一软件模拟结果分析

1钕铁硼磁块牌号的选择

钕铁硼永磁磁块有多种不同性能的牌号，较常见的有烧结型的N50，N38，N27。不同的数字牌号表示不同大小的磁能积。磁能积是退磁曲线上任何一点的B和H的乘积，是衡量磁体所储存能量大小的重要参数之一。在能满足所需磁感应强度的前提下，希望使用的磁性材料越便宜、来源越广泛越好。在钕铁硼磁块尺寸等可能影响磁感应强度因素相同的情况下，若低牌号的钕铁硼磁块能达到所需要的磁感应强度，则应尽可能使用低牌号磁块。在磁系底板材料为Q235，钕铁硼磁块厚度为30mm，磁块纵向间隙40mm的条件下，利用A．M．软件模拟了使用牌号分别为N50，N38和N27的钕铁硼永磁磁块所形成的不同的磁系，并求解了距离磁系表面不同距离处磁场的分布情况。由于磁系磁场具有对称性，因此，截取考察直线上的部分点就可以表达清楚磁场分布趋势和强度。需要说明的是，凡是和磁系模拟相关的图表中，横坐标的距离指的均是该点到模型坐标原点的横向距离。磁感应强度在垂直方向上衰减速度很快，当达到一定的磁场作用深度后，磁场分布变得十分平缓，以一条直线为中心窄幅波动;随着磁块磁能积的增大，磁感应强度的峰、谷值也增大，但不同牌号磁块构成的磁系磁感应强度的峰、谷值之差基本一致。由于板式磁选机是贫磁铁矿石的干选设备，应在尽可能抛除废石的同时控制住尾矿中磁性铁的含量，因而希望分选区的磁感应强度越大越好，磁场作用深度越深越好。在距离磁系表面0mm处不同牌号的磁块构成的磁系表面磁感应强度差距最显著，N50磁块形成的最高磁感应强度可达到1.5T，而N27磁块形成的最高磁感应强度只能达到1T;随着距离磁系表面的距离越来越远，不同牌号的磁块所形成的磁感应强度差异越来越小，尤其是N50磁块和N38磁块之间。但是在实际磁块充磁过程中，磁块的性能往往不能达到理论水平，再考虑安装时可能造成的磁块边角损坏会降低磁块场强，因此，为了尽可能确保较高的磁感应强度，选用磁能积较大的N50钕铁硼永磁磁块更好。

2钕铁硼磁块厚度的选择

在磁体使用时对应于一定能量的磁体，要求磁体的体积尽可能小。影响磁场分布情况的主要是磁块的厚度，因此使用A.M.软件考察了长×宽为80mm×60mm的磁块不同厚度情况下的磁场分布。在磁系底板材料为Q235，钕铁硼磁块性能牌号为N50，磁块纵向间隙40mm的条件下，模拟厚度分别为10，20，30，40和50mm的钕铁硼永磁磁块形成的不同的磁系在距离磁系表面不同距离处的磁场的分布情况。①磁块越厚，产生的磁感应强度越大，磁场作用深度越深。②厚度为10mm的磁块，距离磁系表面3mm处的最高、最低磁感应强度已衰减到400mT和150mT左右，磁场作用深度太浅，可以排除。③厚度为20mm的磁块，磁系表面磁感应强度最高达1.3T，距离磁系表面3mm处的最高、最低磁感应强度已衰减到550mT和300mT左右，距离磁系表面8mm处进一步衰减至400mT和270mT左右，距离磁系表面30mm处则衰减到了170mT左右，该磁块基本满足磁感应强度要求。④厚度为30mm的磁块，距离磁系表面8mm处的最高、最低磁感应强度为500mT和350mT，距离磁系表面30mm处则衰减到210mT左右，作用深度比20mm厚的磁块要深，在主要选别区域内的场强较适宜。⑤当磁块厚度达到40mm和50mm时，能够达到的磁感应强度更高，接近中场强。按照磁块选择原则，磁能积一定的情况下，在能够满足磁感应强度的前提下，选择体积小的磁块。贫磁铁矿的选别属于弱磁选，考虑贫磁铁矿中磁性铁含量较低，磁选场强可以稍高，因此选择厚度为30mm的钕铁硼永磁磁块。

3磁系纵向间隙的确定

气隙会导致场强迅速减弱，但合适的间隙不影响磁性物料在磁场中的磁翻转作用，并且可以节省磁性材料的使用，也便于磁系的安装。磁块在横向布置上一般是紧密布置的，对于板式磁选机而言，物料的磁翻转作用主要发生在纵向的搬运过程，横向都是极性相同的磁极，若是存在横向间隙，势必会导致在分选过程中出现一条一条的物料层，造成回收率的损失，因此只需确定纵向间隙的大小。在磁系底板材料为Q235，钕铁硼磁块性能牌号为N50，磁块厚度为30mm的条件下，对磁块纵向间隙分别为0，10，30，40和50mm磁系进行软件模拟。

4磁系底板材料的确定

磁系底板对磁场的大小和分布有着重要的影响，底板材料大致分为2类:导磁材料和不导磁材料。为了方便原材料的采购，选择不锈钢板(不导磁材料)、铁板、Q235钢板作为磁系底板候选材料，分别对这些材料进行软件模拟，选择出适合的磁系底板。在钕铁硼磁块性能牌号为N50，磁块厚度为30mm，磁系纵向间隙为40mm的条件下，对不同的磁系底板材料进行软件模拟，考察各材料的漏磁情况，主要参考磁力线的分布情况，距离磁系表面不同距离处的磁场分布情况作为辅助参考，从而确定合适的底板材料。磁系表面一定距离处的磁感应强度(以3mm处为例)。由于不锈钢板是不导磁材料，无法闭合磁力线，因而底板两侧的磁力线几乎呈对称分布，造成磁场分散;而纯铁板和Q235钢板是导磁材料，磁力线到达底板后闭合，没有磁块的一侧几乎没有磁力线分布，说明没有磁块的一侧磁场力很小，这样的磁力线分布情况便于磁系的安装。纯铁板和Q235钢板作为底板能够达到的磁感应强度比以不锈钢板为底板的更高，作用深度也更深，且纯铁板和Q235板为底板形成的磁场分布情况几乎一致，磁系表面其他距离处的情况完全类似，不赘述。考虑原材料的价格与采购难易度，选择Q235钢板作为磁系底板材料。

二磁系模型实测结果

根据软件模拟结果确定的磁系参数，制作了磁系的实物模型。使用高斯计对实物模型距磁系3mm处的磁感应强度进行了测量，实测结果与模拟结果对比见图8。由图8可以看出，实测结果和模拟结果基本一致，说明了模拟结果的可靠性。至于实测结果略低于模拟结果，这既可能与钕铁硼磁块实际充磁值达不到理论值有关，也可能与磁系安装过程中造成的磁块损坏、安装精度不够造成气隙等有关。

三结语

(1)根据板式磁选机的实际用途，运用A．M．软件对板式磁选机磁系磁场分布的仿真模拟，确定的磁块为牌号为N50的钕铁硼磁块，磁块厚度为30mm，磁块的纵向间隙为40mm，磁系底板材料为Q235。

(2)根据模拟研究确定的磁系参数制作了实物模型，其磁感应强度实测值与模拟结果基本一致，说明模拟结果非常可靠。

作者：卢俊颖王化军方昊冯志远张开路单位：北京科技大学土木与环境工程学院金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室