CZ17463U1 - Magnetický buben separátoru - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká magnetického bubnu separátoru s feritovými permanentními magnety určeného zejména pro kontinuální separaci cizorodých magnetických částic ze suchých sypkých materiálů. Zařízení je s výhodou využitelné v recyklačních provozech, energetice, keramickém a sklářském průmyslu apod.

Dosavadní stav techniky

Kontinuální separace cizorodých magnetických částic ze suchých sypkých materiálů malé zrnitosti se v současné době zajišťuje zejména magnetickými bubnovými separátory. Tyto jsou zpra10 vidla uloženy pod hnacím bubnem pásového dopravníku nebo pod výsypnou hranou vibračního žlabu nebo zásobníku a jsou poháněny vlastní pohonnou jednotkou. Pohon otáčí pouze pláštěm bubnu kolem pevné osy s magnetem. Jako zdroj magnetického pole v bubnech separátorů se používají jednak elektromagnety a především permanentní magnety. Elektromagnety jsou závislé na elektrické energii, čímž se podstatně zvyšují provozní náklady separačních procesů.

V zájmu snížení provozních nákladů se v praxi častěji používají permanentní magnety a to v současné době jejich tři druhy. Jedná se jednak o nejdříve užívané permanentní magnety ze slitin Alnico, které jsou postupně nahrazovány permanentními magnety ze vzácných zemin a zejména o nejčastěji užívané magnety na bázi feritu bamatého nebo strontnatého. Magnety ze slitin Alnico jsou sice výhodné pro použití při vyšších teplotách, ale jejich použití v bubnech separá20 torů je s ohledem na vysoce nákladné suroviny magnetů, nízké koercitivní síly a malou odolnost proti odmagnetování ekonomicky nevýhodné. V současné době je proto použití permanentních magnetů ze slitin Alnico v bubnových separátorech spíše okrajové. Permanentní magnety ze sloučenin vzácných zemin vykazují sice nejvyšší parametry účinnosti, jsou však velmi nákladné a méně odolné proti působení vyšších teplot. Proto se tyto magnety uplatňují zejména v provo25 zech ve kterých jsou požadovány velmi vysoké hodnoty magnetické indukce z důvodu obtížnosti separace nebo jiných vysokých nároků na kvalitu separace v bubnech separátorů menších rozměrů. Nejčastěji používaným druhem proto v současné době zůstávají magnety na bázi feritů barnatého nebo strontnatého. Feritové magnety jsou nejlevnější a proto často představují jediné ekonomicky výhodné řešení. Mají poměrně vysokou koercitivní sílu. Jejich hlavním nedostatkem však je, že poskytují relativně nízkou magnetickou indukci.

Bubnové separátory s magnety na bázi feritových magnetů se používají v rozličných velikostech magnetů. Tyto separátory jsou používány v provozech sléváren, keramických závodů, skláren, energetiky, paliv a recyklačních a třídicích podnicích aj. Každé zlepšení za účelem zvýšení magnetické indukce v prostoru separace vně pláště bubnu separátoru je proto z důvodu zvýšení účin35 nosti a rychlosti separace velmi žádoucí. Známé magneticky tvrdé ferity vykazují však již delší dobu konstantní parametry, které se již téměř nezlepšují.

Zvyšování magnetické indukce použitím pólových nástavců z magneticky měkkého železa, např. permenduru a podobných materiálů, není rovněž pro velkou většinu aplikací výhodné, neboť magnetická indukce se zvýší pouze těsně u povrchu pólového nástavce, ale ve větší vzdálenosti, v prostoru separovaného materiálu nad pláštěm bubnu, se naopak velmi rychle snižuje.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje magnetický buben separátoru sestávající z otočného nemagnetického pláště bubnu ovládaného hnací hřídelí v němž je na nosiči z magneticky měkké oceli usazen obloukovitý permanentní magnet, který je sestaven z homogenně orientova45 ných dílů. Podstata technického řešení spočívá v tom, že obloukovitý magnet je z hlediska magnetické orientace v axiálním směru rozdělen rovnoběžnými hranicemi na zvolený počet vzájemně se střídající oblasti A a oblasti B, přičemž oblasti A jsou funkční póly orientované stupňovitě ra- 1 CZ 17463 Ul diálně a oblasti B jsou orientovány axiálně. Permanentní obloukovitý magnet obsahuje s výhodou nejméně jednu oblast A představující funkční póly střídající se polarity a nejméně jednu oblast B střídající polarity. Podle dalšího nároku přiléhají oblasti B ke každé oblasti A nejméně z jedné strany, přičemž šířka v axiálním směru oblasti B činí 20 až 70 % šířky sousední oblasti A.

Oblasti B jsou umístěny s výhodou mezi oblastmi A nebo na okraji obloukovitého magnetu, přičemž jejich magnetování je zajištěno stykem s oblastí A a to pólem stejné polarity jako je polarita funkčního pólu. Obloukovitý magnet je dle dalšího nároku sestaven z těsně k sobě přiléhajících stejných magnetických tyčí ve tvaru plochých hranolů, sestávajících z vícepólových magnetů, umístěných na plochých nosných tyčích z magneticky měkké oceli, které jsou na obou konto cích připevněny k nosiči magnetu ve tvaru půlměsíce a magnet magnetické tyče je podle magnetické orientace rozdělen na oblasti A a oblasti B, jejichž uspořádání a délka jsou shodné s parametry sestaveného obloukovitého magnetu.

Homogenně orientované díly obloukovitého magnetu jsou zhotovovány samostatně jako dílčí magnety v rozměrech a tvarech potřebných pro sestavení složeného obloukovitého magnetu.

Vhodným materiálem jsou známé magneticky tvrdé slinuté anizotropní ferity o přibližném složení BaO.nFe₂O₃, n < 6, nebo SrO.nFe₂O₃, n < 6, nebo jejich směsi, přednostně s vyššími hodnotami koercitivní síly. Hexagonální osy snadného magnetování slisovaných prášků částic jsou orientovány do přednostního směru. V tomto směruje materiál magnetován, čímž je dosahována nejvyšší měrná magnetická energie. Vysoká koercitivní síla umožňuje magnetovat dílčí magnety samostatně před složením do celku, a to aniž by došlo k významnějšímu odmagnetování. Při sestavování jsou homogenně orientované díly k sobě lepeny, např. epoxidovým lepidlem, čímž je zajištěna pevná struktura výsledného obloukovitého magnetu.

Oblasti A, jejichž povrchové části v blízkosti pláště bubnu tvoří funkční póly, jsou orientovány stupňovitě radiálně. Skládáním a spojováním homogenně orientovaných dílů uspořádaných v radiálních směrech je vytvořena jejich orientace. V tělese složeném z homogenně orientovaných dílů se nevytváří, protože spojitá radiální orientace, ale i změny směrů magnetické orientace probíhají stupňovitými přechody mezi orientacemi vedlejších dílů.

Tato konstrukce je pro zhotovení obloukovitého magnetu separačního magnetického bubnu výhodná. V rámci možností, které poskytují magneticky tvrdé feritové materiály, umožňuje získat poměrně vysokou magnetickou indukci na pólech. Za současných technických možností se homogenně orientované hranoly vyrábějí s nižšími náklady, dále v podstatně větším sortimentu rozměrů a velikostí a vykazují vyšší měrnou magnetickou energii než odpovídající spojitě radiálně orientované díly.

Oblasti B jsou rovněž složeny z homogenně orientovaných dílů. Složení nepředstavuje z hlediska magnetické orientace problém, protože orientace je homogenní v celé oblasti v axiálním směru.

Magnety bubnů separátorů mohou být navrženy s jedním funkčním pólem, tj. jednou oblastí A nebo mnohem častěji, s více funkčními póly střídající se polarity. Pokud možno je nejvhodnější volit počet pólů podle podmínek separace, tj. zejména s ohledem na množství a tloušťku vrstvy sypkého materiálu a druh zachycovaných částic.

Jednopólové magnety lze s výhodou využít především u krátkých bubnů, tj. u zařízení s malou výškou válce nebo v případech, kde je prioritou, aby magnetické pole působilo do co největší vzdálenosti. Zvyšováním poctu pólů střídající se polarity roste zejména gradient magnetické indukce a separační magnetická síla, avšak pouze v relativně úzké vrstvě u povrchu pláště separačního bubnu.

Oblasti B přiléhají ke každé oblasti A nejméně z jedné strany a jsou magnetovány tak, že na přiléhající straně oblasti B se nachází pól stejné polarity jako je polarita funkčního pólu, tj. pólu oblasti A na vypuklé vnější ploše obloukovitého magnetu v blízkosti pláště bubnu. Toto uspořádání zajišťuje, že magnetický tok takto magnetované oblasti B zesiluje magnetický tok vycházející z funkčního pólu. Zvyšuje se tak magnetická indukce a přitažlivá separační síla v okolí funkčního pólu. Magnetická indukce se zvyšuje podstatně více, pokud k oblasti A přiléhají

-2CZ 17463 Ul oblasti B z obou stran než pouze z jedné strany. Pokud je třeba, aby krajní funkční póly vykazovaly obdobně zvýšenou magnetickou indukci jako póly ve střední části magnetického bubnu, je třeba, aby okraj obloukovitého magnetu tvořily oblasti B.

Zvyšováním šířky oblasti B ve směru podél osy bubnu oproti šířce oblasti A se magnetická indukce na funkčním pólu zvyšuje, zároveň se však zvětšuje vzdálenost mezi funkčními póly. Při větší vzdálenosti dochází v prostřední části v prostoru mezi póly k nežádoucímu poklesu magnetické indukce. Pro zachování zvýšené magnetické indukce a separační účinnosti podél celé délky magnetického bubnu je třeba, aby se poměr šířek oblasti A a oblasti B udržoval v určitých mezích. Tento poměr je v předmětném řešení stanoven tak, že šířka v axiálním směru oblasti B činí

20 až 70 % šířky sousední oblasti A.

Obloukovitý magnet magnetického bubnu separátoru s magnetickou strukturou může být podle předmětného řešení sestavován různými postupy. Velmi vhodné je například sestavení z těsně k sobě přiléhajících stejných magnetických tyčí ve tvaru dlouhých hranolů a sestávajících zvícepólových magnetů na plochých tyčích z magneticky měkké oceli, které jsou na obou koncích při15 pevněny k nosiči magnetu ve tvaru půlměsíce, přičemž magnet tyče je podle magnetické orientace rozdělen na oblasti A a oblasti B v příslušném stejném uspořádání a délkách jako u sestaveného obloukovitého magnetu. Magnetické tyče mohou mít například průřez obdélníkový nebo průřez rovnoramenného lichoběžníka. Zatímco magnetické tyče obdélníkového průřezu lze zhotovit snadněji, tyče lichoběžníkového průřezu, uložené těsně vedle sebe, lépe vyplní prostor oblouko20 vitého magnetu.

Magnetický buben separátoru vykazuje na povrchu a v blízkém okolí pláště bubnu značné zvýšení hodnoty magnetické indukce a přitažlivých sil k feromagnetickým částicím a materiálům ve srovnání s hodnotami, které vykazují bubny s klasickými feritovými magnety stejné velikosti.

Například je možno porovnat předmětný magnetický buben se stávajícím separačním bubnem s homogenně orientovanými magnety s póly střídavé polarity stejné velikosti. Bylo zjištěno, že ve vzdálenosti 10 mm od povrchu pláště magnetického bubnu činí nárůst magnetické indukce nad středy funkčních pólů 30 až 50 % a v oblasti mezi póly 15 až 20%. Tyto výhody podmiňuje zejména složení a konstrukce obloukovitého magnetu, který koncentruje magnetický tok v oblasti funkčních pólů a tím zde dosahuje podstatně vyšší hodnoty magnetické indukce a přitažli30 vých sil oproti klasickým permanentním magnetům s rovnoměrnou hustotou magnetického toku. Stěžejním přínosem tohoto řešení je významné zvýšení kvality separace magnetických bubnových separátorů s feritovými magnety, které se používají v mnoha průmyslových provozech. Dále mohou být tyto magnetické bubny se zvýšenou účinností použity i tam, kde doposud parametry běžných feritových magnetů nepostačovaly. V řadě aplikací mohou proto nahradit stáva35 jící elektromagnetické separátory, které jsou provozně podstatně nákladnější. Separátory s magnetickými bubny podle předmětného řešení jsou s výhodou použitelné i v provozech s nestandardními podmínkami pro separaci, jako je vysoká teplota a rychlost separovaného materiálu, vč. jeho většího objemu, v nichž účinnost běžných separátorů výrazně klesá.

Přehled obrázků na výkrese

Příkladné řešení je schematicky znázorněno na připojených vyobrazeních, kde na obr. 1 je schéma procesu magnetické separace, na obr. 2 schéma magnetického bubnu separátoru opatřeného obloukovitým magnetem, na obr. 3 schéma sestavy magnetů v úsecích oblastí A a oblastí B a na obr. 4 schéma uspořádání magnetické tyče.

Příklady provedení

Magnetický buben separátoru (obr. 1 až 4) pro recyklaci a třídění šrotuje zhotoven v rozměrech bubnu o průměru 400 mm a délce 380 mm. Z důvodu zachování tvaru magnetického poleje buben zhotoven z velké části z nerezové oceli. Konstrukce bubnu sestává z otočného nemagnetického pláště 1 ovládaného hnací hřídelí nosného čepu se dvěma nosiči 2 ve tvaru půlměsíce, mezi

-3 CZ 17463 Ul nimiž jsou v drážce připojeny ploché nosné tyče 6 na nichž jsou připevněny spojené vícepólové magnety. Obloukovitý magnet 3, sestávající z těsně vedle sebe uložených magnetických tyčí, je umístěn těsně pod povrchem pláště i bubnu. Vnější povrch pláště i bubnu je opatřen průběžnými navařenými lištami k odhození přichyceného separovaného feritového materiálu 8, jejichž počet je závislý na druhu separované směsi materiálu 7 a velikosti bubnu. Feritový obloukovitý magnet 3 o tloušťce 50 mm je sestaven z dílů, které byly vyrobeny z anizotropního magneticky tvrdého materiálu, v daném případě strontnatého feritu s následujícími magnetickými charakteristikami: jakostní součin (BH)_max = 28,5 kJ/m³, remanentní magnetická indukce B_r = 0,39 T a koercitivní síly H_cb = 285 kA/m a H_cj = 300 kA/m. Zhotovený magnet 3 je rozdělen v axiálním ío směru na tři oblasti A 4 šířky 50 mm a čtyři oblasti B 5 šířky 30 mm. Ke každé oblasti A 4 přiléhají oblasti B 5 z obou stran, takže oblasti B 5 jsou zároveň i krajní oblasti magnetu 3. Magnet 3 je sestaven z magnetických tyčí rozdělených stejně na oblasti A 4 a oblast B 5. Magnetické tyče mají průřez rovnoramenného lichoběžníka, kde kratší základnou 35 mm jsou připevněny k železným nosným tyčím 6 stejné šířky a tloušťky 10 mm. Protože delší základna má délku 50 mm, vychází rozměr oblasti A 4, tj. plocha funkčního pólu na jedné magnetické tyči, 50 χ 50 mm.

Bubnový separátor je uložen nad pásovým dopravníkem aje poháněn vlastní pohonnou jednotkou. Tato otáčí pouze pláštěm ]_ bubnu kolem stojící osy s magnetickým jádrem tvořeným permanentním obloukovitým magnetem 3. V průběhu separačního procesu se ze směsi materiálu 7 přichytí na plášť I bubnu separovaný feromagnetický materiál 8, který je pomocí odhazovací lišty odveden do místa, kde magnetické pole nepůsobí a za pomoci odstředivé síly následně odpadne do kontejneru a to v jiném místě, tj. odděleně, než nemagnetický materiál 9.

Průmyslová využitelnost

Magnetický buben separátorů dle předmětného řešení je využitelný nejen v separátorech určených do běžných provozních podmínek, např. při úpravě rud a těžbě surovin, čištění nemagnetic25 kých materiálů, ochraně technologických zařízení, vč. ve výrobnách krmiv, dřevozávodech, elektrárnách apod., ale umožňuje separaci i v extrémních podmínkách, především za zvýšené teploty až 100 °C a vysoké rychlosti toku separovaného materiálu.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (5)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Magnetický buben separátoru sestávající z otočného nemagnetického pláště ovládaného

30 hnací hřídelí, v němž je na nosiči usazen feritový permanentní obloukovitý magnet, vyznačující se tím, že permanentní obloukovitý magnet (3) je z hlediska magnetické orientace rozdělen v axiálním směru rovnoběžnými hranicemi na vzájemně se střídající dílčí obloukovité úseky vytvářející oblasti A (4) a oblasti B (5), přičemž oblasti A (4) jsou funkční póly orientované stupňovitě radiálně a oblasti B (5) jsou orientovány axiálně.

35

2. Magnetický buben separátoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že permanentní obloukovitý magnet (3) obsahuje nejméně jednu oblast A (4), mající funkční póly střídající se polarity a nejméně jednu oblast B (5) střídající polarity.

3. Magnetický buben separátoru podle nároků la 2, vyznačující se tím, že oblasti B (5) přiléhají ke každé oblasti A (4) nejméně z jedné strany, přičemž šířka v axiálním směru

40 oblasti B (5) činí 20 až 70 % sousední oblasti A (4).

4. Magnetický buben separátoru podle nároků laž3, vyznačující se tím, že oblasti B (5) jsou umístěny mezi oblastmi A (4) nebo na okraji obloukovitého magnetu (3), při-4CZ 17463 Ul čemž jejich magnetování je zajištěno stykem s oblastí A (4) pólem stejné polarity jako je polarita funkčního pólu.

5. Magnetický buben separátoru podle nároků laž4, vyznačující se tím, že obloukovitý magnet (3) je sestaven z těsně k sobě přiléhajících stejných magnetických tyčí ve

5 tvaru plochých hranolů, sestávajících z vícepólových magnetů umístěných na plochých nosných tyčích (6) z magneticky měkké oceli, které jsou na obou koncích připevněny k nosiči (2) obloukovitého magnetu (3) ve tvaru půlměsíce a magnetické tyče jsou podle magnetické orientace rozděleny na oblasti A (4) a oblasti B (5), jejichž uspořádání a délka jsou shodné s parametry sestaveného obloukovitého magnetu (3).