平行磁场金刚石磁选机的研制

平行磁盘磁场金刚石磁选机的研制

王建松张红涛曹庆忠

长葛市黄河电气有限公司 461500

摘要：为满足金刚石行业对金刚石中金属杂质含量的精确分类，在分析金刚石中杂质特性和平行磁盘磁场结构原理的基础上，设计并研制出了平行磁盘磁场磁选机，使得该设备具备了磁场精度高、分级准确和磁场强度高、分级级别多与工作效率高以及不跑料等性能，有力地保证了高品级金刚石的分选。

关键词：金刚石；磁盘磁场结构；磁场间隙；磁场强度

一、引言

在当前金刚石生产过程中，金刚石磁选是一个重要的工序，随着金刚石应用领域的不断扩宽、金刚石制作工艺的不断规范，金刚石磁选工艺越来越凸显其重要性。近几年来，业内许多专家学者对金刚石中的磁性以及对金刚石的磁选工艺技术进行了大量实验。均认为，人造

金刚石的磁性对其强度有一定影响：随着磁性的增强，强度一般有所下降；对其热稳定性有重大影响：随着磁性的增强，热稳定性显著下降。同时还认为，金刚石磁选工序不仅可以提高高品级人造金刚石的数量、质量及稳定性，而且可产生可观的经济效益。目前在金刚石生产厂家中，磁选已经是划分金刚石品种及牌号的有效手段，在金刚石工具生产厂家中也为合理使用金刚石提供了可靠的依据。

为满足金刚石行业对金刚石中金属杂质含量的精确分类，我们在提高磁选机磁场精度与磁场强度方面做了大量的研究工作，结果表明，所研制出的平行磁盘磁场磁选机在分级准确、分级级别多、工作效率高和不跑料等方面都达到非常令人满意的效果。

二、人造金刚石

金刚石是一种超硬材料，它具有优异的物理和化学性能、最高硬度和耐磨性，被广泛用于建筑、冶金、机械、石油开采、地质勘探、航天航空、电子、仪表等领域。

长期的生产表明，人工合成出来的人造金刚石其晶体内均包含有不同性质的杂质，其中最主要的杂质是具有铁磁质磁性的物质。这是因为金刚石的生长是以碳（C）为原料,靠铁（

Fe）、镍（Ni）、锰（Mo）、钴（Co）等触媒在高温高压条件下催化而生成的，在生长过程中这些触媒元素是不可避免地要进入到金刚石内部的，这些触媒均具有很大的铁磁导率，是铁磁质性的，因而在生长后金刚石内部的杂质中要含有这些具有铁磁质磁性的物质。

图1所示的是金刚石等级排列图，从图1中可以看出金刚石的杂质分布情况。金刚石的杂质含量与金刚石的冲击韧性、热冲击韧性、静压强度、磁化率等技术指标有着密切的关系，它将直接影响这些技术指标。通常杂质含量较低的金刚石，其冲击韧性、热冲击韧性、静压强度、磁化率等技术指标要好；杂质含量较高的金刚石，其冲击韧性、热冲击韧性、静压强度、磁化率等技术指标要差。所以在金刚石分级工作中，对金刚石内部杂质含量的区分是一个重要的工序，它是分级金刚石的必要手段。

图1 金刚石分级排列图

三、平行磁盘磁场的结构与工作原理

1、平行磁盘磁场的结构

平行磁盘磁场结构是由磁盘、磁轭和工作线圈组成，磁盘与磁轭正对应的部分构成了一个封闭的环型磁路，磁盘工作面与磁轭截面平行放置，并保持恒定的间隙（即磁隙d），在磁隙d之间建立了一个平行的磁场区。平行磁盘磁场结构示意图见图2所示。

图2 磁盘磁场结构示意图

工作线圈通上直流电后，随着工作电流的增加，磁场区内的磁场强度也会增加。

磁盘在工作时一直处于旋转的状态，所以磁盘与磁轭正对应的部分构成了稳定平行的高磁场区，其它部分构成了低磁场区或无磁区。

2、平行磁盘磁场的工作原理

平行磁盘磁场工作原理示意图见图3所示。当待选的金刚石平行通过这个具有一定磁场强度的平行磁场时，磁盘表面与含铁质金属杂质的金刚石之间将生产一定的磁吸引力，且金刚石的铁质金属杂质越多或磁场强度越大，产生的磁吸引力就越大，当磁吸引力超过金刚石晶粒本身的质量时，这个金刚石晶粒将会被吸附在磁盘上。

图3 磁盘磁场工作原理示意图

一直处于旋转状态的磁盘在平行磁场区的部分将吸附含铁质金属杂质的金刚石晶粒，当磁

盘转动将这部分被吸附的金刚石晶粒转出磁场区后，金刚石晶粒将会因为失去磁吸引力而自然脱离磁盘，也就是说，符合该磁场强度的金刚石晶粒被分离出来，这就是平行磁盘磁场的金刚石磁选工作原理。

四、应用平行磁盘磁场进行金刚石磁选工作时的主要技术影响

1、平行磁盘磁场的间隙对磁场强度的影响

表1为磁场磁隙变化对磁场强度的影响的实验数据，图4为根据实验数据绘制的磁场磁隙与磁场强度的关系图。

图4 磁场磁隙与磁场强度的关系

表1 磁场磁隙的实验数据

磁隙（mm）	2.5	3.0	3.5	4.0	4.5	5.0	5.5	6.0	6.5	7.0	7.5	8.0
磁场强度（mT）	1734	1678	1632	1567	1488	1396	1291	1173	1037	889	707	545

从表1、图4第三产业发展中，发现磁场强度是随着磁隙的变大而降低。该图从理论上要求在进行磁选时磁场中的磁隙必须保持恒定，否则就会直接影响金刚石的磁选精度。

影响磁隙变化的因素有：磁盘本身旋转运动时的平行度是否为高精度、金刚石通过平行磁场时的是否保持单层运动状态和金刚石晶粒吸附在磁盘上是否保持单层运动状态。

上述影响磁隙变化的因素必须在设计磁选机时认真考虑。

2、平行磁盘磁场的电流对磁场强度的影响

表2为磁场电流的实验数据，图5为根据实验数据绘制的磁场电流与磁场强度的关系图。

表2 磁场电流的实验数据（磁隙：5mm）

岩石破碎劈裂机夫气预报

磁场电流（A）	0.0	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1.0
磁场强度（mT）	0	108	196	291	378	484	574	683	772	874	653
磁场电流（A）	1.1	1.2	1.3	1.4	1.5	1.6	现金支票用途填写1.7	1.8	1.9	2.0
磁场强度（mT）	1042	1127	1217	1299	1363	1411	1452	1488	1516	1537

图5 磁场电流与磁场强度的关系

从表2、图5中发现，磁场强度是随着工作电流的增加而增加的。该图从理论上要求在进行磁选时磁场中的磁场强度必须保持恒定，否则就会直接影响金刚石的磁选精度。

影响磁场强度变化的因素有：磁饱和感应强度是否比较高、工作线圈和铁芯的工作温度是否稳定不超限和工作电流是否保持长期稳定。

上述影响磁隙变化的因素也必须在设计磁选机时认真考虑。

五、平行磁盘磁场磁选机的研制

按照上述考虑的因素，我们研制成功了平行磁盘磁场磁选机。设备主要由下料机构、送料机构、磁控机构、磁盘机构、收料机构和电控操作系统等部分组成。各个组成部分分别介绍如下：

（1）、下料机构：下料机构由下料仓、下料槽和电磁全自动洗衣机电路图振动器组成。其中下料仓主要存放待选的金刚石。下料槽安装在下料仓的下边，负责下料仓出料口的金刚石的静止与下落。电磁振动器主要负责下料槽的振动。在电磁振动器不得电时，下料槽不振动，下料槽和下料仓出料口配合，能封住不让金刚石下落；在电磁振动器得电时，下料槽振动，能让金刚石

从下料仓出料口处下落，并运送到送料机构的运送槽上。

（2）、送料机构：送料机构是由送料槽和电磁振动器组成。送料槽安装在平行磁盘磁场的磁隙中间，接受从振动下料槽过来的金刚石，并将金刚石运送到平行磁盘磁场中。电磁振动器主要负责送料槽的振动。

（3）、磁控机构：磁控机构由磁轭和工作线圈组成。磁轭负责将磁力导向磁场。工作线圈负责磁力的大小，工作线圈通上直流电后，随着工作电流的增加，磁场区内的磁场强度也会增加。

（4）、磁盘机构：磁盘机构由平面磁盘、旋转轴装置和驱动电机组成。平面磁盘负责磁力的感应，并在磁盘表面形成对金刚石吸引的磁吸附力。磁盘与磁轭正对应的有两个部分，均保持一个恒定的间隙，并在磁隙之间建立了一个磁盘前磁场区和一个磁盘后磁场区；磁盘的其它部分构成了低磁场区或无磁区。旋转轴装置用于带动磁盘的旋转，并在很强的磁力下保持间隙的恒定。驱动电机用于驱动旋转轴装置。

（5-氯-2-戊酮5）、收料机构：收料机构由磁盘前收料口、磁盘前收料导管、磁盘后收料口、磁盘后收

料导管、磁盘收料斗、送料槽末端收料口、送料槽末端收料导管和送料槽末端收料斗组成。磁盘前收料口和磁盘前收料导管一起将磁盘前端带出来的金刚石收集起来并存放在磁盘收料斗中；磁盘后收料口和磁盘后收料导管一起将磁盘后端带出来的金刚石收集起来并存放在磁盘收料斗中；送料槽末端收料口和送料槽末端收料导管一起将送料槽末端出来的金刚石收集起来并存放在送料槽末端收料斗中。

（6）、电控操作系统：电控操作系统由下料电控装置、送料电控装置、磁场强度电控装置和磁盘旋转电控装置组成。下料电控装置用来调节金刚石的下料速度；送料电控装置用来调节金刚石的走料速度；磁场强度电控装置用来调节磁盘的磁场强度；磁盘旋转电控装置用来调节磁盘带出金刚石的速度。

图6 平行磁盘磁场磁选机

图6所示的是平行磁盘磁场磁选机的实物图。经过长期的实际运行考核，设备具有磁场强度高、分选工作范围宽、分选精度好、工作效率高、安全可靠、操作简单、维修维护方便等特点，其性能指标见表1。

表1 平行磁盘磁场磁选机主要技术参数

名称	HCX-Ⅱ1磁选机参数	HCX-Ⅱ次氯酸钠4磁选机参数
磁盘转动电机	二相220V、60W、120rpm	二相220V、200W、5000r/min
磁场强度	0-1.4T±3mT	0-1.4T±3mT
下料速度	0-20000ct/h	0-20000ct/h
磁场数量	1个	4个
分选种类	2种	5种
整机尺寸	700mm×350mm×826mm	2045mm×572mm×620mm
电源	220V单相	220V单相