湿式永磁强磁选机磁系研究及设备研制

论文摘要

在永磁设备研制中,磁系设计是关键,对分析磁选设备性能,确定磁系结构参数、磁场性质、磁性颗粒受力情况及机械结构等起着重要作用。课题针对目前普通湿式永磁磁选机磁场强度不高,对弱磁性矿物粗选、尾矿抛尾以及非金属除铁效果不理想,提出了新的磁系机构,大大提高了作业空间内的磁场强度。同时对于磁选机磁系和机构优化设计综合运用多学科研究,包括磁性材料、复变函数、有限元磁场仿真、机械设计、有限元机构优化设计、系统开发、磁选技术、选矿工艺等,完成了对称圆角齿极磁场的理论研究和设备的实际制造工作,同时为同类磁选设备研究提供了理论依据,缩短了研发周期。课题主要从磁系材料选取,磁场理论计算和仿真模拟,设备研制,系统开发,试验五方面进行了研究与分析。（1）通过国内外磁性材料的对比分析,研究不同硬磁和软磁材料性能,选用NdFeB永磁材料,其表面磁感应强度为0.5T,磁感应矫顽力808KA/m,内禀矫顽力为1740KA/m,最大磁能积326-334KJ/m3。该磁性材料较高的磁感应强度、稳定的性能和适中的价格满足了强磁选机的设计要求。（2）运用复变函数解析解法,推导出了对称圆角齿极的磁场分布规律,磁场强度大小为磁场方向并绘出了圆齿齿极对磁场气隙空间的磁通分布。（3）运用高级有限元分析软件ANSYS对磁系的二维及三维模型进行了静态磁场分析,得到了磁系的磁力线分布、磁场强度、磁感应强度、指定路径磁感应强度分布规律以及三维模型的磁感应强度切片。并运用参数化语言APDL编译了优化设计程序,可对不同结构、几何参数及材料的磁系进行系统的仿真分析。通过不同的方案进行对比分析,得出最优的磁系结构形式及参数。在最优条件下,对称圆角齿尖表面理论磁感应强度达到2.31 T,满足设计要求。（4）设计制造出了湿式永磁强磁选机磁盘单元磁场测量机构及原理试验机,可对磁盘单元进行详细的磁场测量和进行选别试验；完成了湿式永磁强磁选机整机设计,对给矿箱、冲矿管、机架等主要机构进行了改进设计,使布料更均匀；在矿石接触的机体表面粘贴耐磨层,延长其使用寿命；改进磁盘设计,增加了分选面积；当极距为10mm时,表面磁感应强度达到2.25T；并运用COSMOS有限元软件对磁盘、主轴主要部件在受到最大磁场力情况下进行了结构受力分析,磁盘的安全系数达到了6.7,达到了较高的安全系数和可靠性,同时还节省了材料及加工费用,满足了设计要求,符合矿山实际生产的需要。（5）基于Visual Basic对ANSYS 12.0进行了永磁场仿真的二次开发,并结合SQL Sever 2000数据库技术开发了永磁磁选机磁系优化设计仿真系统,并开发了材料库、磁系优化设计及数据输出等模块。通过磁系虚拟优化设计,提高了永磁磁选机设计及优化效率,缩短了设计周期、节约了设计试验成本。（6）应用湿式永磁强磁选机对钾长石除铁进行试验研究,在最佳试验条件下,原矿中Fe203含量从0.52%下降到0.17%,精矿产率到达84.61%,除铁率达72.34%。结果表明该磁选机结构设计合理,选别指标和除铁效果良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外永磁磁选机研究现状及进展
• 1.1.1 国外永磁磁选机研究进展
• 1.1.2 国内永磁磁选机研究进展
• 1.1.3 永磁磁选机技术现状及存在的主要问题
• 1.1.4 永磁磁选机发展趋势
• 1.2 永磁磁路设计方法研究
• 1.2.1 磁路计算的基本方程组
• 1.2.2 磁路磁系设计的基本原则
• 1.2.3 磁路的基本类型
• 1.2.4 聚磁技术
• 1.3 磁系磁场分布研究
• 1.3.1 磁场分布研究方法
• 1.3.2 磁场分析边界条件
• 1.3.3 永磁场数值模拟技术
• 1.4 课题研究目的、意义
• 1.5 课题研究目标及内容
• 1.5.1 研究目标
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 磁性材料特性
• 2.1 永磁材料的发展历史及现状
• 2.2 永磁材料磁性能的特性参数
• 2.2.1 退磁曲线
• 2.2.2 回复线
• 2.2.3 内禀退磁曲线
• 2.2.4 稳定性
• 2.3 常见稀土永磁材料的特性
• 2.3.1 Sm-Co系稀土永磁材料
• 2.3.2 Nd-Fe-B系稀土永磁材料
• 2.3.3 Sm-Fe-N系稀土永磁材料
• 2.3.4 双相复合永磁体材料
• 12Nx系稀土永磁材料'>2.3.5 Nd（Fe,Mo）₁₂Nx系稀土永磁材料
• 2.4 软磁材料特性
• 2.5 永磁强磁选机磁系永磁材料选取
• 2.5.1 磁系材料选取
• 2.5.2 钕铁硼磁块磁场测量
• 2.6 小结
• 第三章 湿式永磁强磁选机磁系设计与分析
• 3.1 磁性矿物在分选空间内选别数学模型
• 3.1.1 分选的最佳形式及其条件
• 3.1.2 磁性颗粒在分选空间中的受力分析
• 3.1.3 磁性颗粒在分选区内的数学模型
• 3.2 磁盘结构及磁路计算
• 3.2.1 盘式磁选机磁盘结构及工作原理
• 3.2.2 气隙磁导的计算
• 3.2.3 等效磁路计算
• 3.3 解析解法对对称圆角齿极磁场分布研究
• 3.3.1 求解模型
• 3.3.2 复数变换
• 3.3.3 磁场分布
• 3.4 基于ANSYS的磁场分布有限元法研究
• 3.4.1 基本原理
• 3.4.2 基本假设
• 3.4.3 二维静态磁场分析
• 3.4.4 三维静态磁场分析
• 3.5 小结
• 第四章 湿式永磁强磁选机结构设计及装配工艺研究
• 4.1 磁盘磁场强度测量装置设计及制造
• 4.1.1 测量装置设计
• 4.1.2 测量装置原理
• 4.1.3 磁场测量
• 4.2 湿式永磁强磁选试验机
• 4.2.1 结构组成
• 4.2.2 分选原理
• 4.2.3 磁场强度测量
• 4.3 湿式永磁盘式强磁选机结构特征及工作原理
• 4.3.1 整机结构特征
• 4.3.2 工作原理
• 4.3.3 湿式永磁强磁选机特点
• 4.3.4 解决的几个关键技术问题
• 4.4 重要零部件的有限元受力分析
• 4.4.1 基于COSMOS的磁盘结构优化设计
• 4.4.2 基于COSMOS的主轴有限元分析
• 4.5 湿式永磁盘式强磁选机制造、组装工艺
• 4.5.1 磁盘夹具设计
• 4.5.2 磁系固定及表面防护工艺
• 4.5.3 生产制造、装配工艺
• 4.6 小结
• 第五章 永磁磁系磁场仿真与优化系统
• 5.1 永磁磁系磁场仿真系统建模研究
• 5.1.1 系统模型层次研究
• 5.1.2 系统仿真流程研究
• 5.2 系统整体设计
• 5.2.1 系统数据结构设计
• 5.2.2 系统功能结构设计
• 5.2.3 系统开发工具和环境
• 5.3 系统主要功能模块
• 5.3.1 登录窗口
• 5.3.2 材料库
• 5.3.3 APDL参数命令流导入模块
• 5.3.4 基于ANSYS的磁系仿真与优化模块
• 5.3.5 数据报表输出
• 5.3.6 用户管理模块
• 5.4 小结
• 第六章 湿式永磁强磁选机除铁试验研究
• 6.1 试验设备
• 6.2 矿样制备
• 6.3 矿样性质
• 6.3.1 原矿的物理性质研究
• 6.3.2 原矿的化学组成成分
• 6.3.3 原矿中各矿物比磁化系数
• 6.4 湿式永磁强磁选机对钾长石除铁试验研究
• 6.4.1 磨矿细度试验
• 6.4.2 磁场强度条件试验
• 6.4.3 分选因素正交试验
• 6.4.4 最佳条件试验
• 6.5 小结
• 第七章 结论及展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 博士期间发表的论文及参加科研情况
• 附录A 2D模型分析APDL命令流
• 附录B 磁系二维模型部分节点磁场强度数据
• 附录C 3D模型分析APDL命令流