CZ27866U1 - Separační kotouč s feritovými magnety - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká separačního kotouče magnetického separátoru, který je určen zejména pro separaci nemagnetických kovových předmětů ze sypkých materiálů při recyklaci odpadu a úpravě surovin, např. v elektrotechnickém a chemickém průmyslu.

Dosavadní stav techniky

Kontinuální separace nemagnetických kovových předmětů ze suchých sypkých materiálů se v současné době zajišťuje zejména nemagnetickými bubnovými separátory pracujícími na bázi vířivých proudů.

Tyto separátory jsou obvykle řešeny tak, že uvnitř hnacího bubnu dopravníku unášejícího separovaný materiál, se 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 vyvolá vířivé proudy v elektrických 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. Separace se uskutečňuje v prostoru nad magnetickými póly otevřeného magnetického odvodu. Separační magnetické síly, tj. magnetické síly působící na separované částice, se jak známo, zvyšují s rostoucími hodnotami magnetické indukce B a gradientu magnetické indukce.

U naprosté většiny známých řešení se v magnetických válcích střídají magnetické póly opačné polarity podél kruhového obvodu válce. Ve směru osy válce se polarita nemění. Při tomto uspořádání se polarita střídá ve směnu otáčení válce a toku materiálu. V některých případech se jako zdroje magnetického pole v magnetických válcích separátoru nemagnetických kovů používají permanentní magnety na bázi ferritů 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.

Podstatnou nevýhodou feritových magnetů jsou však poměrně nízké hodnoty magnetické indukce, které poskytují magneticky tvrdé feritové materiály. Aby byly v rámci možností 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 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 dosahovány hodnoty magnetické indukce nedostatečné pro řadu aplikací a pro dosažení vysoké účinnosti separace. Magnetické válce vybavené stávajícími feritovými magnety se používají při méně náročné recyklaci odpadu a úpravě 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 rychlosti separace.

Magneticky tvrdé ferity jsou však známy již dlouhou dobu a jejich parametry se již nezlepšují. 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 vzdálenosti v prostoru vrstvy separovaného materiálu nad pláštěm bubnu se naopak velmi rychle snižuje.

-1 CZ 27866 Ul

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje separační kotouč s feritovými magnety podle předmětného technického řešení, který sestává z nemagnetického pláště a nosiče z magneticky měkké oceli, ovládaného hnací hřídelí, na níž jsou usazeny anizotropní feritové permanentní magnety, jejichž póly u povrchu pláště vykazují střídající se polaritu podél kruhového obvodu kotouče. Podstata technického řešení spočívá v tom, že každý z těchto magnetů. Který vytváří na povrchu kotouče jeden pól, je sestaven v axiálním směru ze tří homogenně orientovaných částí, a to tak, že z hlediska magnetické orientace je rozdělen na centrální část orientovanou radiálně, tj. ve směru normál ke kruhovému plášti a na ně dvě přídavné boční části magnetu, které jsou orientovány axiálně, tj. ve směru osy rotace kotouče. Podle dalšího nároku jsou tyto části magnetu magnetovány tak, že na straně boční části magnetu přiléhajícího k jeho centrální části, se nachází pól stejné polarity, jako je polarita vnějšího pólu centrální části magnetu, tj. pólu na straně přiléhající k plášti separačního kotouče.

Rovněž podle dalšího nároku šířka jednotlivých bočních částí magnetu činí 25 až 200 % šířky jednotlivých centrálních částí magnetu. Podle následujícího nároku jsou centrální části magnetu zhotoveny z magneticky tvrdého feritu, jehož koercivita činí nejméně 120 kA/m a boční části magnetu jsou zhotoveny z magneticky tvrdého feritu, jehož koercivita obnáší nejméně 150 kA/m.

Poznamenáváme, že jako kotouče se zde zkráceně označuje, jak je obvyklé rotační kruhový válec relativně malé výšky.

Homogenně orientované části magnetu jsou zhotovovány samostatně jako dílčí magnety v potřebných rozměrech a tvarech. Vhodným materiálem jsou například známé magneticky tvrdé slinuté anizotropní ferity o složení BaO.nFe2O3, n < 6, nebo SrO.nFe2O3, 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 nej vyšší možná energie pro daný materiál.

Volba počtu feritových anizotropní ch magnetů střídající se polarity kruhového obvodu se řídí obdobnými pravidly, jako při známých řešeních s klasickými permanentními magnety, přizpůsobuje se požadavkům na separaci. Zvyšování počtu pólů navyšuje separační účinnost v úzké vrstvě u povrchového pláště, avšak snižuje tuto účinnost ve větší vzdálenosti. Opačně tomu je při zmenšování počtu a zvětšování plochy pólu. Polarita je na připojených vyobrazeních vyjádřena šipkami, které ukazují magnetickou orientaci i směry magnetování. Šipky směřují k pólu stejné polarity, tj. např. 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 centrální části magnetu do prostoru separace nad pláštěm válce. Zvyšuje se tak magnetická indukce, silové magnetické působení a separační účinnost. U magnetické indukce vzrůstá jak normálová, tak i tečná složka, což je pro účinnost separace výhodné.

Pro dosažení výhod předmětného technického řešení je potřeba 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 složením do celku, což zjednodušuje výrobu. Protože mezi centrální částí a bočními částmi magnetů působí odpudivé magnetické síly, vyšší koercivita zabraňuje jejich častému odmagnetování a nežádoucímu poklesu magnetické indukce. Z uvedených důvodů jsou v předmětném řešení stanoveny minimální potřebné hodnoty koercivity 120 kA/m pro centrální části magnetů a 150 kA/m pro boční části magnetů. 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 části anízotropního feritového magnetu platí požadavek minimální hodnoty koercivity 150 kA/m. Pro získání vyšších výhod předmětného řešení separačního kotouče se doporučuje použít materiály s vyššími než zde uve-2CZ 27866 Ul děnými 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 vykazuje kotouč klasickými feritovými magnety stejné velikosti, vykazuje separační kotouč podle předmětného technického řešení, na povrchu a v blízkém okolí pláště kotouče značné zvýšení hodnot magnetické indukce a silových magnetických účinků. Například je možno porovnat předmětný separační kotouč se stejným kotoučem, ale se stávajícími klasickými homogenně orientovanými feritovými magnety stejné velikosti. Bylo zjištěno, že ve vzdálenosti 10 mm od povrchu pláště separačního kotouče činí nárůst magnetické indukce nad středy vnějších pólů 20 až 50 %.

Tyto výhody podmiňuje zejména složení a konstrukce magnetů z částí, které koncentrují 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.

Stěžejním přínosem předmětného technického řešení je významné zvýšení kvality účinnosti separace a tím i užitné hodnoty příslušných separátorů nemagnetických kovů s feritovými magnety.

V řadě případů mohou být tyto separátory 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.

Objasnění obrázků na výkrese

Obr. 1 Příčný řez separačním kotoučem s feritovými magnety

Obr. 2 Schéma sestavy jednotlivých magnetů

Příklady uskutečnění technického řešení

Separační kotouč separátorů nemagnetických kovů, určený pro recyklaci a třídění drceného odpadu, je zhotoven v rozměrech kotouče o průměru 260 mm a výšce 75 mm. Konstrukce kotouče se sestává z nosiče 2 zhotoveného z konstrukční magneticky měkké oceli, ovládaném hnací hřídelí 1, na níž jsou lepením připevněny anizotropní feritové magnety 3 střídající se polarity o rozměrech 25 x 25 x 65 mm. Tyto magnety 3 jsou sestaveny z dílců, které jsou vyrobeny z anizotropního magneticky tvrdého strontnatého feritu s následujícími magnetickými charakteristikami: jakostní součin (BH)max = 28 kJ/m³, remanence Br=0,39T a koercivita HCB=280Ka/m. Zhotovený magnet 3 je v axiálním směru rozdělen na centrální část 4 šířky 25 mm a dvě boční části 5, o šířce 20 mm. Magnety přiléhají k magnetickému plášti 6, který tvoří trubka tloušťky 3 mm z nerezavějící oceli. Separační kotouč je poháněn pohonnou jednotkou s regulovatelnými otáčkami do 2800 ot./min.

Průmyslová využitelnost

Separační kotouč podle předmětného technického řešení je s výhodou využitelný v separátorech nemagnetických kovů, např. při recyklaci drceného odpadu a při úpravě surovin.

Claims (4)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Separační kotouč s feritovými magnety, sestávající se z nemagnetického pláště (6) a z nosiče (2) z magneticky měkké oceli, ovládaného hnací hřídelí (1), na níž jsou usazeny anizotropní feritové permanentní magnety (3), jejichž póly u povrchu pláště (6) jsou střídavé polarity podél kruhového obvodu kotouče, vyznačující se tím, že každý z těchto magnetů (3), který vytváří na povrchu jeden pól, jev axiálním směru sestaven z homogenně orientovaných částí tak, že z hlediska směrů magnetické orientace je rozdělen na centrální část (4), orientovanou radiálně a na dvě přídavné boční části (5).

2. Separační kotouč s feritovými magnety podle nároku 1, vyznačující se tím, že centrální Části (4) a boční části (5) jednotlivých magnetů (3) jsou magnetovány tak, že na straně boční části (5), která přiléhá k centrální části (4), se nachází pól stejné polarity, jako je polarita pólu centrální části (4) na straně přiléhající k plášti (6) separačního kotouče.

3. Separační kotouč s feritovými magnety podle nároků la2, vyznačující se tím, že šířka jednotlivých bočních částí (5) magnetů (3) činí 25 až 100 % šířky jednotlivých centrálních částí (4) magnetů (3).

4. Separační kotouč s feritovými magnety podle nároků 1, 2 a 3, vyznačující se tím, že centrální 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 150kA/m.