CN102614982A - 一种高温液态金属纯化用磁阱装置 - Google Patents

Abstract

一种高温液态金属纯化用磁阱装置，包括：永磁体、磁轭、分选空间和衔铁；在分选空间内交错布置弧长大于半圆的弓形聚磁介质丝网；所述聚磁介质丝网由导磁不锈钢毛和不导磁不锈钢钢丝组成；对磁场和液态金属流动方向，导磁不锈钢毛与两者均垂直，不导磁不锈钢钢丝与前者平行、后者垂直；所述衔铁可与永磁体、磁轭形成闭合磁路，便于后处理。本发明结构简单，布局合理，制造安装及后处理均简易，是一种适用于高温液态金属的节能型高梯度磁力纯化装置。

Description

一种高温液态金属纯化用磁阱装置

技术领域

本发明涉及一种高温液态金属纯化技术中的磁阱装置，属于节能型高梯度磁力净化用装置。

背景技术

磁选首先在选矿领域得到应用，利用矿物的磁性不同而通过磁力分离来提高矿石的纯度，是一种简单而有效的物料处理方法。传统的磁选装置只能用于磁性较强的物质，现在发展起来的高梯度磁选已经能够分离磁性很弱的粒子，并且在废水处理、生物医学等磁选的新领域得到了应用。

从原理上讲，磁阱与磁选设备相同，只是处理的对象、介质有所区别。磁阱能对进入其中的磁性粒子有效地捕集，而非磁性物质能顺利通过而不受影响，因此是有效纯化方式之一。

目前，国内外磁选设备发展广泛而深入，特别是永磁高梯度磁选机有结构简单、节能降耗、制造成本低等优点，其应用前景广阔。但是，对磁阱的研究相对较少，所公开的论文、专利等较少。美国专利US 4784762介绍了一种简单而有效连接于管道上的磁阱设备，同时该磁阱配备霍尔传感器以实现自我监控。美国专利US 4594215介绍了一种高梯度磁过滤器，采用通电螺线圈为磁源，分选空间中布置铁磁金属丝网产生高梯度磁场，该设备可用于核反应堆冷却剂的纯化。另外，美国专利US 20060041182A1发展了一种药物治疗的磁递送系统，该发明设计了一系列不同形状、丝网尺寸及金属组分的支架模拟材料，并研究了不同磁性材料的捕捉能力。虽然这些磁选设备在管道连接、药物传递等方面成功地应用，而且也有适用于核反应堆冷却剂的高梯度磁过滤的设备，但是适用于高温液态金属纯化用简单、节能型且聚磁介质合理布局的磁阱仍然需要发展。

发明内容

本发明解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种高温液态金属纯化用磁阱装置，能够有效地净化高温液态金属。

本发明的技术方案：一种高温液态金属纯化用磁阱装置，包括：永磁体1、磁轭2、分选空间3和衔铁6；所述永磁体1和磁轭2组成有气隙的磁路，所述分选空间3位于气隙中；在所述分选空间3内交错布置弧长大于半圆的弓形聚磁介质丝网4；所述聚磁介质丝网4由导磁不锈钢毛7和不导磁不锈钢钢丝8组成，导磁不锈钢毛7之间相互平行排列，不导磁不锈钢钢丝8之间也相互平行排列，导磁不锈钢毛7与不导磁不锈钢钢丝8相互垂直排列；对磁场和液态金属流动方向，所述导磁不锈钢毛7与两者均垂直，不导磁不锈钢钢丝8与前者平行、后者垂直。

所述永磁体1为钐钴(SmCo)材料，与电磁装置相比，无需电流提供磁场，本发明属于节能型装置。

在所述分选空间3外覆盖一层保温材料5。

所述分选空间3的结构材料为不导磁316L不锈钢，目的是具有磁透过性而对磁路无影响，故分选空间可密闭。

所述磁阱装置有一个后处理辅助装置——衔铁6，所述衔铁6与永磁体1和磁轭2构成闭合磁路，使得分选空间3撤下时对其中的聚磁介质丝网4形状无影响。

所述每组聚磁介质丝网4采用三种不同孔径从大到小依次排列，且在分选空间3内交错布置。

所述衔铁6的长为两磁轭2间气隙距离的1.5倍。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明在分选空间内交错布置弧长大于半圆的弓形聚磁介质丝网，聚磁介质丝网由导磁不锈钢毛和不导磁不锈钢钢丝组成，导磁不锈钢毛之间相互平行排列，不导磁不锈钢钢丝之间也相互平行排列，导磁不锈钢毛与不导磁不锈钢钢丝相互垂直排列，导磁不锈钢毛与磁场方向及液态金属流动方向均垂直，不导磁不锈钢钢丝与磁场方向平行，与液态金属流动方向垂直。通过这种结构的设计，得到了高梯度磁场，增大了液体金属与丝网的接触面积，能有效地净化高温液态金属。

(2)本发明聚磁介质丝网材料的选择与布置使得只在垂直于磁场的方向产生高的磁场梯度，而不导磁不锈钢钢丝作为丝网的支撑，目的是利用不导磁的奥氏体钢机械性能优于导磁的铁素体钢这一优点，减小了丝网塌陷的风险；同时，两种材料编织成的丝网能起到过滤捕集的功效，进一步提高了本装置的纯化能力。

(3)本发明磁阱中永磁体与分选空间在空间上布局合理，并在后者外围加入保温层，使得永磁体性能受温度的影响尽量减小。

(4)此外，本发明引入衔铁辅助设备，当磁阱捕获的杂质达到一定量后，将磁阱从管道中撤下，用衔铁吸附在空气隙上方组成了闭合的磁路，这样分选空间便于从磁阱中分离并对聚磁介质丝网的形状无影响，便于分析研究，分选空间丝网也可再生使用。

(5)本发明的分选空间的结构材料采用316L不锈钢，由于其磁导率μ等于真空磁导率μ₀，具有磁透过性，故该分选空间可密闭，因而适用于高温液态金属。

(6)本发明每组聚磁介质丝网采用从大到小尺寸依次排列，其依据是单丝捕集理论，即导磁不锈钢毛丝径a是磁性粒子半径b的3倍左右时粒子受到的磁场力达到最大的原理，以及液态金属中的磁性杂质尺寸大小不均。

(7)本发明的磁阱结构简单，布局合理，制造安装及后处理均简易，是一种有效的高温液态金属纯化设备。

附图说明

图1是本发明磁阱高梯度磁分离模型示意图；

图2是本发明磁阱结构中部剖面示意图；

图3是本发明聚磁介质丝网示意图；

图4是本发明磁阱立体示意图；

图5是本发明分选空间纵向剖面图。

其中：永磁体1；磁轭2；分选空间3；聚磁介质丝网4；保温材料5；衔铁6；导磁不锈钢毛7；不导磁不锈钢钢丝8；磁性杂质粒子9；法兰10。

具体实施方式

由图1-5可以看出，本发明高温(通常指＞300℃)液态金属纯化用磁阱装置包括：永磁体1、磁轭2、分选空间3和衔铁6。由图2可以看出，永磁体1和磁轭2组成有气隙的磁路，分选空间3位于气隙中；由图3可以看出，分选空间3内交错布置弧长大于半圆的弓形聚磁介质丝网4；由图4可以看出，组成聚磁介质丝网4的是导磁不锈钢毛7和不导磁不锈钢丝8，再由图1可以看出，磁场方向H₀、液态金属流动方向v₀及导磁不锈钢毛7三者相互垂直，这样在导磁不锈钢毛7上可产生高的磁场梯度以捕获磁性杂质粒子9，同时，不导磁不锈钢钢丝8与磁场方向H₀平行，而与液态金属流动方向v₀垂直，其与导磁不锈钢毛7共同组成的弓形聚磁介质丝网4可起到过滤的作用。图5是本发明磁阱装置的立体图，并在分选空间3的两端提供了法兰10，便于连接到管道上。

由图1、2和5可以看出，在分选空间3外覆盖一层保温材料5，减少该区域的热量向外扩散而避免使得磁阱工作区的温度提高，其原因是考虑到永磁体1的高温工作性能及寿命，这种永磁体1与分选空间3之间有一定间距的空间布局也是考虑到永磁体1的高温工作性能及寿命。

由图2可以看出，本发明磁阱有一个后处理辅助装置——衔铁6，由于衔铁6的使用，其与永磁体1及磁轭2构成闭合磁路，使得分选空间3撤下时对其中的聚磁介质丝网4形状无影响，便于对杂质进行取样分析，以及除去聚磁介质丝网4上杂质后使其能够被重复使用，节约成本。

由图2和5可以看出，分选空间3的结构材料为磁导率近似为1的不导磁的316L不锈钢，目的是具有磁透过性而对磁路无影响，故分选空间3可密闭。

由图3和4可以看出，聚磁介质丝网4每片的组成为：纵向排列的为导磁不锈钢毛7，横向为不导磁不锈钢钢丝8。其中每组聚磁介质丝网4交错排列，增大了液态金属与丝网的接触面积。

由图3可以看出，每组聚磁介质丝网4采用三种不同孔径从大到小依次排列的方式，依据是单丝捕集理论，其目的是对不同的磁性杂质粒子9，有相应尺寸的导磁不锈钢毛7使之所受磁场力最大，使本发明捕获杂质粒径范围增大。

由图2可以看出，衔铁6长度为两磁轭2间气隙距离的1.5倍，当磁阱装置中的杂质数量达到预定值后，加入该长度的衔铁6，与永磁体1、磁轭2共同构成闭合的磁路。

本发明所使用的永磁体1为钐钴(SmCo)材料，这类永磁体的剩磁、矫顽力、磁能积和工作温度等满足纯化高温液态金属的要求。

本发明工作过程如下：将磁阱装置通过法兰10连接到液态金属流动管道上，使含有杂质的液态金属流经分选空间3，导磁不锈钢毛7在永磁体1提供的磁场环境下磁化，产生高梯度磁场，对磁性杂质粒子9有高的磁场力作用，所受流体阻力、重力等竞争力小于磁场力的杂质被捕获，同时，聚磁介质丝网4又对无磁性的杂质有过滤作用，进一步提高了磁阱的纯化效率。当分选空间3中的杂质达到一定含量后，切断本发明与管道的连接，然后加上衔铁6，撤下分选空间3并对聚磁介质丝网4所捕集的杂质进行分析。

Claims (7)

1.一种高温液态金属纯化用磁阱装置，其特征在于包括：永磁体(1)、磁轭(2)、分选空间(3)和衔铁(6)；所述永磁体(1)和磁轭(2)组成有气隙的磁路，所述分选空间(3)位于气隙中；在所述分选空间(3)内交错布置弧长大于半圆的弓形聚磁介质丝网(4)；所述聚磁介质丝网(4)由导磁不锈钢毛(7)和不导磁不锈钢钢丝(8)组成，导磁不锈钢毛(7)之间相互平行排列，不导磁不锈钢钢丝(8)之间也相互平行排列，导磁不锈钢毛(7)与不导磁不锈钢钢丝(8)相互垂直排列；对磁场和液态金属流动方向，所述导磁不锈钢毛(7)与两者均垂直，不导磁不锈钢钢丝(8)与前者平行、后者垂直。

2.根据权利要求1所述的高温液态金属纯化用磁阱装置，其特征在于：所述永磁体(1)为钐钴(SmCo)材料。

3.根据权利要求1所述的高温液态金属纯化用磁阱装置，其特征在于：在所述分选空间(3)外覆盖一层保温材料(5)。

4.根据权利要求1所述的高温液态金属纯化用磁阱装置，其特征在于：所述分选空间(3)的结构材料为不导磁的316L不锈钢，目的是具有磁透过性而对磁路无影响。

5.根据权利要求1所述的高温液态金属纯化用磁阱装置，其特征在于：所述磁阱装置有一个后处理辅助装置-衔铁(6)，所述衔铁(6)与永磁体(1)和磁轭(2)构成闭合磁路，使得分选空间(3)撤下时对其中的聚磁介质丝网(4)形状无影响。

6.根据权利要求1所述的高温液态金属纯化用磁阱装置，其特征在于：所述每组聚磁介质丝网(4)采用三种不同孔径从大到小依次排列。

7.根据权利要求1或6所述的高温液态金属纯化用磁阱装置，其特征在于：所述聚磁介质丝网(4)在分选空间内交错布置。

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