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一軟件模擬結(jié)果分析

1釹鐵硼磁塊牌號(hào)的選擇

釹鐵硼永磁磁塊有多種不同性能的牌號(hào)，較常見(jiàn)的有燒結(jié)型的N50，N38，N27。不同的數(shù)字牌號(hào)表示不同大小的磁能積。磁能積是退磁曲線上任何一點(diǎn)的B和H的乘積，是衡量磁體所儲(chǔ)存能量大小的重要參數(shù)之一。在能滿足所需磁感應(yīng)強(qiáng)度的前提下，希望使用的磁性材料越便宜、來(lái)源越廣泛越好。在釹鐵硼磁塊尺寸等可能影響磁感應(yīng)強(qiáng)度因素相同的情況下，若低牌號(hào)的釹鐵硼磁塊能達(dá)到所需要的磁感應(yīng)強(qiáng)度，則應(yīng)盡可能使用低牌號(hào)磁塊。在磁系底板材料為Q235，釹鐵硼磁塊厚度為30mm，磁塊縱向間隙40mm的條件下，利用A．M．軟件模擬了使用牌號(hào)分別為N50，N38和N27的釹鐵硼永磁磁塊所形成的不同的磁系，并求解了距離磁系表面不同距離處磁場(chǎng)的分布情況。由于磁系磁場(chǎng)具有對(duì)稱性，因此，截取考察直線上的部分點(diǎn)就可以表達(dá)清楚磁場(chǎng)分布趨勢(shì)和強(qiáng)度。需要說(shuō)明的是，凡是和磁系模擬相關(guān)的圖表中，橫坐標(biāo)的距離指的均是該點(diǎn)到模型坐標(biāo)原點(diǎn)的橫向距離。磁感應(yīng)強(qiáng)度在垂直方向上衰減速度很快，當(dāng)達(dá)到一定的磁場(chǎng)作用深度后，磁場(chǎng)分布變得十分平緩，以一條直線為中心窄幅波動(dòng);隨著磁塊磁能積的增大，磁感應(yīng)強(qiáng)度的峰、谷值也增大，但不同牌號(hào)磁塊構(gòu)成的磁系磁感應(yīng)強(qiáng)度的峰、谷值之差基本一致。由于板式磁選機(jī)是貧磁鐵礦石的干選設(shè)備，應(yīng)在盡可能拋除廢石的同時(shí)控制住尾礦中磁性鐵的含量，因而希望分選區(qū)的磁感應(yīng)強(qiáng)度越大越好，磁場(chǎng)作用深度越深越好。在距離磁系表面0mm處不同牌號(hào)的磁塊構(gòu)成的磁系表面磁感應(yīng)強(qiáng)度差距最顯著，N50磁塊形成的最高磁感應(yīng)強(qiáng)度可達(dá)到1.5T，而N27磁塊形成的最高磁感應(yīng)強(qiáng)度只能達(dá)到1T;隨著距離磁系表面的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，不同牌號(hào)的磁塊所形成的磁感應(yīng)強(qiáng)度差異越來(lái)越小，尤其是N50磁塊和N38磁塊之間。但是在實(shí)際磁塊充磁過(guò)程中，磁塊的性能往往不能達(dá)到理論水平，再考慮安裝時(shí)可能造成的磁塊邊角損壞會(huì)降低磁塊場(chǎng)強(qiáng)，因此，為了盡可能確保較高的磁感應(yīng)強(qiáng)度，選用磁能積較大的N50釹鐵硼永磁磁塊更好。

2釹鐵硼磁塊厚度的選擇

在磁體使用時(shí)對(duì)應(yīng)于一定能量的磁體，要求磁體的體積盡可能小。影響磁場(chǎng)分布情況的主要是磁塊的厚度，因此使用A.M.軟件考察了長(zhǎng)×寬為80mm×60mm的磁塊不同厚度情況下的磁場(chǎng)分布。在磁系底板材料為Q235，釹鐵硼磁塊性能牌號(hào)為N50，磁塊縱向間隙40mm的條件下，模擬厚度分別為10，20，30，40和50mm的釹鐵硼永磁磁塊形成的不同的磁系在距離磁系表面不同距離處的磁場(chǎng)的分布情況。①磁塊越厚，產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，磁場(chǎng)作用深度越深。②厚度為10mm的磁塊，距離磁系表面3mm處的最高、最低磁感應(yīng)強(qiáng)度已衰減到400mT和150mT左右，磁場(chǎng)作用深度太淺，可以排除。③厚度為20mm的磁塊，磁系表面磁感應(yīng)強(qiáng)度最高達(dá)1.3T，距離磁系表面3mm處的最高、最低磁感應(yīng)強(qiáng)度已衰減到550mT和300mT左右，距離磁系表面8mm處進(jìn)一步衰減至400mT和270mT左右，距離磁系表面30mm處則衰減到了170mT左右，該磁塊基本滿足磁感應(yīng)強(qiáng)度要求。④厚度為30mm的磁塊，距離磁系表面8mm處的最高、最低磁感應(yīng)強(qiáng)度為500mT和350mT，距離磁系表面30mm處則衰減到210mT左右，作用深度比20mm厚的磁塊要深，在主要選別區(qū)域內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)較適宜。⑤當(dāng)磁塊厚度達(dá)到40mm和50mm時(shí)，能夠達(dá)到的磁感應(yīng)強(qiáng)度更高，接近中場(chǎng)強(qiáng)。按照磁塊選擇原則，磁能積一定的情況下，在能夠滿足磁感應(yīng)強(qiáng)度的前提下，選擇體積小的磁塊。貧磁鐵礦的選別屬于弱磁選，考慮貧磁鐵礦中磁性鐵含量較低，磁選場(chǎng)強(qiáng)可以稍高，因此選擇厚度為30mm的釹鐵硼永磁磁塊。

3磁系縱向間隙的確定

氣隙會(huì)導(dǎo)致場(chǎng)強(qiáng)迅速減弱，但合適的間隙不影響磁性物料在磁場(chǎng)中的磁翻轉(zhuǎn)作用，并且可以節(jié)省磁性材料的使用，也便于磁系的安裝。磁塊在橫向布置上一般是緊密布置的，對(duì)于板式磁選機(jī)而言，物料的磁翻轉(zhuǎn)作用主要發(fā)生在縱向的搬運(yùn)過(guò)程，橫向都是極性相同的磁極，若是存在橫向間隙，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致在分選過(guò)程中出現(xiàn)一條一條的物料層，造成回收率的損失，因此只需確定縱向間隙的大小。在磁系底板材料為Q235，釹鐵硼磁塊性能牌號(hào)為N50，磁塊厚度為30mm的條件下，對(duì)磁塊縱向間隙分別為0，10，30，40和50mm磁系進(jìn)行軟件模擬。

4磁系底板材料的確定

磁系底板對(duì)磁場(chǎng)的大小和分布有著重要的影響，底板材料大致分為2類:導(dǎo)磁材料和不導(dǎo)磁材料。為了方便原材料的采購(gòu)，選擇不銹鋼板(不導(dǎo)磁材料)、鐵板、Q235鋼板作為磁系底板候選材料，分別對(duì)這些材料進(jìn)行軟件模擬，選擇出適合的磁系底板。在釹鐵硼磁塊性能牌號(hào)為N50，磁塊厚度為30mm，磁系縱向間隙為40mm的條件下，對(duì)不同的磁系底板材料進(jìn)行軟件模擬，考察各材料的漏磁情況，主要參考磁力線的分布情況，距離磁系表面不同距離處的磁場(chǎng)分布情況作為輔助參考，從而確定合適的底板材料。磁系表面一定距離處的磁感應(yīng)強(qiáng)度(以3mm處為例)。由于不銹鋼板是不導(dǎo)磁材料，無(wú)法閉合磁力線，因而底板兩側(cè)的磁力線幾乎呈對(duì)稱分布，造成磁場(chǎng)分散;而純鐵板和Q235鋼板是導(dǎo)磁材料，磁力線到達(dá)底板后閉合，沒(méi)有磁塊的一側(cè)幾乎沒(méi)有磁力線分布，說(shuō)明沒(méi)有磁塊的一側(cè)磁場(chǎng)力很小，這樣的磁力線分布情況便于磁系的安裝。純鐵板和Q235鋼板作為底板能夠達(dá)到的磁感應(yīng)強(qiáng)度比以不銹鋼板為底板的更高，作用深度也更深，且純鐵板和Q235板為底板形成的磁場(chǎng)分布情況幾乎一致，磁系表面其他距離處的情況完全類似，不贅述。考慮原材料的價(jià)格與采購(gòu)難易度，選擇Q235鋼板作為磁系底板材料。

二磁系模型實(shí)測(cè)結(jié)果

根據(jù)軟件模擬結(jié)果確定的磁系參數(shù)，制作了磁系的實(shí)物模型。使用高斯計(jì)對(duì)實(shí)物模型距磁系3mm處的磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)量，實(shí)測(cè)結(jié)果與模擬結(jié)果對(duì)比見(jiàn)圖8。由圖8可以看出，實(shí)測(cè)結(jié)果和模擬結(jié)果基本一致，說(shuō)明了模擬結(jié)果的可靠性。至于實(shí)測(cè)結(jié)果略低于模擬結(jié)果，這既可能與釹鐵硼磁塊實(shí)際充磁值達(dá)不到理論值有關(guān)，也可能與磁系安裝過(guò)程中造成的磁塊損壞、安裝精度不夠造成氣隙等有關(guān)。

三結(jié)語(yǔ)

(1)根據(jù)板式磁選機(jī)的實(shí)際用途，運(yùn)用A．M．軟件對(duì)板式磁選機(jī)磁系磁場(chǎng)分布的仿真模擬，確定的磁塊為牌號(hào)為N50的釹鐵硼磁塊，磁塊厚度為30mm，磁塊的縱向間隙為40mm，磁系底板材料為Q235。

(2)根據(jù)模擬研究確定的磁系參數(shù)制作了實(shí)物模型，其磁感應(yīng)強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與模擬結(jié)果基本一致，說(shuō)明模擬結(jié)果非?？煽俊?/p>

作者：盧俊穎王化軍方昊馮志遠(yuǎn)張開(kāi)路單位：北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院金屬礦山高效開(kāi)采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室