DE2650540C3

DE2650540C3 - Starkfeld-Trommelmagnetscheider

Info

Publication number: DE2650540C3
Application number: DE2650540A
Authority: DE
Inventors: Franz 7500 Karlsruhe Graf; Dipl.-Phys. Dr. Klaus-Peter Jüngst; Dipl.-Phys. Dr. Karl-Heinz Unkelbach
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1976-11-04
Filing date: 1976-11-04
Publication date: 1981-05-27
Also published as: FI61415B; AU3031077A; CA1079689A; FI61415C; ZA776041B; GR63675B; SE7712399L; FI773173A; BR7707296A; JPS5357565A; DE2650540A1; US4315816A; NO773770L; DE2650540B2; JPS6052863B2; FR2369874A1; AU506559B2; FR2369874B1; SU743567A3; GB1587762A

Description

Die Erfindung betrifft einen Starkfeld-Trommelmagnetscheider mit einem im Inneren der Trommel feststehend angeordneten offenen Magnetsystem mit annähernd ellipsenförmigen Spulen und Spulenträgern aus magnetisierbarem Material.

Trommelmagnetscheider mit offenen Magnetsystemen werden vorwiegend zur sortierenden Aufbereitung von stark- oder zumindest mittelmagnetischem Gut eingesetzt und sind üblicherweise der Gattung von Schwachinagnetschetdern zugeordnet, da der Einspeisung elektrischer Energie einerseits infolge gedrän«?ter Platzverhältnisse bei Unterbringung der Erreger-Spulen des Magnetsystems im Innern der Troirmel sowie infolge der Schwierigkeit zur Ableitung der im Spulenkern entstehenden Wärme relativ enge Grenzen gesetzt sind. Aus diesem Grunde werden Starkfeldscheide --, wie sie in der Regel für die Aufbereitung von schwachmagnetischen Stoffen benutzt werden, zumeist mit geschlossenen Magnetsystemen ausgestattet und beispielsweise als Walzenmagnetscheider mit zwischen Polen drehbar angeordneten Induktionswalzen ausgeführt.

Es sind aber auch Starkfeld-Trommelmagnetscheider bekanntgeworden, mit im innern der Trommel feststehend angeordnetem Magnetsystem, bei welchen beispielsweise je zwei Magnetpole innerhalb der Trommel unmittelbar an deren Wand enden und zwischen einander ein starkes Magnetfeld ausbilden, dessen Feldlinien von Polspitze zu Polspitze der ;.ebeneinanderliegenden Pole verlaufen.

Um die Feldlinien stärker nach außen zu ziehen, sind am äußeren Umfang der Trommel beispielsweise

W ringförmige ferromagnetische äußere Pole angeordnet. Bei einem kleinen Rastermaß im Abstand dieser äußeren Pole lassen sich große örtliche Gradienten und damit magnetische Kräfte erzielen. Hierdurch ergibt sich bei einem solchen Scheider zwar ein guter

i'i Sortiereffekt, jedoch eine geringe Kapazität, da die wirksame Scheidezone nach Breite und Tiefe relativ eng begrenzt ist.

Für die Anwendung von Trommcimagneischeidern. insbesondere bei der naßmagnuischei; Aufbereitung

■in von Schwacherzen mit Korngrößen von teilweise weit unter ΙΟΟμιη. ist es jedoch wünschenswert, leistungsstarke Trommelmagnetscheider mit möglichst hohen Feldstärken zu entwickeln, welche vorzugsweise sowohl einen guten Sortiereffekt als auch eine hohe Kapazität

ι") aufweisen.

Für die damit notwendig werdende signifikante Erhöhung der magnetischen heldstärke bietet sich für den Fachmann die Anwendung an sich bekannter supraleitender Magnetsysteme an. insbesondere auch

vi deshalb, da die Verwendung von Supramagneten im Magnetscheiderbau durchaus üblich ist.

Prcbleme ergeben sich jedoch damit, das Supra-Magnetsystem dem gattungsgemäßen Scheidertyp des Trommelmagnetscheiders konkret anzupassen.

>> Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den erheblichen technischen Aufwand des Supramagneten und insbesondere das erforderliche Kühlsystem innerhalb der Trommel eines Trommelmagnetscheiders unterzubringen.

M) Weiter besteht ein besonderer Teil der Aufgabe darin, für einen Trommelmagnetscheider mit Supra-Magneten eine solche Form der Spulen zu entwickeln, die bei höchstmöglichem Magnetfeld leicht herstellbar und schnell einsatzbereit sind, und diese in einer solchen

<i"> Weise anzuordnen, daß sich ein möglichst geringer Abstand zwischen Spulen und Scheidezone ergibt.

Ein weiterer Teil der Aufgabe besteht darin, hierfür einen speziellen Kryostaten zu entwickeln, der einer-

seits im Bereich der Scheidezone einen geringstmöglichen Abstand zum Trenngut aufweist, und andererseits gegenüber schädlicher Wärmeeinstrahlung aus der Umgebung möglichst optimal geschützt ist

Da sich zwischen den kalten Magnetspulen und dem "> warmen verfahrenstechnischen Teil des Magnetscheider der Kryostat als Wärmeisolation befindet, ist wegen des unvermeidlichen Abstandes der Spulen von der Scheidezone eme Optimierung der Spulenkonfiguration notwendig, um ein sowohl in die Tiefe der Scheidezone als auch in die Breite wirkendes offenes Magnetfeld zu erzeugen.

Die Lösung der Aufgabe gelingt damit, daß das Magnetsystem aus einer oder mehreren supraleitenden Spulen besteht, die im Inneren eines Kältemitteltanks in Γι die Nuten eines der Trommelkrümmung angepaßten Spulenträgers eingelassen sind, und sich mit diesem über einen Sektorabschnitt der Trommel erstrecken, wobei der Kältemitteltank in seinem Querschnitt entsprechend jektorförmig ausbildet und der verbleibende Innenraum zn der Trommel vom Kryostaten ausgefüllt ist.

Mit der Erfindung ergibt sich der Vorteil, dab der Abstand des Magnetsystems von der Trommelaußctisei-Ie und damit von der Scheidezone im Arbeitsbereich des Scheiders relativ gering ist, wodurch eine optimale >^r> Ausnutzung der magnetischen Kraftlinien ermöglicht wird, indem sich eine verhältnismäßig große Reichweite der magnetischen Kräfte in die Tiefe der Scheidezone hinein ergibt.

Andererseits bleibt außerhalb des Arbeitsbereiches so zwischen dem Kältemitteltank und der Trommeloberfläche infolge der sektorförmigen Ausbildung des Tankes ein so großer Abstand, daß die Wärmeeinströmung von außen in den Kältemitteltank so gering wie möglich gehalten wird. r.

In Ausgestaltung des Trommelmagnetscheiders nach der Erfindung ist vorgesehen, daß der Spulenträger aus Weicheisen besteht. Dadurch, daß die Spulen in einen Spulenträger aus Weicheisen eingelassen sind, werden die auf die Spulen wirkenden äußeren Kräfte, welche 4i> beispielsweise in einer Größe von 10⁵ bis 10⁶NZm wirksam sind, sicher aufgefangen und nach dem Prin/ip des magnetischen Spiegels kompensiert, indem die Magnetkräfte zwischen Wicklung und Eisen die Spulen kl die Nuten ziehen und dadurch ein? aufwendige 4Ί mechanische Armierung überflüssig machen.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Spulen vorzugsweise die Form langgestreckter Ellipsen aufweisen, deren Längsachsen vorzugsweise in Richtung der Rotationsachse der Trommel orientiert ^r.o lind, wobei die Achsen der Spulenwicklungen in radialer Richtung /ur Trommel verlaufen.

Anordnung und Wickelkonfiguration ergeben den Vorteil, daß diese Spulen einerseits relativ einfach herzustellen sind, was mit Rücksicht auf die Empfind- r> Hchkeit supraleitender Leiterfilamente besonders wichlig ist. Weiterhin haben Spulen von langgestreckter tlliptischer Form den Vorteil einer gleichmäßigeren Verteilung der magnetischen Kräfte im Magnetfeld.

Und schließlich gelingt es mit dieser Bauform, die wi Spulen ohne große Schwierigkeit der Kreisform der Trommel anzupassen und dadurch so nahe wie möglich an die Scheidezone heranzubringen.

Dies gelingt insbesondere dadurch, daß die Spulen gemäß einer weiteren Ausgestaltung in Richtung der hi kleineren Achse der Ellipse in Anpassung an die Form der Trommel gekrümmt sind.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Längenverhältnis der Achsen der Spulen von deren inneren Lagen (4 j zu den äußeren Lagen hin (jj-Λ abnimmt

Diese Wickelform ist von wesentlicher Bedeutung und deshalb vorteilhaft, da das auf den Supraleiter wirkende Magnetfeld dessen Stromtragfähigkeit begrenzt Es wird daher durch das bezeichnete Längenverhältnis der Achsen der Spulen eine Streckung der Wickelköpfe erreicht welche eine schädliche Feldüberhöhung an diesen Stellen vermeidet

Eine weitere erfindungswesentliche Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die nebeneinanderliegenden Spulen gleichsinnig erregt das heißt gleichsinnig von Strom durchflossen sind.

Durch diese erfindungswesentliche Anordnung ergibt sich in vorteilhafter Weise ein offenes Feld von hoher Feldliniendichte, bei dem nicht wie im Falle gegensätzlicher Polung die magnetischen Feldlinien zwischen nebeneinanderliegenden Polen verlaufe;., sondern wobei sich zwischen den einzelnen Spulen Gegenpole ausbilden, die infolge einer größeren Feldliniendichte auch zu einer größeren Reichweite der Feldlinien in Hie Tiefe der Scheidezone bei gleicher Magnet- oder Spulenanzah! führen.

Dies hat, insbesondere bei gegebenem Abstand vor. Spule zu Spule oder Magnet zu Magnet, eine Erhöhung der magnetischen Kräfte in der Scheidezone zur Folge.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Abstand des die Spulen enthaltenden Kältemitteltanks von der Trommel im Arbeitsbereich des Scheiders möglichst gering ist während der Abstand außerhalb des Arbeitsoereiches wesentlich größer ist.

Durch diese Ausgestaltung wird mit Vorteil die unvermeidliche schädliche Wärmeeinstrahlung vom Aulbereitungsbereich zum Kältemitteltank hin in tunlichst geringen Grenzen gehalten, wodurch HeUumverluste vermieden werden.

Und schließlich kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Wand des den ortsfest angeordneten Kältemitteltank mit der Spulenanordnung aufnehmenden Kryostaten als Trommel ausgebildet und drehbar angeordnet sein.

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß der Trommelmagnetscheider durch Wegfall einer gesonderten, •hrerseits den Kryostaten überdeckenden Trommel vereinfacht wird, wobei gleichzeitig der für die Leistung des Magnetscheider wesentliche, geringstmögliche Abstand zwischen dem Magnetsystem und der Scheidezone auf ein Mindestmaß reduziert wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung rinitt-r in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt

F i g. 1 einen Schni.t durch den Magnetsc! eider, senkrecht zur Trommelachse.

F i g. 2 eine Seitenansicht desselben Magnetscheiders.

F i g. 3 die Spulenanordnung im Spulenträger aus weichmagnetischem Eisen, im Schnitt,

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

F i g. 5 die Konfiguration einer Spulenwicklung.

In Fig. 1 erkennt man die drehbare Trommel 1 des Magnetscheiders, in deren Inneren der Kryostat 2. bestehend aus dem Außentank T und dem Kühlmitteltank 3, im vorliegenden Fall dem Heliumtank 3. stillstehend angeordnet ist. Im Inneren des Heliumlanks 3 sind supraleitende Spulen 5 angeordnet, sie befinden

sich auf einem Temperaturniveau von ca. VK. Die Spulen 5 sind in Nuten 15 eines massiven, weichmagnetischen Eisenklotzes 4 eingelassen, welcher in seiner Kontur der Krümmung de:s Heliumtanks 3 und damit der Krümmung der Trommel I angepaßt ist. Dieser Klotz 4 aus weichmagnetischem Eisen ist für die Spulenanordnung deshalb von Bedeutung, weil 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 dieser radialen Kräfte gesorgt werden. Eine mit mechanischen Mitteln herbeigeführte fixierung der Spulen 5 würde jedoch den Abstand zwischen dem Magneten und der Trübe in unzulässiger Weise erhöhen. Dieser Nachteil wird dadurch vermieden, daß der Spulenträger 4 aus weichmagnetischem Eisen besteht, wodurch die Spulen 5 nach dem Prinzip des magnetischen Spiegels /um Eisen hingezogen werden. A jf 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 Kryosta ten 2 ist im übrigen noch folgendes zu sagen:

Einerseits ist man bestrebt, die Wärmeeinstmnmng durch die Wand des Kryostaten 2 aus dem warmen Feil des Scheiders, der Magnettrommel I. in den kalten Teil des Magnetscheiders. nämlich in den Heliumtank 3 und die Spulenanordnung 5 so gering wie möglich /u halten, /wischen diesen beiden Temperaturzonen herrscht immerhin eine Differenz von annähernd 300 K. D;is würde bedeuten, daß der Abstand zwischen den auf Raumtemperatur befindlichen Wänden der Trommel I und den auf Heliumtemper.itur abgekühlten Wanden möglichst groß zu wählen ist. insbesondere auch, um genügend Platz für die Wärmcisolation zu erhallen

Darüber hinaus ist der Raum /wischen dem Außentank 2' und dem Heliumtank 3 vollständig evakuiert, um Wärmeübertragung durch Konvektion möglichsi weitgehend auszuschalten Außerdem sind die Trommelmagnetscheiders nach der Erfindung ist in seinen Hauptorganen einem bekannten Trommelmagnetscheider ähnlich oder gleich, wie aus I ι g. I weiter hervorgeht.

Hierin ist mil 6 der Trübetank bezeichnet, mit 7 die regelbare Aufgabe der Trübe, mit 8 das regelbare Ablaßorgan für das Unmagnetische, mi' 9 der Abstreife des an der Trommel anhaftenden magnetischen Gutes, mit 10 der Austrag des Magnetkonzenlrates und mit 11 ein Überlauf am Trübetank.

F i g. 2 zeigt den Scheider aus dem gleichen Blickwinkel, jedoch in Seitenansicht. Man erkennt den elektromechanischen Antriebsblock 13. bestehend aus dem Motor 13' und dem Getriebe 1 3".

Mit 12 ist eine Spindel-Verstelleinrichtung bezeichnet, wie sie auch bei bekannten .Schwachfeld Magnet scheidern dazu dient, das Magnetsystem im Innern der Trommel gegenüber der Ebene des Trübcspiegels /u verschwenken.

Eig. 3 zeigt im Schnitt den weichmagnetischen Eisenkörper 4 in form eines Zylindersegmentes mit dem äußeren Radius H\ und dem inneren Ratlins W_- sowie dem Mittelpunkt M. Der Körper weist insgesamt vier Nuten 15 auf. welche die vier supraleiienden Spulen 5 in sich aufnehmen. In der Mitte jeder Spulenwicklunt: 5 befindet sich ein Kern 14. welcher zweckmäßiger« eise ebenfalls aus dem gleichen weichmagnetischen Eisen gestaltet ist. wie der Körper 4. Ferner ist zu erkennen. daß die Achse Λ A. welche die Achse einer Spulen« ick-Iu ng darstellt, in radialer Richtung durch den S\ M ein mit tclpunkt M. und damit in radialer Richtung zur I rommel verläuft.

In I i g. 4 ist die gleiche Anordnung in Draufsicht von der Sptilenseite her dargestellt. Man erkennt die Projektion des ferromagnetischen Körpers 4 mit den supraleitenden Spulen 5. welche in die Nuten Ii eingelegt sind, sowie die Spulenkerne 14.

Die rein schematischc Darstellung einzelner Wicklungen 20 nut den Richtungspfeilen des Stromdun. hflusse·. lassen erkennen, daß die parallel angeordneten supraleitenden Spulen 5 gleichsinnig erregt sind.

Γ i g. 5 zeigt die Wickelkonfiguration einer einzelnen

Wände in an sich bekannter Weise verspiegelt, um dadurch die Wärmestrahlung weitgehend zu imterdrükken.

Andererseits soll der Abstand zwischen dem Magnetsystem und dem Trenngut auf ein Mindestmaß verringert werden, um die magnetischen Kräfte und die Reichweite des Felde*, optimal nutzen zu können.

Aus diesem Grund besitzt der in Fig. 1 dargestellte Magnetscheider ei.'indungsgemäß einen trommclförmigen Kryostaten 2. dessen Heliumtank 3 so gestaltet und angeordnet ist. daß im Bereich der Magnetspulen 5. das heißt, auf ca. einem Drittel des Umfanges. der Abstand zwischen den auf Raumtemperatur beziehungsweise auf Heüumtemperatur befindlichen Teilen des Scheiders minimalisiert wird, wobei in diesem Bereich höhere Wärmeverluste einkalkulien sind. Im übrigen Bereich dagegen wird der Heliumtank 3 derart seklorförmig 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.

Der übrige verfahrenstechnische Teil des Starkfeldl.eiters. ähnlich einer Ellipse, mit der Längsachse h und ;· der Querachse ;) der inneren !.agc sowie mit der Längsachse b und der Querachse ./der äußeren L.ige. Man erkennt ferner, daß die Wickelköpfe 17. 18 und 19 jeweils Lage für Lage weiter herausgezogen sind Dadurch verändert sich das Verhältnis der Achsen

'" der Spule 16 von deren inneren Lagen ' /u deren

äußeren Lagen hin ' .das heißt, es nimmt ab. ', ■ ' b hh

Durch diese Formgebung der Wicklung wird eine ">'. unzulässige Feldiiniendichte im Bereich der Wickelköpfe vermieden.

Die gezeigte Ausführung des Starkfeld-Trommeimagnetscheiders ist lediglich als typisches Beispiel gedacht, anhand dessen das System des Aufbaues eines «ο Scheiders nach der Erfindung dargelegt wurde. Es sind weitere konstruktive Modifikationen oder Ausgestaltungen des Scheiders denkbar und fallen unter die Erfindung, sofern sie einem der Patentansprüche genügen.

Hierzu 4 Ul.itt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Starkfeld-Trommelmagnetscheider mit einem im Inneren der Trommel feststehend angeordneten offenen Magnetsystem mit annähernd elltpsenförmi· gen Spulen und Spulenträgern aus magnetisierbarem Material, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem aus einer oder mehreren supraleitenden Spulen (5) besteht, die im Inneren eines Kältemitteltanks (3) in die Nuten (15) eines der Trommelkrümmung angepaßten Spulenträgers (4) eingelassen sind, und sich mit diesem über einen Sektorabschnitt der Trommel (1) erstrecken, wobei der Kältemitteltank (3) in seinem Querschnitt entsprechend sektorförmig ausgebildet und der verbleibende Innenraum der Trommel (1) vom Kryostaten (2) ausgefüllt ist

2. Starkfeld-Trommelmagnetscheider nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenträger (4) aus Weicheisen besteht.

3. Trommelmagnetscheider nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (5,16) annähernd die Form langgestreckter Ellipsen aufweisen, deren Längsachsen (b. b') in Richtung der Rotationsachse (1) orientiert sind, und daß die Achsen (A —A)der Spulenwicklungen (5,16) in radialer Richtung zur Trommel (1) verlaufen.

4. Trommelmagnetscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (5,16) in dichtung der kleineren Achse (a.a') der Ellipse in Anpassung an die F^rrn der Trommel (1) gekrümmt sind.

5. Tromn:elmagnetscheider np~h einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Längenverhältnis der Achsen der Spulen (5,16) von deren inneren Lagen/^^zu den äußeren Lagen

'',) abnimmt.
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6. Trommelmagnetscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß nebeneinanderliegende Spulen (5) gleichsinnig erregt, das heißt, gleichsinnig vom Strom durchflossen sind.

7. Trommelmagnetscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des die Spulen (5) enthaltenden Kältemitteltanks (3) von der Trommel (1) im Arbeitsbereich des Scheiders möglichst gering ist. während der Abstand außerhalb des Arbeitsbereiches wesentlich größer ist.

8. Trommelmagnetscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand (2') des den stillstehenden Kältemittellank (J) mit der Spulenanordnung (5,16) aufnehmenden Kryostaten (2) als Trommel (I) ausgebildet und drehbar angeordnet ist.