磁选机磁场解析法研究及应用

论文摘要

在磁选设备中，磁系设计是关键，所以对磁系磁场的了解是十分重要的，它对分析磁选设备的性能，进而确定适宜的磁系结构参数，磁极形状和尺寸，以及研究磁性颗粒受力情况起着重要的作用。同时，为了优化结构、节省材料，设计制造供不同用途且能满足特定磁场要求的磁系体系，就必须对其磁场的大小与分布，作出严密的分析与准确的计算。基于此，本论文研究了：1、在磁场分布研究中得出，数值计算法的有限差分法、有限元法和边界元法计算相当复杂，各自优缺点明显。目前，有限差分法还在不断发展中，但总的来说用得比较少；有限元法用得最广泛，能处理任意边界和许多不同问题的有限元法分析软件也在不断地发展中，促进了有限元方法的实际应用。因此，在电磁场数值计算分析的各种方法中有限元法居于主导地位。对于线性均匀媒质，边界元法比有限元法更具优势。边界元—有限元混合法兼备了边界元法和有限元法的优点，具有很好的发展潜力，由于有限元法越来越完善，边界元—有限元混合法更依赖于边界元法的研究发展而发展。2、分析了磁场的实验研究法和数值计算法的优缺点，我们决定采用数理方程法、复变函数法和许瓦兹变换法等解析解法来进行磁场分布研究。解析解法是借助于数学方法和物理概念来进行磁场分布研究的方法，可以用完整的数学和理论进行推导，有完整的理论表达式，便于从动力学角度进行磁分离原理研究及建立相应的数学模型。3、采用数理方程法得出了开放磁系指数公式的推导、磁流体静力分选机楔型和双曲线型磁极磁场分布公式；采用复变函数法得出了对辊磁选机、开放型平面磁系、YDQC——500Ⅱ型强磁选机磁场分布公式；采用许瓦兹变换法得出了齿板介质磁场分布公式。计算与测试结果表明：它们能较好的说明这些磁场的分布规律。4、磁流体分选理论中磁系设计方法，为非均匀场磁系设计提供了理论分析方法；磁流体静力分选中垂直沉降理论，为磁选分离动力学研究提供了范例。完善了磁流体分选理论。5、在研究磁场场强的分布情况下，采用新开发出来的稀土永磁体材料，特别是Nd-Fe-B永磁材料的出现，使得磁体的磁能积大幅度地提高，运用材料科学和物理学相结合的方法，研制出了新型的磁系方案，开发了YDQC系列永磁磁选机。6、YDQC-500型强磁选机利用旋转磁系造成高频率的强大离心力对矿粒进行强烈的分选作用，使夹杂在磁性矿粒中的非磁性矿粒和脉石不断暴露出来被冲洗水洗掉，抛掉精矿中夹杂的脉石和非磁性矿粒杂质，从而达到提高精矿品位的目的。该强磁选机的精矿传送带即不导磁不锈钢带具有的多功能性，保护磁系，起移动介质的作用，形成层流边层，起导引颗粒实现分离作用，使之利于设备向大型化、系列化方向发展。从而说明精矿传送带即不导磁不锈钢带这一结构设计的新颖性与多功能性，为分选过程创造了有利条件，同时也节省了材料与成本，使设备结构合理、紧凑。7、在探索分选的最佳形式及其条件的同时，详细分析了YDQC-500Ⅱ型强磁选机的分选空间内矿粒的各种受力，从而得出磁性矿粒在分选区内水平方向的运动方程，得出其数学模型如下：从而为设备参数的优化选择和分选试验提供了量化的关系。8、以某氧化锰矿为矿样，对其进行多因素正交试验，得出YDQC-500Ⅱ型强磁选机的选别试验条件为：磁系转速为400转／分，带速为0.5米／秒，给矿浓度为25％，磁场强度为1.4特斯拉。9、通过对分选试验进行经济效益测算分析，进一步说明YDQC-500Ⅱ型强磁选机的优点及给矿山和社会将带来的良好的经济效益和社会效益。10、基于VB语言开发了集磁选机优化设计，AutoCAD自动绘图和设计文档自动生成为一体的CAD系统，该系统图形界面友好、交互性好、操作者只需按照界面提示输入少量的设计参数，系统就可以自动完成参数优化设计、数据库检索、设计文档和AutoCAD绘图等所有工作，从而达到缩短设计周期，提高设计精度的目的。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1 磁场磁系分布研究
• 1.1 磁场分布研究方法分类
• 1.2 磁场分布的实验研究方法
• 1.3 磁场分布的理论计算方法
• 1.4 有限差分法、有限元法的 MATLAB 实现
• 1.5 有限差分法、有限元法和边界元法的优缺点
• 1.6 分离变量法
• 1.7 复变函数法
• 1.8 电磁场数值计算的无网格算法
• 1.9 讨论
• 2 任意形状的载流线圈在远处磁场分布的简单计算
• 2.1 电流回路元在 DPM 延长线上的磁场
• 2.2 电流回路元在垂直于 DPM 方向上的磁场
• 2.3 电流回路元在任意一点的磁场
• 2.4 任意载流线圈在远处一点的磁场
• 3 铠装圆柱形螺线管磁系磁场分布研究
• 4 磁选机发展及展望
• 4.1 高梯度磁选最新发展
• 4.3 弱磁选机的技术进展
• 5 研究目的、意义和主要研究内容
• 5.1 研究目的、意义
• 5.2 主要研究内容
• 第二章 开放磁系指数公式的边值条件及分离变量法的理论推导
• 0e^-cx 的边值条件'>1 H=H₀e^-cx的边值条件
• 0e^-cx 的分离变量法推导'>2 H=H₀e^-cx的分离变量法推导
• 3 小结
• 第三章 磁流体静力分选理论研究
• 1 磁流体静力分选机的选分空间的磁场分布和磁场磁力
• 2 磁流体静力分选机磁极形状设计
• 2.1 矿物的悬浮条件
• 2.2 磁极形状的确定步骤
• 2.3 几种 C 值处理方法及相应的磁极形状的确定实例
• 3 磁流体静力分选机的磁系设计及计算
• 3.1 整机结构与工作原理
• 3.2 磁系设计
• 3.3 复合型磁极磁流体静力分选机的磁场特性
• 3.4 结语
• 4 磁流体静力分选中矿粒的垂直沉降
• 4.1 颗粒的受力
• 4.2 运动方程、时间、距离
• 4.3 小结
• 第四章 对辊磁选机磁场分布研究
• 1 复变函数法来研究对辊磁选机辊齿尖之间的磁场分布
• 1.1 复磁位函数和磁场复数平面的变换
• 2 磁极表面磁位的确定
• 3 磁场分布
• 4 小结
• 第五章 齿板介质磁场分布研究
• 1 齿板介质磁场研究的模型确定
• 2 计算机编程及其算法
• 2.1 复数的算法基础
• 2.2 特殊值情况下复磁位函数的算法及程序
• 2.3 齿板介质磁场分布复磁位函数的算法及程序
• 2.4 计算结果
• 3 小结
• 第六章 开放型平面磁系磁场分布研究
• 1 复变函数法
• 2 开放型平面磁系复数平面及复磁位函数的建立
• 2.1 开放型平面磁系复数平面及复磁位函数的建立
• 2.2 复磁位函数和磁场复数平面的变换
• 2.3 开放型平面磁系的磁场分布
• 3 小结
• 第七章 YDQC-500Ⅱ型强磁选机的研制
• 1 YDQC-500Ⅱ型强磁选机
• 1.1 整机结构与工作原理
• 1.2 磁场分布研究
• 1.3 永磁旋转磁系
• 2 精矿传送带
• 2.1 保护磁系，起移动介质的作用
• 2.2 形成层流边层，起导引颗粒实现分离作用
• 2.3 利于设备向大型化、系列化方向发展
• 3 分选的最佳形式及其条件
• 4 矿粒分选过程的数学模型
• 4.1 磁性颗粒的受力分析
• 4.2 磁性颗粒在分选区内的数学模型
• 4.3 分选实验
• 5 经济效益测算分析
• 5.1 实验取得的经济效益
• 5.2 运行费用取得的经济效益
• 5.3 经济效益评价
• 6 问题及改进
• 7 小结
• 第八章 YDQC 磁选机磁系结构优化设计及其参数化 CAD 系统研究与开发
• 1 YDQC 磁选机结构优化设计
• 1.1 优化设计的基本概念
• 1.2 YDQC 磁选机优化设计模型的建立
• 2 基于 VB 的 YDQC 磁选机参数化 CAD 设计
• 2.1 参数化绘图的实现
• 2.2 设计文档的生成
• 2.3 标准件图形数据库
• 3 优化设计 CAD 系统的开发与实现
• 3.1 参数优化设计模块
• 3.2 参数化绘图模块
• 4 小结
• 第九章 主要结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 在读期间发表论文及科研情况