第九章磁 分 離 空 間磁

1、 磁磁 分分 離離 空空 間間 的的 磁磁 場場 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space）9.1磁選機的磁系磁選機的磁系（magnetic system in separators） 磁選機的磁源是磁選機的磁系，分永磁磁系永磁磁系（permanent magnetic system）和電磁磁系電磁磁系（electromagnetic system），根據(jù)磁場的特點可將磁場分為恒定磁場恒定磁場（constant magnetic field）、交變磁場交變磁場（alternating magnetic field）、脈

2、動脈動磁場磁場（pulsating magnetic field）和旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場（rotating magnetic field）。 磁磁 分分 離離 空空 間間 的的 磁磁 場場 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space） 產(chǎn)生恒定磁場的方法產(chǎn)生恒定磁場的方法：其一，由通入直流電的電磁鐵產(chǎn)生；：其一，由通入直流電的電磁鐵產(chǎn)生；其二，由永久磁鐵產(chǎn)生。后者應用廣泛，是工業(yè)磁選機上常其二，由永久磁鐵產(chǎn)生。后者應用廣泛，是工業(yè)磁選機上常用的一種磁場。用的一種磁場。 交變磁場交變磁場由通交流電的電磁鐵產(chǎn)生。這種磁場尚未得到

3、廣由通交流電的電磁鐵產(chǎn)生。這種磁場尚未得到廣泛的應用。泛的應用。 脈動磁場的產(chǎn)生方法脈動磁場的產(chǎn)生方法：由通入直流電、交流電的電磁鐵產(chǎn)：由通入直流電、交流電的電磁鐵產(chǎn)生；由在永久磁鐵上加一交流線圈產(chǎn)生；由直接通入脈動電生；由在永久磁鐵上加一交流線圈產(chǎn)生；由直接通入脈動電流的電磁鐵產(chǎn)生。這種磁場在部分磁選機中已得到應用。流的電磁鐵產(chǎn)生。這種磁場在部分磁選機中已得到應用。旋旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)磁場是當圓筒對固定多極磁系或可動多極磁系（磁系由極是當圓筒對固定多極磁系或可動多極磁系（磁系由極性沿圓周交替排列的磁極組成）做快速相對運動時形成的，性沿圓周交替排列的磁極組成）做快速相對運動時形成的，這種磁場應用在旋轉(zhuǎn)

4、磁場磁選機中。這種磁場應用在旋轉(zhuǎn)磁場磁選機中。 磁磁 分分 離離 空空 間間 的的 磁磁 場場 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space） 磁 選 機 的 磁 系 ： 開 放 磁 系開 放 磁 系（open magnetic system）、閉合閉合磁系磁系（closed magnetic system）。 開放磁系開放磁系是指磁極在同一側(cè)是指磁極在同一側(cè)做相鄰配置且磁極之間無感應鐵做相鄰配置且磁極之間無感應鐵磁介質(zhì)的磁系。磁介質(zhì)的磁系。特點及應用：特點及應用：磁磁力線通過空氣的路程長，磁路的力線通過空氣的路程長，磁路

5、的磁阻大，漏磁損失大，分選空間磁阻大，漏磁損失大，分選空間的磁場強度低，開放磁系的分選的磁場強度低，開放磁系的分選空間比較大，能處理粗粒級物料，空間比較大，能處理粗粒級物料，且設備處理能力大，用于分選強且設備處理能力大，用于分選強磁性物料的弱磁場磁選設備中。磁性物料的弱磁場磁選設備中。 磁磁 分分 離離 空空 間間 的的 磁磁 場場 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space） 磁極做相對配置的磁系稱為閉合磁系。閉合磁系。特點及應用特點及應用：空氣隙小，磁力線通過空氣的路程短，磁阻小，漏磁損失小，磁場強度高，由于采用具有

6、特殊形狀的聚磁感應磁極，磁場梯度也大，因而磁場力大。只適于處理細粒物料，且生產(chǎn)能力一般較低，應用于分選弱磁性物料的強磁場磁選機中。 磁磁 分分 離離 空空 間間 的的 磁磁 場場 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space）9.2磁選設備中常用的磁性材料及其磁特性磁選設備中常用的磁性材料及其磁特性Magnetic materials and their characteristics used in magnetic separators 磁選設備的磁系，無論是開放磁系還是閉合磁系都離不開磁性材料。在各種磁性材料中，最重

7、要的是以鐵為代表的一類磁性很強的材料，它具有鐵磁性。除鐵之外，鈷、鎳、釓、鏑和鈥等也具有鐵磁性。另一類是鐵和其他金屬或非金屬組成的合金，以及某些包含鐵的氧化物(鐵氧體)。 磁磁 分分 離離 空空 間間 的的 磁磁 場場 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space）9.2.1鐵磁性材料的磁特性鐵磁性材料的磁特性（characteristics of ferromagnetic material）鐵磁性材料的磁特性常用特性曲線的形式來表示。其中最常用的是Bf(H)曲線(或Mf(H)曲線)。（1）起始磁化曲線）起始磁化曲線（i

8、nitial magnetization curve）磁化過程四階段：（1） M隨H呈線性地緩慢增長，可逆疇壁移動過程。（2） M隨H急劇增長，不可逆疇壁移動過程，巴克豪森（Barkhausen）跳躍。（3）M的增長趨于緩慢。磁疇的磁化矢量已轉(zhuǎn)到最接近H方向，M的增長主要靠可逆轉(zhuǎn)動過程來實現(xiàn)。（4）磁化曲線極平緩地趨近于水平線而達到飽和狀態(tài)。 磁磁 分分 離離 空空 間間 的的 磁磁 場場 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space） 起始磁化曲線是磁化場強H單調(diào)地增加時所得到的曲線。鐵磁性材料的起始磁化曲線的共同特點是

9、曲線由陡峭段和平坦段組成。分界點P位于曲線上段彎曲部分。陡峭段對應于易磁化區(qū)，而平坦段對應于難磁化區(qū)。從坐標原點O到Bf(H)曲線上任何一點A的直線的斜率(tg)代表該磁化狀態(tài)下的磁導率0rBA/HA。由此式求出該磁化狀態(tài)下的相對磁導率為：rtg/0BA/(0HA) r是純數(shù)，它隨磁化場強H變化的曲線如圖9.3b所示。i和m分別叫做起始相對磁導率和最大相對磁導率。 磁磁 分分 離離 空空 間間 的的 磁磁 場場 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space）（ 2 ） 磁 滯 回 線） 磁 滯 回 線（hysteresis

10、 loop）當磁化場強H在正負兩個方向上往復變化時，材料的磁化過程經(jīng)歷一個循環(huán)過程。閉合曲線叫做材料的磁滯回線磁滯回線。如果材料在磁化曲線兩端都達到飽和，所得曲線就叫做飽和磁滯回線或飽和磁滯回線或主磁滯回線主磁滯回線。 磁磁 分分 離離 空空 間間 的的 磁磁 場場 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space）（ 3 ） 正 常 磁 化 曲 線） 正 常 磁 化 曲 線（normal magnetized curve）磁化磁場強度H由正負最大值逐漸縮小循環(huán)范圍，便得到由大到小一系列磁滯回線。正常磁化曲線與起始磁化曲線的形

11、狀很相似。 磁磁 分分 離離 空空 間間 的的 磁磁 場場 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space）標志磁性材料磁特性的參數(shù)（parameters）:材料的飽材料的飽和磁感應強度（和磁感應強度（saturation magnetic inductionsaturation magnetic induction）、剩余磁感應強度（剩余磁感應強度（residual magnetic inductionresidual magnetic induction）、矯頑力（矯頑力（coercive forcecoercive f

12、orce）、）、相對磁導率（相對磁導率（relative relative magnetic susceptibilitymagnetic susceptibility）。根據(jù)材料的磁特性參數(shù)可以將磁性材料分為軟磁材料（軟磁材料（soft magnetic soft magnetic materialmaterial）和硬磁材料（硬磁材料（permanent magnetic permanent magnetic materialmaterial）。 磁磁 分分 離離 空空 間間 的的 磁磁 場場 特特 性性（properties of magnetic field in the separa

13、tion space）9.2.2軟磁材料（軟磁材料（soft magnetic material）軟磁材料的基本特征軟磁材料的基本特征是磁導率高(在相同幾何尺寸條件下磁阻小)，矯頑力小，這意味著磁滯回線狹長，所包圍的面積小，從而在交變磁場中磁滯損耗小，所以軟磁材料適用于交變磁場中。一般交變頻率低時采用圖9.6a的材料。當交變頻率高時(大于3000Hz)，一般采用磁滯回線如圖9.6b的磁性材料。 磁磁 分分 離離 空空 間間 的的 磁磁 場場 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space） 鐵芯的作用是增大線圈內(nèi)的磁通量，這

14、就要求磁性材料鐵芯的作用是增大線圈內(nèi)的磁通量，這就要求磁性材料具有很高的磁導率。這里分兩種情況來討論，一種是用于各具有很高的磁導率。這里分兩種情況來討論，一種是用于各種電子通訊設備中的軟磁材料，在這種情況下，工作電流很種電子通訊設備中的軟磁材料，在這種情況下，工作電流很小，鐵芯的工作狀態(tài)處于起始的一段磁化曲線上，因此要求小，鐵芯的工作狀態(tài)處于起始的一段磁化曲線上，因此要求材料的起始磁導率材料的起始磁導率i i值高；另一種用于電動機、發(fā)電機、變值高；另一種用于電動機、發(fā)電機、變壓器的軟磁材料，這里電流很大，鐵心的工作狀態(tài)接近飽和，壓器的軟磁材料，這里電流很大，鐵心的工作狀態(tài)接近飽和，因此要求材料

15、的最大磁導率因此要求材料的最大磁導率m m高，飽和磁化強度大。高，飽和磁化強度大。 磁選設備上所用的軟磁材料磁選設備上所用的軟磁材料有有工程純鐵、導磁不銹鋼和工程純鐵、導磁不銹鋼和低碳鋼低碳鋼等。強磁場磁選設備經(jīng)常選用等。強磁場磁選設備經(jīng)常選用工程純鐵制做鐵芯、磁工程純鐵制做鐵芯、磁軛和極頭軛和極頭，而選用，而選用導磁不銹鋼制做感應介質(zhì)導磁不銹鋼制做感應介質(zhì)。弱磁場磁選機。弱磁場磁選機磁系的磁系的磁導板選用低碳鋼磁導板選用低碳鋼即可。即可。軟磁材料軟磁材料用途：發(fā)電機、電動機、變壓器、電磁鐵、各類繼電器與電感、電抗器的鐵心；磁頭與磁記錄介質(zhì)；計算機磁心等。要求：高的飽和磁感應強度、高的最大磁導

16、率、高的居里溫度和低的損耗。 軟磁材料軟磁材料鐵芯材料鐵芯材料用途：變壓器、電機與繼電器的鐵(磁)心。要求：低的矯頑力、高的磁導率和低的鐵損。主要材料：高磁飽和材料(Bs為2T左右)，如工業(yè)純鐵、電工硅鋼片、非晶態(tài)軟磁合金和鐵鈷合金；中磁飽和中導磁材料；高導磁材料如坡莫合金等；恒磁導率材料；以及鐵粉心型材料與氧化物粉心材料等 （一）（一） 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵資源豐富、價格低廉，具有良好的可加工性。早在1890年熱軋純鐵就用于制造電機和變壓器鐵芯。是直流技術(shù)中非常重要的高磁飽和材料，主要用于制造電磁鐵的鐵心、極頭；繼電器和揚聲器的磁導體；電話機的振動膜；電工儀器儀表及磁屏蔽元件等。最常見的是電磁純

17、鐵，名稱為電鐵(代號DT)，含碳量低于0.04%的Fe-C合金，Bs達2.15T。 軟磁材料軟磁材料鐵芯材料鐵芯材料工業(yè)純鐵的熱處理：純鐵材在加工成元件后必須經(jīng)過熱處理才能獲得好的軟磁性能軟磁材料軟磁材料鐵芯材料鐵芯材料人工時效處理：克服純鐵嚴重的自然磁時效現(xiàn)象，為保持純鐵元件的磁穩(wěn)定性，須在熱處理后進行100，保溫100小時的人工時效處理?；蜻x擇低時效敏感性的材料。純鐵的自然磁時效現(xiàn)象：即隨著時間的增長，材料的矯頑力上升，磁導率下降。純鐵的時效在130附近特別明顯。引起時效的原因是由于在Fe中含有N，逐漸形成鐵的氮化物所致。純鐵的缺點：電阻率低，使用時產(chǎn)生很大的渦流損耗，不適于制作在交變場中

18、工作的鐵心。 軟磁材料軟磁材料鐵芯材料鐵芯材料（二）電工硅鋼片（二）電工硅鋼片（Fe-Si軟磁合金）軟磁合金） 鐵中加Si的作用：可提高鐵的最大磁導率，增大電阻率，還可顯著改善磁性時效。但Si加入量過多時，會降低飽和磁化強度、居里溫度、磁晶各向異性常數(shù)K1、磁致伸縮系數(shù),含Si量的增大會使材料變脆。 電工硅鋼片中Si的含量在0.54.8%Si。1903年開始投入實際生產(chǎn)，用量極大。主要用于制造大電流、頻率50400Hz的中、強磁場條件下的電動機、發(fā)電機、變壓器等；中、弱磁場和較高頻率(達10KHz)條件下的音頻變壓器、高頻變壓器、電視機與雷達中的大功率變壓器、大功率磁變壓器、以及各種繼電器、電

19、感線圈、脈沖變壓器和電磁式儀表等；軟磁材料軟磁材料鐵芯材料鐵芯材料與熱軋硅鋼相比，冷軋硅鋼的Bs高，其厚度均勻、尺寸精度高、表面光滑平整，從而提高了填充系數(shù)和材料的磁性能。冷軋帶材的厚度可低至0.020.05mm。冷軋硅鋼的含硅量不超過3.5%，否則的材料冷軋十分困難。近年來，用快速凝固技術(shù)可制備出含硅6.5%的硅鋼薄帶。 電工硅鋼片熱軋硅鋼片（DR）冷軋無取向硅鋼片（ DW）冷軋單取向硅鋼片（ DQ）電訊用冷軋單取向硅鋼片（ DG）中國2002年底停止生產(chǎn)軟磁材料軟磁材料鐵芯材料鐵芯材料在冷軋單取向硅鋼帶中，晶粒整齊一致地排列成高斯(GOSS)織構(gòu)，如圖3-16示意，晶體的(110)面與軋制

20、平面平行，易磁化的001軸在軋制方向上。垂直于軋制方向的是難磁化的110軸。最難磁化的111軸與軋制方向成54.79角。 冷軋單取向硅鋼的晶粒取向 軟磁材料軟磁材料鐵芯材料鐵芯材料單取向硅鋼的優(yōu)點：磁性具有強烈的方向性；在易磁化的軋制方向上具有優(yōu)越的高導磁與低損耗特性。取向鋼帶在軋制方向的鐵損僅為橫向的1/3，磁導率比約為6:1，其鐵損約為熱軋帶的1/2，磁導率為后者的2.5倍。 軟磁材料軟磁材料鐵芯材料鐵芯材料純鐵中加入鈷后，Bs明顯提高，含鈷35%的鐵鈷合金的Bs達2.45T，是迄今Bs最高的磁性材料。國外牌號為Permendur。在合金中加入少量的V和Cr可顯著提 高 其 電 阻 率 。

21、 實 際 應 用 的 鐵 鈷 合 金 主 要 有Fe64Co35V1(或Fe64Co35Cr1)和(Fe50Co50)98.7V1.3。(Fe50Co50)98.7V1.3合金的國內(nèi)牌號為1J22，國外牌號為V-Permendur。 鐵鈷合金具有高的磁導和Bs，適用于小型化、輕型化以及有較高要求的飛行器及儀器儀表元件的制備，制造電磁鐵極頭和高級耳膜震動片等。但電阻率偏低，不適于高頻場合的應用。但價格昂貴。（三）（三）鐵鈷合金鐵鈷合金軟磁材料軟磁材料鐵芯材料鐵芯材料 隨Ni含量的增加，F(xiàn)e-Ni合金的m增加、Bs下降。當Ni量接近80%時，F(xiàn)e-Ni合金的K1和同時變?yōu)榱?，能獲得高的磁導率。含w

22、(Ni)3580%的Fe-Ni合金稱為坡莫合金。根據(jù)Ni含量對合金磁性能的影響，F(xiàn)e-Ni合金分為高導磁、恒導磁率、中磁飽和中磁導率材料等。（四）Fe-Ni合金(坡莫合金，Permalloy)軟磁材料軟磁材料鐵芯材料鐵芯材料主要是高鎳含量的鐵鎳合金。我國的高鎳高導磁合金有六個牌號:1J76、1J77、1J79、1J80、1J85和1J86，鎳含量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高導磁合金在弱場下具有很高的初始磁導率和最大磁導率，有較高的電阻率，因而適合在交流弱磁場中使用，如各種音頻變壓器、互感

23、器、磁放大器、音頻磁頭、精密電表中的動片與靜片等。主要用于收音機、電視機和通訊器材等。恒導磁率的獲得：冷軋后于1000下進行再結(jié)晶退火，可以得到(001)100織構(gòu)。再將其以50%的軋制率進行冷軋，可以生成單軸軋制型磁各向異性。對合金進行橫向磁場熱處理(外加磁場方向垂直于使用中的磁化方向)，可使其磁化率在很大范圍內(nèi)保持恒定不變。恒導磁率合金軟磁材料軟磁材料鐵芯材料鐵芯材料成分范圍：含Ni5575%的鐵鎳合金，國產(chǎn)恒導磁率合金牌號為1J66(Fe-w(Ni)65%)，主要用途：恒電感器，也可用于單極脈沖變壓器。 軟磁材料軟磁材料鐵芯材料鐵芯材料Bs（約1T）、磁導率和矯頑力介于高磁飽和材料和高導

24、磁材料之間，電阻率較高。適用于較高的頻率，中、弱磁場范圍。1J46和1J50合金主要用于制作小功率變壓器、微電機、繼電器、扼流圈和電磁離合器的鐵心，以及磁屏蔽罩、話筒震動膜等。1J54合金具有更高的電阻率與低的矯頑力，主要用于脈沖變壓器、音頻和高頻通訊儀器等。低鎳的Fe-Ni36%合金的Bs和電阻率介于1J50和1J54合金之間，合金價格便宜，主要用于要求高Bs，而對磁導率要求不高的條件下制備高頻濾波器、脈沖變壓器及靈敏斷電器等。中磁飽和中磁導率合金成分：低鎳和中鎳的鐵鎳合金，1J46、1J50和1J54其它軟磁材料其它軟磁材料（一）磁記錄介質(zhì)材料要求:材料具有高的剩余磁化強度、陡的B-H曲線

25、、大的B/H值、微細的粒子尺寸、粒子磁性的一致性及合適的矯頑力值。用途：磁帶，磁盤等記錄方式：縱向記錄；垂直記錄記錄介質(zhì)材料：磁性顆粒（如-Fe2O3）涂覆在高分子基片上發(fā)展到磁性薄膜記錄介質(zhì) -Fe2O3粉末制備方法：在400的氫氣流中將-FeOOH的針狀結(jié)晶脫水還原成Fe3O4，然后在250300的空氣中慢慢氧化得到保持初始-FeOOH針狀結(jié)晶特征的顆粒；形態(tài)特征：0.60.8微米，長短軸比為6的針狀顆粒，顆粒小記錄性能好基本性能：矯頑力1900028000 A/m，居里點675。Co的加入提高了材料的矯頑力(78000A/m)，但居里溫度有所下降(520)。主要采用的磁記錄介質(zhì)其它軟磁材

26、料其它軟磁材料主要磁頭材料：高鎳含量的鐵鎳基耐磨高導磁合金、鐵硅鋁合金和高導磁鐵氧體材料。（二）磁頭材料用途：從磁記錄介質(zhì)中讀出信號要求：高磁導率、低矯頑力和高電阻率之外，還要求高的耐磨性和低應力敏感性。其它軟磁材料其它軟磁材料（三）磁致伸縮材料利用磁致伸縮現(xiàn)象，可將電震蕩轉(zhuǎn)變成超聲波振動；因此磁致伸縮材料主要用于超聲波發(fā)生器的振子(鐵心)。此類材料主要包括純鎳(w(Ni)99.9%)、Fe-w(Al)13%合金(1J13)、Fe49Co49V2(1J22)、Fe-w(Ni)50%(1J50)。(四) 磁屏蔽材料在一些場合，如小型通訊機和電子儀器中，各種線圈或變壓器裝配位置緊密，必須進行電磁屏

27、蔽。常用的磁屏蔽材料有純鐵、坡莫合金或鐵硅鋁合金，非晶態(tài)合金。其它軟磁材料其它軟磁材料（五）磁流體在連動系統(tǒng)機械中，為了控制機械部件的相互連接，通常使用磁性離合器。磁流體是將羰基鐵或四氧化三鐵磁性粉末分散在礦物油或硅油中的一種材料。當加上磁場時，使磁性粉末磁力線方向上連續(xù)排列起來，使表觀粘度增高，從而實現(xiàn)百分之百的連接。不加磁場時磁流體材料的粘度應很小，加上磁場時其粘度應明顯提高；取消磁場時其剩磁要低、恢復到低粘性的初始狀態(tài)。磁流體中磁粉與機油的比例一般為4:1，與硅油的比例為8:1。軟磁材料軟磁材料其它軟磁材料其它軟磁材料 磁磁 分分 離離 空空 間間 的的 磁磁 場場 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、矯頑力大，它的剩磁高、矯頑力大，在工作空間中能產(chǎn)生很大的磁場能在工作空間中能產(chǎn)生很大的磁場能。生產(chǎn)中常用的硬磁材料有2種，一種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；另一種是陶瓷磁性材料陶瓷磁性材料，又稱為鐵氧體，它是具有MOFe2O3分子式的物質(zhì)，式中M為Ba、Sr或Pb時分別稱為鋇鐵氧體、鍶鐵氧體和鉛鐵氧

29、體。 磁磁 分分 離離 空空 間間 的的 磁磁 場場 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space）9.2.3.1永久磁鐵的磁特性曲線永久磁鐵的磁特性曲線（magnetic characteristic curve）永久磁鐵作為磁選設備的磁源使用，首先將永磁材料在磁化磁場中充磁，取出后使用。因此，表征永磁鐵磁特性的是永磁鐵飽和磁滯回線中，處于第2象限的這段曲線，該段曲線稱為永磁鐵的退磁曲線退磁曲線。永磁鐵磁性能由退磁曲線來體現(xiàn)。B Br r剩余磁剩余磁感應強度（簡稱剩磁）是磁鐵剩磁感應強度（簡稱剩磁）是磁鐵剩磁量大小的一個

30、標志；量大小的一個標志；H Hc c矯頑力，是矯頑力，是磁鐵穩(wěn)定性的一個標志。磁鐵穩(wěn)定性的一個標志。對永磁材料來說，磁鐵的Br和Hc是兩個質(zhì)量指標，這兩個指標的數(shù)值越大，說明該種永久磁鐵的質(zhì)量越優(yōu)。 磁磁 分分 離離 空空 間間 的的 磁磁 場場 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space）9.2.3.2永久磁鐵的視在剩余磁感（永久磁鐵的視在剩余磁感（apparent residual magnetic induction）永久磁鐵的退磁曲線一般都是在閉合狀態(tài)下測得的。而在實際使用時，是先把磁鐵磁化達飽和，然后去掉磁化磁

31、場，把磁鐵取出在開路情況下使用，此時磁鐵表面的磁感值并不等于剩余磁感Br，而是小于Br的某一值，此時的磁感應值稱為視在剩余磁感視在剩余磁感，記為Bd。視在剩余磁感受退磁因素的影響，即受磁鐵的形狀和尺寸比的影響。(P132) 磁磁 分分 離離 空空 間間 的的 磁磁 場場 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space）9.2.3.3磁鐵的磁能積磁鐵的磁能積（magnetic energy product）由物理學知道，磁鐵的磁能密度磁能密度W(J/m3)可表示為： WBdHd/2退磁曲線上每一點所對應的B與H相乘所得之積，稱

32、為磁能磁能積積( (磁鐵在氣隙空間所建立的磁能量密度磁鐵在氣隙空間所建立的磁能量密度)。代表在此工作狀態(tài)下磁鐵的能量。退磁曲線上每一點的B值和對應的H值的乘積都對B作圖，可得到一曲線，此曲線稱為磁能積曲線。在所有的乘積中，其中有一最大值稱為最大磁能積，是衡量永久磁鐵的一個重要數(shù)據(jù)，也是判斷永久磁鐵好壞的一個最好判別量。磁鐵最大磁能積標志著磁鐵里的最大能量密度，使磁鐵工作在這一點，能以最少的磁性材料獲得所需要的通量；如果不是工作在這一點，磁鐵的能量則不能完全發(fā)揮出來。 磁磁 分分 離離 空空 間間 的的 磁磁 場場 特特 性性（properties of magnetic field in th

33、e separation space）永久磁鐵的3個性能指標剩余磁感應強度剩余磁感應強度Br、矯頑力矯頑力Hc、最大磁能積（最大磁能積（magnetic energy product）。（一）鋁鎳鈷系合金永磁材料主要永磁材料 成分特點：Fe、Ni、Al等元素為主要成分，并加入Cu、Co和Ti等元素進一步提高合金性能。包括鋁鎳型、鋁鎳鈷型和鋁鎳鈷鈦型三種。性能特點：高剩磁與低溫度系數(shù)，最大磁能積僅低于稀土永磁。 Tc：757907、 (BH)max約為1672 kJ/m3, Br：0.781.30T, HCB：52112 kA/m。（二） 永磁鐵氧體主要種類：鋇鐵氧體(BaO6Fe2O3)和鍶鐵

34、氧體(SrO6Fe2O3)。晶體結(jié)構(gòu)均屬六角晶系。制備方法：以Fe2O3、BaCO3和SrCO3為原料，經(jīng)混合、預燒、球磨、壓制成型、燒結(jié)制成。根據(jù)成型過程中加磁場與否，燒結(jié)鐵氧體材料可制成各向同性磁體和各向異性磁體。各向異性磁體是在壓制成型過程中加上強磁場，使鐵氧體的單疇粒子在磁場下轉(zhuǎn)動，得到易磁化軸與磁場方向一致的強各向異性磁體。永磁材料主要永磁材料 永磁材料主要永磁材料 燒結(jié)鐵氧體產(chǎn)品性能特點：Tc：450460，具有高矯頑力和低剩磁，但剩磁和最大磁能積偏低,其剩磁溫度系數(shù)是鋁鎳鈷磁體的10倍，不適于制作要求高穩(wěn)定性的精密儀器；在產(chǎn)量極大的家用電器、音響設備、揚聲器、電機、電話機、笛簧接

35、點元件和轉(zhuǎn)動機械等方面得到普遍應用，是目前產(chǎn)量和產(chǎn)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） 鐵鉻鈷系合金成分特點：以鐵、鉻（23.527.5%）、鈷（11.521.0%）為主；加入適量硅、鉬、鈦。此類合金可以通過成分調(diào)節(jié)將其低的單軸各向異性常數(shù)提高到鋁鎳鈷合金的水平。制備方法：定向凝固+磁場處理(結(jié)晶與磁雙重織構(gòu))，以及塑性變形與適當熱處理的方法(形變時效)顯著提高合金性能。性能特點：高剩磁Br 1.53T，Hc 66.5KA/m，(BH)max 76kJ/m3。 永磁材料主要永磁材料 二十世紀八十年代稱為第三代稀土永磁材料。 (四)稀土永磁合金Re-Co永磁稀

36、土Co永磁鐵基稀土永磁型Nd2Fe14B合金為代表的Re-Fe-B系永磁材料1:5型Re-Co磁體SmCo5單相與多相合金第一代稀土永磁；二十世紀六十年代2:17型Re-Co磁體Sm2Co17基合金二十世紀七十年代;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各類稀土永磁材料的性能比較各類稀土永磁

37、材料的性能比較 永磁材料 主要永磁材料 著Fe含量的增多，內(nèi)稟飽和磁化強度迅速提高 以Sm2Co17型化合物為基的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含量的合金矯頑力低，高Cu含量的合金矯頑力雖得到較大提高，但飽和磁化強度偏低，居里溫度也顯著降低，不能實用加入少量的Zr,Ti,Hf,Ni等元素，進一步提高磁性能 商業(yè)化材料磁性能優(yōu)于SmCo5，其Tc為840870，磁感溫度系數(shù)也優(yōu)于SmCo5，可在-60350范圍工作；同時合金中Sm和Co的含量低于SmCo5，具有較低的原料成本。此類材料的缺點是制造工

38、藝復雜，工藝費用高。但作為一種優(yōu)異的永磁材料，在工業(yè)中廣泛應用于制作精密儀器和微波器件。 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化合物為基的一種不含Co的高性能永磁材料。自1983年問世以來發(fā)展極為迅速，目前此類材料磁性已達如下的水平：最大磁能積407.6 kJ/m3，矯頑力2244.7kA/m。是迄今為止磁性能最高的永磁材料，被譽為“磁王”。Nd-Fe-B系合金的另外一個最大的優(yōu)點是原材料豐富，價格便宜，其價格只相當于釤鈷合金的50%左右。 燒結(jié)NdFeB 粘結(jié)磁體釹鐵硼由那些材料組成？釹鐵硼由那些材料組成？ 釹鐵硼永磁鐵的主要原材料有稀土金屬

39、釹（Nd）32%、金屬元素鐵（Fe）64%和非金屬元素硼（B）1%（少量添加鏑（Dy）、鋱（Tb）、鈷（Co）、鈮（Nb）、鎵（Ga）、鋁（Al）、銅（Cu）等元素）。釹鐵硼三元系永磁材料是以Nd2Fe14B化合物作為基體的，其成分應與化合物Nd2Fe14B分子式相近。但完全按Nd2Fe14B成分配比時，磁體的磁性能很低，甚至無磁。只是實際的磁體當中釹和硼的含量比Nd2Fe14B化合物的釹和硼含量多時才能獲得較好的永磁性能。 釹鐵硼的磁性能可以持續(xù)多久？釹鐵硼的磁性能可以持續(xù)多久？釹鐵硼磁鐵擁有相當高的矯頑力，自然環(huán)境和一般磁場條件下不會出現(xiàn)退磁和磁性變化。假設環(huán)境適當，即使經(jīng)過長時間的使用，

40、磁體的磁性能損失也不會很大。所以在實際應用中，我們往往忽略時間因素對磁性能的影響。 關(guān)于取向方向關(guān)于取向方向取向方向：各向異性的磁體能獲得最佳磁性能的方向稱為磁體的取向方向。磁鐵分為 1各向同性磁體：任何方向磁性能都相同的磁體 2各向異性磁體：不同方向上磁性能會有不同；且存在一個方向即取向方向，在該方向取向時所得磁性能最高的磁體。燒結(jié)釹鐵硼永磁體是各向異性磁體，因而在生產(chǎn)前需要確定取向方向（充磁方向）。 影響釹鐵硼磁鐵磁力的因素？影響釹鐵硼磁鐵磁力的因素？環(huán)境溫度，由于燒結(jié)釹鐵硼對工作溫度極為敏感，環(huán)境的瞬間最高溫度和持續(xù)最高溫度都可能會對磁體產(chǎn)生不同程度的退磁，包括可逆的和不可逆的、可恢復的

41、和不可恢復的。 釹鐵硼如何制造的？釹鐵硼如何制造的？燒結(jié)釹鐵硼永磁體是應用粉末冶金工藝制造的一種鐵基永磁材料。主要工序有：配方、熔煉、制粉、成型取向、燒結(jié)、機械加工、電鍍處理等。其中氧含量的控制是衡量工藝水平高低的重要指標。生產(chǎn)裝置中選用高真空熔煉、燒結(jié)爐和先進的自動控制氣流磨，保證了生產(chǎn)過程基本無氧運行，使產(chǎn)品的性能和使用溫度均有提高。 磁磁 分分 離離 空空 間間 的的 磁磁 場場 特特 性性（properties of magnetic field in the separation space）9.3開放磁系的磁場特性及影響因素開放磁系的磁場特性及影響因素9.3.1開放磁系的磁場特性開

42、放磁系的磁場特性(magnetic characterisrics) 所謂磁場特性是指在磁選機的分選空間內(nèi)，磁場強度在磁選機的分選空間內(nèi)，磁場強度H H和磁場力和磁場力HgradHHgradH的大小及其變化規(guī)律。的大小及其變化規(guī)律。(the variation (the variation law of H and HgradH in separating space)law of H and HgradH in separating space) 試驗研究表明，在開放磁系(平面與弧面)中，在磁極對稱面或磁極間隙對稱面上，磁場強度的變化規(guī)律，可用如下指數(shù)方程表述，即： H Hx xH H0 0

43、e e-cx-cx 式中Hx離開磁極表面的距離為x處的磁場強度，A/m； H0磁極表面處的磁場強度，A/m； c表示磁場非均勻性系數(shù)磁場非均勻性系數(shù)，m-1 上式是一經(jīng)驗公式，1936年前蘇聯(lián)學者索切涅夫從理論上證實，該式所描述的指數(shù)磁場，是由按等位線彎曲的幾個磁極才能產(chǎn)生的。實際上很難做出這樣復雜的磁極。如將磁極端面做成一定半徑的弧形，弧的半徑r0.4l（l為極距），且磁極面寬和極隙寬的比值在1.01.5的范圍內(nèi)，電磁磁系才可產(chǎn)生近似于指數(shù)關(guān)系的磁場。磁極的形狀及排列示意圖見圖9.9。 對永磁磁系的實際測定結(jié)果表明，永磁磁系沿磁極對稱面上的磁場變化規(guī)律和電磁磁系相似，尤其在大于6mm以后(一

44、般永磁磁選機的筒皮厚度為3mm，磁極面至筒皮內(nèi)表面約3mm，分選空間位置超過6mm)，僅僅在數(shù)值上有所不同，因此永磁磁系也可應用上式進行計算。 磁場梯度和磁場力的變化規(guī)律： 磁場梯度表達式(expression)： gradHdHx/dx-cH0e-cx-cHx 磁極表面距離為x處的磁場力表達式為： HgradHHx(-cHx)-cHx2-cH02e-2cx 在平面與弧面磁系中，在磁極或極隙對稱面上，極在平面與弧面磁系中，在磁極或極隙對稱面上，極表面處的磁場強度和磁場力最大；離開磁極表面愈遠，表面處的磁場強度和磁場力最大；離開磁極表面愈遠，場強和磁場力逐漸減??；至無限遠處，場強與磁場力達場強和

45、磁場力逐漸減??；至無限遠處，場強與磁場力達最小值最小值( (為零為零) )。 研究表明磁場不均勻系數(shù)磁場不均勻系數(shù)c c的大小主要與極距有關(guān)的大小主要與極距有關(guān)。 對于弧面磁系，磁極排列的圓弧半徑磁極排列的圓弧半徑也影響c值。 對于平面磁系：c c/l/l gradH/Hx 對于弧面磁系：c c/l/l1/R1/R gradH/Hx c c的物理意義是單位磁場強度的磁場梯度。的物理意義是單位磁場強度的磁場梯度。因而可以說，c和gradH一樣，都表征磁場的非均勻性，但c比gradH簡便。因為若R為定值(平面磁系可認為R），c只與極距有關(guān)。而gradH則不然，它不僅與l有關(guān)，而且還與H有關(guān)。 試驗

46、研究表明，在磁選機的分選空間內(nèi)，實際上非均勻系數(shù)c在各點是不相同的，它除了因x值的不同而不同外，還隨y值(即隨平行于通過極心平面的平面位置）不同而不同。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，是由于實際磁系的極數(shù)通常是有限的，且磁極端面的形狀也不能與指數(shù)磁場理論完全相符。9.3.2極寬極寬b(pole width)與極隙寬與極隙寬a(pole cleft width)之比值之比值對磁場特性的影響對磁場特性的影響 在磁分離過程中，一般要求磁性顆粒在隨運輸裝置(如圓筒、皮帶)移動的過程中，應受到較均勻的磁力，以便使運輸裝置不但能順利搬運磁性產(chǎn)品，而且在搬運過程中不使磁性產(chǎn)品脫落。在開放磁系中，當極距相同時，b/a的不

47、同比值，影響著磁場強度沿極距方向的變化規(guī)律。無論電磁磁系還是永磁磁系，只要b/a的數(shù)值適宜，就能產(chǎn)生我們所需要的磁場。不同的b/a值時，磁場強度沿極距L方向的變化規(guī)律對于永磁磁系永磁磁系，當極間隙接近零時(b/a)，極隙中心處的場強比極面中心處的高很多，當b/a1時，極面中心處的場強比極隙中心處的高，只有b/a3時，場強沿極距方向的變化比較均勻。根據(jù)分選過程對磁力的要求，根據(jù)分選過程對磁力的要求，永磁磁系的永磁磁系的b/ab/a值在值在2 23 3是是比較合適的比較合適的； 對于電磁磁系，當b/a的值為0.75和3時，場強沿極距方向的變化都是不均勻的，只有b/a的值等于1.2時，場強變化比較均

48、勻，所以電電磁 磁 系 的磁 磁 系 的 b / ab / a 值 在值 在1.21.21.51.5是合適的是合適的。 由以上電磁磁系與永磁磁系的比較看出，在滿足分選要求的前提下，永磁磁系的b/a值比電磁磁系的大，也就是說永磁磁系的磁面寬，而極隙小。這是由于永磁材料(鍶鐵氧體和鋇鐵氧體等)的剩余磁感低，必須采用較寬的極面才能產(chǎn)生所需要的磁通；另一方面，由于永久磁鐵具有各向異性，磁通由側(cè)面漏出的量少，所以允許減少極間隙。上述b/a的適宜值適用于一般筒式和帶式磁選機。而對于干式離心筒式磁選機，b/a的適宜值可達到5。9.3.3極距對磁極距對磁場特性的影響場特性的影響極距極距L是開放磁系的一個主要結(jié)

49、構(gòu)參數(shù)。它影響著磁場強度的影響著磁場強度的大小、磁場的不均勻大小、磁場的不均勻程度和磁場力的作用程度和磁場力的作用深度深度。不同極距條件下 的 H f ( x ) 和HgradHf(x)曲線如圖所示離極面同一距離處，極距大的磁場強度高，磁場作用深度大，但磁場的不均勻性降低；反之，極距小時，在極面和極面附近，H和HgradH很大，但離開極面稍遠些，H和HgradH急劇降低，即磁場作用深度小。最適宜極距（最適宜極距（P136-138）：）：上面給料處理粗粒物料時 對于平面磁系l(2d) 對于弧面磁系lR(2d)/R(2d)下面給料處理細粒物料時 對于平面磁系l2(d) 對于弧面磁系，l2R(d)/

50、R2(d) 對于開放弧面磁系弱磁場磁選機，按以上算法計算出的極距l(xiāng)偏大，特別是用上面給料的筒式磁選機干選大塊物料時。這是因為物料塊尺寸大，在對其重心處的磁場力進行計算時假定了磁場強度和梯度是按直線規(guī)律變化的，其實，它們是按指數(shù)規(guī)律變化的?？紤]這種情況，可將式(9.21)修正為以下形式： l2Rd/Rln(1d/)2d 一般情況，分選磁鐵礦所用的弱磁場磁選機，其極距l(xiāng)100250mm，分選粗粒物料的筒式磁選機，合適的極距在220250mm之間。9.4閉合磁系的磁場特性閉合磁系的磁場特性 在實際生產(chǎn)中，有時在原磁極之間安置一個整體的、具有一定形狀的感應磁介質(zhì)(如轉(zhuǎn)輥、轉(zhuǎn)盤和轉(zhuǎn)錐等)構(gòu)成磁路，這時在

51、磁極間所形成的分選空間是單層的；而有時在磁極之間安置多層分選介質(zhì)(齒板、沖壓網(wǎng)、鋼毛、球等)，這類介質(zhì)所形成的分選空間是多層的。由于在磁極由于在磁極間放入了磁介質(zhì)，減少了氣隙的磁阻，大大提高了氣隙中間放入了磁介質(zhì)，減少了氣隙的磁阻，大大提高了氣隙中的磁場強度，同時由于介質(zhì)的存在提高了介質(zhì)附近的磁場的磁場強度，同時由于介質(zhì)的存在提高了介質(zhì)附近的磁場梯度，大大提高了分選空間的磁場力梯度，大大提高了分選空間的磁場力。9.4.1單層感應磁極對的磁場特性單層感應磁極對的磁場特性閉合磁系單層分選空間磁極對的形狀閉合磁系單層分選空間磁極對的形狀5.0205.020/1)1(lxlaHayHHx磁場強度磁場梯

52、度5.1201aylyaHgradH磁場力22201aylyaHHgradH 根據(jù)以上公式可以看出: 當x=0時磁場強度Hx和磁場力HgradH都具有最大值 Hx=H0(1-a)-0.5 HgradH=aH02l(1-a)2 當x=l時磁場強度Hx和磁場力HgradH都具有最小值 Hx=H0 HgradH=0 這種磁系齒尖角一般為60左右。一般將齒尖作成圓弧形，取尖端圓弧半徑r0.5l。 在三角形單齒磁極-平面磁極對中，在齒極對稱面上，齒尖處H和HgradH最大；離開齒極愈遠，H和HgradH逐漸減小；至平面磁極對，H和HgradH最小。 在這種磁極對中，極距大小對H和HgradH都有很大的影

53、響。當極距不同時，兩磁極之間的分選空間中，磁場強度H與離開齒極的相對距離x/l之間的關(guān)系曲線如右圖。 極距l(xiāng)增大，工作空間的磁場強度將隨之減小。在相對距離x/l0.5時，磁場開始趨于均勻，磁場的非均勻區(qū)深度h0.5l。 適宜的極距決定于被分選物料的粒度上限dm 設平面磁極表面到給料帶工作表面的距離為,給料帶表面到三角齒尖端的距離為x0,若考慮 使磁性顆粒與非磁性顆粒分兩 層排出, x0至少應為2 dm.因此適宜的 極距為 L=x0+ =2 dm + 多齒磁極多齒磁極平面磁極對平面磁極對(121-122) 在多齒磁極-平面磁極對中，在齒極對稱面上，齒極表面處的H和HgradH最大；離開齒極愈遠，H和HgradH愈小；當離開齒極的距離等于齒距之半時，HgradH等于零。因此，在這種磁極對中，并不是整個分選空間都是不均勻磁場，而是只有深度