CZ300502B6 - Magnetický buben separátoru - Google Patents

Abstract

Magnetický buben separátoru sestává z otocného nemagnetického plášte ovládaného hnací hrídelí, v nemž je na nosici usazen feritový permanentní obloukovitý magnet (3), který je z hlediska magnetické orientace rozdelen v axiálním smeru rovnobežnými hranicemi na vzájemne se strídající dílcí obloukovité úseky vytvárející oblasti "A" a oblasti "B", pricemž oblasti "A" jsou funkcními póly orientované stupnovite radiálne a oblasti "B" jsou orientovány axiálne.

Description

Vynález se týká magnetického bubnu separátoru s feritovými permanentními magnety, určeného zejména pro kontinuální separaci cizorodých magnetických částic ze suchých sypkých materiálů. Zařízení je s výhodou využitelné v recyklačních provozech, energetice, keramickém a sklářském průmyslu apod.

Dosavadní stav techniky

Kontinuální separace cizorodých magnetických částic ze suchých sypkých materiálů malé zrnitosti se v současné době zajišťuje zejména magnetickými bubnovými separátory. Tyto jsou zpravidla uloženy pod hnacím bubnem pásového dopravníku nebo pod výsypnou hranou vibračního žlabu nebo zásobníku a jsou poháněny vlastní pohonnou jednotkou. Pohon otáčí pouze pláštěm bubnu kolem pevné osy s magnetem. Jako zdroj magnetického pole v bubnech separátoru se používají jednak elektromagnety a především permanentní magnety. Elektromagnety jsou závislé na elektrické energii, čímž podstatně zvyšují provozní náklady separačních procesů.

V zájmu snížení provozních nákladů se v praxi častěji používají permanentní magnety, a to v současné době jejich tri druhy. Jedná se jednak o nejdříve užívané permanentní magnety ze slitiny Alnico, které jsou postupně nahrazovány permanentními magnety ze vzácných zemin a zejména o nejčastěji užívané magnety na bázi feritu bamatého nebo strontnatého. Magnety ze slitin Alnico jsou sice výhodné pro použití při vyšších teplotách, ale jejich použití v bubnech separátoru je s ohledem na vysoce nákladné suroviny magnetů, nízké koercitivní síly a malou odolnost proti odmagnetování, nevýhodné. V současné době je proto používání permanentních magnetů ze slitin Alnico v bubnových separátorech spíše okrajové. Permanentní magnety ze sloučenin vzácných zemin vykazují sice nejvyšší parametry účinnosti, jsou však velmi nákladné a méně odolné proti působení vyšších teplot. Proto se tyto magnety uplatňují zejména v provozech ve kterých jsou požadovány velmi vysoké hodnoty magnetické indukce z důvodu obtížnosti separace nebo jiných vysokých nároků na kvalitu separace v bubnech separátoru menších rozměrů. Nejčastěji používaným druhem proto v současné době zůstávají magnety na bázi feritů bamatého nebo strontnatého. Feritové magnety jsou nej levnější a proto často představují jediné ekonomicky výhodné řešení. Mají poměrně vysokou koercitivní sílu. Jejich hlavním nedostatkem však je, že poskytují relativně nízkou magnetickou indukci.

Bubnové separátory s magnety na bázi feritových magnetů se používají v rozličných velikostech magnetů. Tyto separátory jsou používány v provozech sléváren, keramických závodů, skláren, energetiky, paliv, včetně recyklačních a třídicích podniků aj. Každé zlepšení za účelem zvýšení magnetické indukce v prostoru separace vně pláště bubnu separátoru je proto z důvodu zvýšení účinnosti a rychlosti separace velmi žádoucí. Známé magneticky tvrdé ferity vykazují však již delší dobu konstantní parametry, které se již téměř nezlepšují.

Zvyšování magnetické indukce použitím pólových nástavců z magneticky měkkého železa, např. permenduru a podobných materiálů, není pro velkou většinu aplikací výhodné, neboť magnetická indukce se zvýší pouze těsně u povrchu pólového nástavce, ale ve větší vzdálenosti, v prostoru separovaného materiálu nad pláštěm bubnu, se naopak velmi rychle snižuje.

Významnější zvýšení magnetické indukce a přitažlivých magnetických sil magnetu pro magnetické bubny dosahují obloukovité nebo kruhovité vícepólové magnety známe např. z patentových spisů CN 262 6614Y a GB 114 0794. Tyto vykazují póly střídavé polarity podél obvodu oblouku nebo kruhu, přičemž změna směru magnetování probíhá postupné po částech, na které jsou magnety rozděleny. Tato řešení vyžadují větší počet pólů, což zmenšuje jejich funkční plochu. Takto

- 1 CZ 300502 Bó jsou dosahovány vysoké magnetické přitažlivé účinky např, k železu v blízkosti povrchu magnetu. Tyto však se vzdáleností rychle klesají. Na principu tohoto řešení jsou konstruovány bubnové separátory pro separaci jemného materiálu separovaného v nízké vrstvě. Pro recyklaci odpadu a podobné aplikace, kde se separují materiály ve vyšší nebo nepravidelné vrstvě, však tato zařízení nejsou vhodná.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje magnetický buben separátoru sestávající z otočného nemagnetického pláště bubnu, který je ovládán hnací hřídelí a v němž je na nosiči z magneticky měkké oceli usazen obloukovitý permanentní magnet, který je sestaven z homogenně orientovaných dílů. Podstata vynálezu spočívá v tom, že obloukovitý magnet je z hlediska magnetické orientace v axiálním směru rozdělen rovnoběžnými hranicemi na zvolený počet vzájemně se střídajících oblastí A a oblastí B, přičemž oblasti Ajsou funkčními póly orientované radiálně a oblasti B jsou orientovaly, axiálně. Permanentní obloukovitý magnet obsahuje s výhodou jednu oblast A, oblasti mají funkční póly střídající se polarity a nejméně jednu oblast B, oblasti jsou střídající se polarity. Podle dalšího nároku činí šířka oblasti B v axiálním směru 20 až 70 % šířky sousední oblasti A. Oblasti B jsou podle dalšího nároku umístěny s výhodou mezi oblastmi A nebo na okraji obloukovitého magnetu, přičemž jsou magnetovány tak, že na přilehající straně oblasti B se nachází magnetický pól stejné polarity jako je polarita funkčního pólu oblasti A. Obloukovitý magnet je podle dalšího nároku sestaven z těsně k sobě přiléhajících stejných magnetických tyčí ve tvaru plochých hranolů, sestávajících z vícepólových magnetů umístěných na plochých nosných tyčích z magneticky měkké oceli, které jsou na obou koncích připevněny k nosiči obloukovitého magnetu ve tvaru půlměsíce a magnetické tyče jsou podle magnetické orientace rozděleny na dílčí části oblastí A a oblastí B, jejichž polarity a délka odpovídají parametrům sestaveného obloukovitého magnetu.

Homogenně orientované díly obloukovitého magnetu jsou zhotovovány samostatně jako dílčí magnety o rozměrech a tvarech potřebných pro sestavení složeného obloukovitého magnetu. Vhodným materiálem jsou známé magneticky tvrdé slinuté anizotropní ferity o přibližném složení BaO.nFe₂O3, n < 6 nebo SrO.nFe₂O3, n < 6 nebo jejich směsi, přednostně s vyššími hodnotami koercitivní síly. Hexagonální osy snadného magnetování slisovaných prášků částic jsou orientovány do přednostního směru. V tomto směruje materiál magnetován, čímž je dosahována nejvyšší měrná magnetická energie. Vysoká koercitivní síla umožňuje magnetovat dílčí magnety samostatně před jejich složením do celku, a to aniž by došlo k jejich významnějšímu odmagnetování. Při sestavování jsou homogenně orientované díly k sobě lepeny, např. epoxidovým lepidlem, čímž je zajištěna pevná struktura výsledného obloukovitého magnetu.

Oblasti A, jejichž povrchové části tvoří v blízkosti pláště bubnu funkční póly, jsou orientovány stupňovitě radiálně. Jejich magnetická orientace je zpravidla vytvořena skládáním a spojováním homogenně orientovaných dílů tak, aby jejich orientace směřovaly radiálním směrem. V tělese složeném z homogenně orientovaných dílů se nevytváří spojitá radiální orientace, ale změny směrů probíhají obvykle stupňovitě při přechodu mezi orientacemi sousedících dílů.

Tato konstrukce je pro zhotovení obloukovitého magnetu separačního magnetického bubnu výhodná. 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 energií než odpovídající spojitě radiálně orientované díly.

Oblasti B jsou rovněž složeny z homogenně orientovaných dílů. Složení nepředstavuje z hlediska magnetické orientace problém, protože orientace je homogenní v celé oblasti v axiálním směru.

-2 CZ 300502 B6

Magnety bubnů separátorů mohou být navrženy s jedním funkčním pólem, tj. jednou oblastí A nebo mnohem častěji s více funkčními póly střídající se polarity. Pokud 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 s výhodou využít především u krátkých bubnů, tj. u 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 povrchu pláště separač10 ního bubnu.

Oblasti B přiléhají ke každé oblasti A 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 A na vypouklé vnější ploše obloukovitého magnetu v blízkosti pláště bubnu. Toto uspořá15 dání zajišťuje, že magnetický tok takto magnetované oblasti B zesiluje magnetický tok vycházející z funkčního pólu. Tímto se zvyšuje magnetická indukce a přitažlivá separační síla v okolí funkčního pólu. Magnetická indukce se zvyšuje podstatně více, pokud k oblasti A přiléhají 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 obloukovitého magnetu tvořily oblasti B.

Zvyšováním šířky oblastí B ve směru podél osy bubnu oproti šířce oblasti A se magnetická indukce na funkčním pólu zvyšuje, zároveň se však zvětšuje vzdálenost mezi funkčními póly. Při větší vzdálenosti dochází v prostřední části, v prostoru mezi póly, k nežádoucímu poklesu mag25 netieké indukce. Pro zachování zvýšené magnetické indukce a separační účinnosti podél celé délky magnetického bubnuje třeba, aby se poměr šířek oblasti A a oblasti B udržoval v určitých mezích. Tento poměr je v předmětném technickém řešení stanoven tak, že šířka oblasti B v axiálním směru činí 20 % až 70 % šířky sousední oblasti A.

Obloukovitý magnet magnetického bubnu separátorů s magnetickou strukturou může být podle vynálezu sestavován různými postupy. Velmi vhodné je např. sestavení z těsně k sobě přiléhajících stejných magnetických tyčí ve tvaru dlouhých hranolů, sestávajících z vícepólových magnetů na plochých tyčích z magneticky měkké oceli, které jsou na obou koncích připevněny k nosiči magnetu ve tvaru půlměsíce, přičemž magnet tyče je podle magnetické orientace rozdělen na oblasti A a oblasti B v příslušném stejném uspořádání a délkách jako u sestaveného obloukovitého magnetu. Magnetické tyče mohou mít např. průřez obdélníkový nebo průřez rovnoramenného lichoběžníka. Zatímco magnetické tyče obdélníkového průřezu lze zhotovit snadněji, tyče lichoběžníkového průřezu, uložené těsně vedle sebe, lépe vyplní prostor obloukovitého magnetu.

Ve srovnání s hodnotami, které vykazují bubny s klasickými feritovými magnety stejné velikosti, vykazuje magnetický buben separátorů podle předmětného vynálezu na svém povrchu a blízkém okolí pláště bubnu značné zvýšení hodnoty magnetické indukce a přitažlivých sil k feromagnetickým částicím a materiálům.

Příkladně je možno porovnat předmětný magnetický buben se stávajícím separačním bubnem s homogenně orientovanými magnety s póly střídavé polarity stejné velikosti. V tomto případě bylo zjištěno, že ve vzdálenosti 10 mm od povrchu pláště magnetického bubnu činí nárůst magnetické indukce nad středy funkčních pólů 30 až 50 % a v oblasti mezí póly 15 až 20 %. Tyto výhody podmiňuje zejména složení a konstrukce obloukovitého magnetu, který koncentruje magnetický tok v oblasti funkčních pólů a tím zde dosahuje podstatně vyšší hodnoty magnetické indukce a přitažlivých sil oproti klasickým permanentním magnetům s rovnoměrnou hustotou magnetického toku. Stěžejním přínosem řešení podle vynálezu je významné zvýšení kvality separace magnetických bubnových separátorů s feritovými magnety, které se používají v mnoha průmyslových provozech. Dále mohou být tyto magnetické bubny se zvýšenou účinností použity i tam, kde doposud parametry běžných feritových magnetů nepostačovaly. V řadě aplikací mohou

-3 CZ 300502 B6 proto nahradit stávající elektromagnetické separátory, které jsou provozně podstatně nákladnější. Separátory s magnetickými bubny podle vynálezu jsou rovněž s výhodou použitelné i v provozech s nestandardními podmínkami pro separaci, jako je vysoká teplota a rychlost separovaného materiálu, vč. jeho většího objemu, v nichž účinnost běžných separátorů výrazně klesá.

Přehled obrázků na výkresech

Příkladné řešení magnetického bubnu separátorů je schématicky znázorněno na připojených io vyobrazeních, kde na obr. 1 je schéma procesu magnetické separace, na obr. 2 schéma magnetického bubnu separátorů opatřeného obloukovitým magnetem, na obr. 3 schéma sestavy magnetů v úsecích oblastí A a oblastí B a na obr. 4 je schématicky znázorněno uspořádání magnetické tyče.

Příklady provedení vynálezu

Magnetický buben separátorů (obr. 1 až 4) pro recyklaci a třídění šrotuje zhotoven v rozměrech bubnu o průměru 400 mm a délce 380 mm. Z důvodu zachování tvaru magnetického pole je buben zhotoven z velké části z nerezové oceli. Konstrukce bubnu sestává z otočného nemagne20 tického pláště 1 ovládaného hnací hřídelí nosného čepu se dvěma nosiči 2 ve tvaru půlměsíce, mezi nimiž jsou v drážce připojeny ploché nosné tyče 6, na nichž jsou připevněny spojené vícepólové magnety. Obloukovitý magnet 3, sestávající z těsně vedle sebe uložených magnetických tyčí, je umístěn těsně pod povrchem pláště i bubnu. Vnější povrch pláště 1 bubnuje opatřen průběžnými navařenými lištami k odhození přichyceného separovaného feritového materiálu 8.

Počet navařených lišt je závislý na druhu separované směsi materiálu 7 a velikosti bubnu. Feritový obloukovitý magnet 3 o tloušťce 50 mm je sestaven z dílů, které byly vyrobeny z anizotropního magneticky tvrdého materiálu, v tomto případě strontnatého feritu s následujícími magnetickými charakteristikami; jakostní součin (BH)max^_28.5 kJ/m³, permanentní magnetická indukce Br = 0,39 T a koercitivní síly Hcb = 285 kA/m a Hej =300 kA/m. Zhotovený magnet 3 je rozdě30 len v axiálním směru na tri oblastí A 4 o šířce 50 mm a čtyři oblasti B 5 o šířce 30 mm. Ke každé oblasti A 4 přiléhají oblasti B 5 z obou stran, takže oblasti B jsou zároveň i krajní oblasti magnetu 3. Magnet 3 je sestaven z magnetických tyčí rozdělených stejně na oblasti A 4 a oblasti B 5. Magnetické tyče mají průřez rovnoramenného lichoběžníka, kde kratší základnou 35 mm jsou připevněny k železným nosným tyčím 6 stejné šířky a tloušťky 10 mm. Protože delší základna má délku 50 mm, vchází rozměr oblasti A 4, tj. plocha funkčního pólu najedno magnetické tyči, 50 x 50 mm.

Bubnový separátor je uložen nad pásovým dopravníkem a je poháněn vlastní pohonnou jednotkou. Tato otáčí pouze pláštěm i bubnu kolem stojící osy s magnetickým jádrem tvořeným per40 manentním obloukovitým magnetem 3. V průběhu separacního procesu se ze směsi materiálu 7 přichytí na plášť i bubnu separovaný feromagnetický materiál 8, který je pomocí odhazovací lišty odveden do místa, kde magnetické pole nepůsobí a za pomoci odstředivé síly následně v jiném místě odpadne do kontejneru, tj. odděleně, než nemagnetický materiál 9.

Průmyslová využitelnost

Magnetický buben separátorů dle předmětného vynálezu je využitelný nejen v separátorech určených do běžných provozních podmínek, např. při úpravě rud a těžbě surovin, čištění nemagnetic50 kých materiálů, ochraně technologických zařízení, vč. ve výrobnách krmiv, dřevozávodech a elektrárnách apod., ale umožňuje i separaci v extrémních podmínkách, zejména za zvýšené teploty až 100 °C a vysoké rychlosti toku separovaného materiálu.

Claims (3)

1. Magnetický buben separátoru sestávající z otočného nemagnetického pláště ovládaného hnací hřídelí, v němž je na nosiči usazen feritový permanentní obloukovitý magnet, vyznačující se t í m , že permanentní obloukovitý magnet (3) je z hlediska magnetické orientace rozdělen v axiálním směru rovnoběžnými hranicemi na vzájemně se střídající dílčí obloukovité io úseky vytvářející oblasti A (4) a oblasti B (5), přičemž oblasti A (4) jsou funkčními póly orientované radiálně a oblasti B (5) jsou orientovány axiálně.

2. Magnetický buben separátoru podle nároku 1,vyznačující se tím, že permanentní obloukovitý magnet (3) obsahuje nejméně jednu oblast A (4), oblasti mají funkční póly střídající

15 se polarity a nejméně jednu oblast B (5), oblasti jsou střídající polarity.

3. Magnetický buben podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že šířka oblastí B (5) v axiálním směru činí 20 až 70 % sousední oblasti A (4).

20 4. Magnetický buben podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že oblasti B (5) jsou umístěny mezi oblastmi A (4) nebo na okraji obloukovítého magnetu (3), přičemž jsou magnetovány tak, že na přiléhající straně oblasti B (5) se nachází magnetický pól stejné polarity jako je polarita funkčního pólu oblasti A (4).

25 5. Magnetický buben podle nároků laž 4, vyznačující se tím, že obloukovitý magnet (3) je sestaven z těsně k sobě přiléhajících stejných magnetických tyčí ve tvaru plochých hranolů, sestávajících z vícepólových magnetů umístěných na plochých nosných tyčích (6) z magneticky měkké oceli, které jsou na obou koncích připevněny k nosiči (2) obloukovítého magnetu (3) ve tvaru půlměsíce a magnetické tyče jsou podle magnetické orientace rozděleny na dílčí části

30 oblastí A (4) a oblastí B (5), jejichž polarita a délka odpovídají parametrům sestaveného obloukovitého magnetu (3).