【正文】 了以下研究工作 。 釩鈦磁鐵礦脫磁器的硬件設(shè)計(jì) I 摘 要 我國一些鐵礦選礦廣試用了脫磁技術(shù)，它初步顯示出重要作用。改善了選礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，保證新工藝的順行 ，本文根據(jù)細(xì)粒磁性物回收工藝中需要使用脫磁器的要求，首次提出磁場(chǎng)強(qiáng)度高、能耗低、高性價(jià)比、具有自適應(yīng)控制功能的脈沖脫磁器的研究和設(shè)計(jì)。 首先， 本文對(duì)預(yù)磁化機(jī)理進(jìn)行了研究，首次提出脈沖脫磁器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將 RLC電路振蕩波形轉(zhuǎn)變?yōu)檎駝?dòng)波形，形成“脈振”高場(chǎng)強(qiáng)。系統(tǒng)控制板軟件、硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)了磁場(chǎng)強(qiáng)度和周期的 自適應(yīng)控制、重懸浮液磁性物濃度測(cè)量、同步信號(hào)檢測(cè)、報(bào)警控制、雙磁體線圈交替工作控制等功能。 本文最后對(duì)脈沖脫磁器整體裝置進(jìn)行了工作性能和脫磁效果測(cè)試。 本文的完成推動(dòng)了選煤行業(yè)電磁系脫磁器的發(fā)展，而且作為磁化設(shè)備可以向鐵選礦廠的礦漿預(yù)磁化、鍋爐水磁化、污水處理磁化、煉鐵廠鐵粉回收磁化的工藝中推廣應(yīng)用。礦業(yè)，是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。對(duì)這些廢棄物的處理、處置和綜合回收利用，將具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。同時(shí)，鈦磁鐵礦的磁性參數(shù)還與其主要化學(xué)成分有一定的相關(guān)性。同時(shí)，礦石中鈦鐵礦含量相對(duì)較高，有利于鈦的回收，可獲得較高回收率。 在 40 年代前已被發(fā)現(xiàn)。 由于各國礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量及含釩 鈦 磁鐵礦冶煉技術(shù)水平不一，各國對(duì)釩 鈦 磁 鐵礦利用的側(cè)重點(diǎn)不盡相同。芬蘭主要從中回收釩與 鈦 ；南非從中回收釩與鐵 ； 挪威、美國從中回收 鐵； 我國則從中回收釩、鐵、 鈦 以及含鉆鎳硫化物。雖然從分布上看北 自 黑龍江，南至廣東省，東起河北省，西到新疆、四川等十幾個(gè)省區(qū)內(nèi)均有發(fā)現(xiàn)，然而約占總儲(chǔ)量 90%以上的釩 鈦 磁鐵礦則集中于四川攀西地區(qū)。早在 50 年代中期，我國科技 人員就開展了大 廟 釩 鈦 磁鐵礦選礦試驗(yàn)研究，并建成了雙塔山選廠。 60 年代中期，由于我國科技人員成功地解決了用普通高爐冶煉高 鈦 型釩 鈦 磁鐵礦的技術(shù)問題，從而為攀枝花釩 鈦 磁鐵礦的綜合利用和開發(fā)開辟了廣闊前景 。 70 年代中期研究了黑山釩 鈦 磁鐵礦選礦性能，依據(jù)試驗(yàn)成果建成了黑山選廠。與國外處理同類礦石的選廠相比， 我國釩 鈦 磁鐵礦的綜合 利用已達(dá)到相當(dāng)高的水平，不久的將來有可能居于世界領(lǐng)先地位。 磁鐵礦 (Fe304)屬于亞鐵磁性物質(zhì)。磁性特征中的剩磁矯頑力萬。 在老廠改造和新建選礦廠中，采用細(xì)篩技術(shù)提高精礦品位和階段磨選聯(lián)合流程的采用都必須應(yīng)用脫磁技術(shù)。 脫磁器的脫磁 效 率 的好壞直 接影響選礦工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)，因此找出脫磁器參數(shù) :磁鐵礦磁性、選礦工藝參數(shù)之間的關(guān)系是必要的。改善了選礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，保證新工藝的順行。 本課題的發(fā)展 現(xiàn)狀 脫磁器在我國的應(yīng)用已有 50 多年的歷史 ， 70 年代以后相繼開發(fā)了多種類型、多種規(guī)格的脫磁器。主要有 3 種類型 ： 工頻、中頻和脈沖型。塔輪式脫磁線圈直接采用 50Hz 工頻電源 ， 依靠從大到小多個(gè)串在一起的線圈產(chǎn)生軸向衰減的磁場(chǎng)強(qiáng)度 ， 達(dá)到對(duì)礦物的脫磁。這不但增加了電耗和銅耗 ,而且給線圈散熱帶來困難。因此 ， 工頻脫磁器一般用于要求退磁場(chǎng)強(qiáng)較低的磁性礦物的脫磁。它在線路上采用了逆變和并聯(lián)電容諧振的原理 ,使脫磁線圈上產(chǎn)生比輸入電流大 10 倍的中頻諧振電流 ,脫磁線圈保留了工頻脫磁器的塔輪式結(jié)構(gòu)。對(duì)磁性礦物達(dá)到較理想的脫磁效果。 脈沖脫磁器 脈沖脫磁器是八十年代后開發(fā)研制的新型高效脫磁設(shè)備。這種脫磁器運(yùn)行穩(wěn)定 ， 維護(hù)和操作方便 ， 脫磁線圈用銅材很少且不發(fā)熱。是一種高效節(jié)能設(shè)備。 本課題的技術(shù)要求 脈沖脫磁器是利用電容器和脫 磁線圈組成最簡單的 RLC 振蕩器 ,， 設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡單 易用 、能耗低、 并且能夠根據(jù)工礦條件自主調(diào)節(jié)工作狀態(tài)的 脈沖 脫磁器。 降低選 礦 成本，提高 釩鈦磁鐵礦的 質(zhì)量，增加 選礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和 社會(huì)效益。本章介紹了本課題的來源、目的和意義以及當(dāng)前發(fā)展的現(xiàn)狀，給出了裝置的具體技術(shù)指標(biāo)。 本章將根據(jù)鐵磁性物質(zhì)的磁化原理，首次提出脈沖脫磁器系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和脈沖雙磁體線圈結(jié)構(gòu)。 第三章 為“ 脈沖 脫磁器 硬件和軟件設(shè)計(jì) ” 。系統(tǒng)控制板的軟件和硬件結(jié)合將會(huì)有自適應(yīng)控制、雙磁體線圈交替工作控制、良好人機(jī)接口等功能。 本章對(duì)全文進(jìn)行了概括和總結(jié)，并對(duì)脈沖脫磁器更深入的研究做出了展望。1 所示 圖 21所示， 脫磁器的場(chǎng)強(qiáng)變化應(yīng)是一衰減正弦波或衰減余弦波。 脈沖脫磁器的原理 脈沖脫磁器是利用電容器和脫磁線圈組成最簡單的 RLC 振蕩器 ,其原理如圖2 圖 2電容充足電后控制可控硅 SCR1 關(guān)斷 ， 釩鈦磁鐵礦脫磁器的硬件設(shè)計(jì) 6 隨后控制可控硅 SCR2 打開 ， 充足電的電容器和脫磁線圈接通?；芈肪彤a(chǎn)生了一個(gè)按指數(shù)規(guī)律衰減的減幅振蕩電流。其磁場(chǎng)變化曲線如圖 2 圖 按指數(shù)規(guī)律衰減的余弦波 回路的振蕩頻率為 : ,振蕩減幅的快慢決定于回路的參數(shù)。因此只要調(diào)整回路參數(shù)就能調(diào)整脫磁器的工作場(chǎng)強(qiáng)、磁場(chǎng)梯度和磁化頻率 ,達(dá)到較好的脫磁效果。 其中 電容采用 15KVAR，額定電壓為 600V 的三相電力電 解 容 [7,8,10]， 其主要特點(diǎn)是比電容大、體積小、質(zhì)量輕，有自愈特性，單位電容量的成本低 。 當(dāng) 脫磁器 處于工作狀態(tài)時(shí)，必須使充電回路和放電回路快速交替地工作。2中的開關(guān) 1 和開關(guān) 2 換成可控硅，則當(dāng)充電回路可控硅導(dǎo)通角不為 0 或 ? 時(shí)，用脈沖信號(hào) 首先依據(jù)同步信號(hào)在電源電路正半周觸發(fā) SCR1，向電容充電。然后延 時(shí) 10ms 觸發(fā)可控硅 SCR2，電容向電感線圈脈沖放電產(chǎn)生 3/4 周的脈振磁場(chǎng)，可控硅 SCR2 自動(dòng)關(guān)閉。在放電回路中，為保證線圈磁 能、 電能的轉(zhuǎn)換和磁場(chǎng)的振動(dòng)效果，需另外與 SCR2反向并聯(lián) 電力二極管，電力二極管使電容反向放電形成 脈沖振動(dòng)磁場(chǎng) ，電感線圈L L2 根據(jù)設(shè)定的時(shí)間周期交替工作 。5 所示 。5 主電路原理圖 充電回路 假定充電回路中的電阻為 R，電容為 C，電源電壓為 us(t)，可控硅導(dǎo)通后電路中的電流為 i1，電阻兩端的電壓為 ur，電容兩端的電壓為 uc，電抗器兩端電壓為ul。由基爾霍夫定律可寫出回路方程為 )t()t(Ridt )t(diLsuu c ??? (22) 將式 (22)，消去中間變量 dtduCi c? ，得到描述 RLC 充電回路的微分方程 如式 (2 )t(udtduRCdt udLsc2 c2 ???cuC (23)有初始條件 i1（ 0） =0 uc（ 0） =0 令 )]t(u[)s(U ii ?? ， )]t(u[)s(U 00 ?? ，且 )0(00 u)s(sU]dt )t(du[ ??? 釩鈦磁鐵礦脫磁器的硬件設(shè)計(jì) 8 )0(u)0(su)s(Us]dt )t(ud[ 39。0 是 dt/)t(du0 在 t=0 時(shí)的值，即 C )0(i)t(iC1dt )t(du 0t0t0 ?? ?? 對(duì)式各項(xiàng)取拉式變換得傳遞函數(shù) )1R C SL C S/(1)s(U/)s(U 2i0 ??? (2 在充電回路中電源正半周過零，在峰值處觸發(fā)充電可控硅導(dǎo)通 ，峰值處導(dǎo)通以補(bǔ)償電容上次放電損失的電能。對(duì)式 (216)。5) 式中 LC10 ?? 自然頻率 2LCR?? 阻尼比 20 1 ??? ??d 阻尼振蕩頻率 ?? arccos? 根據(jù)系統(tǒng)特性，本二階系統(tǒng)僅考慮過渡過程時(shí)間，保證過渡過程時(shí)間在有效充電時(shí)間內(nèi)完成。17)所示 [35]（允許誤差范圍 5%） 03???st (2所以在 充電周期內(nèi)有效充電時(shí)間為 。經(jīng)理論計(jì)算充電時(shí)間為 和實(shí)際裝備運(yùn)行測(cè)試，該充電電路能夠在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)充電完畢，證明電阻 R=2Ω 的匹配選擇是合理的。7) )sin ( vms tUu ?? ?? (27)、 (29) )c os (122 vmttt tUiCdtdiRdt idL ??? ???? (210)有初始條件 0)0(1 ?i 0)0( ?cu 電流 1i 的零狀態(tài)響應(yīng)應(yīng)由穩(wěn)態(tài)分量和瞬態(tài)分量組成，其中穩(wěn)態(tài)分量與輸入電壓有同一性質(zhì)，它應(yīng)當(dāng)是與電源電壓同頻率的正弦波函數(shù)，不過幅值和相位與輸入電壓有所不同。10)、 (2 )sin ( 1imss tIi ?? ?? (211) 式中 1i? 為電流超前電壓的相位， 1k 、 2k 為積分常數(shù)， 1s 、 2s 為電路的固有頻率 ： 2021 ??? ????s ， 2022 ??? ????s 其中kLR2?? 、 CLk10 ?? 根據(jù) 0?R 、 01 90?i? 和初始條件求得充電電流為 式 (212) 由式 (212)得電容兩端的電壓為 式 (213) 釩鈦磁鐵礦脫磁器的硬件設(shè)計(jì) 10 式中2)( CLmm XXR UI ??? （ kL LX ?? 、 CXc ?1? ） 經(jīng)過對(duì)電路的分析計(jì)算已經(jīng)知道充電回路的電壓、電流值?？煽毓璧倪x擇主要依據(jù)其承受的反向電壓及通過它的電流。 通過充電回路可控硅的電流如式 (2則 AIm ? ALCULU kmkm ??? 即通過充電回路可控硅的最大電流不超過 65A。13)，其中 mk IL? 相對(duì)于其它各項(xiàng)的峰值可以忽略 ，則 mmkmk UCULIL ?? ??? = 則式 (2這樣通過充電回路可控硅的最大平均電流 為： i2i 01 ?? ?? 平平實(shí) 綜合考慮通過該可控硅電流的峰值 65A，充電的平均電流 ，實(shí)際通過的平均電流 ，及承受的反向電壓 1074V，選用 KP50/1600 型的可控硅。放電回路含有兩個(gè)儲(chǔ)能元件，即一個(gè)電容和一個(gè)電感線圈，它們構(gòu)成了一個(gè)典型的 RLC 二階系統(tǒng)電路。然后放電回路的可控硅被觸發(fā)導(dǎo)通，電容通過電感線圈放電產(chǎn)生脈沖 振動(dòng) 磁場(chǎng) ， 放電回路的可控硅導(dǎo)通后電流為 i2。6 所示 [29]。6 放電回路原理圖 根據(jù)克希荷夫電壓定律可得 式 ： ur+uluc=0 (2 因?yàn)殡娏鱠tduCi c2 ??，則 ur=Ri2=dtduRC c? (216) 由式 (215)、 (217)。17) 式 (2假定 ptc Aeu ? ，則將其代入式 (218) 其特征根為 p=LC12LR2LR2 ????????，所以 微分方程的通解 電容電壓 uc、電流 i2 如下： tPtpc eAeAu 21 21 ?? (220) 其中LCLRLRp 12221 ??????????，LCLRLRp 12222 ????????? 電路的初始條件為 ： 0cc U)0(u)0(u ?? ?? 0)0(i2 ? 代入式 (220)得