DE19649154C1 - Method of improving separating precision of fluidised bed separators - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steigerung der Trennschärfe von Wirbelstromscheidern, mit dem vereinzelte Teilchen unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit aus einem Gutsstrom in einem bewegten Magnetfeld abgeschieden werden, das unter dem Gutstrom erzeugt und in horizontaler Richtung bewegt wird.The invention relates to a method for increasing the selectivity of Eddy current separators, with the isolated particles of different electrical Conductivity can be separated from a Gutsstrom in a moving magnetic field, the generated under the crop flow and moved in the horizontal direction.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention also relates to a device for carrying out such a device Procedure.
Ein zeitlich veränderliches Magnetfeld induziert in einem Leiter eine Spannung. Der so erzeugte Stromfluß, Wirbelstrom genannt, erzeugt wiederum ein Magnetfeld, das dem erzeugenden Magnetfeld entgegengerichtet ist. Bewegt sich das erzeugende Magnetfeld in geeigneter Weise oder besitzen die Feldlinien des erzeugenden Feldes eine geeignete Form, so wird auf den Leiter eine Kraft ausgeübt, die im folgenden als Induktionskraft bezeichnet wird.A time-varying magnetic field induces a voltage in a conductor. The way generated current flow, called eddy current, in turn creates a magnetic field that the generating magnetic field is opposite. The generating magnetic field moves in suitably or have the field lines of the generating field a suitable shape, so a force is exerted on the conductor, which is referred to below as induction force.
Zum Stand der Technik gehören nach diesem Prinzip arbeitende Wirbelstromscheider, die jedoch erst seit den letzten Jahren Anwendung finden, da erst in dieser Zeit ausreichend starke permanentmagnetische Werkstoffe zur Verfügung stehen. Heute ist die Wirbelstromscheidung neben der Magnetscheidung ein wichtiges Verfahren in der Recyclingtechnik.The prior art includes eddy current separators that operate on this principle However, they have only been used for the past few years, as it is only in this period that they are sufficiently strong permanent magnetic materials are available. Today is the Eddy current separation is an important process in addition to magnetic separation Recycling technology.
Auf Grund dieser Verfahren wurde in den 70-er Jahren ein Rutschenscheider entwickelt. Dabei handelt es sich um eine Rutsche mit schräg aufgebrachten Magnetstreifen, die die auf der Rutsche sich bewegenden elektrisch leitenden Teilchen aus der Fallinie heraus ablenken. Für die technische Anwendung ist aber zum einen die Kraftwirkung auf die elektrisch leitenden Teilchen zu gering, zum anderen ist der Durchsatz nicht ausreichend. Based on these processes, a slide separator was developed in the 1970s. It is a slide with diagonally applied magnetic strips, which the distract the slide moving electrically conductive particles out of the fall line. For technical applications, on the one hand, the force effect on the electrical conductive particles too low, on the other hand, the throughput is not sufficient.
Verschiedene weitere Ansätze führten über Linearmotoren und pulsierende Elektromagneten
zum permanentmagnetbestückten Rotor. Hierbei sitzt im Kopf eines Förderbandes ein in
bezug auf die Förderbandbewegung um ein Vielfaches schneller rotierender magnetbestückter
Rotor, ein sogenannter Magnetrotor, der die leitenden Teilchen in Förderbandrichtung aus
dem Gutstrom heraus beschleunigt, wie in Fig. 2 der
Zeichnung gezeigt. Siehe hierzu die folgenden
Druckschriften:
DE 34 16 504 A1
Andres, U.: Trennung von Nichteisen
metallschrott (Abschnitt 3.1)
In: Aufbereitungstechnik 35 (1994) Nr. 2, S. 73
Tiltmann, K. O.: Recycling betrieblicher Abfälle
Teil 5/2.2.1, S. 1 bis 6
WEKA Fachverlag für technische Führungskräfte
GmbH, Augsburg, Okt. 1993.Various other approaches led to the permanent magnet rotor using linear motors and pulsating electromagnets. In this case, in the head of a conveyor belt sits a magnet-equipped rotor which rotates many times faster with respect to the conveyor belt movement, a so-called magnetic rotor, which accelerates the conductive particles in the conveyor belt direction out of the material flow, as shown in FIG. 2 of the drawing. See the following publications:
DE 34 16 504 A1
Andres, U .: Separation of non-ferrous metal scrap (Section 3.1 ) In: Mineral Processing 35 (1994) No. 2, p. 73
Tiltmann, KO: Recycling of industrial waste part 5 / 2.2.1 , p. 1 to 6
WEKA specialist publishing house for technical executives GmbH, Augsburg, October 1993.
Eine Variation dieser Bauart besteht darin, den Magnetrotor in der Kopfbandrolle exzentrisch und beweglich anzuordnen, wie in Fig. 3 der hier beigefügten Zeichnung dargestellt. Dadurch läßt sich die Rotorposition aufgabegutsspezifisch optimieren. Einen ähnlichen Effekt erzielen andere Hersteller, indem sie das Förderband und damit die Gutsaufgabe nicht horizontal gestalten. Eine horizontal verschiebbare Rolle ermöglicht die Variation des Bandwinkels in einem Bereich zwischen ca. 5° und 15°, wie aus Fig. 4 der hier beigefügten Zeichnung ersichtlich.A variation of this type consists in arranging the magnet rotor in the headband reel eccentrically and movably, as shown in FIG. 3 of the attached drawing. This allows the rotor position to be optimized specifically for the feed material. Other manufacturers achieve a similar effect by not designing the conveyor belt and thus the goods task horizontally. A horizontally displaceable roller enables the belt angle to be varied in a range between approximately 5 ° and 15 °, as can be seen from FIG. 4 of the drawing attached here.
Die obigen bekannten Verfahrensweisen und Vorrichtungen zu ihrer Durchführung können jedoch insgesamt, sowohl was Wirkungsgrad als auch was technische Brauchbarkeit anbelangt, nicht voll befriedigen, wie im folgenden im Hinblick auf die Wirkungsweise der Wirbelstromscheidung näher erläutert wird.The above known procedures and devices for performing them can however, overall, both in terms of efficiency and in terms of technical usability not fully satisfied, as follows with regard to the mode of operation of the Eddy current separation is explained in more detail.
Die unterschiedliche Flugbahn der Teilchen, speziell die Wurfweite, ermöglicht die Separation der Teilchen. Auf das Teilchen wirken dabei die Gewichtskraft FG, die Induktionskraft FI und die Widerstandskraft Fη ein. Primär von Bedeutung sind Gewichtskraft und Induktionskraft. Die Form der Teilchen sowie die Stoffeigenschaften, wie Leitfähigkeit κ und Dichte ρ, bestimmen das Verhältnis von Induktionskraft zu Gewichtskraft. Das Trennkriterium bei der Abscheidung der Teilchen aus einem Teilchenstrom ist demnach das Verhältnis κ/ρ. Die Gewichtskraft wirkt zu jedem Zeitpunkt in Fallrichtung auf das Teilchen. Die Induktionskraft wirkt immer in Bewegungsrichtung des Magnetfeldes, d. h. bei Verwendung eines Magnetrotors tangential zur Rotationsrichtung. Je nach Position des Teilchens ergibt sich eine andere Richtung der Induktionskraft im x/y-Koordinatensystem bzw. relativ zur Gewichtskraft. Bei der Bauweise der bekannten Wirbelstromscheider variiert der Winkel, den die beiden Kräfte im Verlauf der Teilchenflugbahn einschließen, um nahezu 180°. Bis zum Abheben des Teilchens wirkt die Induktionskraft nahezu entgegengesetzt zur Gewichtskraft. Befindet sich das Teilchen über dem Magnetrotor, so wirkt die Kraft horizontal in Förderbandbewegungsrichtung, das Teilchen wird somit in x-Richtung aus dem Gutsstrom herausbeschleunigt. Befindet sich das Teilchen auf der anderen Seite des Magnetrotors, so wird es sogar in Richtung der Gewichtskraft beschleunigt. Zu beachten ist weiterhin, daß die Induktionskraft exponential mit dem Abstand zur Magnetpoloberfläche abnimmt. Wird der Magnetrotor gegenläufig betrieben, was insbesondere bei kleinen Teilchen notwendig ist, so dreht sich die Richtung der Induktionskraft um. Die Wirkung der sich in Abhängigkeit von der Zeit ändernden Richtung der Induktionskraft bleibt jedoch in gleichem Maße bestehen.The different trajectory of the particles, especially the throw, enables the particles to be separated. The weight force F G , the induction force F I and the resistance force F η act on the particle. Weight and induction are of primary importance. The shape of the particles and the material properties, such as conductivity κ and density ρ, determine the ratio of induction force to weight. The separation criterion when separating the particles from a particle stream is therefore the ratio κ / ρ. The weight acts on the particle at all times in the direction of fall. The induction force always acts in the direction of movement of the magnetic field, ie when using a magnetic rotor tangential to the direction of rotation. Depending on the position of the particle, there is a different direction of the induction force in the x / y coordinate system or relative to the weight. In the construction of the known eddy current separators, the angle which the two forces enclose in the course of the particle trajectory varies by almost 180 °. Until the particle is lifted, the induction force acts almost opposite to the weight force. If the particle is above the magnetic rotor, the force acts horizontally in the direction of the conveyor belt movement, thus accelerating the particle out of the material flow in the x direction. If the particle is on the other side of the magnetic rotor, it is even accelerated in the direction of the weight. It should also be noted that the induction force decreases exponentially with the distance to the magnetic pole surface. If the magnetic rotor is operated in opposite directions, which is particularly necessary for small particles, the direction of the induction force reverses. However, the effect of the direction of the induction force, which changes as a function of time, remains the same.
Betrachtet man zwei Teilchen mit unterschiedlicher Ausprägung des Trennfaktors κ/ρ, so hebt das Teilchen mit dem größeren Trennfaktor früher vom Förderband ab und wird schneller gegen die Gewichtskraft aus dem Gutsstrom heraus beschleunigt. Im für die Flugweite mitentscheidenden Bereich ist das Teilchen jedoch weiter von der Poloberfläche entfernt, so daß die Beschleunigung in Förderbandrichtung wesentlich geringer sein kann als bei Teilchen mit einem kleineren Trennfaktor. Dies kann dazu führen, daß Teilchen mit kleinerem Trennfaktor eine höhere Flugweite erzielen. Es existiert demnach ein optimaler Trennfaktor in bezug auf die Wurfweite. Bin höherer oder niedrigerer Faktor führt zu geringeren Wurfweiten. Daraus ergibt sich, daß eine Trennung nach dem Trennfaktor in den bisher bekannten Wirbelstromscheiderkonstruktionen nicht möglich ist.If one considers two particles with different characteristics of the separation factor κ / ρ, then lifts the particle with the larger separation factor earlier from the conveyor belt and becomes accelerated faster against the weight of the material flow. Im for the However, the particle is farther from the pole surface than the flight distance removed so that the acceleration in the direction of the conveyor belt can be significantly less than for particles with a smaller separation factor. This can lead to particles with smaller separation factor achieve a longer flight distance. There is therefore an optimal one Separation factor in relation to the throwing distance. A higher or lower factor leads to shorter throw distances. It follows that a separation according to the separation factor in the previously known eddy current separator designs is not possible.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Wirbelstromscheiderbauart zu entwickeln, die eine Trennung entsprechend dem stofflichen Trennfaktor κ/ρ ermöglicht. Um die Trennschärfe bei der Wirbelstromsortierung entscheidend zu verbessern, muß also eine Vorrichtung so konzipiert werden, daß Beschleunigung und Auslenkung der Teilchen aus dem Gutsstrom entsprechend dem Trennfaktor erfolgen.The object of the invention is therefore to design an eddy current separator develop that enables a separation according to the material separation factor κ / ρ. Around To decisively improve the selectivity in the eddy current sorting must therefore Device can be designed so that acceleration and deflection of the particles the material flow according to the separation factor.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß, was das Verfahren anbelangt, durch die Kennzeichnungsmerkmale des Anspruchs 1 gelöst, und was die Vorrichtung anbelangt, durch die Kennzeichnungsmerkmale des Anspruchs 4.This object is achieved, according to the method, by the Characteristic features of claim 1 solved, and as far as the device by the characterizing features of claim 4.
Abstrahiert man die obigen Lösungsmerkmale, so ist festzustellen, daß die Induktionskraft, die auf ein Teilchen im relevanten Bereich wirkt, senkrecht zu seiner Gewichtskraft einwirken sollte, und der Winkel, der die Vektoren dieser Kräfte einschließt, für verschieden ausgeprägte Trennfaktoren im relevanten Bereich konstant gehalten wird, um eine optimale Abscheidung bzw. Trennung der verschiedenen Teilchen beim Wirbelstromscheiden sicherzustellen.If one abstracts the above solution features, it can be seen that the induction force, acting on a particle in the relevant area, acting perpendicular to its weight should, and the angle that includes the vectors of these forces for different distinctive separation factors in the relevant area is kept constant in order to achieve an optimal Separation or separation of the different particles during eddy current separation ensure.
Dadurch wird der Einfluß der bisher beim Stande der Technik aufgetretenen Faktoren, die sich durch die drei folgenden Erscheinungen kennzeichnen lassen, nämlich die Änderung der Richtung der Induktionskraft auf der Flugbahn des Teilchens, die Änderung des Abwurfpunktes je nach Ausprägung des Trennfaktors und die exponentielle Abnahme der magnetischen Flußdichte in radialer Richtung der Magnettrommel, vollständig eliminiert. As a result, the influence of the factors previously encountered in the prior art, the can be characterized by the following three phenomena, namely the change in Direction of the induction force on the trajectory of the particle, the change in the Drop point depending on the form of the separation factor and the exponential decrease in the magnetic flux density in the radial direction of the magnetic drum, completely eliminated.
Da die Schwerkraft immer in vertikaler Richtung wirkt, sollte die Induktionskraft erfindungsgemaß horizontal wirken. Dies gilt vor allem in dem Bereich des Scheiders, in dem die Teilchen aus ihrer Schwerkraftbewegung ausgelenkt werden. Dieser Bereich ist gleichzeitig der Bereich der größten Krafteinwirkung. Die Kombination dieser verfahrenstechnischen Merkmale wird erfüllt, wenn der zu separierende bzw. fraktionierende Gutsstrom nicht horizontal sondern vertikal geführt wird, und das Magnetfeld sich horizontal unter dem Gutsstrom hindurchbewegt. In diesem Fall wirkt die Induktionskraft immer senkrecht zur Gewichtskraft, insbesondere bei Beginn der Auslenkung oder Ablenkung des Teilchens aus dem Gutsstrom.Since gravity always acts in the vertical direction, the induction force should act horizontally according to the invention. This is especially true in the area of the Scheider in which the particles are deflected from their gravity movement. That area is at the same time the area of greatest force. The combination of these procedural characteristics are met if the one to be separated or fractionated Gutsstrom not horizontally but vertically, and the magnetic field is horizontal moved under the estate stream. In this case, the induction force always works perpendicular to the weight, especially at the beginning of the deflection or deflection of the Particle from the estate stream.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. So hat sich beispielsweise als besonders zweckmäßig erwiesen, das bewegte Magnetfeld durch eine rotierende Permanentmagnettrommel zu realisieren. Hierzu wird die Trommel unterhalb des Gutsstroms angeordnet. Dadurch erreicht man, daß die Induktionskraft mit Beginn der Auslenkung leitfähiger Teilchen am größten ist und mit größerer Auslenkung abnimmt.Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims. So has proven particularly useful, for example, by moving the magnetic field to realize a rotating permanent magnet drum. To do this, the drum is below of the estate flow. This ensures that the induction force at the beginning of the Deflection of conductive particles is greatest and decreases with greater deflection.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielshalber an Hand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert, das in Fig. 1 ein Verfahrensschema zeigt.The invention is explained below by way of example with reference to the exemplary embodiment shown schematically in the drawing, which shows a process diagram in FIG. 1.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, muß das Aufgabegut dem Scheider vereinzelt zugeführt werden, um die gegenseitige störende Beeinflussung der Teilchen weitgehend zu verhindern. Der Gutsstrom wird deshalb zur Vereinzelung über eine Vibrorinne 1 auf ein angetriebenes Förderband 2 aufgegeben, das über die Umlenkrollen 8, 9 läuft. Am Ende der Förder- und Vereinzelungsstrecke, also im Bereich der hinteren Umlenkrolle 8, wird dem aus den Teilchen 7 bestehenden Gutsstrom eine vertikale Bewegung aufgeprägt. Dies wird durch eine mit Förderbandgeschwindigkeit gegensinnig rotierende Trommel 3 erreicht, die mit Abstand hinter der Umlenkrolle 8 angeordnet ist. Der Gutsstrom muß in diesem Fall den ausreichend großen Spalt zwischen Förderband 2 bzw. Umlenkrolle 8 und Trommel 3 passieren und befindet sich dabei in freiem Fall. An Stelle der Trommel 3 lassen sich für den genannten Zweck auch vertikale, den Spalt begrenzende Platten benutzen. Die Spaltweite wird der maximalen Teilchengröße angepaßt. Die Teilchengröße liegt ca. zwischen 3 mm und 40 mm.As can be seen from FIG. 1, the feed material has to be fed to the separator individually in order to largely prevent the particles from interfering with one another. The material flow is therefore fed via a vibrating trough 1 onto a driven conveyor belt 2 , which runs over the deflection rollers 8 , 9 . At the end of the conveying and separating section, that is to say in the region of the rear deflecting roller 8 , a vertical movement is impressed on the material flow consisting of the particles 7 . This is achieved by a drum 3 rotating in opposite directions at the conveyor belt speed, which is arranged at a distance behind the deflection roller 8 . In this case, the material flow must pass the sufficiently large gap between conveyor belt 2 or deflection roller 8 and drum 3 and is in free fall. Instead of the drum 3 , vertical plates which delimit the gap can also be used for the purpose mentioned. The gap width is adapted to the maximum particle size. The particle size is approximately between 3 mm and 40 mm.
Wie bereits erläutert, bewegt sich das Magnetfeld in horizontaler Richtung. Dies wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine in der Fallinie des Teilchens befindliche, senkrecht unterhalb des Spaltes angeordnete rotierende Magnettrommel 4 erreicht. Das Förderband 5 dient dazu, die durch das Magnetfeld angezogenen, magnetisierbaren Teilchen, die aus Eisen bestehen oder zumindest Eisen enthalten, aus dem Feld zu transportieren, da sie anderenfalls am Magnetrotor haften bleiben wurden. Die innerhalb der Kopftrommel des Förderbandes (5) angeordnete Magnettrommel (4) rotiert mit wesentlich höherer Geschwindigkeit als die Kopftrommel. Teilchen mit höherer Leitfähigkeit κ werden starker in horizontaler Richtung beschleunigt. Gleichzeitig werden Teilchen mit geringerer Dichte ρ in vertikaler Richtung langsamer beschleunigt, so daß die Teilchen mit dem größten Trennfaktor κ/ρ als erste und am stärksten aus der Fallinie in horizontaler Richtung ausgelenkt werden. Seitlich der Fallinie, zwischen dem von der Trommel 3 und der Rolle 8 gebildeten Spalt und der Magnettrommel 4, sind Trennbleche 6 angebracht, die wie eine Fraktioniereinrichtung arbeiten und je nach Abstand und Anzahl die fallenden Teilchen auf die mit Abstand übereinanderliegenden Trennbleche lenken, an deren Enden entsprechende, nicht dargestellte Sammelcontainer angeordnet sein können.As already explained, the magnetic field moves in the horizontal direction. In the exemplary embodiment shown, this is achieved by a rotating magnetic drum 4 located in the falling line of the particle and arranged vertically below the gap. The conveyor belt 5 serves to transport the magnetizable particles attracted by the magnetic field, which consist of iron or at least contain iron, out of the field, since they would otherwise have adhered to the magnetic rotor. The magnetic drum ( 4 ) arranged inside the head drum of the conveyor belt ( 5 ) rotates at a much higher speed than the head drum. Particles with higher conductivity κ are accelerated more strongly in the horizontal direction. At the same time, particles with a lower density ρ are accelerated more slowly in the vertical direction, so that the particles with the greatest separation factor κ / ρ are the first and most strongly deflected from the fall line in the horizontal direction. To the side of the fall line, between the gap formed by the drum 3 and the roller 8 and the magnetic drum 4 , separating plates 6 are attached, which work like a fractionation device and, depending on the distance and the number, direct the falling particles onto the separating plates, one above the other, at the other End corresponding, not shown collection container can be arranged.
Das bewegte Magnetfeld sollte möglichst nahe unterhalb des Förderbandes 2 angeordnet sein, um die vertikale Geschwindigkeit der Teilchen gering zu halten und die Auslenkung durch die Induktionskraft zu verstärken. Sowohl die Magnettrommel 4 mit ihrem Förderband 5 als auch die Trennbleche 6 sind horizontal und vertikal verstellbar, so daß sich die Abstände an die jeweiligen optimalen Bedingungen anpassen lassen.The moving magnetic field should be arranged as close as possible below the conveyor belt 2 in order to keep the vertical speed of the particles low and to increase the deflection by the induction force. Both the magnetic drum 4 with its conveyor belt 5 and the separating plates 6 can be adjusted horizontally and vertically, so that the distances can be adapted to the respective optimal conditions.
Die obenbeschriebene Vorrichtung bewirkt gegenüber den herkömmlichen Bauarten eine signifikante Erhöhung der Trennschärfe, da die Sortierung nach den Stoffeigenschaften nicht durch die beschriebenen störenden Einflußfaktoren überlagert wird.The device described above has an effect over the conventional designs significant increase in selectivity since the sorting according to the material properties is not is overlaid by the disruptive influencing factors described.
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