DE2410001A1

DE2410001A1 - Magnetabscheider mit bewegter matrize

Info

Publication number: DE2410001A1
Application number: DE2410001A
Authority: DE
Inventors: Peter G Marston; John J Nolan
Original assignee: MAGNETIC ENG ASS Inc
Current assignee: MAGNETIC ENG ASS Inc
Priority date: 1973-03-05
Filing date: 1974-02-28
Publication date: 1974-09-26
Also published as: DE2410001C3; ATA168574A; JPS50140954A; US3920543A; SE415636B; ES423863A1; FR2220310A1; IT1004057B; IL44229A; SU715012A1; IL44229A0; JPS5025401A; FR2220310B1; JPS5294263U; ZA741045B; SU715012A3; IN139381B; ES429368A1; JPS5219354B2; DD111300A1

Description

PATENTANWÄLTE

BERLIN-DAHLEM 33 · PODBIELSKIALLEE 68 8 MÜNCHEN 22 · WIDENMAYERSTRASSE 49

BERLIN: DIPL.-ING. R. MÜLLER-BÖRNER MÜNCHEN: DIPL.-ING. HANS-H. WEY

Berlin, den 28. Februar 1974

Magnetic Engineering Association Inc. Cambridge, Hass. (Ver.St.A.)

Magnetabscheider mit bewegter Matrize

Die Erfindung betrifft einen Magnetabscheider mit bewegter Matrize, insbesondere einen solchen, in dem das Feld und der Durchfluß parallel zueinander verlaufen und die Magnetfeldquelle in der Nähe der Pole und des Spalts angeordnet ist.

Das Arbeitsvermögen von Magnetabscheidern läßt sich durch Anwendung einer Bewegte-Matrizen-Technik erhöhen, bei der der Abscheidungsvorgang fortlaufend bei der Bewegung der Matrize durchführbar ist. Bei einer dieser Techniken strömt der Durchfluß vertikal zwischen einem Paar horizontal in Abstand voneinander angeordneten Polen hindurch, durch die ein Teil einer in einer horizontalen Ebene umlaufenden ringförmigen Matrize hindurchläuft. Der Durchfluß, das Feld und die Matrizenbewegung verlaufen sämtlich in zueinander senkrechten Richtungen. Da eine Vergrößerung der Querschnittsfläche durch Vergrößern der in der Bewegungsrichtung der Matrize gemessenen Abmessung praktisch nicht durch-

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BERLIN: TELEFON (0311)762907 MÜNCHEN: TELEFON (0811) 22 55 85 KABEL: PROPINDUS- TELEX 01 84057 KABEL: PROPINDUS · TELEX 05 24244

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führbar ist, vergrößert jede Arbeitsvermögenssteigerung auch den Abstand oder den Spalt zwischen den Polen; und umgekehrt führt- jede Verringerung des Spalts zwecks Erhöhung der Feldstärke auch zu einer Verminderung des Durchflußquerschnitts .

Bei einem anderen Lösungsversuch wird eine Matrize in Form eines Ringes um eine horizontale Achse umlaufen gelassen. Die Matrize bewegt sich durch das Arbeitsmagnetfeld-Volumen oder den -spalt an dem unteren Punkt ihrer Bahn. Die Zufuhr erfolgt am inneren Ringdurchmesser an diesem Punkt und strömt durch die Matrize, um am äußeren Ringdurchmesser auszutreten. Bei einer solchen Anordnung ist es schwierig, ein gleichmäßiges Magnetfeld über den Arbeitsspalt in der Fläche vorzusehen, in der die Zufuhr zu der Matrize erfolgt. Tatsächlich kann man sich einer solchen Gleichmäßigkeit nur annähern, wenn der Iirümmungsradius der inneren und äußeren Ringmmfänge sehr groß ist und wenn darüber hinaus die Magnetpole auf beiden Seiten des Ringes in der Weise kurvenförmig verlaufen, daß sie der Krümmung der Matrize angepaßt sind. Diese Erfordernisse wurden eine untunlich große und kostspielige Maschine bedingen, und selbst dann würde die vorsehbare Gleichmäßigkeit des Feldes geringer als optimal sein.

In typischer Weise wird bei solchen Abscheidern mit sich bewegender Matrize der Strom der Fluidzufuhr durch die Schwerkraft "gesteuert. Wenn dann die Durchflußcharakteristi—-ken in der Matrize in der Bewegungsrichtung über eine Matrize, die um eine horizontale Achse umläuft, gleichmäßig sein sollen, müßte der Krümmungsradius der inneren und äusseren Umfange des die Matrize enthaltenden Ringes wiederum sehr groß sein, und die Größe würde mit zunehmendem Arbeitsvermögen und Durchflußquerschnitt der Vorrichtung zunehmen:

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Gleichmäßigkeit des Feldes und des Durchflusses können •für viele Anwendungen erforderlich sein, um eine annehmbare Abscheidung zu erhalten. Wenn ferner eine Spülzone erforderlich ist, die der Zufuhrzone innerhalb des Arbeitsvolumens benachbart ist, müßte eine ringförmige Matrize von sogar noch größerem· Radius verwendet v/erden, um ein gewisses Ausmaß an Gleichmäßigkeit des Durchflusses durch die Matrize aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus begrenzt die Verwendung der Schwerkraft für die Bewegung des Zuflusses und der Spülung durch die Matrize die nutzbare Fläche einer solchen Matrize auf den Bodenteil und vielleicht den Oberteil.

Ein anderer Nachteil des Standes der Technik ist es, daß in typischer Weise eine oder mehrere Elektromagnetspulen oder andere Magnetfelderzeugungseinrichtungen zur Erzeugung eines Magnetfelds in dem Arbeitsraum- oder -spalt auf einem Rückgaberahmen entfernt von dem Arbeitsspalt angeordnet sind. Das Feld in dem Arbeitsraum oder -spalt eines Elektromagneten ist die Summe des unmittelbar erregenden Spulen-Beitrags (Biot-Savart-Effekt) und des integrierten Dipol-Beitrags, d.h. des Beitrags des magnetisierten Eisens des nächstbenachbarten, magnetisierten, ferromagnetischen Rückgaberahmens. So hat eine Elektromagnetspule oder jede Quelle magnetomotorischer Kraft (MMF), die entfernt von dem Arbeitsspalt angeordnet ist, einige Teile mit unmittelbaren Beiträgen, die das in dem Arbeitsspalt erzeugte Magnetfeld verringern, und einige Teile mit unmittelbaren Beiträgen, die es verstärken. Das bedeutet, daß, während bei einigen Anordnungen die meisten Spulenteile einen positiven unmittelbaren Feldbeitrag zu dem Magnetfeld in dem Arbeitsvolumen liefern, mindestens einige dieser Teile einen negativen, unmittelbaren Beitrag geben, der von dem positiven un-

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mittelbaren Beitrag abzuziehen ist und einen unmittelbaren Netto-Beitrag.zu dem Feld in dem Arbeitsvolumen übrig läßt, der kleiner als das Gesamt-Feld ist, das effektiv von dieser Spule erzeugt werden kann. Ferner wird der unmittelbare Feld-Beitrag jedes Spulenteils durch Verminderung des Abstands zwischen diesem Teil und dem Arbeitsvolumen erhöht. Eine Verminderung dieses Abstands führt auch zur Verringerung der Kosten für die Quelle einer gegebenen MMF.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Hagnetabscheider mit bewegter Matrize vorzusehen, dessen Arbeitsvermögen durch Verändern der Durchflußquerschnittsfläche der Matrize optimisiert werden kann und dessen Feldstärke in dem Arbeitsmagnetfeldvolumen sich durch Verringerung des Spalts zwischen den Polen unabhängig voneinander verstärken läßt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Magnetabscheider mit bewegter Matrize vorzusehen, in dem das Magnetfeld und der Zufülirstrom durch die Matrize parallel verlaufen.

Ein noch v/eiterer Gegenstand der Erfindung ist es, einen Magnetabscheider mit bewegter Matrize vorzusehen, in dem das Magnetfeld und der Zuflußstrom durch die Matrize gleichmäßig sind:~sowie eine maximale Nutzbarkeit der Quelle des Magnetfelds gegeben ist und alle elektromagnetischen Elemente dieser Quelle einen positiven unmittelbaren Beitrag zu dem Magnetfeld in dem Arbeitsspalt liefern.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, daß in einem Magnetabscheider mit bewegter Matrize das Arbeitsvermögen eine Funktion der Durchflußquerschnittsfläche der Matrize ist und daß die Feldstärke des Magnetfelds zwischen zwei Polen

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eines Abscheiders mehr von dem Abstand zwischen den Polen abhängt als von der Querschnittsfläche für für eine gegebene MMF und daß durch Parallelmachen der Richtung des Feldes und des Durchflusses die Feldstärke vergrößert v/erden kann, indem der Abstand zwischen den Polen verringert wird, und das Arbeitsvermögen vergrößert werden kann durch Vergrößerung der Durchflußquerschnittsfläche der Matrize, alles ohne Beeinträchtigung der Verbesserung, die durch die andere und weitere Überlegung erzielt wird, daß die Feldstärke, die von einer gegebenen Quelle magnetomotorischer Kraft in dem Arbeitsmagnetfeldvolumen zwischen den Polen vorgesehen wird, dadurch beträchtlich verbessert werden kann, daß die Quelle der magnetomotorischen Kraft an oder sehr dicht benachbart zu dem Arbeitsfeldvolumen in der Weise angeordnet wird, daß alle elektromagnetischen Elemente der Quelle einen positiven unmittelbaren Beitrag zu dem Magnetfeld in dem Arbeitsspalt leisten und daß weitere Verbesserungen erzielt v/erden können dadurch, daß man die Gleichmäßigkeit des Magnetfelds in dem Arbeitsspalt oder -volumen und die Gleichmäßigkeit des Durchflusses in diesem magnetischen Feld in dem Arbeitsvolumen optimisiert.

Diese Gedankengänge führten zu der Konstruktion eines Magnetabscheiders mit bewegter Matrize, der eine Magnetpoleinheit umfaßt, die ein erstes ferromagnetisches Pol-Teil, ein zweites ferromagnetisches Pol-Teil hat, das vom ersten entfernt angeordnet ist, und ein Arbeitsmagnetfeldvolumen, das von dem Raum zwischen dem ersten und dem zweiten Pol-Teil gebildet wird. Eine elektromagnetische Spulen-Einrichtung, bei der jedes Element einen positiven unmittelbaren Beitrag zu dem Magnetfeld in dem Arbeitsvolumen liefert, umgibt die Magnetpoleinheit, die dem Arbeitsmagnetfeldvolumen dicht benachbart ist, und erzeugt ein Magnetfeld, das sich in der

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ersten Richtung durch das Arbeitsmagnetfeldvolumen zwischen den Pol-Teilen erstreckt. Ein bewegliches Matrizenteil bewegt sich durch das Arbeitsmagnetfeldvolumen zwischen dem ersten und dem zweiten Pol-Teil in einer zweiten Richtung quer zu der ersten Richtung. Ein Fluid, das von einer Einlaßeinrichtung in nächster Nähe des einen der Pol-Teile vorgesehen wird, fließt durch das Matrizenteil und das Arbeitsmagnetfeldvolumen in der ersten Richtung und wird von einer Auslaßeinrichtung in nächster Nähe des anderen der Pol-Teile entfernt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Matrixteil im wesentlichen horizontal und läuft um eine vertikale Achse um, und das Magnetfeld sowie die Zuflußströmung durch die Matrize sind senkrecht und· weisen optimale Gleichmäßigkeit auf.

Weitere Gegenstände, Merkmale und Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der Zeichnung hervor. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Magnetabscheiders mit bewegter Matrize gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf den in Fig. 1 dargestellten Abscheider;

Fig. 3 eine vergrößerte, schematische Seitenschnittansicht einer Zufuhrstation und einer Spülstation gemäß Fig. 1;

Fig. 4 eine schematische Stirnansicht der Zufuhrstation nach Fig. 3»

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht der Zufuhrstation

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nach Fig. 3, die mehr im einzelnen die Lage der Spulen längs der Seite der Station parallel zu der Richtung der Matrizenbewegung veranschaulicht;

Fig. 6 eine schematische perspektivische Ansicht eines Trägers für die Matrize nach Fig. 1;

Fig. 7 eine Seitenansicht einer Zufuhrstation ähnlich der in Fig. 5 dargestellten, bei der die Elektromagnetspulen in einer Ebene ohne aufgebogene Enden ausgebildet sind und die Poleinheiten zunächst den entsprechenden Polen umgeben und nicht das Arbeitsvolumen dazwischen;

Fig. 8 eine Stirnansicht der in Fig. 7 dargestellten Zufuhrstation;

Fig. 9 eine schematische Schnittansicht längs der Linie 9-9 in Fig. 8;

Fig. 10 eine schematische Schnittansicht einer abgewandelten Einlaß- und Auslaß-Einrichtung, die kein Fluid durch die Pole laufen läßt;

Fig. 11 eine schematische Ansicht einer Poleinheit und einer Spulenform, die entweder mit einem Pol-Teil oder mit beiden verbunden sein kann;

Fig. 12 eine schematische Draufsicht auf vier Teile einer rechteckigen Spule;

Fig.13 eine schematische Draufsicht auf vier Teile einer kreisförmigen Spule;

Fig.i4 einen schematischen Schnitt einer Pol-Einheit mit einer abgewandelten Form der Spule;

Fig.15 eine schematische Schnittansicht, die eine andere

Spulenform wiedergibt;

Fig. 16 eine perspektivische Ansicht, die eine noch weitere Spulenform veranschaulicht;

Fig. 17 ein schematisch.es Flußdiagramm eines Verbindungssystems, das bei einem Abscheider gemäß der Erfindung verwendbar ist;

Fig. 18 ein schematisches Flußdiagramm eines abgewandelten Verbindungssystems, das bei einem Abscheider gemäß der Erfindung verwendbar ist;

Fig.19 eine perspektivische Ansicht eines abgewandelten Magnetabscheiders mit bewegter Matrize nach der Erfindung; und

Fig.20 eine abgewandelte Pol-Einheit-Ausbildung, die Permanentmagnete als Magnetfeld-Quelle verwendet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig_o 1 umfaßt ein Magnetabscheider 10 mit bewegter Matrize ein horizontales Matrizenteil 12, das um seine Mitte in der Richtung des Pfeils 14 durch nicht dargestellte Antriebsmittel drehbar ist. Im Abstand voneinander ist um die Bahn des Matrizenteils 12 eine Mehrzahl von Zufuhr Stationen 16, 18, 20, 22 (Fig. 2) und eine Mehrzahl von Spülstationen 24, 26, und 30 angeordnet.

Jede Zufuhrstation, z.B. die Zufuhrstation 18, Fig. 1, umfaßt einen Zufuhreinlaß 32 und einen Spüleinlaß 34, die von der Zufuhrleitung 36 bzw. der Spülleitung 38 gespeist werden, sowie einen Zuflußauslaß 33 und einen Spülungsauslaß 35 (Fig. 3), die eine entsprechende Zufuhrauslaßleitung

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und Spülungsauslaßleitung 42 haben. Innerhalb des Gehäuses 44 (Fig. 1) ist eine aufgeteilte Spule oder ein Paar Spulen .46 und 48 angeordnet, deren Enden 50, 52 und 54, zurückgebogen sind, um Öffnungen 120, 122 (Fig. 3) an jedem Ende des Gehäuses 44 vorzusehen, um die Bewegung des Matrixteils 12 durch sie hindurch zu ermöglichen. Jede Spülstation, wie z.B. die Spülstation 24 (Fig. 1) umfaßt ein Gehäuse 58 (Fig. 3), einen Spülungseinlaß 60, der mit einem Spülungseinlaßrohr 62 verbunden ist, und einen Spülungsauslaß 61, der mit einem Spülungsauslaßrohr 64 verbunden ist. Rohzufluß wird den-Zufuhreinlaßrohren zugeführt, die mit dem Zuflußbehälter 66 (Fig. 1) verbunden sind. Der Zuflußbehälter 66 kann den Rohzufluß aufnehmen aus äußeren Quellen über die Einlaßleitungen 68 oder über die Einlaßleiturigen 70 und 72 aus den Zufuhr-, Wasch- und Spülungsauslässen der verschiedenen Stationen des Abscheiders je nach dem verwendeten System. In ähnlicher Weise können Wasch-Einlässe und Spülungs-Einlässe sauberes Wasser aufnehmen oder Auslässe von vorhergehenden oder folgenden Stationen oder irgendein anderes Fluid oder eine Kombination von Fluiden über die Leitung 74 oder andere Leitungen je nach dem verwendeten System. Zwei detaillierte Flußdiagramme sind in Fig. 17 und 18 darunter gezeigt, um zwei spezielle Systementwürf e zu veranschaulichen, die bei dem Magnetabscheider gemäß der Erfindung verwendbar sind.

Das Matrizenteil 12 (Fig. 6) kann mit einem inneren Umfangsteil 80 ausgebildet sein, das mit einem äußeren Umfangsteil 82 mittels Verbindungselementen 84 verbunden ist, zwischen denen in Räumen 86 das Matrizenmaterial, wie z.B. Stahlwolle, Stahlkugeln und Stifte o. dgl., die hier der Deutlichkeit halber fortgelassen sind, angeordnet ist. Bei einem Abscheider wie dem Abscheider 10 (Fig. 1)," bei dem

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das Matrizenteil 12 ein Ring ist, sind die Teile .80 und 82 Kreisringe, und das Matrixteil ist als ein einziger durchlaufender Ring ausgebildet.

Jede Zufuhrstation, wie z-.B. die Zufuhrstation 18 (Fig. 3), umfaßt eine Pol-Einheit, die ein erstes ferromagnetisches Pol-Teil 90 umfaßt und ein zweites ferromagnetisches Pol-Teil 92, das mit dem ersten Pol-Teil fluchtet und von ihm entfernt angeordnet ist, sowie ein Arbeitsmagnetfeldvolumen oder -Spalt 94, der zwischen den Pol-Teilen 90 und 92 ausgebildet ist. In jedem Polteil 90 und 92 ist eine Einlaßeinrichtung 95 und eine Auslaßeinrichtung 96 für die Ermöglichung des Zuflusses und des Abflusses von Zufuhroder Spül- oder irgendeinem anderen -fluid zu dem Teil des Matritzenteils 12, das sich gerade innerhalb des Arbeitsvolumens 94 befindet. Die Einlaßeinrichtung 95 ist speziell als eine Mehrzahl ferromagnetischer Teile oder Platten 98 dargestellt, die voneinander in der Bewegungsrichtung des Matrizenteils 12 entfernt sind und sich quer über die Bahn des Matrizenteils 12 erstrecken. Die Auslaßeinrichtung 96 ist in ähnlicher Weise aus ferromagnetischen Teilen oder Platten 100 ausgebildet, die in ähnlicher Weise voneinander in der Bewegungsrichtung des Matrizenteils 12 entfernt und quer zu der Bewegungsrichtung des letzteren angeordnet sind. Die Platten 98 und 100 sind so angeordnet, daß sie den Fluidstrom in der Weise in der Matrize lenken, daß er parallel zu dem sich in dem Spalt zwischen den Polen 90 und 92 erstreckenden Magnetfeld verläuft. Auf die Zufuhrstation 18 folgend ist die Spülstation 24 angeordnet, in der das Gehäuse 58 (Fig. 3) einfach einen Kasten einschliessen kann, indem die durch den Einlaß 60 eintretende Spülflüssigkeit durch den dann in dem Gehäuse 58 befindlichen

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Teil des Matrizenteils fließen kann.

Die elektromagnetische Spule 46 hat zwei Enden 50 und 52 (Fig. 3, 4 und 5), die quer zur Bewegungsrichtung des Matrizenteils 12 verlaufen, und zwei Elemente 102 und 104, die sich längs der Bewegungsrichtung des Matrizenteils erstrecken. In ähnlicher Weise hat die Elektromagnet-Spule 48 zwei Enden 54 und 56, die quer zur Bewegungsrichtung dos Matrizenteils 12 verlaufen, und zwei Elemente 106 und 108, die sich in der Bewegungsrichtung des letzteren erstrecken. Die Elemente 102, 104 der Spule 46 und die Elemente 106, 108 der Spule 48, die sich in der Bewegungsrichtung des Matrizenteils 12 erstrecken, stoßen aneinander und sind dem Arbeitsvolumen oder -spalt 94 "benachbart. Die anderen Teile der Spulen 46 und 48, d.h. die Enden 50, 52, 54 und 56 sind aus der Bahn des Arbeitsvolumens 94 herausgezogen, um Öffnungen 120, 122 zu bilden, so daß das Matrizenteil 12 hindurchlaufen kann. Die Enden 50, 52, 54 und 56 der Spulen 46 und 48 sind also den Pol-Teilen 90 bzw. 92 benachbart, und nicht dem Arbeitsvolumen 94. Wegen der Lage der Spulen 46 und 48 erzeugt jeder Teil derselben einen positiven'unmittelbaren Beitrag zu dem Magnetfeld in dem Volumen 94. Die Richtung des Magnetfelds ist durch den Pfeil 110 veranschaulicht, die Richtung des Fluidstroms durch den Pfeil 112 und die Bewegungsrichtung des Matrizenteils 12 durch den Pfeil 114 in Fig. 3, 4 und 5. Die Richtungen des Feldes und des Stromes verlaufen zueinander parallel, und die Bewegungsrichtung des Matrizenteils 12 ist quer zu ihrer Richtung. Der Abdichtungseinlaß II6 und der Abdichtungsauslaß 118 können benachbart dem Zufuhreinlaß 32 bzw. dem Zuflußauslaß 33 angeordnet sein, um eine hydrostatische Abdichtung vorzusehen, die den durch den

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Einlaß 32 eintretenden und durch den Auslaß 33 austretenden Zufluß am Leckaustritt aus der Station 18 verhindert. In typischer Weise wird ein Fluid, wie z.B. Wasser, durch den Einlaß 116 mit gleichem oder größerem Druck eingeführt als der Zufluß am Einlaß 32 zugeführt wird. Dies verhindert den Zufluß an einer seitlichen Bewegung in dein Arbeitsvolumen 94, z.B. in einem Teil des Matrizenteils 12, so daß .der Zufluß in einem Zuflußbereich 89 entsprechend dem Zufuhreinlaß 32 und dem Zuflußauslaß 33 aufrechterhalten wird, und Wasser- oder der andere Fluidstrom wird in der Dichtungszone 91 entsprechend dem Abdichtungseinlaß 116 und dem Abdichtungsauslaß 118 aufrechterhalten. Irgendwelche Leckerscheinungen, die auftreten könnten, würden also nur das Wasser oder andere Abdichtungsfluid betreffen und die Wirksamkeit des Vorgangs nicht nachteilig beeinflussen. Eine ähnliche Dichtung kann benachbart zu der Spülungszone an ihrem stromabwärts gelegenen Ende vorgesehen v/erden. Zu der Gleichmäßigkeit des Durchflusses durch die Matrize wird durch eine Anzahl von Faktoren beigetragen: die Verwendung der Platten 98 und 100, die Anordnung der Einlasse 32, 34, der Auslässe 33, 35, die Abdichtungsanordnungen und die Gleichmäßigkeit der Form der Matrize an den Stellen, an denen sie durch die Stationen läuft.

Die Verwendung der Zusammenhänge der parallelen Feld- und Strömungs-Richtungen und der Einheitlichkeit bezieht sich auf durchschnittliche Bedingungen unter Vernachlässigung lokaler Störungen, wie sie z.B. durch Matrizen-Elemente verursacht werden.

Obwohl jede Zufuhrstation als eine Zuflußzone und eine Spülungszone 93 umfassend dargestellt ist, ist dies keine notwendige Beschränkung der Erfindung, da eine Station die Zu-

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führzone ohne,die zusätzliche Spülungszone umfassen kann. Wenn keine Spülungszone verwendet wird, kann das Fehlen des Spüleinlasses 34 und. des Spülurigsauslasses 35 es erforderlich machen, daß eine zweite Dichtungszone mit einem zweiten Abdichtungseinlaß und Abdichtungsauslaß notwendig werden kann, um einen Leckaustritt des Zuflusses in diesem Bereich zu verhindern. Obwohl die Spulen in Fig. 1 bis 5 so dargestellt sind, daß sie ein Paar einander gegenüberliegender Enden aus der Primärebene der Spule herausgebogen aufweisen, um Öffnungen 120 und 122 an jedem Ende des Arbeitsvolumens 94 vorzusehen, stellt dies keine Einschränkung dar; denn, wie aus Fig. 7, 8 und 9 ersichtlich, wo gleiche Teile gleiche Bezugszeichen mit Strichen haben, können die Spulen 46' und 48^r vollständig in einer Ebene und die Pol-Teile 90' bzw. 92' umgebend ausgebildet sein, so daß alle vier Elemente in derselben Ebene liegen und kein Elementenpaar vorhanden ist, das benachbart zu dem Arbeitsvolumen 94' in der Bewegungsrichtung des Matrizenteils 12 herunterragt. Die Lage einer Spule an der Poleinheit in nächster Nähe des Arbeitsspalts ermöglicht es, daß diese Spule das maximale wirksame Feld in dem Spalt erzeugt, da jedes Element der Spule einen positiven unmittelbaren Feldbeitrag zu dem Magnetfeld in dem Spalt liefert. Wenn die Spule oder die Spulen mit ihren Mittelachsen im wesentlichen parallel zu denen der Pol-Teile und ihre Mittelebenen im wesentlichen parallel zu der Mittelebene des Arbeitsspalts angeordnet sind, erzeugen sie ein Feld, das den Spalt von Pol-Teil zu Pol-Teil durchquert; jedes Element wird in typischer Weise einen solchen positiven Beitrag·gemäß dem Bio-Savart'sehen Gesetz aufweisen.

Obwohl gemäß der bisherigen Beschreibung alle Einlaß- und Auslaßeinrichtungen in den Polen selbst angeordnet sind,

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stellt dies keine notwendige Beschränkung der Erfindung dar. So ist z.B. in Fig. 10, in der gleiche Teile aus vorhergehenden Abbildungen gleiche, doppeltgestrichelte Bezugsziffern aufweisen, eine Einlaß- oder Verteilereinrichtung 130 veranschaulicht, die in einen Zuflußverteilerkopf und einen Spülungsverteilerkopf 134 aufgeteilt ist. Die Verteilerköpfe 132 und 134 erhalten ihre jeweiligen Zuflüsse durch Zuflußauslässe 36" und Spülleitungen 38" und verteilen sie durch Öffnungen 136 in der Matrize 12. Die Auslaß- oder Sammeleinrichtung 138 kann zwei Sammelköpfe 140, 142 umfassen, die Arbeitsflüssigkeit in der Zufuhrzone bzw. der Spülungszone aus der Matrize 12 sammeln und sie über die Zuflußauslässe 33" und Spülungsauslässe 35" abführen. Die Sammelköpfe 140 und 142 können als offene flache Pfannen ausgebildet sein.

Die Gestaltung einer Pol-Einheit und der elektromagnetischen Spuleneinrichtung und ihre Zusammenhänge v/erden mehr im einzelnen in Fig. 11 bis 16 .erläutert, v/o gleiche Teile gleiche Bezugszeichen mit Indexbuchstaben aufweisen. Die Pol-Einheit 91 (Fig. 11) umfaßt ein Pol-Teil 90a und ein Pol-Teil 92a, das von dem Pol-Teil 90a entfernt und mit ihm längs der Achse A der Pol-Teile fluchtend angeordnet ist, sowie ein Arbeitsmagnetfeldvolumen oder einen Arbeitsspalt 94a, der von dem Raum zv/ischen den Pol-Teilen gebildet wird. Die Mittelebene G des Spalts 94a verläuft quer zu der Achse A und in typischer Weise senkrecht zu ihr. Die elektromagnetische Spuleneinrichtung kann eine Spule 46a umfassen, die dicht benachbart zu dem Pol-Teil 90a ist, oder eine Spule 4Sa, die dicht benachbart zu den Pol-Teil 92a ist, oder eine jedem Pol-Teil benachbarte Spule j eine Spule kann die Pol-Einheit irgendwo längs eines PoI-

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Tells oder des Arbeitsspalts umgeben.

Zur Erleichterung der Beschreibung der Anordnung einer Spule und ihrer Lage gegenüber der Pol-Einheit wird jede Spule als aus vier miteinander verbundenen Elementen L₁, Lp, L^, L, bestehend angenommen (Fig. 12). Dies ist der Fall ohne Rücksicht auf die Form der Spule, z.B. hat in Fig. 13 die kreisförmige Spule 46c auch vier Elemente L₁, Lp, li-zt L^. Die Anzahl der zur Beschreibung einer Spule verwendeten Elemente ist in typischer Weise abhängig von der Anzahl der Seiten des zugehörigen Pol-Teils, z.B., wenn der Pol fünf Seiten hat, wäre es zweckmäßiger, sich auf die Spule als fünf Elemente aufweisend zu beziehen.

In Fig. 11 liegen alle vier Elemente der Spule 46a in derselben Ebene P und demselben Pol-Teil 90a benachbart, jedoch ist dies keine notwendige Beschränkung. Beispielsweise können gemäß Fig. 14 das Element L. in einer Ebene P,. benach-. bart dem Pol-Teil 90a, das Element. L₂ in einer zweiten Ebene Pp benachbart dem anderen Pol-Teil 92a und die Elemente L-, und Lr in einer dritten Ebene P- benachbart dem Arbeitsspalt 94a angeordnet sein. Oder gemäß Fig. 15 können das Element L₁ in einer Ebene P^ benachbart dem Pol-Teil 90a und das Element L₂ in der Ebene P^ benachbart dem Pol-Teil 92a und die Elemente L-, und L^ benachbart dem Arbeitsspalt 94a und in der Ebene Pg angeordnet sein, die die Ebenen P^ und P₅ schneidet. Die beiden Elemente L₁ und L₂ können in derselben ersten Ebene benachbart der Pol-Einheit 90a (Fig. 16) liegen und die Elemente L₃, L^ in derselben zweiten Ebene benachbart dem Arbeitsspalt 94a. In Figc 16 könnte eine zweite Spule, die ein Spiegelbild der dargestellten Spule ist, alleine verwendet v/erden oder zusammen mit der dargestellten.

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In einem Arbeitszyklus rotiert das Matrizenteil 12 (Fig. 1) in einer ersten Richtung durch das Arbeitsvolumen 94, in dem es auf ein quer zu seiner Bewegungsrichtung verlaufendes Magnetfeld trifft. In diesem Magnetfeld wird das Hatrizenteil 12 in dem Zuilußbereich 89 des Arbeitsvolumens 94 zunächst einem Zuflußstrom in derselben Richtung wie das Magnetfeld unterworfen und anschließend einen Spülfluid, das aus reinem Wasser bestehen kann, in der benachbarten Spülungszone 93, so daß lose, nicht an der magnetischen Matrize haftende Teilchen, während sie sich noch in dem Magnetfeld befinden, aus der Matrize herausgespült v/erden. Anschließend tritt die Matrize, nachdem sie das Hagnetfeld der ZuflußStationen verlassen hat, in die Waschstation ein, die einfach aus einem hohlen Gehäuse bestehen kann, das kein Magnetfeld aufweist und in dem ein Waschfluid, wie z.B. reines Wasser, benutzt werden kann, um die magnetischen Teilchen auszuwaschen, die vorher wegen des Vorhandenseins des Hagnetfeldes an der Matrize hafteten. Die Waschstation kann eine Hülse 25 (Fig. 3) aus magnetischem Material umfassen, um das Innere gegen die benachbarten Magnetfelder abzuschirmen. Der Zweck eines Hagnetabscheiders besteht darin, stärker magnetische von weniger magnetischen Teilchen zu trennen. Die weniger magnetischen Teilchen verlassen den Abscheider über den Zuflußauslaß 33. Die stärker magnetischen Teilchen verlassen ihn über den Spülungsauslaß 61. Das Material, das ihn über den Spülungsauslaß 35 verläßt, kann sofort mit dem Material aus dem benachbarten Zuflußauslaß vermischt oder als ein mittlerer Anteil behandelt werden, um weiterer Bearbeitung unterzogen zu werden.

Die Verbindung der verschiedenen Zufluß-, Spül- und Wasch-Einlässe und -Auslässe des Abscheiders 10 ermöglicht eine große Anzahl verschiedener Durchflußmöglichkeiten, die mit

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dem Abscheider verwirklicht werden können. So erhält z.B. gemäß Fig. 17 die Station 22 Rohzufluß an ihrem Zuflußeinlaß und die Station 20 an ihrem Zuflußeinlaß den Ausgang der vorhergehenden Waschstation 28, während die Zuflußstation 18 an ihrem Zuflußeingang den Ausgang der vorhergehenden Waschstation 26 erhält; die Zufuhrstation 16 und die Waschstation 30 sind unbenutzt. Alle Spül- und Wasch-Einlässe an den Stationen 22, 28, 20, 26, 18 und 24 verwenden reines Wasser als ihr Spül- und Wasch-Fluid. Der Ausgang der letzten Waschstation in der Reihe, Waschstation 24, wird als das Produkt und der Ausgang der Zufluß- und Spülzonen jeder der Zufuhrstationen 22, 20 und 18 als der Abgang angesehen. Ein etwas verwickeiteres Beispiel ist in Fig. 18 dargestellt, gemäß der der Zufuhreingang der Zufuhrstation 22 von dem Zuflußbehälter 66 kommt (Fig. 1); der Zufuhreingang der Zufuhrstation 20 wird von dem Zufuhrausgang der Zufuhrstation 22 abgeleitet; der Zufuhreingang für die Zufuhrstation 18 wird vom Waschausgang aus der vorhergehenden Waschstation 26 abgeleitet, und der Zufuhreingang der Zufuhrstation 16 von dem Waschausgang der vorhergehenden Waschstation 24. Der Spüleingang für die Zufuhrstation 22 und der Waacheingang für die Waschstation 28 ist klares Wasser, während der Ausgang der Waschstation 28 als Produkt betrachtet wird und der Spülausgang aus der Zufuhrstation 22 in den Zufuhrbehälter 66 zurückgeführt wird. Der Spüleingang für die Zufuhrstation 20 wird aus dem Spülausgang der Zufuhrstation 18 abgeleitet; sowohl der Zufuhrausgang als auch der Spülausgang der Zufuhrstation 20 werden als Abgang angesehen. Der Spülausgang der Zufuhrstation 16 wird dem Eingang der Waschstation 26 unterworfen, und der Ausgang der Waschstation 26 liefert den Zufuhreingang für die Zufuhrstation

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Der Zufuhrausgang der Zufuhrstation 18 wird als Abgang betrachtet. Der .Spüleingang der Zufuhrstation 18 und der Wascheingang der Waschstation 24 bestehen beide aus reinem Wasser, ebenso wie der Spüleingang für die Zufuhrstation 16 und der Wascheingang für die Waschstation 30. Der Zufuhrausgang der Zufuhrstation 16 wird als Abgang angesehen, während der Spülausgang der Zufuhrstation 16 den Eingang für die Waschstation 26 liefert. Der Waschausgang der Waschstation 30 wird als ein zweites Produkt angesehen. In anderen Fällen sind die magnetischeren Teilchen der Abgang und die weniger magnetischen Teilchen das Produkt, oder alle Ausgänge können als Produkte angesehen werden.

Eine abgewandelte Bauweise für einen Magnetabscheider mit bewegter Matrize, der einen kreisförmigen oder kontinuierlichen Matrizenteil nicht benötigt, ist in/ Fig. 19 dargestellt. Wie ersichtlich, umfaßt er zwei Zufuhrstationen 220 und 222 und zwei Waschstationen 224 und 226, die ein Matrizenteil 228 bedienen, das*eine Mehrzahl von Matrizensegmenten 230 umfaßt, die der Reihe nach den Zufuhr- und Waschstationen mittels eines Förderers ausgesetzt v/erden.

Die Magnetfeldquellen waren, soweit bisher beschrieben, bei jeder der dargestellten Ausführungsformen eine elektromagnetische Spule oder elektromagnetische Spulen. Es ist dies jedoch keine notwendige Beschränkung der Erfindung, denn die Magnetfeldquelle kann ebenso gut aus einem oder mehreren Permanentmagneten, wie aus Fig. 20 ersichtlich, bestehen. Gemäß Fig. 20 ist ein magnetischer Rahmen 248 vorgesehen, der eine Poleinheit 249 aufweist, die zwei Pol-Teile 250 und 252 enthält, die auch Permanentmagnete sind. Ein Arbeitsmagnetfeldvolumen 258 wird zwischen den Polen

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- 19 250, 252 zur Aufnahme einos Matrizenteils 260 erzeugt.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche :

1. Magnetabscheider mit bewegter Matrize, gekennzeichnet durch eine Magnetpoleinheit (90, 92), die ein erstes ferromagnetisches Pol-Teil (90) umfaßt, ein zweites ferromagnetisches Pol-Teil (92), das mit dem ersten Pol-Teil (90) fluchtet und von diesem entfernt angeordnet ist, sowie ein Arbeitsmagnetfeldvolumen (94), das von dem Raum zwischen dem ersten und zweiten Pol-Teil (90, 92) gebildet wird; durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfelds, das sich in einer ersten Richtung durch das Arbeitsmagnetfeldvolumen (94) zwischen den Pol-Teilen (90, 92) erstreckt; ein bewegliches Matrizenteil (12), das zwischen dem ersten und zweiten Pol-Teil (90, 92) in einer zweiten Richtung quer zu der ersten Richtung durch das Arbeitsmagnetfeldvolumen (94) beweglich ist; und durch eine Einlaßeinrichtung (95), die einem der Pol-Teile (90, 92) benachbart angeordnet ist zur Durchleitung eines Fluids durch den Matrizenteil (12) in dem Arbeitsmagnetfeldvolumen (94) in der ersten Richtung sowie durch eine Auslaßeinrichtung (96), die dem anderen der Pol-Teile (90, 92) benachbart ist, zum Abführen von Fluid aus dem Matrizenteil (12) in dem Arbeitsmagnetfeldvolumen (94).

2. Magnetabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfelds aus einer elektromagnetischen Spuleneinrichtung (46, 48) besteht, die die magnetische Pol-Einheit (90, 92) umgibt.

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3. Magnetabscheider nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Spuleneinrichtung (46, 48) mindestens einen der Pol-Teile (90, 92) umgibt.

4. Magnetabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrizenteil (12) sich in einer im wesentlichen horizontalen Ebene bewegt.

5. Magnetabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Spuleneinrichtung eine erste (46) und eine zweite elektromagnetische Spule (48) umfaßt, von denen jede eines der Pol-Teile (90, 92) umgibt.

6. Magnetabscheider nach Anspruch 1, da.durch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Spuleneinrichtung (46, 48) mindestens eine vier miteinander verbundene Elemente (102, 104, 106, 108) umfassende elektromagnetische Spule enthält.

7. Magnetabscheider nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (102, 104, 106, 108) in derselben Ebene (P₁) liegen und einem der Pol-Teile (90, 92)' benachbart sind.

8. Magnetabscheider nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes (L.) und ein zweites Element (Lp) in einer ersten Ebene (P.) und einem (90a) der Pol-Teile benachbart sind und ein drittes (L^) und ein viertes Element (L^), die mit dem ersten (L.) und dem zweiten Element (L₂) verbunden sind, in einer zweiten Ebene (P₂)

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und. dem Arbeitsmagnetfeldvolumen (94) benachbart sind.

9. Magnetabscheider nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Element (L₁) einem (90a) der Pol-Teile, ein zweites Element (L₂) dem anderen (92a) der Pol-Teile benachbart ist und ein drittes (L,) und viertes Element (L^) das erste (L^) und zweite Element (Lp) miteinander verbinden und dem Arbeitsmagnetfeldvolumen (94) benachbart sind.

10. Magnetabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrizenteil (12) ein einheitliches kreisförmiges Teil ist.

11. Magnetabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrizenteil (12) ein Matrizenmaterial und ein Trägerteil (86) zur Aufnahme desselben umfaßt, welch letzteres einen inneren Umfangsteil (80), einen äußeren Umfangsteil (82), der in radialer Richtung entfernt von dem inneren Umfangsteil (80) angeordnet ist, sowie Verbindungselemente (84) zur Verbindung der Umfangsteile umfaßt.

12. Magnetabscheider nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsteile (80, 82) aus kreisförmigen Ringen bestehen und daß das Matrizenmaterial als ein Ring (86) zwischen den kreisförmigen Ringen angeordnet ist und daß das Matrizenteil (12) um eine im wesentlichen senkrechte Achse umläuft.

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13. Magnetabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrizenteil (12) eine' Reihe voneinander getrennter Matrizensegmente enthält.

14. Magnetabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßeinrichtung (95) durch eines der Pol-Teile (90, 92) hindurchgeht.

15» Magnetabscheider nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet., daß die Auslaßeinrichtung (96) durch eines der Pol-Teile (90, 92) hindurchgeht.

16. Magnetabscheider nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßeinrichtung (95) eine Mehrzahl von Öffnungen (98) in einem (90) der Pol-Teile umfaßt.

17. Magnetabscheider nach Anspruch 15 oder 16, dadurch .gekennzeichnet, daß die Auslaßeinrichtung (96) eine Mehrzahl von Öffnungen (100) in dem anderen (92) der Pol-Teile umfaßt.

18'. Magnetabscheider nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßeinrichtung (95) eine Mehrzahl von auseinanderliegenden, parallelen Teilen (98) umfaßt, die quer zu der Bewegungsrichtung des Matrizenteils (12) angeordnet sind.

19. Magnetabscheider nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßeinrichtung (96) eine Mehrzahl von auseinanderliegen-

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den parallelen Teilen (100) umfaßt, die quer zu der Bewegungsrichtung des Matrizenteils (12) angeordnet ist.

20. Magnetabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßeinrichtung (130) einen Verteilerkopf (132) zwischen dem ersten Pol-Teil (90) und dem Matrizenteil (12) für die Zufuhr von Fluid zu dem letzteren umfaßt.

21. Magnetabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßeinrichtung (138) einen Sammelkopf (14O, 142) zwischen dem zweiten Pol-Teil (92) und dem Matrizenteil (12) zur Abfuhr von Fluid aus dem letzteren umfaßt.

22. Magnetabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß- und Auslaßeinrichtung (130, 138) einen Zuflußbereich (89) umfassen, der einen Zufuhreinlaß (32) und einen Zuflußauslaß (33) aufweist sowie einen Abdichtungseinlaß (116), der benachbart zumindest einer Seite des Zufuhreinlasses (32) und des Zuflußauslasses (33) in der Bewegungsrichtung des Matrizenteils (12) angeordnet ist, um eine hydrostatische Abdichtung um den Zufuhreinlaß (32) und -auslaß (33) vorzusehen.

23. Magnetabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß- und Auslaßeinrichtung (95, 96) einen Zuflußbereich (89) umfassen, der einen Zufuhreinlaß (32) und einen Zufuhrauslaß (33) aufweist, sowie eine Spülungezone (93), die

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einen Spüleinlaß (34) und einen Spülungsauslaß (35) aufweist und "benachbart dem Zufunreinlaß (32) bzw. Zufuhrauslaß (33) in der Bewegungsrichtung des Matrizenteils (12) angeordnet ist.

24. Hagnetabscheider nach Anspruch 23, d a d u r ch gekennzeichnet, daß die Hagnetpoleinheit (90, 92), das Arbeitsmagnetfeldvolumen (94), die Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfelds, das bewegliche Matrizenteil (12), die Einlaßeinrichtung (95) und die Auslaßeinrichtung (96) mit dem Zuflußbereich (89) sowie der Spülungszone (93) eine Zufuhrstation (16, 18, 20, 22) bilden.

25. Hagnetabscheider nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch eine Waschstation (24), die entfernt von dem Arbeitsmagnetfeldvolumen (94) angeordnet ist und einen Wascheinlaß (62) und einen Waschauslaß (64) zum Entfernen von in dem Matrizenteil (12) zurückgehaltenen Teilchen nach dem Durchlauf durch die Zufuhrstation (16, 18, 20, 22) aufweist.

26. Hagnetabscheider nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Waschstation (24) eine Hülse (25) aus ferromagnetische!! Werkstoff zum Abschirmen ihres Inneren gegenüber Magnetfeldern umfaßt.

27. Hagnetabscheider nach Anspruch 1 oder einem oder mehreren der Ansprüche 4 und 10-26, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfelds aus einem magnetischen Rahmen (248) besteht, der die Pol-Teile (250, 252) verbindet und das Arbeitsmagnetfeldvolumen (94) umgibt,

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sov/ie aus Permanentmagneten (25Ö, 252), die in mindestens einem der magnetischen Rahmen (248) angeordnet sind.

28. Magnetabscheider nach Anspruch 27., dadurch gekennzeichnet, daß zwei auseinanderliegende Permanentmagnete (250, 252) vorgesehen sind.

29. Magnetabscheider nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Element (L.., L₂, L^, L^,) der elektromagnetischen Spulen (46, 46f) einen positiven unmittelbaren Feldbeitrag zu dem Magnetfeld liefert, das sich in der ersten

. Richtung durch das Arbeitsmagnetfeldvolumen (94, 94a) erstreckt.

30. Magnetabscheider nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelebene (P) der elektromagnetischen Spulen (46, 46a) im wesentlichen parallel zu der Mittelebene (G) des Arbeitsmagnetfeldvolumens (94a) verläuft.

31. Magnetabscheider nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der elektromagnetischen Spulen (46, 46a, 46f) im wesentlichen parallel zu der Achse (A) der magnetischen Pol-Einheit (90a, 92a) verläuft.

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