CZ17480U1 - Hnací magnetický buben - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká hnacího magnetického bubnu s feritovými permanentními magnety určeného zejména k osazení na pásové dopravníky při separaci nežádoucích feromagnetických předmětů a částic ze sypkých materiálů. Magnetická struktura feritového magnetu hnacího magnetického bubnu podstatně zvyšuje magnetickou indukci a přitažlivé separační síly v blízkém okolí válcové plochy separačního bubnu.

Dosavadní stav techniky

Hnací magnetické bubny, které jsou součástí pásových dopravníků a na nich instalovány shodně s běžnými hnacími bubny, se používají zejména pro separaci nežádoucích feromagnetických, např. železných předmětů a částic ze sypkých materiálů. Hnací magnetický buben je zpravidla umístěn na konci pásového dopravníku, a to v místě výsypu materiálu. Magnety umístěné po celém obvodu uvnitř otáčejícího se bubnu vytvářejí u povrchu pláště silné magnetické pole, které přichycuje feromagnetické částice a předměty. Jejich odvod zajistí dopravní pás tak, že částice a předměty jsou dále unášeny po pásu do té doby, než jsou odvedeny dostatečně daleko od působení magnetického pole, kde odpadnou.

Pro vytváření magnetického pole se v magnetických bubnech používají permanentní magnety, tak i elektromagnety. Nevýhodou elektromagnetů je, že potřebují zdroj elektrické energie, čímž se značně zvyšují provozní náklady. Z tohoto důvodu se v praxi používají častěji permanentní magnety a to v současné době jejich tři druhy. Tradiční magnety jsou vyrobeny ze slitiny Alnico. Tyto jsou výhodné zejména pro vyšší teploty. Jejich používání v magnetických bubnech je z důvodu drahých surovin a zejména nízké koercitivní síly a malé odolnosti proti odmagnetování, v současné době spíše okrajové.

Nejnovější permanentní magnety jsou zhotoveny ze sloučenin vzácných zemin, které sice po25 skytují magnety s výrazně nejvyššími parametry, jsou však zároveň velmi drahé a méně odolné proti působení vyšších teplot. Tyto magnety se uplatňují proto zejména tam, kde jsou požadovány velmi vysoké hodnoty magnetické indukce z důvodu obtížnosti separace nebo jiných vysokých nároků na kvalitu separace a rovněž v bubnech menších rozměrů. Z daných důvodů zůstávají v praxi nejčastěji používaným druhem magnety na bázi feritů stroncnatého nebo bamatého.

Pro jejich ekonomickou výhodnost jsou často pro provozovatele jediným řešením. Dané magnety vykazují sice poměrně vysokou koercitivní sílu, avšak jejich hlavním nedostatkem je relativně nízká magnetická indukce.

Hnací magnetické bubny vybavené běžnými feritovými magnety různých velikostí se používají v mnoha oblastech průmyslu, těžby a úpravy surovin. Každé zlepšení za účelem zvýšení magne35 tické indukce v prostoru separace vně pláště separačního bubnuje proto velmi žádoucí za účelem zvýšení účinnosti a rychlosti separace. Magneticky tvrdé ferity jsou však již delší dobu známy a jejich materiálové parametry se již téměř nezlepšují. Rovněž tak řešení zvyšování magnetické indukce použitím pólových nástavců z magnetického železa, zejména permenduru a podobných materiálů s dobrou magnetickou vodivostí nejsou pro velkou většinu aplikací výhodné, neboť magnetická indukce se zvýší pouze těsně u povrchu pólového nástavce, ale ve větší vzdálenosti v prostoru vrstvy separovaného materiálu nad pláštěm bubnu se naopak velmi rychle snižuje. Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje hnací magnetický buben separátoru opatřený feritovým permanentním magnetem trubkovitého tvaru, uloženým na trubkovité podložce z mag45 netícky měkké oceli, který je složen z homogenně orientovaných dílů a je pevně připevněn k nemagnetickému plášti bubnu. Podstata technického řešení spočívá v tom, že trubkovitý magnet hnacího bubnu je z hlediska magnetické orientace podél osy válce rozdělen v axiálním směru

-1 CZ 17480 Ul rovnoběžnými hranicemi, kolmými k ose válce, na vzájemně se střídající oblasti P a oblasti B ve tvaru prstenců. Oblasti P jsou funkční póly, které jsou orientovány stupňovitě radiálně, a oblasti B jsou orientovány axiálně. Permanentní trubkovitý magnet vykazuje s výhodou nejméně jednu oblast P představující funkční póly střídající se polarity a zároveň nejméně jednu oblast B střídající se polarity. Podle dalšího nároku oblasti B trubkovitého magnetu nejméně z jedné strany bočně přiléhají ke každé oblasti P, přičemž šířka v axiálním směru v oblasti B činí 25 % až 75 % šířky sousední oblasti P. S výhodou jsou oblasti B rovněž umístěny bočně mezi oblastmi P i na okraji trubkovitého magnetu, přičemž jejich magnetování je zajištěno bočním stykem s oblastí P pólem stejné polarity jako je polarita funkčního pólu. Permanentní trubkovitý magnet je podle posledního význaku sestaven z těsně k sobě přiléhajících stejných magnetických tyčí ve tvaru dlouhých hranolů. Magnetické tyče sestávají z vícepólových magnetů umístěných na plochých nosných tyčích z magneticky měkké oceli a jsou svými plochami s funkčními póly připevněny k plášti bubnu. Vícepólový magnet magnetické tyče je podle magnetické orientace rozdělen na oblasti P a oblasti B a to ve stejném uspořádání a délkách jako u sestaveného trubkovitého magnetu.

Homogenně orientované díly jsou zhotovovány samostatně jako dílčí magnety v rozměrech a tvarech potřebných pro sestavení složeného trubkovitého magnetu. Vhodným materiálem jsou známé magneticky tvrdé slinuté anizotropní ferity stroncnaté a bamaté, přednostně s vyššími hodnotami koercitivní síly. Hexagonální osy snadného magnetování slisovaných prášků částic jsou orientovány do přednostního směru. V tomto směru je materiál magnetován, přičemž je dosahována nejvyšší měrná magnetická energie. Vysoká koercitivní síla umožňuje magnetovat dílčí magnety samostatně před jejich složením do celku, aniž by došlo k významnějšímu odmagnetování. Při sestavování jsou homogenně orientované díly k sobě lepeny, např. epoxidovým lepidlem, aby byla zajištěna pevná struktura výsledného trubkového magnetu, přičemž trubkou zde rozumíme z geometrie známý pojem - dutý kruhový rotační válec. Prstence zde znamenají části dutého kruhového rotačního válce, které vznikají rovinnými řezy, kolmými ke stranám tohoto válce.

Oblasti P, jejichž povrchové části u pláště bubnu tvoří funkční póly, jsou orientovány stupňovitě radiálně. Stupňovitě v tom smyslu, že orientace je vytvářena skládáním a spojováním homogenně orientovaných dílů, uspořádaných v radiálních směrech. V tělese složeném z homogenně orientovaných dílů se nevytváří spojitá radiální orientace, ale změny směrů magnetické orientace probíhají stupňovitými přechody mezi orientacemi vedlejších dílů.

Tato konstrukce je pro zhotovení trubkovitého magnetu hnacího magnetického bubnu podle předmětného technického řešení výhodná, přestože například sestavení magnetu z kvádrů různých velikostí nemůže dokonale vyplnit prostor ohraničený mezikružím. 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 separace problém, protože orientace je homogenní v celé oblasti v axiálním směru.

Magnety hnacích bubnů separátoru mohou být navrženy s jedním funkčním pólem, tj. jednou oblastí P nebo, a to mnohem častěji, s více funkčními póly střídající se polarity. Pokud je 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 využít zejména u krátkých bubnů, tj. u separačních zařízení s malou výškou válce nebo v případech, kde je prioritou, aby magnetické pole působilo do co největší vzdálenosti. Zvyšováním počtu pólů střídající se polarity roste zejména gradient magnetické indukce a separační magnetická síla, avšak pouze v relativně úzké vrstvě u povrchu pláště bubnu. V aplikacích hnacích magnetických bubnů je často vrstva zpracovávaného sypkého materiálu vyšší, což předpokládá spíše menší počet pólů než je tomu např. u bubnových separátorů.

-2CZ 17480 Ul

Oblasti B přiléhají ke každé oblasti P bočně 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 P na vnější kruhovité válcové ploše trubkovitého magnetu u pláště bubnu. Toto uspořádání zajišťuje, že magnetický tok takto magnetované oblasti B zesiluje magnetický tok vycházející z funkčních pólů. Zvyšuje se tak magnetická indukce a přitažlivá separační síla okolí funkčního pólu. Magnetická indukce se zvyšuje podstatně více, pokud k oblasti P přiléhají bočně 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 trubkovitého magnetu tvořily oblasti B.

Zvyšováním šířky oblasti B ve směru podél osy bubnu oproti šířce oblasti P se magnetická indukce na funkčním pólu zvyšuje, zároveň se však zvětšuje vzdálenost mezi funkčními póly. Při větší vzdálenosti dochází v prostřední časti, v prostoru mezi póly, k nežádoucímu poklesu magnetické indukce. Za účelem zachování zvýšené magnetické indukce a separační účinnosti podél celé délky magnetického bubnu je třeba, aby se poměr šířek oblastí P a B udržoval v určitých mezích. Tento poměr je v předmětném řešení stanoven tak, že šířka v axiálním směru oblasti B činí 25 % až 75 % šířky sousední oblasti P.

Trubkovitý magnet magnetického bubnu separátoru s magnetickou strukturou podle předmětného technického řešení může být sestavován různými postupy. Velmi vhodné je například sestavení z těsně k sobě přiléhajících stejných magnetických tyčí ve tvaru dlouhých hranolů a sestávajících z magnetů na plochých tyčích z magneticky měkké oceli. Magnetické tyče jsou svými plochami, na kterých se nacházejí funkční póly, připevněny s výhodou lepením, na vnitřní průměr pláště bubnu. Magnet tyče je podle magnetické orientace rozdělen na oblasti P a oblasti B v příslušném stejném uspořádání a délkách jako u sestaveného trubkovitého magnetu. Magnetické tyče mohou mít například průřez obdélníkový nebo průřez rovnoramenného lichoběžníka. Zatímco magne25 tické tyče obdélníkového průřezu lze zhotovit poměrně snadno, tyče lichoběžníkového průřezu, které jsou výrobně složitější, sestavené těsně vedle sebe lépe vyplní prostor trubkovitého magnetu.

Hnací magnetický buben separátoru s homogenně orientovanými feritovými permanentními magnety trubkovitého tvaru 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 poskytují bubny s klasickými feritovými magnety stejné velikosti. Magnetický buben podle předmětného řešení byl například porovnán se stávajícím bubnem s homogenně orientovanými magnety s póly střídavé polarity stejné velikosti. Bylo zjištěno, že například ve vzdálenosti 15 mm od povrchu pláště magnetického bubnu činí nárůst magnetické indukce nad středy funkčních pólů 25 až 50 % a v oblasti mezi póly 15 až 25 %.

Výsledek předmětného technického řešení má značný praktický význam a přináší řadu výhod. Hlavní výhodou je významné zvýšení kvality a rychlosti separace při použití hnacích magnetických bubnů s feritovými magnety. Nové hnací magnetické bubny se zvýšenou účinností mohou být použity i v dalších aplikacích, u nichž doposud stávající bubny se známými magnety nepo40 stačovaly. Jedná se například o magnetickou separaci při vyšších teplotách a objemech separovaného materiálu. Proto mohou v řadě aplikací nahradit elektromagnetické hnací bubny, které jsou hlediska provozu, údržby a spotřeby elektrické energie podstatně nákladnější. Výsledky zkušebních měření na prototypu zařízení rovněž prokázaly, že homogenně orientované feritové permanentní magnety podle předmětného řešení podstatně zvyšují dosažitelnou hodnotu magne45 tické indukce. U hnacích magnetických bubnů dochází ke zvětšení prostoru ve vzduchové mezeře, ve které lze dosáhnout vyšší magnetickou indukci a tím i účinnost separace. Současně umožňují vytvoření různých průběhů magnetického pole podle požadavků na magnetickou indukci a separaci.

-3CZ 17480 Ul

Přehled obrázků na výkrese

Příkladné technické řešení je schematicky znázorněno na připojených vyobrazeních, kde na obr. 1 je schéma magnetického separačního procesu, na obr. 2 schéma hnacího magnetického bubnu v příčném řezu, na obr. 3 schéma sestavy prstencových magnetů s vyznačenými oblastmi P a oblastmi B v axonometrickém pohledu a na obr. 4 magnetická tyč v podélném řezu.

Příklady provedení

Hnací magnetický buben separátoru slévárenských písků (obr. 1 až 4) je připevněn ke konstrukci pásového dopravníku směsi separovaného materiálu 8. Kroutící moment je přenášen z hnací jednotky pomocí hnací hřídele. Hnací magnetický buben je zhotoven v rozměrech - průměr 320 mm a délka bubnu 380 mm. V bubnu je umístěn feritový trubkovitý magnet I o tloušťce 50 mm. Na vnitřní stěnu nemagnetického pláště 3 bubnu je nalepen permanentní trubkovitý magnet I uložený na trubkovité podložce 2. Magnet I byl sestaven z dílů, které byly vyrobeny z anizotropního magneticky tvrdého stroncnatého feritu o složení přibližně SrFe^OiQ. Zhotovený magnet i byl rozdělen v axiálním směru na tři oblasti P 4 šířky 50 mm a čtyři oblasti B 5 o šířce 34 mm. Ke každé oblasti P 4 přiléhají bočně oblasti B 5 z obou stran, takže oblasti B 5 jsou zároveň i krajní oblasti magnetu L Trubkovitý magnet I hnacího magnetického bubnu tvoří těsně k sobě přiřazené magnetické tyče 6 o průřezu rovnoramenného lichoběžníka, kde kratší základnou o délce 35 mm jsou přiřazeny k železným podložkám stejné šířky a tloušťky o rozměru 10 mm. Jednotlivé magnetické tyče 6 sestávají z plochých nosných tyčí 7 zhotovených z magneticky měkké oceli, na jejichž povrch jsou připojeny vícepólové magnety. Jednotlivé magnety jsou na magnetické tyči 6 rozděleny podle jejich magnetické orientace na oblasti P 4 a oblasti B 5 a to ve stejném uspořádání a délkách jako u sestaveného trubkovitého magnetu L Nosné tyče 7 vytvořily po složení trubkovitého magnetu i jeho podložku 2.

Protože delší základna magnetické tyče 6 má délku 48 mm, vychází rozměr oblasti P 4, tj. plocha funkčního pólu na jedné tyči 6 50 χ 48 mm. Magnetické tyče 6 jsou k sobě navzájem přilepeny epoxidovým lepidlem a zároveň jsou svými plochami, na kterých se nacházejí funkční póly, nalepeny přímo na vnitřní průměr pláště 3 bubnu, kterým je trubka z nerezavějící nemagnetické oceli o tloušťce 4 mm. Po přilepení trubkovitého magnetu i na vnitrní průměr pláště 3 bubnu byl vnitřní volný prostor bubnu, z důvodu odstranění možnosti odlepení magnetu I, vyplněn montážní pěnou.

V průběhu separačního procesu se ze směsi separovaného materiálu 8 přichytí na plášť 3 bubnu feromagnetický materiál 9, který následně v důsledku odstředivé síly odpadne do kontejneru a to odděleně od nemagnetického materiálu 10.

Průmyslová využitelnost

Hnací magnetický buben s feritovými permanentními magnety lze s ohledem na jeho spolehlivost a jednoduchost konstrukce využít v mnoha oblastech. Své uplatnění najde všude tam, kde přítomnost feromagnetických předmětů a částic v základním materiálu nežádoucím způsobem ovlivňuje technologický proces nebo poškozuje výrobní zařízení, popř. v četných případech, kde je magnetická separace přímo součástí technologie. Zařízení je vhodné zejména pro provozy recyklace, keramické závody a sklárny, energetiky a paliv, sléváren aj.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (5)

1. Hnací magnetický buben separátoru s permanentním feritovým magnetem trubkovitého tvaru, uloženým na trubkovité podložce z magneticky měkké oceli, složeným z homogenně ori-4CZ 17480 Ul entovaných dílů a je pevně připevněn k nemagnetickému plášti bubnu, vyznačující se tím, že trubkovitý magnet (1) bubnu je z hlediska magnetické orientace rozdělen v axiálním směru rovnoběžnými hranicemi kolmými k ose válce na vzájemně se střídající oblasti P (4) a oblasti B (5) ve tvaru prstenců, přičemž oblasti P (4) jsou funkční póly, které jsou orientovány

5 stupňovitě radiálně, a oblasti B (5) jsou orientovány axiálně.

2. Hnací magnetický buben podle nároku 1, vyznačující se tím, že permanentní trubkovitý magnet (1) vykazuje nejméně jednu oblast P (4) představující funkční póly střídající se polarity a nejméně jednu oblast B (5) střídající se polarity.

3. Hnací magnetický buben podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že oblasti B io (5) trubkovitého magnetu (1) přiléhají nejméně z jedné strany bočně ke každé oblasti P (4), přičemž šířka v axiálním směru v oblasti B (5) činí 25 % až 75 % šířky sousední oblasti P (4).

4. Hnací magnetický buben podle nároků la2, vyznačující se tím, že oblasti B (5) jsou umístěny bočně mezi oblastmi P (4) i na okraji trubkovitého magnetu (1), přičemž jejich magnetování je zajištěno bočním stykem s oblastí P (4) pólem stejné polarity jako je polarita

15 funkčního pólu.

5. Hnací magnetický buben podle nároků laž4, vyznačující se tím, že permanentní trubkovitý magnet (1) je sestaven z těsně k sobě přiléhajících stejných magnetických tyčí (6) ve tvaru dlouhých hranolů, sestávajících z vícepólových magnetů umístěných na plochých nosných tyčích (7) z magneticky měkké oceli, přičemž magnetické tyče (6) jsou svými plochami

20 s funkčními póly připevněny k plášti (3) bubnu a vícepólový magnet magnetické tyče (6) je podle magnetické orientace rozdělen na oblasti P (4) a oblasti B (5) ve stejném uspořádání a délkách jako u sestaveného trubkovitého magnetu (1).

1 výkres