Пристрій для експресного неруйнівного контролю вмісту магнітної фази в магнітних матеріалах та рудах

Реферат: Пристрій для експресного неруйнівного контролю вмісту магнітної фази в магнітних матеріалах та рудах має силовимірювальний блок, зразок з порошком руди або іншого магнітного матеріалу та постійний магніт. Магніт нерухомо закріплений на силовимірювальному блоку. Зразок руди або іншого магнітного матеріалу нерухомо зафіксований над магнітом в зоні найбільшого градієнту магнітного поля за допомогою фіксатора зразка з немагнітного матеріалу. UA 97767 U (12) UA 97767 U UA 97767 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до вимірювання магнітних властивостей зразків твердих матеріалів та руд, зокрема залізних, технологічних продуктів гірничо-збагачувальних підприємств чорної металургії, а саме до контролю вмісту магнетитового заліза у руді і продуктах її омагнічування та збагачення. Корисна модель може бути використана на виробництві, в наукових дослідженнях, у навчальних закладах та в польових умовах. Відомий аналог є пристрій та спосіб визначення вмісту магнетитового заліза з використанням магнітної вагової установки [1], що базується на використанні магнітних властивостей магнетиту. В цьому способі використана прямолінійна залежність згідно закону Фарадея між відношенням сили взаємодії з магнітним полем до маси зразка в постійному магнітному полі та вмістом в зразку магнетиту. В даному пристрої як джерело магнітного поля використовується соленоїд. Магнітне поле соленоїда створюється постійним струмом. Це стаціонарний прилад, який вимагає живлення, потужністю 0,5 кВт. Для визначення сили взаємодії зразка з магнітним полем використовують аналітичні ваги, а силу взаємодії зразка з електромагнітом урівноважують гирями. Тобто, пристрій може бути використаний тільки в центральних заводських лабораторіях та не дозволяє проведення експресного аналізу. Відомий аналог є пристрій для неруйнівного контролю вмісту немагнітної фази в феромагнітних матеріалах [2], що містить постійний магніт, механічно з'єднаний з ним силовимірювальний датчик та мікропроцесорний блок вимірювання та індикації сили взаємодії постійного магніту з об'єктом контролю. Даний пристрій використовується для визначення немагнітної фази в феромагнітних матеріалах, для цього силовимірювальна схема пристрою тарується в абсолютних або відносних одиницях вмісту немагнітної фази та не дозволяє визначати намагніченість. Найближчий аналог до корисної моделі є пристрій контролю масової частки магнітного заліза в пробах руди і продуктів її збагачення [3], що містить електромагнітну котушку, при цьому всередині котушки вміщена проба в циліндричній кюветі з немагнітного матеріалу, що з'єднана з вимірювальним пристроєм. При цьому, кювета в нижній частині взаємодіє з вимірювальним пристроєм у вигляді силовимірювального елемента через циліндричний опорний стрижень з немагнітного матеріалу. У процесі вимірів тягове зусилля, що діє на кювету із пробою, передається силовимірювальному елементу, при цьому кювета із пробою залишається нерухомою. В даному пристрої магнітне поле створюється електромагнітною котушкою. Вимірювання проводяться наступним чином: спочатку проводиться зважування кювети з пробою, а потім подається живлення на електромагнітну котушку і вимірюється тягове зусилля, що діє на силовимірювальний елемент, тобто, фактично, проводиться два вимірювання. Перше - зважування кювети з пробою, друге - тягове зусилля, що діє на кювету із пробою. Після цього, розраховують силу взаємодії зразка з магнітним полем котушки. Вміст магнітного заліза в пробі визначають за еталонними пробами із заздалегідь встановленим в них вмістом магнітного заліза. Таким чином, на вимірювання впливає гравітаційне поле. Отже, прилад може використовуватися лише в стаціонарних умовах, потребує потужного джерела живлення для живлення котушки. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення спосіб експресного неруйнівного контролю вмісту магнітної фази в магнітних матеріалах та рудах, що має автономне живлення та може бути використаний не тільки в лабораторіях науково-дослідних інститутів, а й в польових умовах. Поставлена задача вирішується тим, що джерелом магнітного поля є постійний магніт NdFeB, який закріплюють на силовимірювальному датчику безпосередньо, і силу взаємодії зразка з гравітаційним полем та феромагнітними елементами силовимірювального приладу приймають за нуль, тобто, вимірюють лише силу взаємодії зразка з магнітним полем постійного магніту. Існує багато способів вимірювання магнітної сприятливості та намагніченості матеріалів, серед яких значне поширення мають способи, що базуються на вимірюванні сили F , з якою зразок взаємодіє з неоднорідним магнітним полем. Величина цієї сили визначається магнітними властивостями зразка та характеристиками зовнішнього магнітного поля згідно наступних відомих рівнянь [4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]: dH , dx (1) M  m  mH , (2) FM 55 1 UA 97767 U F  m dH dH ,  mH dx dx (3) де M - магнітний момент зразка,  - питома (масова) намагніченість,  - питома (масова) 5 10 магнітна сприйнятливість, m - маса зразка, H - напруженість магнітного поля, dH - градієнт dx магнітного поля, к - об'ємна магнітна сприйнятливість, V - об'єм зразка. Для парамагнетиків і діамагнетиків величина  та к в звичайних умовах не залежить від величини магнітного поля H , а для феромагнетиків та феримагнетиків складним чином залежить від величини магнітного поля [11], тому при вимірюванні сили взаємодії феромагнетиків та феримагнетиків з магнітним полем пристрій має забезпечувати постійність величини H dH . dx Тоді при постійній величині H dH , що забезпечується в пропонованому пристрої при dx використанні мінімальних об'ємів зразка, відношення сили взаємодії зразка з магнітним полем до його маси F однозначно характеризує його питому (масову) намагніченість. m Для стандартного зразка: F1 dH  H  K1 . m1 dx 15 (4) Для досліджуваного зразка: F2 dH  H  K2 . m2 dx (5) Таким чином, якщо відношення F2  K 2 для зразка магнітного матеріалу, в тому числі m2 F1  K1 для стандартного матеріалу, m1 кількість магнітної фази в якому приймається за 100 %, то відсоток (процент) магнітної фази в зразку буде дорівнювати частці від ділення K 2 на K 1 помноженій на 100: рудного матеріалу розділити на таке ж відношення 20 % магнітна фаза  25 При використанні стандартного та досліджуваного зразків фіксованої маси m1  m2 відсоток (процент) магнітної фази в зразку буде дорівнювати відношенню сили взаємодії досліджуваного зразка до сили взаємодії стандартного зразка: % магнітна фаза  30 K2 Fm 100  2 1 100 . (6) K1 F1m2 F2 100 . F1 (7) Для 100 % магнетиту вміст заліза дорівнює 72,359 відсотки, отже для визначення вмісту магнетитового заліза, що входить в зразок, можна скористатись наступною формулою: Fe magnetite  K2 Fm 72,359  2 1 72,359 K1 F1m2 (8) або при m1  m2 2 UA 97767 U % Fe magnetite  5 10 15 20 F2 72,359 . F1 (9) Корисна модель пояснюється кресленням, де схематично зображено пристрій для експресного неруйнівного контролю вмісту магнітної фази в магнітних матеріалах та рудах по методу Фарадея, де 1 - силовимірювальний прилад, 2 - магніт NdFeB, 3 - фіксатор зразка з немагнітного матеріалу, 4 - ампула зі зразком. Корисна модель пояснюється прикладами виготовлення робочого пристрою та способом визначення вмісту магнетиту або магнетитового заліза, що входить в зразок. Приклад 1 Пристрій зібрали згідно схеми на кресленні з використанням наступних компонентів: як силовимірювальний блок використали ювелірні електронні ваги з дисплеєм з автономним живленням з границею зважування до 300 г з відліком 0,01 г (1), постійний магніт NdFeB (2) циліндричної форми діаметром 25 мм та висотою 7 мм, намагнічений вздовж осі циліндра, що нерухомо закріплюють на платформі ваг, фіксатор зразка (3), товщиною 1 мм, виготовлений з алюмінію, нерухомо закріплюють на корпусі ваг на відстані 1 мм від магніту. Зразок розміщують на фіксаторі в ампулі (4) співвісно магніту. Пристрій без ампули зі зразком має розмір 75мм*110мм*25 мм. Магнітне поле в місті встановлення зразка, виміряне тесламетром, становить 0,3 Тл. Градієнт поля складає 25 Тл/м. Приклад 2 Вимір проводили наступним чином: покази включеного приладу без зразка обнуляють, зразок в ампулі магнетиту масою 0,2 г ставлять на пристрій для вимірювання сили та фіксують на дисплеї силу F1  46 у відносних одиницях. Слабомагнітну гематитову руду в ампулі наважкою 0,41 г ставлять на пристрій для вимірювання сили та фіксують на дисплеї силу F2  0,29 у відносних одиницях. Розраховують вміст магнетиту в зразку за формулою 6, тобто F2m1 0,29 0,2 100  100  0,3% . F1m 2 46 0,41 Для визначення відсотку вмісту магнетиту після омагнічування цієї руд вуглеводами біомаси, наважку омагніченої руди масою 0,4 г ставлять на пристрій для вимірювання сили та фіксують на дисплеї силу F2  49 у відносних одиницях. Розраховують вміст магнетиту в зразку % магнітної фази  25 F2m1 49 0,2 100  100  53 % . Або розраховують вміст F1m 2 46 0,4 зразку за формулою (8), тобто за формулою 6, тобто % магнітної фази  магнетитового 30 35 40 45 заліза в  F2m1 49 0,2 72,4  72,4  38 % . F1m 2 46 0,4 Відсоток магнітної фази в зразку руди чи іншого магнітного матеріалу для зразків з однаковою насипною масою, за умови рівних наважок, розраховується за формулою: F % магнітної фази  2 100 , де F2 - сила виміряна пропонованим пристроєм для зразка, в якому F1 визначається вміст магнітної фази, F1 - сила виміряна пропонованим пристроєм для стандартного зразка. При цьому, розрахунок відсотка магнетитового заліза в рудах проводять F за формулою (9): %Fe magnetite  2 72,4 . F1 Джерело інформації: 1. Определение магнетитового железа с применением магнитной весовой установки. В книге: Методические рекомендации по изучении вещественного состава и обогатимости железных руд / под. ред. В.М. Григорьева. - М. - 1971. - С. 172. 2. Патент України № 84489, МПК G01N 27/72, G01R 33/12, G01B 7/02, 27.10.2008 Бюл. № 20, "Пристрій для неруйнівного контролю вмісту немагнітної фази в феромагнітних матеріалах" К.С. Богдан, Ю.В. Моісеев, А.О. Санкін. 3. Патент України № 90586, МПК G01N 27/72 G01N 27/00 G01L 1/12 G01L 1/00, 11.05.2010, Бюл. № 9, "Пристрій контролю масової частки магнітного заліза в пробах руди і продуктів її збагачення" А.Ю. Кривенко. 4. В.И. Чечерников. Магнитные измерения. - М.: Изд. Московского университета, 1969. - С. 120. Fe magnetite  3 UA 97767 U 5 10 5. П. Селвуд. Магнетохимия. - М.: Изд. иностранной литературы, 1958. - С. 13. 6. Р. Карлин. Магнетохимия. - М.: Мир, 1989. - С. 360. 7. В.Т. Калинников, Ю.В. Ракитин. Введение в магнетохимию. Метод статической магнитной восприимчивости в химии. - М.: Наука, 1980. - С. 41. 8. Ю.В. Ракитин, В.Т. Калинников. Современная магнетохимия. - СПб: Наука, 1994. - С. 30. 9. К.П. Белов. Магнитные превращения. - М.: Гос. изд. физ-мат. литературы, 1959. - С. 233. 10. Буравихин В.А., Шелковников В.Н., Караванова В.П "Практикум по магнетизму", М.: Высшая школа, 1979. - С. 41. 11. С.В. Вонсовский. Магнетизм. Магнитные свойства диа-, пара-, ферро-, антиферро- и ферримагнетиков. - М.: Наука, 1971. - С. 46. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Пристрій для експресного неруйнівного контролю вмісту магнітної фази в магнітних матеріалах та рудах, що має силовимірювальний блок, зразок з порошком руди або іншого магнітного матеріалу та постійний магніт, який відрізняється тим, що магніт нерухомо закріплений на силовимірювальному блоку, а зразок руди або іншого магнітного матеріалу нерухомо зафіксований над магнітом в зоні найбільшого градієнту магнітного поля за допомогою фіксатора зразка з немагнітного матеріалу, що дозволяє вимірювати силу взаємодії зразка з неоднорідним магнітним полем, пропорційну вмісту магнітної фази в магнітних матеріалах. Комп’ютерна верстка М. Шамоніна Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4