铁矿石磁选新工艺新技术---磁学基础(六)

    B  闭合磁路
    强磁场磁选机常用闭合磁路产生磁场。闭合磁路主要有两种：铁芯闭合磁路和“ 窗框”磁体磁路。
    铁芯磁路的典型结构如图9所示。磁路的磁动势由下式计算：

    式中  F_m———磁动势，A；
          d———空气隙宽度，m；
          ι和ι_y———为磁极和磁轭长度，m；
          Ag———气隙有效断面积，m²；
          A、Ay和μ_r、μ_ry——磁极和磁轭断面积，m2和相对磁导率。
    从44式可以看出，在正确设计的磁路中，磁极和磁轭的磁阻最好能略去不计，起码也应当比气隙磁阻要小得多。若要这样，必须A_y＞＞Ag、ι和ι_y尽可能短以及磁路所有铁部件的μ_r、和μ_ry 要大。
   （44）式也可写成下式：
                            F_m=NI=(NI)′(1+p)                (45)
    式中  NI———磁路实际需要的安匝数，A；
         (NI)′=Hd———气隙需要的安匝数，A；
          p———铁磁阻与气隙磁阻之比。漏磁因子p是磁路缺陷的量度。p一经可靠地确定，设计
                 就有把握进行下去。[next]

    高梯度磁选机常采用“窗框”磁体磁路（图10).它由线圈和铁回路两部分组成。用45式可以计算这种磁路的磁动势。在估算时p值取p≈0.2。
    设计举例：如图10所示，设D₁=2米、d=0.5米、背景磁场B_O=2特，则
                               (NI)′=Hd=(B_o/μ_o)d≈8×10⁵A
                              NI=(NI)′(1+p)=8×10⁵(1+0.2)=9.6×10⁵A
    电流与匝数的分配取决于采用何种供电制度，即大电流低电压还是小电流高电压。从技术和经济方面考虑，采用大电流低电压供电较为合理。线圈用大载流空心水冷铜导线绕制。这样，取I=3000安、N=320较为合适。取电流密度j=3.2×10⁶安/米²，填充因子λ=0.75，则所需线圈断、面积S=NI/(Jλ)=0.4米².线圈电阻

    把h=d（即短线圈，极头长度为0）代入47式，求得R=5.4×10^-2欧。从47式可以看出，随着h增大R 减小.R减小，电耗和线圈所需之铜量均下降。另一方面，如果h增大，一部分磁动势将损耗在磁极头的磁化上，同时磁路所需之铁量增大。这样，最佳设计不仅决定于技术参数，也要在铜价和生产费用及铁价和可用空间之间权衡。一个合理的折中方案是采用长线圈，即h=2d.将h=2d代入47式，R=4.6×10^-2欧。但这时磁回路的磁通面积要比极头面积大1.5到2倍。对本例而言，W≈4米，H≈2.5米。
    这样，整台磁选机的尺寸为：D₁≈2米；D₂≈2.8 米；W≈4米;d≈0.5米；h≈1米；H≈2.5。所需励磁电压V=IR≈140伏；直流电功率P=I²R≈420千瓦。线圈产生的热量用去离子水通过热更换器冷却。
    磁体头两极之间的磁力F_m=π(B_oD₁)²/8(μ_o)≈5×10⁵牛≈500 吨。这样大的力要求磁体框架结构的垂直偏差极小。
    磁体的自感L=ФN/I=πμo(D₁N)²/(4d)≈0.81亨，时间常数т=L/R≈17.5 秒。时间常数表明当磁体励磁和退磁时需要相当时间才能达到最终稳定值。