CZ25940U1 - Separaění magnetický válec - Google Patents

Description

Separační magnetický válec

Oblast techniky

Technické řešení se týká separačního magnetického válce s permanentními magnety na bázi vzácných zemin, který je určen zejména pro separaci nemagnetických kovových předmětů ze sypkých materiálů. Toto zařízení je s výhodou využitelné v recyklačních provozech, slévárnách, sklářském a keramickém průmyslu.

Dosavadní stav techniky

Separace nemagnetických, tj. neferomagnetických kovových předmětů ze suchých sypkých materiálů menší zrnitosti se v současné době zajišťuje zejména magnetickými bubnovými separátory pracujícími na principu vířivých proudů.

Při obvyklém řešení separátorů nemagnetických kovů se uvnitř hnacího bubnu dopravníku unášejícího separovaný materiál nachází podstatně rychleji rotující válec menšího průměru s magnetickým systémem. Tento separační, 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 nemagnetické kovové předměty nadnášeny, vytlačovány a oddělovány od proudu separovaného materiálu.

Separační proces probíhá v prostoru nad magnetickými póly otevřeného magnetického obvodu válce. 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 separační ch 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 separační ch magnetických válcích separátorů neželezných kovů používají především 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.

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

Dosud používané materiály a permanentní magnety j sou však známé j iž delší dobu a j ej ich parametry se významně nezlepšují. Cesta zvyšování magnetické indukce použitím pólových nástavců z magneticky měkkého železa, permenduru a podobných materiálů nejsou rovněž pro separaci výhodné, protože magnetická indukce se zvýší pouze těsně u povrchu pólového nástavce, ale s rostoucí vzdáleností od povrchu válce, tj. v prostoru separace materiálu, se naopak velmi rychle snižuje. Pro řadu kovových materiálů, např. s nižší elektrickou vodivostí nebo ve formě menších částic, je účinnost stávajících magnetických bubnových separátorů nedostatečná.

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

-1 CZ 25940 Ul

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje separační magnetický válec podle předmětného technického řešení, který sestává z nosiče z magneticky měkké oceli ovládaného hnací hřídelí, na němž jsou upevněny hlavní anizotropní permanentní magnety NdFeB magnetované kolmo k povrchu válce a nemagnetickému plášti, jejichž polarita se střídá ve směru otáčení válce, tj. podél kruhového obvodu válce, a které jsou mezi sebou odděleny mezerami, přičemž jsou doplněny dalšími permanentními magnety NdFeB podle dále popisovaného předmětného řešení.

Podstata technického řešení spočívá v tom, že v mezerách mezi hlavními anizotropními permanentními magnety z NdFeB jsou umístěny doplňkové anizotropní permanentní magnety NdFeB, 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 doplňkové magnety magnetovány tak, že vždy na stejné straně doplňkového magnetu, který sousedí s hlavním magnetem NdFeB, se nachází pól stejné polarity, jako je polarita vnějšího pólu hlavního magnetu NdFeB, tj. pólu na straně přiléhající k vnějšímu nemagnetickému plášti separačního válce.

Hlavní magnety NdFeB jsou usazeny přímo na ocelovém nosiči, avšak doplňkové magnety jsou od nosiče odděleny vzduchovou mezerou, např. vložkami z nemagnetických materiálů, přičemž délka jednotlivých doplňkových magnetů činí 15 až 100 % šířky hlavních magnetů NdFeB.

Homogenně orientované magnety jsou zhotovovány samostatně jako dílčí magnety v potřebných rozměrech a tvarech. Vhodné materiály jsou například známé magneticky tvrdé slinuté materiály na bázi fáze Nd₂Fe_MB. Hexagonální osy snadného magnetování slinovaných práškových částic jsou orientovány do přednostního směru. V tomto směruje 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. Šipky na vyobrazení směřují k pólu stejné polarity, tj. například k severnímu.

Nej důležitějším zdrojem magnetické indukce pro separaci jsou hlavní anizotropní magnety NdFeB.

Pokud jsou magnety magnetovány způsobem, jak je uvedeno výše a na připojeném vyobrazení, magnetický tok doplňkových magnetů koncentruje a zesiluje magnetický tok, který vychází z vnějšího pólu magnetu NdFeB do prostoru separace nad pláštěm válce. Zvyšuje se tak magnetická indukce, silové magnetické působení a separační účinnost. Navíc u magnetické indukce vzrůstá nejen normálová, ale i tečná složka, což je pro účinnost separace výhodné.

Zvyšováním délky doplňkových magnetů ve směru podél kruhového obvodu válce oproti šířce magnetů NdFeB se magnetická indukce na vnějších pólech 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 separační účinnosti je třeba, aby se poměr šířek hlavních magnetů NdFeB a délek doplňkových magnetů udržoval v určitých mezích. Tento poměr je v předmětném technickém řešení stanoven tak, že délka jednotlivých doplňkových magnetů ve směru podél kruhového obvodu válce činí 15 až 100 % šířky hlavních magnetů NdFeB. 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 předmětného technického řešení je třeba použít anizotropní magnety z magneticky tvrdých materiálů s vyššími hodnotami koercivity, někdy rovněž nazývané koercitivní

-2 CZ 25940 Ul síly. Vyšší hodnota koercivity umožňuje magnetovat magnety samostatně před jejich složením do celku, což zjednodušuje výrobu. Protože mezi hlavními a doplňkovými magnety působí odpudivé síly, kterým jsou vystaveny zejména doplňkové magnety, vyšší koercivita materiálu zabraňuje jejich částečnému odmagnetování a nežádoucímu poklesu magnetické indukce. Z uvedených důvodů je v předmětném řešení stanoveno, aby hodnoty koercivity doplňkových magnetů byly stejné, nebo vyšší než hodnoty koercivity hlavních magnetů.

Ve srovnání s hodnotami, které vykazují stávající separační magnetické válce stejné velikosti s klasickými NdFeB magnety, vykazuje magnetický válec separátoru podle předmětného technického řešení na povrchu a v blízkém okolí pláště významné zvýšení hodnot magnetické indukce a silových magnetických účinků. Například je možno porovnat předmětný separační 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 20 až 50 %. Velikost zvýšení závisí zejména na kvalitě použitých magneticky tvrdých materiálů NdFeB. Tyto výhody způsobuje koncentrace magnetického toku v oblasti vnějších pólů hlavních magnetů, čímž se dosahují zvýšené hodnoty magnetické indukce a silových magnetických účinků. 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.

Hlavním přínosem předmětného technického řešení je zvýšení kvality separace a užitné hodnoty separátorů nemagnetických kovů s permanentními magnety, které se používají v mnoha průmyslových provozech.

Přehled obrázků na výkrese

Příkladné řešení separačního magnetického válce je schematicky znázorněno na připojeném výkrese, na kterém obr. 1 představuje příčný řez části separačního magnetického válce s hlavními a doplňkovými permanentními magnety.

Příklady provedení

Válec separátoru nemagnetických kovů (obr. 1), vhodný například pro recyklaci odpadu, je zhotoven v rozměrech válce o průměru 230 mm a délce 300 mm. Konstrukce válce sestává z masivního nosiče i zhotoveného z konstrukční magneticky měkké oceli, ovládaného hnací hřídelí, na němž jsou lepením připevněny hlavní anizotropní NdFeB magnety 2 střídající se polarity o rozměrech 25 x 200 x 20 mm. Tyto magnety 2 jsou sestaveny z dílů, které byly vyrobeny z magneticky tvrdého materiálu s následujícími magnetickými charakteristikami: Jakostní součin (BH)_rnax = 240 kJ/m, remanence B_r = 1,1 T a koercivita H_Cb = 0,8 MA/m. Magnety 2 přiléhají vnějším pólem k nemagnetickému plášti 3 válce, který tvoří trubka tloušťky 4 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 2 jsou lepením upevněny doplňkové anizotropní permanentní magnety 4 ze stejného materiálu NdFeB o rozměrech 20 x 200 χ 10 mm.

Průmyslová využitelnost

Separační magnetický válec podle předmětného technického řešení je s výhodou využitelný v separátorech nemagnetických kovů při recyklaci v elektrotechnickém a automobilovém průmyslu, při separaci ve sklárnách, slévárnách a dalších provozech.

Claims (5)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Separační magnetický válec nemagnetických kovů, sestávající z nosiče (1) z magneticky měkké oceli, ovládaného hnací hřídelí, na němž j sou upevněny hlavní anizotropní permanentní magnety NdFeB (2) magnetované kolmo k povrchu válce a nemagnetickému plášti (3), jejichž polarita se střídá podél kruhového obvodu válce, a které jsou mezi sebou odděleny mezerami, vyznačující se tím, že v mezerách mezi hlavními anizotropními permanentními magnety NdFeB (2) jsou umístěny doplňkové anizotropní permanentní magnety NdFeB (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. Separační magnetický válec podle nároku 1, vyznačující se tím, že doplňkové magnety NdFeB (4) jsou magnetovány tak, že vždy na stejné straně doplňkového magnetu (4), která sousedí s hlavním magnetem NdFeB (2) se nachází pól stejné polarity, jako je polarita vnějšího pólu magnetu NdFeB (2) na straně přiléhající k nemagnetickému plášti (3) válce.
3. 3. Separační magnetický válec podle nároku 1, vyznačující se tím, že délka jednotlivých doplňkových magnetů (4) činí 15 až 100 % šířky magnetů NdFeB (3).
4. 4. Separační magnetický válec podle nároku 1, vyznačující se tím, že doplňkové magnety (4) jsou od ocelového nosiče (1) odděleny vložkami (5) z nemagnetického materiálu.
5. 5. Separační magnetický válec podle nároku 1, vyznačující se tím, že doplňkové magnety (4) jsou zhotoveny z magneticky tvrdého materiálu, jehož koercivita je stejná nebo vyšší než koercivita hlavních magnetů.