趙春琳

（中核建中核燃料元件有限公司，四川宜賓 644000）

0. 引言

高純粉體材料外觀(guān)質(zhì)量要求高，夾雜物控制嚴(yán)格，產(chǎn)品夾雜物檢測(cè)檢出的雜質(zhì)多為含鐵磁性物質(zhì)。

高純粉體材料經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，目前含鐵雜質(zhì)的去除主要采用人工使用磁棒在產(chǎn)品中攪拌除鐵的磁選方式。磁選過(guò)程人因影響較大，勞動(dòng)強(qiáng)度大且效率低，易造成二次污染，粒度發(fā)生變化影響外觀(guān)質(zhì)量。因此，改進(jìn)高純粉體材料中含鐵雜質(zhì)去除工藝對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率有重要意義。

1. 磁選器選型與設(shè)計(jì)

1.1 磁選器分類(lèi)

衡量磁選器性能的主要指標(biāo)是磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁性物質(zhì)去除率，在選擇磁性設(shè)備時(shí)主要看其磁感應(yīng)強(qiáng)度的高低，磁感應(yīng)強(qiáng)度越高，磁性金屬雜質(zhì)去除率就越高。

國(guó)內(nèi)外使用的磁選器種類(lèi)很多，分類(lèi)方法不一，按磁選器的磁源可分為永磁磁選器和電磁磁選器，根據(jù)磁場(chǎng)強(qiáng)弱可分為弱磁場(chǎng)磁選器、中磁場(chǎng)磁選器和強(qiáng)磁場(chǎng)磁選器，根據(jù)介質(zhì)、磁場(chǎng)類(lèi)型、機(jī)體外形結(jié)構(gòu)亦可有不同的分類(lèi)方式。

1.2 磁選器選型

1.2.1 磁選器磁源

電磁鐵需要大量的銅線(xiàn)繞圈來(lái)產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，體積龐大，移動(dòng)不便，實(shí)驗(yàn)證明電磁鐵吸引力在間隔距離≥1mm后衰減嚴(yán)重[1]。

永磁鐵的磁力一直存在，不受外界環(huán)境太大干擾。且永磁鐵價(jià)格相對(duì)電磁鐵較低。永磁鐵周?chē)^電磁鐵衰減較少。

由于高純粉體材料物化性質(zhì)特殊，磁選均須在特殊環(huán)境的工作箱內(nèi)完成，對(duì)磁選設(shè)備尺寸大小具有較高要求，特選用永磁鐵作為磁選器的磁源。

1.2.2 磁選器樣式

磁選器樣式分類(lèi)較多，環(huán)式磁選器適合連續(xù)進(jìn)料的磁選方式。高純粉體材料為批次物料，每批物料的重量、質(zhì)量相對(duì)獨(dú)立，不容混料。每批物料磁選后要求及時(shí)清理磁選器，一方面防止混料，另一方面也可保證磁選效果。

結(jié)合物料自身性質(zhì)及現(xiàn)行工藝，為方便后續(xù)操作特采用抽屜式磁選器。抽屜式磁選器廣泛適用于食品、醫(yī)藥、化工等行業(yè)的鐵磁性物質(zhì)的過(guò)濾清除。抽屜式磁選器磁棒磁路分布使磁棒之間的空隙中磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到最大，當(dāng)物料從頂部進(jìn)料垂直下落時(shí)經(jīng)過(guò)磁棒區(qū)域時(shí)物料里的鐵雜質(zhì)被磁化，從而被牢牢地吸附在磁棒上。抽屜式磁選器清理方便，取出磁格柵，把磁棒清理干凈即可。

1.3 抽屜式磁選器的設(shè)計(jì)

經(jīng)典電磁理論認(rèn)為，導(dǎo)磁材料在磁場(chǎng)中所受的力可歸結(jié)為分子電流所受的力[2]。

其中B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，μ0為真空磁導(dǎo)率，μr為磁介質(zhì)相對(duì)磁導(dǎo)率，S為磁場(chǎng)與導(dǎo)磁材料作用面的面積。

由于磁場(chǎng)在導(dǎo)磁材料所在區(qū)域分布的復(fù)雜性，故直接使用公式（1）積分來(lái)求磁場(chǎng)力往往比較困難，實(shí)際使用中，一般假設(shè)磁場(chǎng)在導(dǎo)磁材料所在區(qū)域分布均勻一致，又由于導(dǎo)磁材料磁導(dǎo)率較大（μr＞＞1），可將公式（1）簡(jiǎn)化為[3]

由公式（2）可知，導(dǎo)磁材料在磁場(chǎng)中所受的力與磁感應(yīng)強(qiáng)度呈二次線(xiàn)性關(guān)系，實(shí)際應(yīng)用也證實(shí)永磁鐵吸引力在間隔距離≥3mm后衰減明顯[4]。因此，通過(guò)抽屜式磁選器磁棒磁路表面物料層厚度不宜大于3mm，選用刀口式強(qiáng)磁棒則下料漏斗出口間隙不宜大于6mm。為保證磁選效果，用3根強(qiáng)磁棒組成磁格柵呈“品”字型排布。

為保證產(chǎn)品質(zhì)量，抽屜式磁選器選用不銹鋼SUS316材質(zhì)，表面拋光處理。主體結(jié)構(gòu)由下料漏斗、抽屜式磁格柵和支座組成（磁場(chǎng)峰值≥12000GS），磁選時(shí)只需將物料倒入下料漏斗，物料在重力作用下流過(guò)漏斗下方磁格柵，即可完成磁選。抽屜式磁選器如圖1所示。

圖1 抽屜式磁選器

2. 磁選器效果實(shí)驗(yàn)

通過(guò)X射線(xiàn)裝置對(duì)用抽屜式磁選器去雜質(zhì)前后的物料進(jìn)行照射成像，對(duì)比去除雜質(zhì)前后的照片檢驗(yàn)鐵雜質(zhì)去除效果。

2.1 實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備

準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)用工作箱，清洗烘干后的抽屜式磁選器送入工作箱，收集人工磁選出的鐵屑保存待用。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將不含鐵磁性物質(zhì)單批次物料倒入容器中，用X射線(xiàn)裝置照射成像，保存不含雜質(zhì)物料照片。

（2）向物料中加入事先收集的鐵屑若干，適當(dāng)攪拌后再次用X射線(xiàn)裝置照射成像，保存加入鐵屑后的物料照片。

（3）將全部物料均勻倒入抽屜式磁選器中，物料流過(guò)強(qiáng)磁鐵被磁選，記錄下料時(shí)間。

（4）將磁選后物料倒入容器中器，用X射線(xiàn)裝置照射成像，保存磁選后物料照片。

（5）重復(fù)步驟（2）～（4），對(duì)比前后多次X射線(xiàn)成像照片，判讀磁選效果。

3. 結(jié)果與討論

3.1 一次磁選實(shí)驗(yàn)

全部物料均勻倒入抽屜式磁選器中，物料經(jīng)過(guò)1次磁選，將磁格柵從實(shí)驗(yàn)工作箱中取出，檢查強(qiáng)磁棒上的鐵屑吸附情況，如圖2所示?？梢?jiàn)，磁棒上吸附了非常多的鐵屑雜質(zhì)，物料幾乎無(wú)夾帶。

圖2 磁棒上的鐵屑吸附情況

對(duì)比前后多次X射線(xiàn)成像照片，結(jié)果如表1所示。

表1 1次磁選情況

由表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，物料經(jīng)過(guò)1次磁選后夾雜物去除率＞88%。

3.2 磁選效果穩(wěn)定性測(cè)試

為檢驗(yàn)磁選器除鐵效果穩(wěn)定性，每隔一周進(jìn)行一次除鐵效果測(cè)試，共進(jìn)行了5組測(cè)試。將物料2次通過(guò)磁選器全部物料經(jīng)過(guò)2次磁選，對(duì)比前后多次X射線(xiàn)成像照片，結(jié)果如表2所示。

表2 2次磁選效果穩(wěn)定性測(cè)試

由表2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，物料經(jīng)過(guò)2次磁選后夾雜物去除率達(dá)100%，磁選效果穩(wěn)定。

3.3 結(jié)果討論

（1）物料通過(guò)磁選器，物料無(wú)二次污染和二次破碎，強(qiáng)磁棒上吸附物主要為鐵屑雜質(zhì)，物料幾乎無(wú)夾帶，較人工磁選方式磁選效果更好、物料損耗少。

（2)物料經(jīng)過(guò)1次磁選后夾雜物去除率＞88%，2次磁選后夾雜物去除率達(dá)100%。

（3）批次物料2次磁選的時(shí)間約90s，較人工磁選方式時(shí)間大大縮短，降低勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)生產(chǎn)效率大大提高。

（4）磁選器較人工磁選方式有更好的穩(wěn)定性，一次合格率可達(dá)100%。

4. 結(jié)論

抽屜式磁選器在高純粉體材料磁選過(guò)程中的應(yīng)用規(guī)避了人工磁選方式帶來(lái)的各種缺陷，可顯著減少人因影響，確保產(chǎn)品含鐵雜質(zhì)去除率，不影響產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率。