磁選機的磁系和磁場特性
一、磁系和磁系磁場的類別
磁選機中產生磁場的磁源叫磁系。磁系是由磁極組成磁極對所構成。按照系的激磁方式,目前常用磁選機的磁系,分為電磁磁系和永磁磁系。電磁磁系又分為有鐵芯磁系和無鐵芯磁系(螺旋管磁系)。
有鐵芯的電磁磁系,是由若干個電磁鐵磁極所組成,每個磁極包括線圈、鐵芯和極頭三部分(見圖13-1)。無鐵芯的電磁磁系,公只線圈。
根據磁選機磁系結構(即磁系中磁極的配置方式)的特點,將磁系分成開放型磁系和閉合型磁系,如圖13-1所示。開放型磁系的磁路磁阻很大,致使該磁系不能產生很高的磁場強度,其磁場強度一般在480*102~1600*102A/m。因此,只能應用在弱磁場磁選機分選強磁性礦物。磁選機磁系產生的磁場,根據其特點,磁場可分為四種類型。
(1)恒定磁場,目前產生恒定磁場的方法有兩種,一種是由通入直流電的電磁鐵產生;另一種則是由 磁鐵產生。 磁鐵產生的恒定磁場,目前已經廣泛使用,而且是磁選機上常用的一種磁場。
(2)交變磁場,由通入交流電的電磁鐵產生。這種磁場,尚未得到廣泛的應用。
(3)脈動磁場,脈動磁場的產生有三種方法;一是由通往直流電、交流電的電磁鐵產生;再一是由在 磁鐵上加一交流線圈布產生;第三是直接通往脈動電流的電磁鐵產生。這種脈動磁場,在部分磁選機上已經得到應用。
(4)旋轉磁場,使磁極繞軸旋轉而產生旋轉磁場。
二、鐵磁性材料的磁特性
在各種磁性材料中,最重要的是以鐵為打賭強磁性材料,它具有鐵磁性。除鐵之外,鈷鎳,釔,鏑和鈥等,也具有鐵磁性。但是常用的鐵磁性材料,多是鐵和其它金屬或非金屬的合金,以及某些包含鐵的氧化物(鐵氧體)。
鐵磁性材料的磁性,常用特性曲線的形式來描述,其中最常用的是B=f(H)曲線,該曲線反映了鐵磁性材料的磁感應強度和外磁場強度之間的關系。材料的磁特性,除了與給定的外磁場(磁化磁場)強度、溫度,有無機械應力等測定參數有關外,還和“磁化經歷”有關。實際應用時,為了得到B=f(H)曲線,需要將材料(試樣)預先進行脫磁,其目的一方面使試樣的原始狀態正好處于材料的磁化強度M=0;另一方面,使試樣不具備磁疇磁化從優取向的退磁狀態。在此基礎上,鐵磁性材料磁化時,一般可用三種B=f(H)曲線,對其磁特性進行描述。
(1)起始磁化曲線
經預先退磁處理的鐵磁材料的樣品,置于磁化磁場中,然后使磁化磁場強度單調地增大,便得到如圖13-2a所示的曲線,該曲線稱起始磁化曲線。所有鐵磁性材料的起始磁化曲線,都有一共同特點,即由陡峭和平坦段所組成,兩段的分界點為圖中之P點。陡峭段對應于易磁化的情況,而平坦段對應于難以磁化的情況。
(2)磁帶回線
磁感應強度B隨著磁化磁場強度H的增大而變大,直到飽和為止。當磁化磁場強度H在正負兩個方向上,往復變化一次后,材料的磁化過程便經歷了一個循環的過程。B隨H變化所形成的閉合曲線,稱為材料的磁滯回線(見圖13-3)。
如果材料在磁化過程中,正反兩個方向都達到飽和,即曲線兩端分別為正飽和磁感應強度B和飽和磁化磁場強度H。及負飽和磁感應強度-B及-H,而所得到的磁滯回線,稱為飽和磁滯回線,或稱主磁滯回線。
(3)正常磁化曲線
若磁化磁場強度H由正的和負的 ,逐漸縮小循環范圍,便可得到由大至小一系列礦漿流速回線(見圖13-4),這一系列磁滯回線的頂端點聯線,即頂端的軌跡,稱為正常磁化曲線,如圖13-4所示,可以看出正常磁化曲線與起始磁化曲線的形狀很相似。這條正常磁化曲線同樣可以說明材料的磁特性。
從上述相應的B=f(H)曲線和u=f(H)曲線可知,飽和磁感應強度(或磁感應強度),剩余磁感應強度、矯頑力及相對磁導率等,都是標志鐵磁性材料的磁特性參數。
三、磁性材料
磁性材料一般是作為磁導體, 磁鐵和特殊磁性元件使用。對于各種不同用途的磁性材料,在磁特性參數方面的要求也不同。通常是根據磁性材料的基本磁特性參數,而把它們分成軟磁材料和硬磁材料兩大類。
軟磁材料的磁滯回線狹長,所包圍的“面積”相對來說比較小。因而,其基本特征是導磁性能好,即磁導率高(在相同幾何尺寸的條件下,磁阻?。?,剩余磁感應強度和矯頑力都小。這樣,當磁場撤去后,能使被吸的磁性礦粒,易于卸落下來。所以,磁選機若是電磁磁系,則其鐵芯,極頭和鐵磁導體,都應使用軟磁材料,如工程純鐵、導磁不銹鋼及低碳鋼等。一般強磁場磁選機(高強磁磁選機)其磁系的鐵芯,磁軛和磁極頭,選用工程純鐵;中等磁場或弱磁場的磁選設備,選用低碳鋼;導磁不銹鋼,一般只作為感應磁介質使用。
硬磁材料的矯頑力和剩余磁石應強度都很大,一般矯頑力H5≈104~104A /m,故通常都用其矯頑力值的大小,作為判斷材料磁硬度的依據。正是由于硬磁材料的矯頑力和剩余磁石應強度均大,所以,硬磁材料的基本特征,是在其工作空間,可以產生很大的磁場能。
磁選機的磁系若是永磁磁系,要用 磁鐵。對于 磁鐵要求有較大的剩余磁感應強度和矯頑力,才能獲得較高的磁場強度,并且在使用過程中不易退磁,故永磁磁系要用硬磁材料制作。
硬磁材料主要有:永磁合金(如鋁鎳鈷合金)和永磁鐵氧體(如鍶鐵氧休、鋇鐵氧體等)兩種。永磁合金磁鐵的優點,是剩余磁石應強度大, 磁能積(BH)值大;缺點是價格昂貴,制造工藝復雜,永磁鐵氧體,其化學式可寫成MO.nFe2O2,具有六角形的結晶形式?;瘜W式中的M是個符號,可為鋇、鍶、鉛等元素;化學式中的n,是表示Fe2O3的個數,一般n=5~6.例如,當M若是鋇時,稱為鋇鐵氧體,即BaO.nFe2O3,以此類推。
永磁鐵氧體是用高純度的Fe2O3和MCO3表示鋇或鍶等碳酸鹽,經細磨,干壓成型,預燒后,再破碎細磨。然后偵其在磁場內成型,再經燒結,磨加工等工序而制成。永磁鐵氧體的優點是原料價廉源廣,矯元力大;缺點是剩余磁感應強度不高,制作磁極時截面積較大,故其用量多;性脆易碎。目前,永磁鐵氧體在我國磁選工業中,廣泛用于分選強磁性礦物的弱磁場磁選機中。
四、 磁鐵的磁特性
若采用鐵氧體作為磁選機磁場的磁源,首先將鐵氧體旋轉在磁化磁場中磁化,取出后才能使用。因此,表征氧體磁特性,是該鐵氧體飽和磁滯回線中,處于第二象限的這段曲線。該段曲線稱鐵氧體的退磁曲線。例如, 磁鐵選用鍶鐵氧體,圖13-5便是鍶鐵氧體的退磁曲線。它表示了鍶鐵氧體剩余磁感應強度與退磁場強度的關系。稱其為鍶鐵氧體 磁鐵的磁特性曲線。
如果將一個很長的鍶鐵氧體永磁材料,置于磁化磁場中進行磁化,達到磁飽和點后,撤消磁化磁場。然后,使其長度減小 ,直到為零,同樣也可得到該鍶鐵氧體的退磁曲線。當材料成分不變,制造工藝條件相同時,按上述方法所獲的退磁黃線,與單塊材料在充磁機中呈閉合狀態進行磁化,所測得的退磁曲線,是完全一樣的。這就是說,永磁村料長度的,和反射磁化磁場強度的逐漸增大,具有相同的效應。
參看圖13-5,退磁曲線與B軸的交戰Bc,為 磁鐵的剩余磁感應強度,簡稱剩磁;與H軸的交點Hj,為 磁鐵的矯元力。 磁鐵的B越大,它所產生的磁場地也越強,顯然,產生一定的磁場強度所需要 磁鐵的數量,可越少。當 磁鐵的Hj越大, 磁鐵的磁性就越穩定,在使用過程中,越不易退磁,因而使用壽命也就越長??梢?,對永磁材料來說,有關外還和的B和H是兩個質量指標,這兩個指標越大,說明該 磁鐵的質量越優。若使用這種磁性材料制造磁選機,不但用量少,而且磁性穩定。