯度。因而可以说，c和gradH一样，都表征磁场的非均匀性，但c比gradH简便。因为若R为定值(平面磁系可认为R），c只与极距有关。而gradH则不然，它不仅与l有关，而且还与H有关。 试验

46、研究表明，在磁选机的分选空间内，实际上非均匀系数c在各点是不相同的，它除了因x值的不同而不同外，还随y值(即随平行于通过极心平面的平面位置）不同而不同。产生这种现象的原因，是由于实际磁系的极数通常是有限的，且磁极端面的形状也不能与指数磁场理论完全相符。9.3.2极宽极宽b(pole width)与极隙宽与极隙宽a(pole cleft width)之比值之比值对磁场特性的影响对磁场特性的影响 在磁分离过程中，一般要求磁性颗粒在随运输装置(如圆筒、皮带)移动的过程中，应受到较均匀的磁力，以便使运输装置不但能顺利搬运磁性产品，而且在搬运过程中不使磁性产品脱落。在开放磁系中，当极距相同时，b/a的不

47、同比值，影响着磁场强度沿极距方向的变化规律。无论电磁磁系还是永磁磁系，只要b/a的数值适宜，就能产生我们所需要的磁场。不同的b/a值时，磁场强度沿极距L方向的变化规律对于永磁磁系永磁磁系，当极间隙接近零时(b/a)，极隙中心处的场强比极面中心处的高很多，当b/a1时，极面中心处的场强比极隙中心处的高，只有b/a3时，场强沿极距方向的变化比较均匀。根据分选过程对磁力的要求，根据分选过程对磁力的要求，永磁磁系的永磁磁系的b/ab/a值在值在2 23 3是是比较合适的比较合适的； 对于电磁磁系，当b/a的值为0.75和3时，场强沿极距方向的变化都是不均匀的，只有b/a的值等于1.2时，场强变化比较均

48、匀，所以电电磁 磁 系 的磁 磁 系 的 b / ab / a 值 在值 在1.21.21.51.5是合适的是合适的。 由以上电磁磁系与永磁磁系的比较看出，在满足分选要求的前提下，永磁磁系的b/a值比电磁磁系的大，也就是说永磁磁系的磁面宽，而极隙小。这是由于永磁材料(锶铁氧体和钡铁氧体等)的剩余磁感低，必须采用较宽的极面才能产生所需要的磁通；另一方面，由于永久磁铁具有各向异性，磁通由侧面漏出的量少，所以允许减少极间隙。上述b/a的适宜值适用于一般筒式和带式磁选机。而对于干式离心筒式磁选机，b/a的适宜值可达到5。9.3.3极距对磁极距对磁场特性的影响场特性的影响极距极距L是开放磁系的一个主要结

49、构参数。它影响着磁场强度的影响着磁场强度的大小、磁场的不均匀大小、磁场的不均匀程度和磁场力的作用程度和磁场力的作用深度深度。不同极距条件下 的 H f ( x ) 和HgradHf(x)曲线如图所示离极面同一距离处，极距大的磁场强度高，磁场作用深度大，但磁场的不均匀性降低；反之，极距小时，在极面和极面附近，H和HgradH很大，但离开极面稍远些，H和HgradH急剧降低，即磁场作用深度小。最适宜极距（最适宜极距（P136-138）：）：上面给料处理粗粒物料时 对于平面磁系l(2d) 对于弧面磁系lR(2d)/R(2d)下面给料处理细粒物料时 对于平面磁系l2(d) 对于弧面磁系，l2R(d)/

50、R2(d) 对于开放弧面磁系弱磁场磁选机，按以上算法计算出的极距l偏大，特别是用上面给料的筒式磁选机干选大块物料时。这是因为物料块尺寸大，在对其重心处的磁场力进行计算时假定了磁场强度和梯度是按直线规律变化的，其实，它们是按指数规律变化的。考虑这种情况，可将式(9.21)修正为以下形式： l2Rd/Rln(1d/)2d 一般情况，分选磁铁矿所用的弱磁场磁选机，其极距l100250mm，分选粗粒物料的筒式磁选机，合适的极距在220250mm之间。9.4闭合磁系的磁场特性闭合磁系的磁场特性 在实际生产中，有时在原磁极之间安置一个整体的、具有一定形状的感应磁介质(如转辊、转盘和转锥等)构成磁路，这时在

51、磁极间所形成的分选空间是单层的；而有时在磁极之间安置多层分选介质(齿板、冲压网、钢毛、球等)，这类介质所形成的分选空间是多层的。由于在磁极由于在磁极间放入了磁介质，减少了气隙的磁阻，大大提高了气隙中间放入了磁介质，减少了气隙的磁阻，大大提高了气隙中的磁场强度，同时由于介质的存在提高了介质附近的磁场的磁场强度，同时由于介质的存在提高了介质附近的磁场梯度，大大提高了分选空间的磁场力梯度，大大提高了分选空间的磁场力。9.4.1单层感应磁极对的磁场特性单层感应磁极对的磁场特性闭合磁系单层分选空间磁极对的形状闭合磁系单层分选空间磁极对的形状5.0205.020/1)1(lxlaHayHHx磁场强度磁场梯

52、度5.1201aylyaHgradH磁场力22201aylyaHHgradH 根据以上公式可以看出: 当x=0时磁场强度Hx和磁场力HgradH都具有最大值 Hx=H0(1-a)-0.5 HgradH=aH02l(1-a)2 当x=l时磁场强度Hx和磁场力HgradH都具有最小值 Hx=H0 HgradH=0 这种磁系齿尖角一般为60左右。一般将齿尖作成圆弧形，取尖端圆弧半径r0.5l。 在三角形单齿磁极-平面磁极对中，在齿极对称面上，齿尖处H和HgradH最大；离开齿极愈远，H和HgradH逐渐减小；至平面磁极对，H和HgradH最小。 在这种磁极对中，极距大小对H和HgradH都有很大的影

53、响。当极距不同时，两磁极之间的分选空间中，磁场强度H与离开齿极的相对距离x/l之间的关系曲线如右图。 极距l增大，工作空间的磁场强度将随之减小。在相对距离x/l0.5时，磁场开始趋于均匀，磁场的非均匀区深度h0.5l。 适宜的极距决定于被分选物料的粒度上限dm 设平面磁极表面到给料带工作表面的距离为,给料带表面到三角齿尖端的距离为x0,若考虑 使磁性颗粒与非磁性颗粒分两 层排出, x0至少应为2 dm.因此适宜的 极距为 L=x0+ =2 dm + 多齿磁极多齿磁极平面磁极对平面磁极对(121-122) 在多齿磁极-平面磁极对中，在齿极对称面上，齿极表面处的H和HgradH最大；离开齿极愈远，H和HgradH愈小；当离开齿极的距离等于齿距之半时，HgradH等于零。因此，在这种磁极对中，并不是整个分选空间都是不均匀磁场，而是只有深度