弱磁物料分离磁盘磁场的研究

弱磁物料分离磁盘磁场的研究 文/曹庆忠 长葛市黄河电气有限公司 一、引言 HCX-Ⅱ磁盘型磁选机是用于磁性物料分离的装置，在金刚石行业发挥着关键的 作用，承担着金刚石质量分级的任务。磁盘磁场是 HCX-Ⅱ磁盘型磁选机中的一 个核心部件，它是由磁盘、磁轭、工作线圈和磁盘旋转机构等组成。磁盘与磁轭 一起构成闭环磁路，在磁盘与磁轭之间建立了一个平行的磁场区。当待选的物料 通过这个磁场时，含磁性杂质的物料将被磁化而受到一定的磁吸引力，当磁吸引 力超过磁性物料本身的重量时，这个磁性物料将被吸附在磁盘上，然后在磁盘旋 转机构的作用下被转出磁场，因失去磁吸引力而自然脱离磁盘，这样就达到了分 离磁性物料的目的。由于磁盘磁场的磁场强度高，且稳定精密，所以可以对弱磁 物料（如金刚石等）进行分离。图 1 所示的是 HCX-Ⅱ磁盘式磁选机的实物图。 下面，首先对金刚石中杂质特性进行分析，从而 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 金刚石磁选分级的必要性与 重要性。其次，对磁盘磁场的结构与其工作原理加以分析，探讨磁盘结构与磁力 线分布的关系，分析磁盘结构的吸附金刚石情况，从而说明该结构的磁场精度高、 分级准确与工作效率高等性能。再次，对磁场间隙与磁场强度的关系进行测试和 分析，为磁盘磁场的间隙工艺调整提供重要的依据。最后，对磁路电流与磁场强 度的关系进行测试分析，通过改变制作磁芯的材料，以降低磁饱和能力，提高磁 盘磁场的磁场强度，从而保证磁场强度高、分级级别多的性能。 二 、人造金刚石 金刚石是一种超硬材料，它具有优异的物理和化学性能、最高硬度和耐磨性，被 广泛用于建筑、冶金、机械、石油开采、地质勘探、航天航空、电子、仪表等领 域。 由于人造金刚石是人工合成出来的，其晶体内均包含有不同的杂质，并且这些杂 质大部分是具有铁磁质磁性的物质，这是因为人工合成金刚石的工艺是用碳（C） 为原料,靠铁（Fe）、镍（Ni）、锰（Mo）、钴（Co）等触媒在高温高压条件下催 化而生成的，这些触媒均具有很大的铁磁导率，是铁磁质性的，因而在生长后金 刚石内部的杂质中不可避免的要含有这些具有铁磁质磁性的物质。 图 2 所示的是金刚石等级排列图，从图 2 中可以看出金刚石的杂质分布情况。金 刚石的杂质含量与金刚石的冲击韧性、热冲击韧性、静压强度、磁化率等技术指 标有着密切的关系，它将直接影响这些技术指标。通常杂质含量较低的金刚石， 其冲击韧性、热冲击韧性、静压强度、磁化率等技术指标要好；杂质含量较高的 金刚石，其冲击韧性、热冲击韧性、静压强度、磁化率等技术指标要差。所以金 刚石磁选分级工作是金刚石生产过程中的重要工序，它是区分金刚石内在品级好 坏的必要手段。 三、磁盘磁场的结构与工作原理 1、磁盘磁场的结构 HCX-Ⅱ磁盘型磁选机的磁盘磁场结构是由磁盘、磁轭和工作线圈组成，磁盘与 磁轭一起构成了一个封闭的环型磁路，磁盘工作面与磁轭截面平行放置，并保持 恒定的间隙（即磁隙 d），在磁隙 d 之间建立了一个平行的磁场区。磁盘磁场结 构示意图见图 3 所示。工作线圈通上直流电后，随着工作电流的增加，磁场区内 的磁场强度也会增加。 2、磁盘磁场的工作原理 磁盘磁场工作原理示意图见图 4 所示。当待选的金刚石平行通过这个具有一定磁 场强度的磁场时，含杂质的金刚石将受到一定的磁吸引力，且金刚石的杂质越多， 受到的磁吸引力就越大，当磁吸引力超过金刚石晶粒本身的质量时，这个金刚石 晶粒将会被吸附在磁盘上。 磁盘型磁选机在工作时，磁盘一直处于恒定转速的旋转运动状态，磁盘处在磁场 区的部分吸附金刚石晶粒，当磁盘的这部分金刚石晶粒被转出磁场区后，金刚石 晶粒将会因为失去磁吸引力而自然脱离磁盘，也就是说，符合该磁场强度的金刚 石被分离出来，这就是磁盘磁场的金刚石磁选工作原理。 3、梯形齿磁盘结构的磁场情况 由于磁盘是一个重要的部件，所以磁盘的结构形式非常关键。图 5 为实验条件下 的梯形齿磁场状况图，从图 5 中可以看出，磁头不同位置的磁场强度变化规律是， 从左向右，磁场强度越来越大，在磁头的平面区域，其磁场强度是一个平稳态， 离开磁头的平面区域，磁场强度越来越小。该结构不仅完全符合“磁头截面积从 大变小的过程，是磁能聚集的过程”的原理，而且在有效工作区内存在有一个平 稳磁场强度的区域，这样就为大面积吸附金刚石创造了条件。 图 6 显示的是梯形齿磁头吸附金刚石的实验情况。从图 6 中发现，金刚石很均匀 的被吸附在磁头的平面上，并且是单层状态，保证了磁场的精密性。 HCX-Ⅱ磁盘型磁选机上的磁盘结构由三条梯形齿的环磁感面组成，图 7 是梯形 齿磁盘结构的实物及吸附金刚石落料后效果图。三条梯形的环磁感面是为了增加 聚磁能环线，分散磁性物料的聚集度，防止物料磁链的产生，该磁盘不仅提高了 磁盘的吸附能力，而且磁选机在工作中没有物料磁链现象的发生，保证了物料分 离的精度，同时提高了分离的工作效率。 四、磁盘磁场的间隙对磁场强度的影响 表 1 为磁场磁隙变化对磁场强度的影响的实验数据，图 8 为根据实验数据绘制的 磁场磁隙与磁场强度的关系图。 从表 1、图 8 中，发现磁场强度是随着磁隙的变大而降低，但不是线性关系。该 图从理论为不同粒度的金刚石进行磁选来调整磁场的间隙提供了参考。 五、磁盘磁场的电流 表 2 为磁场电流的实验数据，图 9 为根据实验数据绘制的磁场电流与磁场强度的 关系图。 从表 2、图 9 中发现，（1）、3.0mm 高度磁隙的磁场，在 0～1.0A 工作电流范围 内；5.0mm 高度磁隙的磁场，在 0～1.6A 工作电流范围内；7.0mm 高度磁隙的磁 场，在 0～2.0A 工作电流范围内。磁场强度是随着工作电流的增加而线性增加的。 （2）、3.0mm 高度磁隙的磁场，在 1.0～2.0A 工作电流范围内；5.0mm 高度磁隙 的磁场，在 1.6～2.0A 工作电流范围内。磁场强度虽说也随着工作电流的增加而 增加，但是非线性的。（3）、3.0mm 高度磁隙的磁场，在 1.8A 以后，磁场强度基 本上是不增加的，说明工作进入了饱和区。 我们要求磁场强度与工作电流之间最好是线性关系。这样，不仅磁场强度容易控 制，而且可以避免因磁饱和现象造成的电能出现较大的消耗，使得工作线圈和铁 芯的工作温度升高，影响磁场的有效工作。为了防止磁饱和现象的发生，主要必 须解决磁芯材质的问题，我们采用了一种高饱和磁感应强度及良好韧性的稀土铁 基非晶软磁合金制作了磁芯，效果非常好。3.0mm 高度磁隙的磁场，在 0～2.0A 工作电流范围内，实现了磁场强度与工作电流之间较好的线性关系。同时在 5.0mm 高度磁隙的磁场下，其磁场强度达到了 1700mT。磁场强度的提高，进一 步保证了 HCX-Ⅱ磁盘型磁选机磁场强度高、分级级别多的性能。 六、结论 1、该课题的研究，得到了磁盘结构与磁力线分布的关系、磁场间隙与磁场强度 的关系、磁路电流变化与磁场强度的关系以及磁饱和现象对磁场的影响等多项重 要的理论成果，为磁盘型磁选机设备的升级改造提供了有力的理论数据。 2、三条梯形环磁感面的磁盘结构，不仅提高了对磁性物料的吸附能力，并且保 证了金刚石的分级精度。 3、采用良好韧性的稀土铁基非晶软磁合金磁芯，降低了磁饱和能力，提高了磁 场强度。 4、该课题的完成，将进一步提高金刚石的分级精度，促进金刚石分选技术的进 步。 本文转载于《磨料磨具》杂志第 16期，参考磨商网链接:www.momo35.com