DE2650540A1 - Starkfeld-trommelmagnetscheider - Google Patents

Description

Anlage zum Patentgesuch der H 76/4^6505A0

Klöckner-Huraboldt-Deutz Gr/vH

Akti enge sells chaf t

vom 13. Oktober 1976

Starkffeld-Trommelmagnetscheider

Die Erfindung betrifft einen Starkfeld-Trommelmagnetscheider mit einem in dessen Inneren feststehend angeordneten, offenen Magnetsystem.

Es ist üblich, bei Magnetscheidern zwischen Schwachfeldbzw. Starkfeld-Scheidern zu unterscheiden, welche für verschiedene Sortieraufgaben iingesetzt werden. Schwachfeld-Magnetscheider sind in der Regel als Trommelscheider mit offenen Magnetsystemen ausgebildet und werden vorwiegend zur sortierenden Aufbereitung von stark- oder zumindest mittelmagnetischem Gut eingesetzt, während Starkfeldscheider in der Regel geschlossene Magnetsysteme aufweisen und hauptsächlich für die Aufbereitung von schwachmagnetischen Stoffen benutzt werden.

Es sind aber auch Starkfeld-Trommelmagnetscheider bekannt, welche sich im aufbereitungstechnisehen Teil nicht wesentlich von Schwachfeld-Trommelmagnetscheidern unterscheiden. Bei beiden Systemen ist ein feststehendes Magnetsystem im Innern einer umlaufenden Trommel angeordnet.

809820/0035

Im Gegensatz jedoch zu dan Sohwach^eld-Trommelmagnetscheidem, bei welchen die gesamte Breite der Trommel vom Magnetfeld durchdrungen wird^ sind bei den bekannten Starkfeld-Trommelmagnetsche-iderzi dl© Magnet© go angeordnet, daß das Magnetfeld auf ausgeprägte Zonen beschränkt ist. Je zwei Pole der Magnete_s die innerhalb der Trommelwand direkt an dieser enden, bilden ein starkes Magnetfeld aus. Um die Feldlinien stärker nach außen zu ziehen_? sind am äußeren Umfang der Trommel ringförmige ferromagnetischej, äußere Pole angebracht.

Bei einem kleinen Rastermaß im Abstand dieser äußeren Pole lassen sich dann große magnetische Kräfte erzielen. Der Preis hierfür ist jedoch ein kleiner Wirkungsbereich infolge kleiner Reichweite, das heißt, im Endeffekt eine sehr geringe Aufbereitungskapazität. Denn bei diesen Starkfeld-Trommelscheidern muß die Aufgabe des zu scheidenden Gutes in Rinnen ■> erfolgen, welche das Gut zwischen die äußeren Pole leiten. Magnetisierbares Gut haftet dabei an den äußeren Polen und dazwischen an der Trommel an und wird, nachdem es durch Drehung aus dem Bereich des Magnetfeldes herausgeführt wurde, abgeworfen,abgespült oder abgestreift.

Wegen des zwischen den ringförmigen Polen halboffenen Magnetfeldes bei einem Starkfeld-Trommelmagnetscheider ist die wirksame Feldstärke nicht so groß wie bei ähnlichen Scheidern,

809820/0035

sogenannten Walzenscheider*!»deren Arbeitsfeld im geschlossenen Magnetsystem, das heißt, zwischen zwei an die drehbare Trommel von außen mit Luftspalt angelegten Magnetpolen angeordnet ist.

Bei bekannten Starkfeld-Trommelmagnetscheidern liegt zum Beispiel die Feldstärke bei etwa 0,8 bis 1 T. Andererseits aber erlaubt das halboffene Magnetfeld die Scheidung von

Z.B.
grobem Korn^uber 5 mm.

Infolge der freien Zugänglichkeit der Niederschlagswand ist darüberhinaus der Scheider betriebstechnisch unkompliziert, robust und läßt sich äußerst leicht den speziellen Anforderungen anpassen, welche sich Jeweils aus Art und Korngröße des Aufgabegutes für einen konkreten Aufbereitungsfall, insbesondere bei der naßmagnetischen Aufbereitung ergeben. Darin ist dieser Starkfeld-Trommelmagnetscheider dem Starkfeld-Wal zenscheider überlegen.

Jedoch hat sich außer der bereits erwähnten geringen Kapazität als weiterer besonderer Wachteil beim bekannten Starkfeld-Trommelmagnetscheider herausgestellt, daß dieser für die in letzter Zeit immer wichtiger werdende Scheidung von Erzen mit Korngrößen von teilweise weit unter 100 um nicht zu gebrauchen ist.

809820/0035

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Kaohisoii© das bolcaimteft Staylcfeld-Troinmelmaßnet* scheiders und mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand einen unkomplizierten Schei&esrtyp von erheblich größerer Kraft und Reichweite zu schaffen, der es erlaubt, auch sehr schwach magnetische und vorzugsweise in einem Trägermedium fein verteilte Stoffe zu trennen. Die große Reichweite soll dabei gleichzeitig einen hohen Durchsatz an Trenngut ermöglichen. Die freie Zugänglichkeit der Niederschlagswand soll erhalten bleiben, das heißt, dem verfahrenstechnischen Konzept soll ein offenes Magnetsystem zugrunde gelegt werden.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß das Magnetsystem aus einer Anordnung supraleitender Leiter besteht.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Magnetsystem aus mindestens einer supraleitenden Spule besteht.

Bei einer vorteilhaften Anordnung der Erfindung ist weiter vorgesehen, daß das Magnetsystem aus mehr als einer Spule besteht, und daß die Spulen in der Fläche eines der Krümmung der Magnettrommel angepaßten Formteiles aus weichmagnetischem Eisen eingebettet sind.

If¹Ur eine funktionell optimale Konfiguration der Spulen im System des Scheiders ist weiterhin mit der Erfindung vor-

— 5 —

809820/0035

gesehen, daß die Achsen A-A der Spulenwicklungen in radialer Richtung zur Trommel verlaufen.

Für* eine gleichmäßige Verteilung der magnetischen Kräfte im Arbeitsfeld des Scheiders ist es von besonderem Vorteil, daß die Spulen vorzugsweise annähernd die Form langgestreckter Ellipsen aufweisen, deren Längsachsen vorzugsweise in Richtung der Rotationsachse der Magnettrommel orientiert sind.

Dadurch ergibt sich nämlich eine räumlich relativ große felderzeugende Wicklung mit guter Reichweite bei einem im Verhältnis zu kleineren Wicklungsabmessungen etwas geringerem Feldgradienten. Dies ist aber kein Nachteil, sondern im Gegenteil vorteilhaft für den Betrieb des Scheiders, denn es hat sich herausgestellt, daß bei- genügend intensiver, extrem hoher Feldstärke für den Aufbereitungsvorgang des Scheiders die Reichweite' mindestens ebenso wichtig ist wie die Größe der magnetischen Kraft.

Für die optimale Ausbildung des Magnetfeldes, beziehungsweise zur Optimierung der Reichweite ist es fernerhin zweckmäßig, daß die ερμίεη in Richtung der kleineren Achse der Ellipse in Anpassung an die Form der Trommel gekrümmt sind.

Weiterhin hat sich als vorteilhaft herausgestellt, daß die nebeneinanderliegenden Spulen gleichsinnig erregt sind.

809820/0035

Hierdurch wird vorteilhaft eine möglichst weitgehende Homogenisierung der Kraftverteilung über den Arbeitsbereich d©s Magnetscheiders_? bezogen auf gleiche radiale Abstände vom. Systammittölpunkt M durch öI&ö relativ einfache Bauform und Anordnung der Spulen realisiert»

Weiterhin is"t eine zweckmäßige Ausgestaltung des Starkfeld-Trommelmagnetscheiders nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Längenverhältnis der Achsen der Spulen von deren inneren Lagen (<j|) zu deren äußeren Lagen Mn(C=,) abnimmt.

Diese Ausgestaltung der Wicklung hat seine besondere Bedeutung darin, daß bei der Maximierung des Feldes im Umkehrbereich des Leiters, dem sogenannten Wickelkopf, die Streckung der Wickelköpfe eine unzulässige Feldüberhöhung vermeiden hilft.

Mit Rücksicht auf das verfahrenstechnisch günstige Konzept des offenen Magnetsystems sollte ferner der Abstand des Magnetsysternes von der Trommelaußenseite im Arbeitsbereich des Scheiders zur optimalen Ausnutzung der magnetischen Kraft und Reichweite so gering wie möglich sein. Andererseits wird ein großer Abstand angestrebt, um die Wärmeeinströmung aus dem Gut und dem Trommelmantel in den Kryostaten so gering wie möglich zu halten.

809820/0035

Die technische Lösung dieses Problems wird erfindungsgemäß optimal dadurch erreicht, daß der Abstand des diö Spulen enthaltenden Kälteraitteltanks von der Trommelwand im Arbeitsbereich des Trommelscheiders möglichst gering ist, während der Abstand außerhalb des Arbeitsbereiches wesentlich größer ist.

In hierfür zweckmäßiger Ausgestaltung des Kältemitteltanks 'ist dieser in seinem Querschnitt im Verhältnis zum kreisförmigen Querschnitt zur Trommel annähernd sektorförmig ausgebildet.

Eine vorteilhafte Anordnung des Scheiders nach der Erfindung ergibt sich auch dadurch, daß die Außenwand des den feststehenden Kältemitteltank mit der Spulenanordnung aufnehmenden Kryostaten als Trommel ausgebildet ist.

Dabei kann nach der Erfindung die Außenwand des Kryostaten drehbar gehalten sein und die Trommel des Magnetscheider darstellen.

Es sind bereits Magnetsysteme bekannt, welche mit supraleitenden Spulen ausgestattet sind, beispielsweise aus der DOS 24 28 273. Dabei handelt es sich jedoch im Gegensatz zur Erfindung nicht um Trommelmagnetscheider und insbesondere nicht um Scheider mit offenen Magnetsystemen. In dieser

09820/0035

Veröffentlichung, welche ebenfalls den Stand der Technik bei mit supraleitenden Spulen ausgestatteten Magnetscheidern zeigt, wird festgestellt, daß Starkfeldscheideri'geschlossene Magnetsysteme besitzen.

Den bekannten Scheidern dieses Typs ist der große Nachteil zuzuschreiben, daß die mangelnde Zugänglichkeit der Abscheidefläche und teilweise dadurch bedingt, der geringe Durchsatz, den praktischen Einsatz dieser Kategorie von Starkfeldmagnetscheidern mit geschlossenem Magnetsystem erheblich behindert.

Dagegen vereinigt der Starkfeld-Trommelmagnetscheider nach der Erfindung die aufbereitungstechnischen Vorzüge des bekannten Schwachfeld-Trommelmagnetscheiders mit den hohen magnetischen Kräften und der großen Reichweite eines supraleitenden Magnetsystems.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung einiger in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele·, Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch den Magnetscheider,'senkrecht zur Trommelachse,

809820/0035

Fig. 2 eine Seitenansicht desselben Magnetscheider,

ig. 3 die Spulenanordnung im S-pulenträger aus weichnagnetischen Eison, im Schnitt,

Fig. 4 die Spulenanordnung im gleichen Spulenträger, in Draufsicht von der Spulenseite,

Fig. 5 die Konfiguration einer Spulenwicklung.

In Fig. 1 erkennt man die drehbare Trommel 1 des Magnetscheider s·, in deren Inneren der Kryostat 2, bestehend aus dem Außentank 2¹ und dem Kühlmitteltank 3, im vorliegenden Fall dem Heliumtank 3, stillstehend angeordnet ist. Im Inneren des Heliumtanks 3 sind supraleitende Spulen 5 angeordnet, sie befinden sich auf einem Temperaturniveau von ca. 4° K. Die Spulen 5 sind in Wüten 15 eines massiven, weichmagnetischen Eisenklotzes 4 eingelassen, welcher in seiner Kontur der Krümmung des Heliumtanks 3 und damit der Krümmung der Trommel 1 angepaßt ist. Dieser Klotz 4 aus v/eichmagnetischem Eisen ist für die Spulenanordnung deshalb von Bedeutung, v/eil sich die einzelnen, gleichsinnig gewickelten, parallelen Magnetspulen 5 mit erheblichen Kräften abstoßen. Dadurch, daß die Spulen 5 nicht in einer Ebene sondern bogenförmig angeordnet sind, entstehen resultierende Kräfte radial nach außen. Daher muß für eine entsprechende Kompensierung

- 10 -

809820/0035

dieser radialen liräfte gesorgt werden. Eine mit mechanischen Mitteln Iiöjfböig&fütots Fijcisrufts datf Spulen 5 wüi-ds jadööh den Abstand zwischen dem Magneten und der !rübe in unzulässiger Weise- erhöhen* Dlsgsr Hcchtsil wird dadurch vörmlödöas, &&3 ύ$τ Spuloaträ^or» 4 aus woiehmagaotlachöin Elsen besteht, wodurch die Spulen 5 nach dein Prinzip des magnetischen Spiegels zum 3Isen hingezogen werden. Auf diese Weise sind die nach außen wirkenden radialen Kräfte kompensiert. Auf eine Abfangung durch mechanische Mittel kann daher verzichtet werden.

Zu dem Konzept des waagerecht liegenden Kryostaten 2 ist im übrigen noch folgendes zu sagen« Einerseits Ist man bestrebt, die Wärmeeinst-römung durch die Wand des Kryostaten 2 aus dem warmen Teil des Scheiders, der Magnettrommel 1, in den kalten Teil des Magnetscheiders, nämlich in den Heliumtank 3 und die Spulenanordnung 5 so gering wie möglich zu halten. Zwischen diesen beiden Temperaturzonen herrscht immerhin eine Differenz von annähernd 300° K. Das würde bedeuten, daß der Abstand zwischen den auf Raumtemperatur befindlichen Wänden der Trommel 1 und den auf Heliumtemperatur abgekühlten Wänden möglichst groß zu wählen ist,, insbesondere auch, um genügend Platz für die Wärmeisolation zu erhalten.

809820/0035

Darüberhinaus ist dar Raum zwischen dem Außentank 2^{ und dem Heliuratanli 3 vollständig ev£'lraiert_s um Wä durch Konvektion möglichst weitgehend auszuschalten. Au3ci"-dem sind ü:le in vorscli^ctoiiorn. TJä.rnü2onen geganübcrliejondcn Wäiido in ara cisl-x bclc&u^üi^ if/ei^o vorspiegelt? u« daduroh die TTärinestrahlung weitgehend zu unterdrücken.

Andererseits soll der Abstand zv/ischen dem Magnetsystem und dem Trenngut auf ein Mindestmaß verringert werden, um die magnetischen Kräfte und die Reichweite des Feldes optical nutzen zu. Ι^'όΏ

Aus diesem Grund besitzt der in Fig. 1 dargestellte Magnetscheider erfindungsgemäS einen tronnelförmigen Kryostaten 2, dessen Heliumtank 3 so gestaltet und angeordnet ist, daß im Bereich der Magnetspulen 5s» das heißt, auf ca. einem Drittel des Umfanges, der Abstand zv/ischen den auf Raumtemperatur beziehungsweise auf Heliumtemperatur befindlichen Teilen des Scheiders minimalisiert wird., wobei in diesem Bereich höhere Wärmeverluste einkalkuliert sind. Im übrigen Bereich dagegen wird der Heliumtank 3 derart sektorförmig nach innen gezogen, daß dessen rückwärtiger Wandbereich 3* mit erheblichem Abstand von der Kryostatenaußenwand 2* verläuft und infolgedessen hier nur eine sehr geringe Wärmeeinströmung auftritt.

- 12 -

BAD ORIGINAL 809820/0035

Αϊ

Der übrige verfahrenstechnische !Teil dos Starkfeld-Trommel-

S, at $.& s&5,non Haupt« organen einem bekannten Schwachfeld-Trommeinagnctsclieidar ähnlich oder glaichj wio c.Uo Fig. 1 weiter hervwrjciit. Hierzu ick mit G dor S^iTbotank "D^oiolmetp mit 7 die ra^olbare Aufgabe der Trübe_s mit S das regelbare Ablaßorgan für das UnsagneticchSj mit 9 der Abstreifer-des an der Trcmiael anhaftenden magnetischen Gutes, mit 10 der Austrag des Magnetkonzentrats und mit 11 ein Überlauf am Trübetank.

Fig. 2 ^-oigt z.-yjr~ Scheider cus dezL gleichen Lliclcv/iiil-c, jedoch in Seitenansicht. Man erkennt den elektromechanischen Antriebsblock 13_V bestehend aus dem Motor 13' und dem Getriebe 13'^!.

Mit 12 ist eine Spindel-Verstelleinrichtung bezeichnet, wie sie auch bei bekannten Schwachfeld-Magnetscheidern dazu dient, das Magnet cystein im Innern der Trommel gegenüber der Ebene des Trübespiegels zu verschwenken.

Fig. 3 zeigt im Schnitt den weichmagnetischen Eisenkörper in Form eines Zylinder segment es mit dem äußeren Radius R,, und dem inneren Radius Rp sowie dem Mittelpunkt M. Der Körper weist insgesamt vier Nuten 15 auf, welche die vier supraleitenden Spulen 5 in sich aufnehmen. In der Mitte jeder Spulenwicklung 5 befindet sich ein Kern 14, welcher zweclcaäSigerweise ebenfalls aus dem gleichen weichmagnetischen

■ . - 13 -

BAD ORIGINAL 809820/0035

Eisen gestaltet ist, wie der Körper 4. Ferner ist zu erkennen., daß £±q Achse A - A-, welche die Achse einor Spulenwickluiig darstellt, in radialer Richtung durch den Systenmittelpunkt 1-I₅, und dauit in radialer Richtung zur Trommel

In Fig. 4 ist die gleiche Anordnung in Draufsicht von der Spulenseite her dargestellt. Man erkennt die Projektion des ferromagnetischen Körpers 4 mit den supraleitenden Spulen 5, welche in dio rfuten 15 eingelegt sind, sowie die Spulenkerne 14 aufweisen»

Die rein schematische Darstellung einseiner Wicklungen 20 mit den Richtungspfeilen des Stroradurchflusses lassen erkennen, daß die parallel - angeordneten supraleitenden Spulen gleichsinnig erregt sind.

Fig. 5 zeigt die !Jickelkonfiguratioii einer einzelnen Spule. Man erkennt die Fora der Wicklung des Leiters;, ähnlich einer Ellipse mit der Längsachse b und der Querachse a dar · :-ren Lage sowie mit der Längsachse "b¹ und der Querachse a^! an der äußeren Lage. Man erkennt ferner., daß die Wickelkopfe 17; 18 und 19 jeweils Lage für Lage weiter herausgesogen sind., Dadurch verändert sich das Verhältnis der Achsen der Spulen von deren inneren Lagen ■■- zu deren äußeren Lagen hin ^₁, das heißt, es nimmt ab, ΐ?

:-r_c

- 14 -

809820/0035

Durch diese Formgebung der ¥icklu:ig wird eine unzulässige Feldliniendichte im Bereich der Wickelkopfe vermieden.

Die gezeigte Ausführung des Starkfeld-Troraruolmagiietccheiders ist lodig-üch als "cvr-Ä.solio.'i SaS, spiel gedacht, an Hand clo^oon das System des Aufbaues eines Scheidei^s nach der Erfindung dargelegt "wurde. Es sir.d weitere konstruktive Modifikationen oder Ausgestaltungen des Scheiders denkbar und fallen unter die Erfindung, sofern sie einem der folgenden Patentansprüche genügen.

Patentansprüche

- 15 -

V ' . BAD

809820/0035

Claims (1)

1. 2. StaÄfeld-Tro:onelinasrL3tschGidor nach Anspruch 1 _s dadurch sekennzeichrLerbj daß das Kagnetsystera aus mindestens

   3e Starl^foZd-IJTo^^oXr-a^nc-tscheidsr nach den Ansprüchen 1 "-aiid Z₅ dccurch gelcerjaseicl'ne-fcj- da3 das i-Iasnstsystsn aus mohr als einer Spule (5) "bostelrcp und daß die Spulon (5) in dsr fläche eines der Kr-üaimung der Sroirciel (1) angspaS^^jj. Formtoiles (4) aus vröichinagnetischeni Eisen eingebettet sind«

   4. S

   tarkfeld-Tronaelraagnetscheider nach einen der Ansprüche 1 bis 3j> dadurch gelvennzeichnet, daß die Achsen (A - A) der Spulenwiclclungen (5-j 1δ) in radialer Richtung zur Trommel-(1) verlaufen.

   5. Starlife-ld-Tromraelnagnetscheider nach einen dor Ansprüche 1 bis 4_S dadurch gekeriizolchnet, daß die Spulen (5j Ί6) vorzugsvraico annähernd die '?crra langgestreckter Ellipsen auf~ weisen^, deren Längsachssü (b_P b^?) vorzugsv/eise in Richtung der B.ctationsachse der -ür-onrael (",) orientiert .sind«,

   - 16 -

   80 9 8 20/0 03 δ

   BAD ORIGINAL

   Sprüche 1 bis 5-j dadurch gekennzeichnet, daß dio Spulen (5? ^ö) in Richtung der Irleinersr. Achse (a_s a^:) der 311ipso

   genden Spulen (5) gleichsinnig erregt sind.

   S, StarI.:^cZ..I-!jrcr.^ij,.:iC_3;no\,^cI-üidor xicch einsa dc 1 bis 7 j ■ dcdui-cji ^:":cr/-i-a±chnc"c., dc.3 das Läng£iTvo

   äußeren La^en hin (v-.-) abiiinm-i.

   1 bis Sj dadurch selzeniizeichna-j^ daß der Abstand das die Spulen enthaltenden Kälteciitteltanics (3) von der Trommel (i) in Arbeitsbereich des Scheiders möglichst gering ist,, währ on; der Abstand außerhalb des Arbeitsbereiches wesentlich größer ist.

   10. Starlcfeld-TroKir.elrr.agnotscheider nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet;, da:3 dc-r Kalternitteltank (3) in seinem Cuerschnitt im Verhältnis suni Icreisförciigen Querschnitt der Trornniel (1) annähernd seiet or iorr-ig ausgebildet ist <.

   809820/0 03 5

   i1. 3tar::fcld-TrOrc..:l:..a^r.otcchcid&r nach einem der Ansprüche 1 c_.. 1O_:, dadurch ^olzoyzr.zoi.cr^.ct_} daß die Außen-

   lurch gekennzeichnet ₀ da3 die AuSenwand (2^:) des Kryo- ^taten (2) drehbar gehe.x'cazi ist und die Trocmiel (1) des

   0 9 8 20/00 3 S SAD ORIGINAL