CZ25195U1 - Válec separátoru nemagnetických kovů - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká válce separátoru nemagnetických kovů s permanentními magnety, který je určen zejména pro kontinuální separaci neželezných kovových předmětů ze sypkých materiálů. Toto zařízení je s výhodou využitelné ve slévárnách, sklářském a keramickém průmyslu, recyklačních provozech apod.

Dosavadní stav techniky

Separace neželezných kovových předmětů ze suchých sypkých materiálů malé zrnitosti 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 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 předměty nadnášeny, urychlovány 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 používají permanentní magnety magnetované kolmo k povrchu válce. Podél kruhového obvodu válce se střídají magnetické póly opačné polarity. Ve směru osy válce se polarita nemění. Při tomto uspořádání se polarita střídá ve směru otáčení válce a toku materiálu. Póly střídající se polarity jsou mezi sebou odděleny mezerami, aby magnetické pole působilo do větší vzdálenosti.

Jako zdroje magnetického pole se v magnetických válcích separátorů neželezných kovů velmi často používají vysoce výkonné permanentní magnety na bázi magneticky tvrdých slitin vzácných zemin, zejména slitin neodymu, železa a bóru (dále jen NdFeB). Důvodem jsou jejich vysoké parametry oproti jiným druhům permanentních magnetů. Nevýhodou jsou poměrně vysoké ceny těchto magnetů. Běžné feritové magnety jsou, jak známo, podstatně levnější, jejich hlavní nevýhodou jsou však relativně nízké hodnoty magnetické indukce.

Magnetické válce vybavené vysoce výkonnými magnety se používají v separátorech při recyklaci a v řadě oblastí průmyslu, těžby a úpravy surovin.

Dosud používané magneticky tvrdé materiály a permanentní magnety jsou však známé již delší dobu a jejich parametry se významně nezlepšují. Cesta zvyšování magnetické indukce použitím pólových nástavců z magneticky měkkého železa, permenduru a podobných materiálů nejsou rovněž pro velkou aplikaci výhodné, protože 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.

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. Pro praktické využití je rovněž důležité, pokud takové řešení významně nezvyšuje náklady.

CZ 25195 Ul

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje válec separátoru nemagnetických kovů podle předmětného technického řešení, který sestává z nemagnetického pláště a z nosiče z magneticky měkké oceli ovládaného hnací hřídelí, na němž jsou upevněny anizotropní permanentní NdFeB magnety magnetované kolmo k povrchu válce, jejichž polarita se střídá ve směru otáčení válce, tj. podél kruhového obvodu válce, a které jsou mezi sebou odděleny mezerami, přičemž jsou použity i další permanentní magnety podle dále popisovaného předmětného řešení.

Podstata technického řešení spočívá v tom, že v mezerách mezi anizotropními permanentními NdFeB magnety jsou umístěny anizotropní permanentní feritové magnety, které jsou homogenně orientovány a magnetovány tečně k povrchu válce a jejichž póly rovněž vykazují střídající se polaritu podél kruhového obvodu válce. Podle dalšího nároku jsou tyto feritové magnety magnetovány tak, že vždy na stejné straně feritového magnetu, který sousedí s NdFeB magnetem, se nachází pól stejné polarity, jako je polarita vnějšího pólu NdFeB magnetu, tj. pólu na straně přiléhající k vnějšímu magnetickému plášti magnetického válce.

Rovněž podle dalšího nároku délka jednotlivých feritových magnetů činí 20 až 100 % šířky NdFeB magnetů. Z důvodu efektivního využití magnetického toku a energie magnetů jsou NdFeB magnety usazeny přímo na ocelovém nosiči, avšak vedlejší magnety jsou od nosiče odděleny vložkami z nemagnetických materiálů. Podle následujícího nároku jsou feritové magnety zhotoveny z magneticky tvrdého feritového materiálu, jehož koercitivita činí nejméně 150 kA/m.

Homogenně orientované magnety jsou zhotovovány samostatně jako dílčí magnety v potřebných rozměrech a tvarech. Vhodné materiály jsou například známé magneticky tvrdé slinuté anizotropní ferity bamatý a strontnatý a slinuté materiály na bázi fáze Nd₂Fei₄B. Hexagonální osy snadného magnetování slinovaných práškových částic jsou orientovány do přednostního směru. V tomto směru je materiál magnetován. Tímto je dosahována nejvyšší měrná energie pro daný materiál. Volba počtu magnetů střídající se polarity podél kruhového obvodu se přizpůsobuje 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 při zmenšování počtu a zvětšování plochy pólu. Polarita je na připojeném vyobrazení vyjádřena šipkami, které ukazují magnetickou orientaci i směry magnetování. Šípky 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 feritových magnetů zesiluje magnetický tok vycházející z vnějšího pólu NdFeB magnetu do prostoru separace nad pláštěm válce. Zvyšuje se tak magnetická indukce, silové magnetické působeni a separační účinnost. U magnetické indukce vzrůstá jak normálová, tak i užitná složka, což je pro účinnost separace výhodné.

Zvyšováním délky feritových magnetů ve směru podél kruhového obvodu válce oproti šířce NdFeB magnetů se magnetická indukce na vnějších pólech NdFeB magnetů zvyšuje, ale zároveň se však zvětšuje vzdálenost mezi těmito póly. Při 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 NdFeB magnetů a délek feritových magnetů udržoval v určitých mezích. Tento poměr je v předmětném technickém řešení stanoven tak, že délka jednotlivých feritových magnetů ve směru podél kruhového obvodu válce činí 20 až 100 % šířky jednotlivých NdFeB magnetů. Je zřejmé, že z důvodů dodržení symetrie a zamezení nežádoucím vibracím je třeba, aby v celém magnetickém válci byly použity anizotropní permanentní magnety a jejich části stejných rozměrů.

Pro dosažení výhod předmětního 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

CZ 25195 Ul složením do celku, což zjednodušuje výrobu. Protože mezi NdFeB magnety a feritovými magnety působí odpudivé síly, vyšší koercivita materiálu 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 skutečností, že tyto části jsou vystaveny zvýšenému působení odpudivých magnetických sil. Pro získání vyšších výhod předmětného řešení magnetického válce se doporučuje použít materiály s ještě vyšší než zde uvedenou minimální hodnotou koercivity. Tento požadavek je splnitelný u řady typů 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 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 nad povrchem pláště magnetického válce činí nárůst magnetické indukce nad středy vnějších pólů i v oblasti mezi póly zpravidla 10 až 30 %.Velikost zvýšení závisí zejména na kvalitě použitých magneticky tvrdých materiálů Nd₂Fe₁₄B a feritových. Tyto výhody způsobuje koncentrace magnetického toku v oblasti vnějších pólů, čímž se dosahují 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 při 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. 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.

Hlavním přínosem předmětného technického řešení je zvýšení kvality a užitné hodnoty separátorů neželezných kovů s permanentními magnety, které se používají v mnoha průmyslových provozech. Vzhledem k nízké ceně feritových magnetů mohou být tyto separátory v řadě aplikací nej výhodnějším řešením separace.

Přehled obrázku na výkrese

Příkladné provedení navrhovaného řešení je popsáno s odkazem na výkresy, na kterých je na:

Obr. 1 - příčný řez magnetickým válcem s anizotropními feritovými magnety sestavenými z ústředních a bočních částí.

Příklady provedení

Válec separátoru nemagnetických kovů (obr. 1), vhodný například pro recyklaci odpadu, je zhotoven v rozměrech válce o průměru 240 mm a dálce 400 mm. Konstrukce válce sestává z nemagnetického pláště i, dále z masivního nosiče 2 zhotoveného z konstrukční magneticky měkké oceli, ovládaného hnací hřídelí, na němž jsou lepením připevněny anizotropní NdFeB magnety 3 střídající se polarity o rozměrech 25 x 20 x 300 mm. Tyto magnety 3 jsou sestaveny z dílů, které byly vyrobeny z magneticky tvrdého materiálu s následujícími magnetickými charakteristikami: Jakostní součin (BH)_max = 240 kJ/m, remanence B_r= 1,1 Ta koercivita H_Cb = 0,8 MA/m. Magnety 3 přiléhají vnějším pólem k nemagnetickému plášti i válce, který tvoří trubka tloušťky 3 mm z nerezavějící oceli. Magnetický válec je poháněn vlastní pohonnou jednotkou s regulovatelnými otáčkami do 2800 ot./min. a je umístěn uvnitř bubnu dopravníku, který unáší materiál určený k separaci. V mezerách mezi magnety 3 jsou lepením upevněny anizotropní feritové permanentní magnety 4 o rozměrech 20 x 20 x 40 mm s následujícími magnetickými charakteristikami: (BH)_nax = 28 kJ/m, remanence B_r = 0,39 T a koercivita H_Cb = 280 kA/m ohraničeny nemagnetickými podložkami 5.

CZ 25195 Ul

Průmyslová využitelnost

Válec separátoru podle předmětného technického řešení je s výhodou využitelný v separátorech nemagnetických kovů při recyklaci v elektrotechnickém a automobilovém průmyslu, při třídění a recyklaci šrotu a domovního odpadu při separaci ve sklárnách, slévárnách a dalších provozech.

Claims (5)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Válec separátoru nemagnetických kovů, sestávající z nemagnetického pláště (1) a z nosiče (2) z magneticky měkké oceli, ovládaného hnací hřídelí, na němž jsou upevněny anizotropní permanentní magnety NdFeB (3), magnetované kolmo k povrchu válce, jejichž polarita se střídá podél kruhového obvodu válce, a které jsou mezi sebou odděleny mezerami, vyznačující se tím, že v mezerách mezi anizotropními permanentními NdFeB magnety (3) jsou umístěny anizotropní permanentní feritové magnety (4), které jsou homogenně orientovány a magnetovány tečně k povrchu válce a jejichž póly rovněž vykazují střídající se polaritu podél kruhového obvodu válce.
2. 2. Válec separátoru nemagnetických kovů podle nároku 1, vyznačující se tím, že feritové magnety (4) jsou magnetovány tak, že vždy na stejné straně feritového magnetu (4), která sousedí s NdFeB magnetem (3) se nachází pól stejné polarity, jako je polarita vnějšího pólu NdFeB magnetu (3) na straně přiléhající k nemagnetickému plášti (1) válce.
3. 3. Válec separátoru nemagnetických kovů podle nároku 1, vyznačující se tím, že délka jednotlivých feritových magnetů (4) činí 20 až 100 % šířky NdFeB magnetů (3).
4. 4. Válec separátoru nemagnetických kovů podle nároku 1, vyznačující se tím, že feritové magnety (4) jsou od ocelového nosiče (2) odděleny podložkami (5) z nemagnetického materiálu.
5. 5. Válec separátoru nemagnetických kovů podle nároku 1, vyznačující se tím, že feritové magnety (4) jsou zhotoveny z magneticky tvrdého feritového materiálu, jehož koercitivita činí nejméně 150 kA/m.