Characteristics of magnetic field induction inside a module of a magnetic separator ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНДУКЦИИ ПОЛЯ В МОДУЛЕ МАГНИТНОГО СЕПАРАТОРА

УДК 666.1; 666.3; 621.928.8

А.А. Сандуляк, Д.В. Ершов, Д.В. Орешкин, А.В. Сандуляк

ФГБОУ ВПО «МГСУ»

ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНДУКЦИИ ПОЛЯ В МОДУЛЕ

МАГНИТНОГО СЕПАРАТОРА

Экспериментально получены характеристики индукции магнитного поля для одиночных элементов в различных модулях магнитных сепараторов. Сопоставлены характеристики индукции магнитного поля для одиночных и спаренных магнитных элементов модуля. В модуле, состоящем и двух противостоящих магнитных эле-ментов, поле усиливается по сравнению с полем одиночного модульного элемента, хотя по мере увеличения межполюсного расстояния уровень индукции в модуле снижается за счет все большего «разобщения» встречных полей, создаваемых противостоящими магнитными элементами.

Показана возможность и практическая целесообразность использования принципа суперпозиции для установления результирующей характеристики индук-ции поля между противостоящими магнитными элементами для замены реального моделирования расчетным.

Ключевые слова: магнитный сепаратор, модуль, магнитная индукция, прин-цип суперпозиции.

Магнитные сепараторы, используемые для удаления железистых приме

-сей из сырья строительных материалов, обычно создаются практически без

крайне необходимого для этого предварительного изучения характера поля в

их рабочих зонах. Подтверждение тому — почти полное отсутствие в литера

-туре развернутых базовых характеристик индукции поля в рабочих зонах экс

-плуатируемых сепараторов [1—12]. Получение же таких характеристик спо

-собствовало бы прогрессу и в создании, и в использовании технически про

-думанных и обоснованных магнитных систем сепараторов, способных эффек

-тивно решать проблему количественной оценки и удаления ферропримесей из

различных сред

.

Магнитная система любого из магнитных сепараторов формируется пре

-имущественно по модульному принципу (в т.ч. с использованием специальных

магнитопроводов) с тем или иным числом чередующихся модулей.

В качестве модуля систем с постоянными магнитами очень часто выступа

-ют как отдельные магнитные элементы (в т.ч. наборные) с «фонтанирующим»

в рабочую зону магнитным потоком, так и противостоящие магнитные эле

-менты, что способствует усилению поля в межполюсной рабочей зоне за счет

взаимопроникновения встречных магнитных потоков. Базовыми же характе

-1 _{В [1] содержится также обоснованное утверждение, что отсутствие соответствующих}

ристиками любого из модулей (и системы модулей в целом) являются данные

напряженности

H

или, с учетом магнитной константы μ0 — данные индукции

B =

μ0

H

между магнитными элементами (более часто цитируемая величина

B

поддается простому прямому измерению, в частности, миллитесламетром с

датчиком Холла).

На рис. 1, а показана развернутая, полученная приемом мелкого шага, ха

-рактеристика индукции поля, создаваемого «одиночным» магнитным элемен

-том (Nd-Fe-B, диаметр 25 мм и толщина 10 мм) [26, 27]. Видно, что по мере

удаления

x

от его полюсной поверхности индукция поля

B

монотонно убыва

-ет. Если представить эту характеристику в полулогарифмических координатах

(рис. 1, б), то легко убедиться, что она достаточно хорошо описывается экспо

-ненциальной функцией [26]

0

exp( 0,11 ) 0,35exp( 0,11 )

B

=

B

−

x

=

−

x

(1)

с начальным значением индукции

B = B

Рис. 1. Характеристика индукции поля модульного одиночного магнитного эле

-мента (Nd-Fe-B, диаметр 25 мм и толщина 10 мм): изменение индукции по мере уда

На рис. 2 показаны характеристики индукции для модулей, состоящих из

двух противостоящих магнитных элементов, отстоящих друг от друга на рас

-стояние

b =

18 мм и

b =

33 мм (исследованиям подвергались также модули

с другими межполюсными расстояниями

b

: 13, 25 и 29 мм); незатушеванные

точки — соответствующие участки характеристики индукции поля «одиночно

-го» модульного магнитного элемента.

Рис. 2. Характеристика индукции поля модуля из пары противостоящих магнит

-ных элементов: изменение индукции по мере удаления от полюсной поверхности од

-ного из элементов до середины межполюс-ного расстояния (

b

/2): кривая с незатушеванны

а — b = 18 мм; б — b = 33 мм

Хотя в модуле, состоящем из двух противостоящих магнитных элемен

-тов, поле усиливается по сравнению с полем одиночного модульного элемен

-та, тем не менее, по мере увеличения межполюсного расстояния

b

уровень

индукции в модуле снижается (см. рис. 2). При этом для повышенных значе

-ний

b

такое снижение существенное: в 2 раза и более — за счет все большего

«разобщения» полей, создаваемых противостоящими магнитными элемента

-ми (рис. 3). Данные же по степени превышения индукции

B

(между двумя

элементами

B

по сравнению с одним элементом

_B

) по мере изменения

_x

и

b

показаны на рис. 4.

-даваемых в этой точке каждым из источников поля (разумеется, этот принцип

должен относиться и к индукции поля, но только для случая, когда относитель

-ная магнит-ная проницаемость содержимого рабочей зоны близка к единице).

Рис. 3. Изменение индукции поля в зависимости от межполюсного расстояния мо

-дуля:

Рис. 4. Превышение данных индукции поля в модуле из двух противостоящих

магнитных элементов в сравнении с данными индукции поля одиночного модульного

элемента при

b

, мм:

Стало быть, с позиций этого принципа в случае использования однотип

-ных магнит-ных элементов вполне достаточно пользоваться характеристикой

индукции лишь одиночного элемента, тем более, что получить такую харак

-теристику несложно. Для этого, зная ее функциональный вид типа (1), доста

-точно получить лишь минимально необходимое, контрольное число замеров

индукции.

Оперируя этой характеристикой, в т.ч. ее «зеркальным отражением», рас

-положенным симметрично на расстоянии, равном величине задаваемого меж

-полюсного расстояния

b

(поперечного размера зоны), можно тем самым най

-ти резуль-тирующую характерис-тику индукции в рабочей зоне модуля из двух

противостоящих магнитных элементов: сложением соответствующих значе

-ний индукции.

прямых замеров в реальных эквивалентных (по значениям

b

) модулях, должно

дать окончательный ответ по поводу достоверности расчетной модели.

На рис. 5 показан один из примеров такого согласия расчетных (по принци

-пу суперпозиции) и фактических характеристик индукции поля. А это свиде

-тельствует о достоверности такого подхода (принятой модели) и тем самым —

о возможности его использования для решения вопроса получения развер

-нутых характеристик индукции поля в том или ином модуле магнитного се

-паратора, пользуясь только одной характеристикой одиночного магнитного

элемента.

Рис. 5. Сравнение фактической характеристики индукции (затушеванные точки)

с соответствующей характеристикой, полученной приемом суперпозиции данных ин

-дукции (незатушеванные точки),

b =

33 мм

Важно отметить, что такое же согласие наблюдается и в случае измерения

индукции не вдоль самой оси, а на удалении от нее — в параллельном ей на

-правлении, а также и при некотором смещении противостоящих магнитных

элементов друг относительно друга [26, 27], что усиливает сделанный вывод о

возможности практического использования принципа суперпозиции.

Библиографический список

1. Магнитная сепарация сырья

для производства стекла и керамики. Проблемы

контроля железистых примесей / А.В. Сандуляк, А.А. Сандуляк, Д.В. Ершов,

Д.А. Сандуляк, В.А. Ершова // Стекло и керамика. 2012. № 6. С. 29—34.

2. Магнитное дообогащение кварцевого песка на стекольных заводах / Н.Н. Конев,

И.П. Сало, Н.Ф. Мельник, В.Н. Гордийчук // Стекло и керамика. 2003. № 5. С. 33—34.

3. Магнитное обогащение кварцевого песка для стекольной промышленности /

Н.Н. Конев, И.П. Сало, Ю.П. Лежнев, В.П.

Ельский // Стекло и керамика. 2001. № 2.

С. 21—22.

4.

Котунов С.В., Власко А.В.

Опыт обогащения нерудных материалов с помощью

сепараторов на основе редкоземельных постоянных магнитов // Стекло и керамика.

2007. № 5. С. 22—23.

5.

Золотых Е.Б., Мамина И.А., Парюшкина О.В.

Извлечение магнитных мине

6.

Землячева Е.А., Котунов С.В., Власко А.В.

Магнитное обогащение сырьевых

материалов — новые технологии // Стекло и керамика. 2006. № 5. С. 34—35.

7

. Конев Н.Н., Сало И.П.

Магнитные сепараторы на постоянных магнитах для обо

-гащения стекольного и керамического сырья и материалов // Стекло и керамика. 2003.

№ 2. С. 30—31.

8

.

Использование магнитной сепарации при производстве электроплавленых ог

-неупоров / Е.В. Бычков, В.Д. Филатов, С.Н. Князев, Н.Н. Конев, И.П. Сало // Стекло и

керамика. 2000. № 9. С. 42—43.

9.

Rayner J.G., Napier-Munn T.J.

A mathematical model of concentrate solids content

for wet drum magnetic separator // Int. J. Miner. Process. 70 (2003) Pp.

53

—

65

.

10.

Todd P., Cooper R.P., Doyle

J.F.

and others. Multistage magnetic particle separator

// Journal of Magnetism and Magnetic Materials 225 (2001) Pp. 294—300.

11.

Newns A., Pascoe R.D.

Inluence of path length and slurry velocity on the removal of

iron from kaolin using a high gradient magnetic separator // Minerals Engineering 15 (2002)

Pp. 465—467.

12.

Nedelcu S., Watson J.H.

Magnetic separator with transversally magnetized disk per

-manent magnets // Mineral Engineering 15 (2002) Pp. 355—359.

13. О новых принципах актуализации регламентов магнитоконтроля ферро

-примесей сырья стройматериалов (на примере кварцевого песка) / А.В. Сандуляк,

А.А. Сандуляк, Д.В. Ершов, В.А. Ершова // Промышленное и гражданское строитель

-ство. 2013. № 2. С. 68—72.

14.

Macián V., Payri R, Tormos B., Montoro L.

Applying analytical ferrography as

a technique to detect failures in Diesel engine fuel injection systems. Wear. 2006, 260,

pp. 562—566.

15.

Roylance B.J.

Ferrography — then and now. Tribology International, 2005, 38,

pp. 857—862.

16.

Lukas M., Yurko R.J., Anderson D.P.

Retrode ilter spectroscopy: A recently im

-proved method to direct and analyze large wear and contaminant particles in luids // Journal

of ASTM International, 2005, 2(3), pp. 187—198.

17

. Levy O., Elianz N.

Failure Analysis and Condition Monitoring of an Open-Loop Oil

System Using Ferrography // Tribology Letters, 2009, pp. 1—13.

18.

Johnson M., Spurlock M.

Best practices: Strategic oil analysis: Setting the test slate

// Tribology and Lubrication Technology, 2009, 65(5), pp. 20—22, 24—27.

19.

Eliaz N., Latanision R.M.

Preventative maintenance and failure analysis of aircraft

components // Corrosion Reviews, 2007, 25(1-2), pp. 107—144.

20.

Wakeline G

. Operations engineering. Maintenance. In order to continue running as

lubricated. Wear particle analyses help in condition oriented maintenance // CIT Plus, 2007,

10(1-2), pp. 36—37.

21.

Stodola J.

The results of ferrography tests and their evaluation // Tribo Test, 2001,

8(1), pp. 73—83.

22.

Krethe R.

Possibilities and limits of ferrography // Tribologie und Schmierungstechnik,

2001, 48(4), pp. 48—54.

23.

Morovek L.

Ferrography — Modern maintenance tool // Rock Products, 2000,

103(6), p. 24.

24.

Пинчук Е.Л., Маркова Л.В.

Магнитные методы и устройства оперативной диа

-гностики трибосопряжений (обзор) // Трение и износ. 2000. Т. 21. № 2. С. 197

—

204.

25. Анализ частиц износа в системах смазки дизельных двигателей методом фер

-рографии / В.С. Малышев, И.Н. Коновалова, Г.И. Берестова и др. // Двигателестроение.

2002. № 1. С. 42—43.

26.

Характеристики зон захвата ферропримесей в магнитных очистных аппара

27. Различные подходы к идентификации пассивных зон в рабочем объеме маг

-нитного сепаратора / А.А. Сандуляк, М.В. Полисмакова, Д.В. Ершов, А.В. Сандуляк,

В.А. Ершова // Законодательная и прикладная метрология. 2010. № 6. С. 23—29.

Поступила в редакцию в апреле 2013 г.

О б а в т о р а х:

Сандуляк Анна Александровна

— кандидат технических наук,

доцент, доцент кафедры строительных материалов,

ФГБОУ ВПО «Московский

го-сударственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»)

, г. Москва,

Ярославское шоссе, д. 26, (499)183-32-29, a.sandulyak@mail.ru;

Ершов Дмитрий Викторович

— аспирант кафедры строительных матери

-алов,

ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный

универси-тет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»)

, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, (499)183-32-29,

d.ershov@mail.ru;

Орешкин Дмитрий Владимирович

— доктор технических наук, профессор,

заведующий кафедрой строительных материалов,

ФГБОУ ВПО «Московский

го-сударственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»)

, г. Москва,

Ярославское ш., д. 26, (499)183-32-29, dmitrii_oreshkin@mail.ru;

Сандуляк Александр Васильевич

— доктор технических наук, профессор,

профессор кафедры строительных материалов,

ФГБОУ ВПО «Московский

госу-дарственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»)

, г. Москва,

Ярославское шоссе, д. 26, (499)183-32-29, alexander.sandulyak@mail.ru.

Д л я ц и т и р о в а н и я: Характеристики индукции поля в модуле магнитного сепа

-ратора / А.А. Сандуляк, Д.В. Ершов, Д.В. Орешкин, А.В. Сандуляк // Вестник МГСУ.

2013. № 5. С. 103—111.

A.A. Sandulyak, D.V. Ershov, D.V. Oreshkin, A.V. Sandulyak

CHARACTERISTICS OF MAGNETIC FIELD INDUCTION INSIDE A MODULE OF A MAGNETIC SEPARATOR

Characteristics of magnetic separators are analyzed in the article. Magnetic sepa-rators are used to treat various construction materials. Unfortunately, the nature of the magnetic ield, generated in their operating zone, is generally not taken into account by their designers. Academic publications fail to provide any detailed basic characteristics of the ield induction emitted by magnetic separators in the course of their operation.

Magnetic systems of any magnetic separator have a modular structure; they consist of several modules. Single and opposite magnetic elements are usually integrated into one module within a system having permanent magnets. If opposite magnetic elements are used, magnetic ield intensity inside the module increases.

In this study, characteristics of magnetic induction for single magnetic elements inside various modules of magnetic separators were assessed in a laboratory experiment. Similar characteristics of magnetic induction for single and twin (opposite) magnetic elements were compared. In the module consisting of two opposed magnetic elements, the magnetic ield becomes stronger compared to the ield of a single magnetic element. Magnetic induction in the module recedes as the distance between magnetic elements increases, because of the isolation of the ield generated by the opposed magnetic elements.

The authors have proven the feasibility and expediency of employment of the su-perposition principle used to obtain the resulting characteristics. It may be employed to substitute modeling by calculations.

Key words: magnetic separator, module, magnetic induction, principle of

Reference

1. Sandulyak A.V., Sandulyak A.A., Ershov D.V., Sandulyak D.A., Ershova V.A. Magnitnaya separatsiya syr’ya dlya proizvodstva stekla i keramiki. Problemy kontrolya zhelez-istykh primesey [Magnetic Separation of Raw Materials for Glass and Ceramics Production. Problems of Control over Ferrous Admixtures]. Steklo i keramika [Glass and Ceramics]. 2012, no. 6, pp. 29—34.

2. Konev N.N., Salo I.P., Mel’nik N.F., Gordiychuk V.N. Magnitnoe doobogashchenie kvartsevogo peska na stekol’nykh zavodakh [Magnetic Re-preparation of Quartz Sand at Glass Works]. Steklo i keramika [Glass and Ceramics]. 2003, no. 5, pp. 33—34.

3. Konev N.N., Salo I.P., Lezhnev Yu.P., El’skiy V.P. Magnitnoe obogashchenie kvar-tsevogo peska dlya stekol’noy promyshlennosti [Magnetic Concentration of Quartz Sand for Glass Industry]. Steklo I keramika [Glass and Ceramics]. 2001, no. 2, pp. 21—22.

4. Kotunov S.V., Vlasko A.V. Opyt obogashcheniya nerudnykh materialov s pomoshch’yu separatorov na osnove redkozemel’nykh postoyannykh magnitov [Practical Concentration of Non-metallic Materials Using Separators Based on Rare-earth Permanent Magnets]. Steklo i keramika [Glass and Ceramics]. 2007, no. 5, pp. 22—23.

5. Zolotykh E.B., Mamina I.A., Paryushkina O.V. Izvlechenie magnitnykh mineralov iz stekol’nykh peskov Ushinskogo mestorozhdeniya [Extraction of Magnetic Minerals from Glass Sands of Ushinskiy Deposit]. Stroitel’nye materialy [Construction Materials]. 2007, no. 5, pp. 22—24.

6. Zemlyacheva E.A., Kotunov S.V., Vlasko A.V. Magnitnoe obogashchenie syr’evykh materialov — novye tekhnologii [New Technologies for Magnetic Concentration of Raw Materials]. Steklo i keramika [Glass and Ceramics]. 2006, no. 5, pp. 34—35.

7. Konev N.N., Salo I.P. Magnitnye separatory na postoyannykh magnitakh dlya obo-gashcheniya stekol’nogo i keramicheskogo syr’ya i materialov [Using Permanent Magnet Separators to Concentrate Glass and Ceramic Raw Materials]. Steklo i keramika [Glass and Ceramics]. 2003, no. 2, pp. 30—31.

8. Bychkov E.V., Filatov V.D., Knyazev S.N., Konev N.N., Salo I.P. Ispol’zovanie magnit-noy separatsii pri proizvodstve elektroplavlenykh ogneuporov [Using Magnetic Separation to Produce Electrocast Refractories]. Steklo i keramika [Glass and Ceramics]. 2000, no. 9, pp. 42—43.

9. Rayner J.G., Napier-Munn T.J. A Mathematical Model of Concentrate Solids Content for Wet Drum Magnetic Separator. Int. J. Miner. Process. 2003, no. 70, pp. 53—65.

10. Todd P., Cooper R.P., Doyle J.F. Multistage Magnetic Particle Separator. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2001, no. 225, pp. 294—300.

11. Newns A., Pascoe R.D. Inluence of Path Length and Slurry Velocity on the Removal of Iron from Kaolin Using a High Gradient Magnetic Separator. Minerals Engineering. 2002, no. 15, pp. 465—467.

12. Nedelcu S., Watson J.H. Magnetic Separator with Transversally Magnetized Disk Permanent Magnets. Mineral Engineering, 2002, no. 15, pp. 355—359.

13. Sandulyak A.V., Sandulyak A.A., Ershov D.V., Ershova V.A. O novykh printsipakh aktualizatsii reglamentov magnitokontrolya ferroprimesey syr’ya stroymaterialov (na primere kvartsevogo peska) [New Principles for Revision of Standards of Magnetic Control of Ferrous Admixtures of Raw Materials (exempliied by Quartz Sand)]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel’stvo [Industrial and Civil Engineering]. 2013, no. 2, pp. 68—72.

14. Macián V., Payri R, Tormos B., Montoro L. Applying Analytical Ferrography as a Technique to Detect Failures in Diesel Engine Fuel Injection Systems. Wear. 2006, 260, pp. 562—566.

15. Roylance B.J. Ferrography — Then and Now. Tribology International. 2005, no. 38, pp. 857—862.

16. Lukas M., Yurko R.J., Anderson D.P. Retrode Filter Spectroscopy: a Recently Improved Method to Direct and Analyze Large Wear and Contaminant Particles in Fluids. Journal of ASTM International. 2005, 2(3), pp. 187—198.

18. Johnson M., Spurlock M. Best Practices: Strategic Oil Analysis: Setting the Test Slate. Tribology and Lubrication Technology. 2009, no. 65(5), pp. 20—22, 24—27.

19. Eliaz N., Latanision R.M. Preventative Maintenance and Failure Analysis of Aircraft Components. Corrosion Reviews. 2007, no. 25(1-2), pp. 107—144.

20. Wakeline G. Operations Engineering. Maintenance. In Order to Continue Running as Lubricated. Wear Particle Analyses Help in Condition Oriented Maintenance. CIT Plus. 2007, no. 10(1-2), pp. 36—37.

21. Stodola J. The Results of Ferrography Tests and Their Evaluation. Tribo Test. 2001, no. 8(1), pp. 73—83.

22. Krethe R. Possibilities and Limits of Ferrography. Tribologie und Schmierungstechnik. 2001, no. 48(4), pp. 48—54.

23. Morovek L. Ferrography — Modern Maintenance Tool. Rock Products. 2000, no. 103(6), p. 24.

24. Pinchuk E.L., Markova L.V. Magnitnye metody i ustroystva operativnoy diagnostiki tri-bosopryazheniy (obzor) [Magnetic Methods and Devices for Online Diagnostics of Tirbological Couplings (Overview)]. Trenie i iznos [Friction and Wear]. 2000, vol. 21, no. 2, pp. 197—204.

25. Malyshev V.S., Konovalova I.N., Berestova G.I. Analiz chastits iznosa v sistemakh smazki dizel’nykh dvigateley metodom ferrograii [Using Ferrography to Study Wear Particles in Lubricate Systems of Diesel Motors]. Dvigatelestroenie [Propulsion Engineering]. 2002, no. 1, pp. 42—43.

26. Sandulyak A.A., Polismakova M.N., Ershova V.A., Sandulyak A.V., Ershov D.V. Kharakteristiki zon zakhvata ferroprimesey v magnitnykh ochistnykh apparatakh [Characteristics of Ferrous Admixture Capture Zones in Magnetic Cleaning Machines]. Izvestiya MGTU “MAMI” [Proceedings of Moscow State Technical University “MAMI”]. 2009, no. 2(8), pp. 151—160.

27. Sandulyak A.A., Polismakova M.V., Ershov D.V., Sandulyak A.V., Ershova V.A. Razlichnye podkhody k identiikatsii passivnykh zon v rabochem ob”eme magnitnogo separa-tora [Various Approaches to Identiication of Passive Zones in the Work Space of a Magnetic Separator]. Zakonodatel’naya i prikladnaya metrologiya [Legislative and Applied Metrology]. 2010, no. 6, pp. 23—29.

A b o u t t h e a u t h o r s: Sandulyak Anna Aleksandrovna — Candidate of Technical

Sciences, Associate Professor, Associate Professor, Department of Construction Materials,

Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoye shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; a.sandulyak@mail.ru; +7 (499) 183-32-29;

Ershov Dmitriy Viktorovich — postgraduate student, Department of Construction Materials, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoye shosse, Moscow 129337, Russian Federation; d.ershov@mail.ru; +7 (499) 183-32-29;

Oreshkin Dmitriy Vladimirovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Chair, Department of Construction Materials, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoye shosse, Moscow 129337, Russian Federation; dmitrii_oreshkin@ mail.ru; +7 (499) 183-32-29;

Sandulyak Aleksandr Vasil’evich — Doctor of Technical Sciences, Professor,

Professor, Department of Construction Materials, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoye shosse, Moscow 129337, Russian Federation; alex-ander.sandulyak@mail.ru; +7 (499) 183-32-29.