CZ20592U1 - Magnetický válec separátoru neželezných kovů - Google Patents

Description

Magnetický válec separátoru neželezných kovů

Oblast techniky

Technické řešení se týká magnetického válce separátoru neželezných kovů s feritovými Aninotropními magnety, který je určen zejména pro kontinuální separaci neželezných kovových před5 metů ze sypkých materiálů. Toto zařízení je s výhodou využitelné v průmyslu kovového odpadu, recyklačních provozech, sklářském průmyslu a podobně.

Dosavadní stav techniky

Kontinuální separace neželezných kovových předmětů ze suchých sypkých materiálů malé zmatosti se v současné době zajišťuje zejména magnetickými bubnovými separátory pracujícími na bázi vířivých proudů.

Při obvyklém řešení separátorů neželezných kovů se uvnitř hnacího bubnu dopravníku unášejícího separovaný materiál, nachází podstatně rychleji rotující válec menšího průměru s magnetickým systémem. Tento rychle rotující válec opatřený magnety střídající se polarity vytváří v prostoru nad bubnem dopravníku měnící se magnetické pole vysoké frekvence, které vyvolává vířivé is proudy v elektricky vodivých kovových předmětech. Působením vířivých proudů vznikají vlastní magnetická pole s odpudivými silovými účinky k magnetickému poli válce, V důsledku působení těchto odpudivých sil jsou neželezné kovové předměty nadnášeny, vytlačovány a oddělovány od proudu separovaného materiálu.

Separační proces probíhá v prostoru nad magnetickými póly otevřeného magnetického obvodu.

Separační magnetické síly, tj. magnetické síly působící na separované částice, se jak známo, zvyšují s rostoucími hodnotami magnetické indukce B a gradientu magnetické indukce gradB.

V magnetických válcích se v naprosté většině známých řešení střídají magnetické póly opačné polarity podél kruhového obvodu válce. Ve směru osy válce se polarita nemění. Při tomto uspořádání se polarita střídá ve směru otáčení válce a toku materiálu. Jako zdroje magnetického pole se v magnetických válcích separátorů neželezných kovů velmi často používají permanentní magnety na bázi feritů bamatého a strontnatého. Důvodem je jejich nízká cena oproti jiným druhům permanentních magnetů a Široká dostupnost v rozličných rozměrech. Rovněž výroba magnetických válců je levnější, neboť umožňují jednodušší manipulaci a jsou relativně chemicky stálé a odolné proti působení vyšších teplot a oxidaci. Tyto výhody se zvyšují zejména u magnetických válců větších rozměrů.

Hlavní nevýhodou feritových magnetů jsou však poměrně nízké hodnoty magnetické indukce, které poskytují magneticky tvrdé feritové materiály. Aby byly v rámci možnosti dosaženy co nejvyšší hodnoty, používají se anizotropní, orientované feritové magnety. V těchto magnetech je, jak známo, vytvořena homogenně orientovaná krystalická a magnetická struktura. Ve směru této orientace osy snadného magnetování, poskytují značně vyšší hodnoty magnetické indukce než do jiných směrů. V tomto smyslu jsou feritové magnety na obvodu magnetického válce orientovány radiálně, kolmo k povrchu. Přesto jsou dosahované hodnoty magnetické indukce nedostatečné pro řadu aplikací a pro dosažení vysoké účinnosti separace.

Magnetické válce vybavené feritovými magnety se používají při recyklaci a v řadě oblastí prů40 myslu, těžby a úpravy surovin.

Každé zlepšení za účelem zvýšení magnetické indukce v prostoru separace vně pláště magnetického válce a bubnu dopravníku je proto velmi žádoucí za účelem zvýšení účinnosti a rychlosti separace.

Magneticky tvrdé ferity jsou však známy již dlouhou dobu a jejich parametry se již téměř nezlep45 sují. Cesta zvyšování magnetické indukce použitím pólových nástavců z magneticky měkkého železa, permenduru a podobných materiálů nejsou rovněž pro velkou většinu aplikací výhodné, protože magnetická indukce se zvýší pouze těsně u povrchu pólového nástavce, ale ve větší

-1 CZ 20592 Ul vzdálenosti v prostoru vrstvy separovaného materiálu nad pláštěm bubnu se naopak velmi rychle snižuje.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje magnetický válec separátoru neželezných kovů podle předmětného technického řešení, který sestává z magnetického pláště a z nosiče z magneticky měkké oceli ovládaného hnací hřídelí, na němž jsou usazeny anizotropní feritové permanentní magnety, jejichž póly u povrchu pláště vykazují střídající se polaritu podél kruhového obvodu válce. Podstata technického řešení spočívá v tom, že každý z těchto magnetů, který vytváří na povrchu válce jeden pól, je sestaven z homogenně orientovaných částí tak, že je z hle10 diska magnetické orientace rozdělen na ústřední část, orientovanou kolmo k povrchu válce a přídavné boční částí magnetu jsou orientovány ve směru tečny ke kruhovému obvodu. Podle dalšího nároku jsou tyto části magnetu magnetovány tak, že na straně boční části magnetu, přiléhající k jeho ústřední části, se nachází pól stejné polarity jako je polarita vnějšího pólu ústřední části magnetu, tj. pólu na straně přiléhající k plášti magnetického válce.

is Rovněž podle dalšího nároku šířka jednotlivých bočních částí magnetu činí 25 až 100 % šířky jednotlivých ústředních Částí magnetu. Podle následujícího nároku jsou ústřední Části magnetu zhotoveny z magneticky tvrdého feritu, jehož koercivita činí nejméně 120 kA/m a boční části magnetu jsou zhotoveny z magneticky tvniého feritu jehož koercivita obnáší nejméně 150 kA/m.

Homogenně orientované části magnetu jsou zhotovovány samostatně jako dílčí magnety v po20 třebných rozměrech a tvarech. Vhodným materiálem jsou například známé magneticky tvrdé slinuté anizotropní ferity o složení BaO.nFe₂O₃, n < 6, nebo SrO.nFe₂0₃, n < 6, nebo jejich směsi. Hexagonální osy snadného magnetování slisovaných práškových částic jsou orientovány do přednostního směru. V tomto směru je materiál magnetován. Tímto je dosahována nejvyšší měrná energie pro daný materiál. Volba počtu feritových anizotropních magnetů střídající se polarity podél kruhového obvodu se řídí obdobnými pravidly jako pri známých řešeních s klasickými permanentními magnety a přizpůsobuje se podle požadavků na separaci.

Zvyšování počtu pólů navyšuje separační účinnost v úzké vrstvě u povrchu pláště, avšak snižuje tuto účinnost ve větší vzdálenosti. Opačně je tomu pri zmenšování počtu a zvětšování plochy pólu. Polarita je na připojeném vyobrazení vyjádřena šipkami, které ukazují magnetickou orien30 taci i směry magnetování. Šipky na vyobrazení směřují k pólu stejné polarity, tj. například k severnímu.

Pokud jsou části magnetu magnetovány tak jak je uvedeno výše a na připojeném vyobrazení, tak magnetický tok bočních částí magnetu zesiluje magnetický tok vycházející z vnějšího pólu ústřední části magnetu do prostoru separace nad pláštěm válce. Zvyšuje se tak magnetická in35 dukce, silové magnetické působení a separační účinnost. U magnetické indukce vzrůstá jak normálová, tak i užitečná složka, což je pro účinnost separace výhodné.

Zvyšováním šířky bočních částí magnetu ve směru podél kruhového obvodu válce oproti šířce ústřední části magnetu se magnetická indukce na vnějším pólu ústřední části zvyšuje, ale zároveň se však zvětšuje vzdálenost mezi těmito póly. Pri větší vzdálenosti dochází v prostřední části mezi vnějšími póly k nežádoucímu poklesu magnetické indukce. Pro zachování zvýšené magnetické indukce a separační účinnosti je třeba, aby se poměr šířek ústředních částí magnetů a bočních částí magnetů udržoval v určitých mezích. Tento poměr je v předmětném technickém řešení stanoven tak, že šířka jednotlivých bočních částí magnetů ve směru podél kruhového obvodu válce činí 25 až 50 % Šířky jednotlivých ústředních částí magnetů. Je zřejmé, že z důvodů dodr45 žení symetrie a zamezení nežádoucím vibracím je třeba, aby v celém magnetickém válci byly použity anizotropní feritové permanentní magnety a jejich části stejných rozměrů.

Pro dosažení výhod předmětného technického řešení je třeba použít anizotropní feritové magnety z magneticky tvrdých materiálů s vyššími hodnotami koercivity (někdy rovněž nazývané koercitivní síly). Vyšší hodnota koercivity umožňuje magnetovat části magnetů samostatně před jejich

-2CZ 20592 Ul složením do celku, což zjednodušuje výrobu. Protože mezi ústřední částí a bočními částmi magnetů působí odpudivé magnetické síly, vyšší koercivita zabraňuje jejich částečnému odmagnetování a nežádoucímu poklesu magnetické indukce. Z uvedených důvodů jsou v předmětném řešení stanoveny minimální potřebné hodnoty koercivity 120 kA/m pro ústřední části magnetů a

150 kA/m pro jejich boční části. Vyšší hodnoty pro boční části vyplývají ze skutečnosti, že tyto části jsou vystaveny zvýšenému působení odpudivých magnetických sil. V případě obvyklého použití stejného magneticky tvrdého materiálu pro všechny částí anizotropního feritového magnetu platí požadavek minimální hodnoty koercivity 150 kA/m. Pro získání vyšších výhod předmětného řešení magnetického válce se doporučuje použít materiály s vyššími než zde uvedenými to minimálními hodnotami koercivity. Tento požadavek je splnitelný u většiny již uvedených známých magneticky tvrdých feritových materiálů na bázi BaO.nFe₂O₃ a SrO.nFe₂O₃.

Ve srovnání s hodnotami, které vykazují válce s klasickými feritovými magnety stejné velikosti vykazuje magnetický válec separátoru podle předmětného technického řešení na povrchu a v blízkém okolí pláště válce značné zvýšení hodnot magnetické indukce a silových magnetických účinků. Například je možno porovnat předmětný magnetický válec se stávajícím separačním válcem s homogenně orientovanými magnety s póly střídavé polarity stejné velikosti. Bylo zjištěno, že ve vzdálenosti 10 mm od povrchu pláště magnetického válce činí nárůst magnetické indukce nad středy vnějších pólů 20 až 40 % a v oblasti mezi póly 15 až 25 %. Tyto výhody podmiňuje zejména složení a konstrukce magnetů z dílů/částf, která koncentruje magnetický tok v oblasti vnějších pólů a tím zde dosahuje podstatně vyšší hodnoty magnetické indukce a silových magnetických účinků oproti klasickým permanentním magnetům s homogenní magnetickou orientací. U magnetické indukce vzrůstá nejen normálová složka, tj. složka kolmá k povrchu válce, ale navíc i tečná složka podél jeho kruhového obvodu. Zatímco normálová složka vyvolává pri rotaci válce odpuzování a nadnášení neželezných kovových předmětů, tak tečná složka způsobuje u těchto předmětů kmitavé a otáčivé pohyby, čímž usnadňuje jejich uvolnění z vrstvy sypkých nekovových materiálů.

Stěžejním přínosem předmětného technického řešení je významné zvýšení kvality a užitné hodnoty separátorů neželezných kovů s feritovými magnety, které se požívají v mnoha průmyslových provozech. Je třeba upřesnit, že z neželezných kovů nejsou pro tento typ separace na bázi vířivých proudů vhodné kobalt a nikl a to z důvodu jejich feromagnetismu.

V řadě případů mohou být separátory s magnetickými válci se zvýšenou účinností použity i tam, kde doposud parametry běžných feritových magnetů nepostačovaly. Vzhledem k nízké ceně feritových magnetů mohou být v některých aplikacích výhodnějším řešením než vysoce kvalitní, ale nákladné separátory s podstatně dražšími magnety na bázi vzácných zemin nebo provozně nákladné elektromagnetické separátory.

Přehled obrázku na výkrese

Příkladné řešení magnetického válce separátoru je schematicky znázorněno na připojeném výkrese, kde obr. 1 zobrazuje příčný rez magnetickým válcem s anizotropními feritovými magnety sestavenými z ústředních a bočních Částí.

Příklady provedení

Magnetický válec separátoru neželezných kovů (obr, 1) určený pro recyklaci a třídění odpadu, je zhotoven v rozměrech válce o průměru 280 mm a délce 500 mm. Konstrukce válce sestává z masivního nosiče i zhotoveného z konstrukční magneticky měkké oceli, ovládaném hnací hřídelí 6, na němž jsou lepením připevněny anizotropní feritové magnety 3 střídající se polarity o roz45 měrech 50 χ 36 χ 450 mm. Tyto magnety 3 jsou sestaveny z dílů, které byly vyrobeny z anizotropního magneticky tvrdého strontnatého feritu s následujícími magnetickými charakteristikami; jakostní součin (BH),^ - 28 kJ/m, remanence B_r = 0,39T a koercivita Hcb “ 280 kA/m. Zhotovený magnet 3 je rozdělen na ústřední část 4 šířky 25 mm a dvě boční Části 5, každá šířky

-3CZ 20592 Ul mm. Magnety 3 přiléhají vnějším pólem k nemagnetickému plášti 1 válce, který tvoří trubka tloušťky 4 mm z nerezavějící oceli. Magnetický válec je poháněn vlastní pohonnou jednotkou s regulovatelnými otáčkami do 3000 ot./min. a je umístěn uvnitř bubnu dopravníku, který unáší separovaný materiál.

Průmyslová využitelnost

Magnetický válec podle předmětného technického řešení je s výhodou využitelný v separátorech neželezných kovu pri recyklaci a třídění šrotu, pri recyklaci domovního odpadu a odpadu ze spaloven, pri recyklaci v automobilovém a elektrotechnickém průmyslu, ve sklárnách, slévárnách a dalších provozech.

Claims (3)

10 NÁROKY NA OCHRANU

1. Magnetický válec separátoru neželezných kovů, sestávající z nemagnetického pláště (1) a z nosiče (2) z magneticky měkké oceli, ovládaného hnací hřídelí (6), na němž jsou usazeny anizotropní feritové permanentní magnety (3), jejichž póly u povrchu pláště (1) jsou střídavé polarity podél kruhového obvodu válce, vyznačující se tím, že každý z těchto magnetů (3),

15 který vytváří na povrchu válce jeden pól, je sestaven z homogenně orientovaných částí tak, že je z hlediska magnetické orientace rozdělen na ústřední Část (4), orientovanou kolmo k povrchu válce a na přídavné boční části (5), orientované tečně ke kruhovému obvodu válce.

2. Magnetický válec separátoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že ústřední části (4) a boční části (5) jednotlivých magnetů (3) jsou magnetovány tak, že na straně boční

20 Části (5), která přiléhá k ústřední části (4), se nachází pól stejné polarity jako je polarita pólu ústřední části (4) na straně přiléhající k plášti (1) magnetického válce.

3. Magnetický válec separátoru podle nároků la2, vyznačující se tím, že šířka jednotlivých bočních částí (5) magnetů (3) činí 25 až 100 % Šířky jednotlivých ústředních Částí (4) magnetů (3).

25 4. Magnetický válec separátoru podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že ústřední části (4) magnetů (3) jsou zhotoveny z magneticky tvrdého feritu, jehož koercivita činí nejméně 120 kA/m a boční Části (5) magnetů (3) jsou zhotoveny z magneticky tvrdého feritu, jehož koercivita činí nejméně 150 kA/m.