EP4252911A1 - Systeme de tri d'objets metalliques - Google Patents

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EP4252911A1
EP4252911A1 EP23166249.5A EP23166249A EP4252911A1 EP 4252911 A1 EP4252911 A1 EP 4252911A1 EP 23166249 A EP23166249 A EP 23166249A EP 4252911 A1 EP4252911 A1 EP 4252911A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
magnetic
sorting
objects
flap
conveyor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23166249.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Pierre Pitot
Gregory Durand
Quentin LAURENT
Dominique STEICHEN
Cyril BRISEBARD
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Raoul Lenoir Ets
Original Assignee
Raoul Lenoir Ets
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Raoul Lenoir Ets filed Critical Raoul Lenoir Ets
Publication of EP4252911A1 publication Critical patent/EP4252911A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00—Magnetic separation
    • B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
    • B03C1/035—Open gradient magnetic separators, i.e. separators in which the gap is unobstructed, characterised by the configuration of the gap
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00—Magnetic separation
    • B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
    • B03C1/23—Magnetic separation acting directly on the substance being separated with material carried by oscillating fields; with material carried by travelling fields, e.g. generated by stationary magnetic coils; Eddy-current separators, e.g. sliding ramp
    • B03C1/24—Magnetic separation acting directly on the substance being separated with material carried by oscillating fields; with material carried by travelling fields, e.g. generated by stationary magnetic coils; Eddy-current separators, e.g. sliding ramp with material carried by travelling fields
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00—Magnetic separation
    • B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
    • B03C1/025—High gradient magnetic separators
    • B03C1/031—Component parts; Auxiliary operations
    • B03C1/033—Component parts; Auxiliary operations characterised by the magnetic circuit
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00—Magnetic separation
    • B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
    • B03C1/16—Magnetic separation acting directly on the substance being separated with material carriers in the form of belts
    • B03C1/22—Magnetic separation acting directly on the substance being separated with material carriers in the form of belts with non-movable magnets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00—Magnetic separation
    • B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
    • B03C2201/20—Magnetic separation whereby the particles to be separated are in solid form

Definitions

  • the present invention relates to a system for sorting metal objects.
  • Magnetic objects such as iron, steel, and some magnetic stainless alloys, can be easily extracted with static magnetic fields and then recycled.
  • Sorting and recovery of non-magnetic metallic objects is carried out using an alternating magnetic field, producing induced electric currents in said objects, which are electrically conductive. These induced currents interact with this same surrounding magnetic field to give rise to electromagnetic forces whose direction is that of the decreasing magnetic field gradient. In magnetic separation sorting devices, these forces can be used to deflect electrically conductive objects, which are typically metallic.
  • a solution used today to create an alternating magnetic field is the polar wheel. This solution involves rotating a pole wheel made of alternating permanent magnets. The alternation of polarity of the rotating magnets creates a variable magnetic field that can reach several Tesla. Non-magnetic electrically conductive objects are drawn into this rotating variable magnetic field and are accelerated relative to non-electrically conductive objects.
  • Such a system is described in the document FR 2116430 .
  • This system is functional for sufficiently large aluminum parts that are light and sufficiently conductive.
  • the mechanical construction of said system implies a limitation of the frequency of the magnetic field.
  • said system does not make it possible to sort materials that are insufficiently electrically conductive and too dense, such as non-magnetic stainless steel, and it is difficult to sort materials that are very conductive and too dense, such as copper. It also has significant reliability and safety issues, particularly in the event of an emergency stop, due to the inertia of the massive pole wheel.
  • H being the magnetic excitation
  • B the magnetic induction
  • V the volume of the excited external space corresponding to the air gap.
  • the reactive power of the system corresponds to the evacuation and then generation of this magnetic energy during each period of operation, that is to say approximately 20,000 to 100,000 times per second.
  • This system therefore requires very significant reactive power to create the magnetic field at the air gap, particularly for large air gaps which are not delimited.
  • the efficiency of such a system can be increased by reducing the size of the air gap.
  • the sorting zone is also small and it therefore does not make it possible to sort large volumes of objects, nor objects of very different sizes.
  • None of these devices take into account air friction which is in fact negligible for large volume objects but is preponderant for small particles, particularly during falling or rebound phases which are typically present during sorting. by an alternating magnetic field. Air friction will influence the result of the forces experienced by the objects.
  • An aim of the invention is to propose a sorting device by magnetic separation of non-magnetic metallic objects making it possible to sort large volumes of products of any shape and/or size (waste, recyclable products, powders, etc.) and mixtures of objects of very different sizes.
  • the invention also aims to sort objects into materials having very high electrical conductivity, such as copper, or very low electrical conductivity, such as non-magnetic stainless steel.
  • the sorting system is very responsive, especially in the event of an emergency stop, and thus has advantages in terms of reliability and safety.
  • the magnetic element of the sorting flap extends parallel to the conveyor.
  • the magnetic element of the sorting flap is in the form of a flat plate.
  • the sorting flap comprises at least one non-magnetic portion.
  • the magnetic element has an edge arranged facing the first portion in a direction transverse to the conveyor, said edge being beveled so as to form an inclined plane oriented in the direction of circulation of the conveyor moving away of the electromagnetic core.
  • the sorting flap may further comprise at least one magnetic plate parallel to the beveled edge of the magnetic element, each plate being arranged opposite the first portion to form a respective air gap forming an additional magnetic barrier opposing the passage of non-magnetic metal objects.
  • the non-magnetic portion of the sorting flap comprises an ejection ramp for non-magnetic metallic objects extending on the magnetic element on the side opposite the electromagnetic core, said ejection ramp being coplanar with the beveled edge of the magnetic element.
  • the beveled edge of the magnetic element is set back relative to a central region of the first portion in the direction of movement of the conveyor.
  • the second portion comprises a winding and the number of turns of the winding on the first portion is greater than the number of turns of the winding on the second portion.
  • the surface of the at least one first portion opposite the bottom may have at least one chamfer along the air gap.
  • the sorting system comprises one or more magnetic parts arranged between the magnetic element of the sorting flap and the second portion of the core electromagnetic to guide the magnetic field in these magnetic parts and thus minimize the path of the magnetic field lines in the air between the sorting flap and the second portion.
  • the at least one first portion and the second portion are made of ferrite, and/or the magnetic element of the sorting flap is made of ferrite.
  • the conveyor is a conveyor belt or a slide.
  • the sorting installation further comprises a hermetic zone arranged above at least the conveyor and the sorting flap, and a depressurization device arranged so as to create, in said zone, a movement of air adapted to orient the non-magnetic metallic objects ejected by the magnetic sorting system in a defined direction.
  • the sorting facility includes an electromagnetic core cooling system.
  • THE figures 1 and 2 illustrate a sorting system by magnetic separation of non-magnetic metallic objects according to the invention.
  • the system makes it possible to recover, for example, metal objects from waste such as metals from household or industrial waste and crushed products to be recycled such as windows, wooden pallets, cables or glass.
  • Another application is the processing of food grains or pharmaceutical powders, which may contain undesirable non-ferrous conductive metals to be removed.
  • the size of said objects can vary greatly depending on the applications.
  • the size of objects (understood as their largest dimension) can be between 0.1 mm and 10 cm in at least two directions.
  • the sorting system comprises an electromagnetic core comprising a first portion 1, a second portion 2 wider than the first portion, and a bottom 3 connecting the first portion to the second portion.
  • the portions 1 and 2 and the bottom 3 are of essentially parallelepiped shape, assembled in a U.
  • the portions 1 and 2 and/or the bottom can be curved and/or inclined, thus forming a core whose section can be, in an illustrative and non-limiting manner, of circular or triangular shape.
  • the first portion 1 of the core comprises a winding 11.
  • the second portion 2 comprises another winding 21.
  • the number of turns of the winding 11 on the first portion 1 is greater than the number of turns of the winding 21 on the second portion 2.
  • Each winding is made of electrically conducting wire.
  • the winding is made of copper wire having electrical insulation, or of copper tube.
  • the number of turns and amperes of the winding also known as the number of ampere-turns, is configured to provide a magnetic induction close to the saturation induction of the magnetic circuit, i.e. approximately 300mT for a ferrite.
  • the electromagnetic core further comprises a cooling system.
  • a cooling system may, by way of illustration and not limitation, include a cooling plate, a heat sink or an inflatable seal filled with a cooling liquid, for example water.
  • the system further comprises a sorting flap arranged opposite said electromagnetic core.
  • Said sorting flap comprises a magnetic element 4 arranged so as to form an air gap E1 between the first portion 1 and the sorting flap.
  • the magnetic element of the sorting flap extends to a zone near the upper face 20 of the second portion 2.
  • the magnetic element 4 of the sorting flap is made of soft ferrite, a nanocrystalline magnetic composite or an iron powder compressed with an electrical insulator.
  • the sorting flap may also include one or more non-magnetic portions 54.
  • the magnetic element 4 of the sorting flap is in the form of a flat plate extending from the air gap E1 to a zone close to the upper face 20 of the second portion 2.
  • the magnetic part of the sorting flap and the core thus form a magnetic circuit comprising a circulation space for objects to be sorted between the sorting flap and the core.
  • the transport of objects between the entry zone and the exit zone is carried out by a conveyor 6 passing through said circulation space.
  • the conveyor may include a conveyor belt closed on itself and circulating between the two portions and the sorting flap.
  • the magnetic element 4 of the sorting flap extends parallel to the conveyor belt.
  • the conveyor can be a slide or any other means of transporting objects.
  • the magnetic element of the sorting flap 4 has an edge 14 arranged facing the first portion 1 in a direction transverse to the conveyor 6.
  • said edge 14 is beveled so as to form an inclined plane oriented in the direction of circulation of the conveyor away from the electromagnetic core.
  • the beveled edge of the magnetic element is aligned with a central region 10 of the first portion 1. In other embodiments, said beveled edge 14 is offset relative to the central region 10 of the first portion 1 forwards or backwards in the direction of movement of the conveyor 6.
  • the sorting flap further comprises one or more magnetic plates 24, 34 parallel to the beveled edge 14 of the magnetic element of the sorting flap.
  • Each plate is arranged opposite the first portion 1 to form a respective air gap E2, E3.
  • the number of plates 24, 34 and air gaps E2, E3 is indicated for purely illustrative and non-limiting purposes.
  • the number of plates 24, 34 is typically between 1 and 3 and can be higher in certain embodiments.
  • the non-magnetic portion of the sorting flap may include an ejection ramp 54.
  • said ramp extends over the magnetic element of the sorting flap, on the side opposite the electromagnetic core
  • the ejection ramp can be coplanar with the beveled edge of the magnetic element or offset in a direction in the direction of circulation of the objects or be offset in the direction opposite to the direction of the circulation of objects.
  • the location of the ramp is chosen so as to find a compromise between the positioning of the ramp relative to the ejection zone and good closure of the magnetic circuit.
  • the core is made of a material that conducts a magnetic field and is sufficiently low conductor of electricity in order to avoid heating by induction.
  • the core is made of a material having a high saturation value in magnetic field (greater than 300mT) and low magnetic losses (hysteresis cycle and by induced electric current) at the frequency of the alternating electric current applied to the windings in order to produce a high density of the magnetic field inside the core.
  • the magnetic core may be made of a material having a relative magnetic permeability value ⁇ r of between 10 to 100 or even more.
  • the core is made of soft ferrite, for example of the Mn-Zn CF297, 3C90 type or a material having similar magnetic properties or even a higher magnetic saturation than this material.
  • the core can for example be made of a nanocrystalline magnetic composite or of an iron powder compressed with an electrical insulator. Such materials are for example marketed under the names MPP, 3F3, 3c90, Nanodust TM KAM or Nanodust TM KAH.
  • each plate 24, 34 is made of soft ferrite, a nanocrystalline magnetic composite or an iron powder. compressed with an electrical insulator, as described for the magnetic core.
  • the plates 24, 34 and the magnetic element 4 of the sorting flap can be made of the same material or different materials.
  • FIG. 3 illustrates the concentration of the magnetic field in a sorting system according to the invention.
  • the maximum concentration of the magnetic field is located in the magnetic part 4 of the sorting flap and in the first portion 1 of the magnetic core.
  • the maximum concentration of the magnetic field in air is located at the air gap E1.
  • the maximum gradient of the magnetic field in the air is located in an ejection zone 18 close to the air gap E1.
  • Said air gap E1 then forms an immaterial magnetic barrier, opposing the passage of metallic objects, including in particular non-magnetic metallic objects.
  • the surface of the first portion 1 facing the magnetic flap 4 is small, in order to increase the concentration of the magnetic field and the magnetic field gradient in an ejection zone 18 near the air gap E1.
  • the surface 10 of the first portion opposite the bottom present may include one or more chamfers 17a, 17b arranged on the angles between the surface 10 and the faces of the carrying the windings. Said chamfers extend along the air gap and make it possible to reduce the surface of the first portion facing the sorting flap and thus increase the concentration of the magnetic field around the air gaps E1. Such chamfers also avoid saturation of the magnetic element in the edges of the first portion 1.
  • the magnetic element of the sorting flap extends to a zone close to the surface 20 of the second portion 2 and is thus arranged so as to create a magnetic field return towards the second portion 2.
  • the path of the magnetic field is favored in the magnetic element of the sorting flap.
  • the path of the magnetic field in the air is thus minimized.
  • the magnetic element of the sorting flap is thus an integral part of the magnetic circuit. Such an arrangement makes it possible to increase the magnetic field and the gradient of the magnetic field in the ejection zone near the air gap E1 for a given power.
  • the magnetic field exerts an attractive force between the magnetic circuit in the core and the sorting flap. It is therefore necessary to provide mechanical support for the ejection ramp to prevent bending of the ramp under the effect of this force of attraction.
  • the second portion 2 ensures a return of the magnetic field lines towards the first portion 1. It preferably comprises a large surface in order to distribute the magnetic field uniformly and weakly, the magnetic flux remaining constant. In addition, the second portion 2 extends close to the magnetic element 4 of the sorting flap in order to minimize the extent of the magnetic field in the air.
  • one or more magnetic parts 9 are arranged between the magnetic element of the sorting flap and the second portion 2 of the electromagnetic core. Said magnetic parts are arranged to guide the magnetic field and thus minimize the path of the magnetic field lines in the air between the sorting flap and the second portion 2.
  • the geometry of the magnetic parts 9 allows the passage of the conveyor, and non-ejected objects transported on the conveyor under the shutter.
  • the first zone corresponds to the magnetic core with, where appropriate, magnetic parts 9 and/or plates 23, 24.
  • the second zone is the magnetic part of the sorting flap.
  • the surface S corresponds to the section of each respective part.
  • the third zone is the ejection zone, and the fourth zone corresponds to the zone above the second portion 2, ensuring the return or looping of the magnetic field.
  • the surface S is the section through which the magnetic field lines pass. Said surface S corresponds to the upper surfaces of the first portion 1 and the second portion 2 arranged opposite the sorting flap.
  • the length / corresponds to the sum of the lengths of the first portion 1, the bottom, the second portion 2 and, where appropriate, the plates 23, 24 and/or the magnetic parts 9 in the direction of the magnetic field lines.
  • the length is the length of the sort pane.
  • the length / corresponds to the width of the air gap.
  • the length / is the distance between the second portion 2 and the sorting flap plus, where applicable, the distances between the plates 23, 24 and the magnetic part of the sorting flap.
  • ⁇ 0 is a universal constant, the magnetic constant (or magnetic permeability of vacuum), which is 4 ⁇ ⁇ 10 -7 H/m.
  • the relative magnetic permeability ⁇ r is approximately equal to 1.
  • the material of the magnetic circuit typically has a relative magnetic permeability of 10 to 100. The stronger the magnetic permeability of an element, the greater the reluctance in that element is weak. However, a higher relative magnetic permeability would lead to an excessive drop in the magnetic field saturation value and would involve a loss of energy leading to significant heating.
  • the third zone and fourth zone concern a magnetic field in the air.
  • the reluctance in this circuit is low and can be neglected compared to the reluctance in the third and fourth zone in which the magnetic field is in the air.
  • the reluctance R 3 of the ejection zone is linked to the geometry of the system and can hardly be modified.
  • the distance between the magnetic core and the magnetic element of the sorting flap presents a minimum distance allowing non-ejected objects to be evacuated. It is therefore imposed by mechanical considerations.
  • the sorting system is preferably designed so that the surface S of this zone is as large as possible.
  • One possibility of reducing the reluctance on the return path (looping) is to add magnetic parts 9 on the air gap, for example rollers, possibly discontinuous, which make it possible to guide the magnetic field in a path with strong magnetic permeability.
  • these parts 9 can perform a mechanical movement facilitating the passage of non-conductive and non-ejected elements.
  • the geometry of the core takes into account the magnetic field in order to obtain an area of magnetic field most concentrated in the ejection zone of metallic objects. Right angles are thus avoided, particularly around the ejection zone in order to avoid saturation of the magnetic field in said angles.
  • an electric current generator applying an alternating electric current to the windings 11, 21, an alternating magnetic field is established in the core, the magnetic element 4 of the sorting flap, and the air gap E1.
  • Such an electric current typically has an intensity of approximately 2400A.turns, distributed for example over 20 turns at 120A each. This current creates a magnetic field of between 0.3 and 0.4 T in a ferrite core and approximately 0.1 T in the E1 air gap.
  • the number of wires and therefore turns is limited by the space in the installation, the heating due to the electric current, and possible overvoltage problems.
  • the frequency is chosen according to the size and size distribution of the objects to be sorted. It is typically between 20 and 35 kHz and can go up to 150 kHz. Generally speaking, higher frequencies are applied when the objects to be sorted are smaller, and lower frequencies for larger objects to be sorted. However, a high frequency implies heating and significant electrical losses. The inductance and capacitance will therefore be taken into account to determine the operating frequency.
  • the electric currents induced in objects depend on the electrical conductivity of the material, their shape and surface, but also on the frequency of the magnetic field.
  • the induced electric currents have the same frequency as that of the applied magnetic field, and a skin effect occurs in the object. The higher the frequency of the alternating magnetic field, the more electric current will flow on the surface of the object.
  • this effect prevents the induced electric current from being canceled by the induced electric current circulating in the opposite surface.
  • this facilitates the ejection of fine particles because the forces are not attenuated by the cancellation of the induced electric currents.
  • the geometry of the sorting system must then be adapted to the additional forces exerted on the objects, ensuring that the gradient of the magnetic field is close to its maximum value in the ejection zone of the objects, and that the direction of said gradient is oriented in the desired ejection direction. For example, it is possible to adjust the position of the beveled edge of the sorting flap, and, where appropriate, the ejection ramp by optimizing the width of the air gap and the positioning of said ramp relative to the ejection zone in function of the gradient of the magnetic field near the air gap.
  • the metal objects ejected at the level of the air gap are, where applicable, guided by the ejection ramp towards a metal object recovery system.
  • Non-metallic objects are not ejected at the air gap and can be recovered on the conveyor in a later step.
  • Sorting and ejecting small objects involves further technical constraints due to air friction.
  • the electromagnetic forces which act on small objects are, below a certain size depending on the weight and geometry of the particles, negligible compared to the friction forces of the air.
  • the weak movement imposed by these electromagnetic forces is therefore not a sufficiently discriminating factor to sort and eject these objects which all follow a more or less random (non-deterministic) movement depending on their density, their coefficient of penetration into the air and random air movements in the sorting area.
  • a sorting installation for particles may comprise, with reference to the Figure 6 , a hermetically closed zone 66 and/or under depressurization.
  • This zone 66 is arranged above at least part of the conveyor and the sorting flap.
  • air friction is at least partially eliminated, resulting in a free fall movement in a vacuum where all the objects then follow exactly the same trajectory.
  • a strength Even weak electromagnetic radiation is then a discrimination factor and makes it possible to sort objects of all sizes.
  • Sorting system including several air gaps
  • One or more air gaps can be adapted to sort objects of different sizes and very different particle sizes.
  • the core may comprise several first portions 1a, 1b, 1c and several second portions 2a, 2b, 2c.
  • an air gap is formed between the first portion 1a and the edge 14 of the magnetic element of the sorting flap, and other air gaps E2b, E3c are formed between the first portions 1b, 1c and the magnetic elements 4b, 4c respective.
  • the passage of the magnetic field in the air is limited for each air gap as described for the air gap E1.
  • a strong gradient of the magnetic field in the air is located in a respective zone around each air gap.
  • the air gaps E2, E3, E2b, E3c thus each form an additional magnetic barrier opposing the passage of non-magnetic metallic objects.
  • the purpose of the succession of the first portions 1a, 1b, 1c is to give momentum to the ejected objects when they begin to experience air friction.
  • the air gaps E1, E2, E3 or E1a, E2b, E3c are arranged at a distance of a few centimeters between them.
  • the air gaps are arranged at a distance of approximately 5 cm between the middle of each air gap.
  • air gaps E1, E2, E3 or E1a, E2b, E3c are arranged at a distance of several tens of centimeters.
  • Such an embodiment makes it possible to create a respective ejection zone for each air gap.
  • Each ejection zone can thus have different settings.
  • Such adjustments make it possible to eject objects of very different size, weight or shape in each ejection zone corresponding to the respective air gaps.
  • Such a configuration can be considered for example when the mixture of objects to be sorted is of a very inhomogeneous composition.
  • Another embodiment of a sorting system comprises several magnetic circuits arranged in series through which a common means of transport such as a conveyor 6.
  • the spacings and size of said magnetic circuits are defined according to the size and speed of movement of the objects, the density and intensity of the magnetic field.
  • Such an installation may include an ejection zone suitable for sorting bulky objects, an ejection zone making it possible to sort stainless steel objects, and an ejection zone making it possible to sort small or large objects. other objects with distinct properties.
  • the installation further comprises a system for sorting magnetic objects comprising magnets, arranged upstream of the sorting system according to the invention, in order to evacuate the magnetic objects before the mixture of objects passes through the sorting system.
  • the sorting flap may be energized by an alternating current source to form an active part of the magnetic system.
  • the alternating current source is synchronous with the current source supplying the windings and oriented in the same direction.

Landscapes

  • Sorting Of Articles (AREA)
  • Discharge Of Articles From Conveyors (AREA)

Abstract

L'invention concerne un système de tri par séparation magnétique d'objets métalliques, comprenant :- un noyau électromagnétique comprenant :• au moins une première portion (1),• une seconde portion (2),• et un fond (3),- un volet de tri agencé en regard dudit noyau électromagnétique de sorte à ménager, un espace de circulation pour un convoyeur (6) d'objets à trier de la première portion (1) vers la seconde portion (2),ledit système de tri étant caractérisé en ce que le volet de tri comprend un élément magnétique (4) agencé de manière à former un entrefer (E1) entre la première portion et le volet de tri, ledit entrefer formant une barrière magnétique s'opposant au passage d'objets métalliques non magnétiques, de sorte que lesdits objets sont éjectés du convoyeur (6),la seconde portion étant agencée pour assurer un retour des lignes de champ magnétique vers la première portion.

Description

    DOMAINE DE L'INVENTION
  • La présente invention concerne un système de tri d'objets métalliques.
    • ETAT DE LA TECHNIQUE
  • Les objets magnétiques, comme le fer, l'acier et certains alliages inoxydables magnétiques peuvent être facilement extraits avec des champs magnétiques statiques puis être recyclés.
  • Le tri et la récupération des objets métalliques non magnétiques sont effectués en utilisant un champ magnétique alternatif, produisant des courants électriques induits dans lesdits objets, qui sont conducteurs d'électricité. Ces courant induits interagissent avec ce même champ magnétique environnant pour donner naissance à des forces électromagnétiques dont la direction est celle du gradient de champ magnétique décroissant. Dans les dispositifs de tri par séparation magnétique, on peut utiliser ces forces afin de dévier les objets conducteurs de l'électricité, qui sont typiquement métalliques.
  • Une solution utilisée aujourd'hui pour créer un champ magnétique alternatif est la roue polaire. Cette solution implique de faire tourner une roue polaire constituée d'une alternance d'aimants permanents. L'alternance de polarité des aimants entrainés en rotation crée un champ magnétique variable pouvant atteindre plusieurs Tesla. Les objets non magnétiques conducteurs de l'électricité sont entrainées dans ce champ magnétique variable tournant et sont accélérés par rapport aux objets non conducteurs de l'électricité.
  • Un tel système est décrit dans le document FR 2116430 . Ce système est fonctionnel pour des pièces en aluminium suffisamment grosses qui sont légères et suffisamment conductrices. Cependant la construction mécanique dudit système implique une limitation de la fréquence du champ magnétique. Pour cette raison, ledit système ne permet pas de trier les matériaux insuffisamment conducteurs d'électricité et trop denses tel que l'inox amagnétique et trie difficilement les matériaux très conducteurs et trop denses tel que le cuivre. Il présente également des problèmes de fiabilité et de sécurité importants, notamment en cas d'arrêt d'urgence, en raison de l'inertie de la roue polaire massive.
  • Une autre solution est d'utiliser un tapis passant au-dessus de l'entrefer d'un électroaimant alimenté avec un courant électrique alternatif. Un tel système est décrit dans le document WO2017/044863 . Le principe est d'utiliser les courants électriques tourbillonnaires induits dans les objets en présence du champ magnétique alternatif non homogène pour créer des forces électromagnétiques dont la direction est le gradient du champ magnétique.
  • L'énergie magnétique E mag du système s'élève à E mag = 1 2 * H B V
    Figure imgb0001
  • H étant l'excitation magnétique, B l'induction magnétique et V le volume de l'espace externe excité correspondant à l'entrefer. La puissance réactive du système correspond à l'évacuation puis à la génération de cette énergie magnétique à chaque période de fonctionnement, c'est-à-dire environ 20 000 à 100 000 fois par seconde.
  • Ce système nécessite donc une puissance réactive très importante pour créer le champ magnétique à l'entrefer, notamment pour les grands entrefers qui ne sont pas délimités.
  • On peut augmenter l'efficacité d'un tel système en réduisant la dimension de l'entrefer. Cependant, lorsque l'entrefer est petit, la zone de tri est petite également et elle ne permet donc pas de trier des grands volumes d'objets, ni des objets de tailles très différentes. Or pour pouvoir obtenir une application industrielle, il est nécessaire de trier plusieurs centaines de kilogrammes d'objets par heure avec des systèmes de convoyeurs et de tri pouvant atteindre plusieurs mètres de large.
  • Aucun de ces dispositifs ne prend en compte les frottements de l'air qui sont en effet négligeables pour les objets de gros volume mais sont prépondérants pour les petites particules, notamment pendant des phases de chute ou de rebond qui sont typiquement présents au cours du tri par un champ magnétique alternatif. Les frottements de l'air vont influer sur la résultante des forces subies par les objets.
    • EXPOSE DE L'INVENTION
  • Un but de l'invention est de proposer un dispositif de tri par séparation magnétique d'objets métalliques non magnétiques permettant de trier des grands volumes de produits de toute forme et/ou taille (déchets, produits recyclables, poudres, ...) et des mélanges d'objets de tailles très différentes. L'invention vise également à trier des objets en des matériaux présentant une très forte conductivité électrique, tels que le cuivre, ou une très faible conductivité électrique, tels que l'inox amagnétique.
  • A cet effet, l'invention propose un système de tri par séparation magnétique d'objets métalliques, comprenant :
    • ∘ un noyau électromagnétique comprenant :
      • ∘ au moins une première portion comportant un bobinage,
      • ∘ une seconde portion, la seconde portion étant plus large que la première portion,
      • ∘ et un fond reliant la première portion à la seconde portion,
    • ∘ un volet de tri agencé en regard dudit noyau électromagnétique de sorte à ménager, entre le volet de tri et le noyau électromagnétique, un espace de circulation pour un convoyeur d'objets à trier de la première portion vers la seconde portion,
    • ledit système de tri étant caractérisé en ce que le volet de tri comprend un élément magnétique agencé de manière à former un entrefer entre la première portion et le volet de tri, ledit entrefer formant une barrière magnétique s'opposant au passage d'objets métalliques non magnétiques, de sorte que lesdits objets métalliques non magnétiques sont éjectés du convoyeur,
    • la seconde portion étant agencée entre le fond et une portion de l'élément magnétique du volet de tri opposée à l'entrefer pour assurer un retour des lignes de champ magnétique vers la première portion.
  • Une telle géométrie permet d'optimiser la distribution du champ magnétique pour l'éjection des objets métalliques non magnétiques. En outre, le système de tri est très réactif, notamment en cas d'arrêt d'urgence, et présente ainsi des avantages en termes de fiabilité et de sécurité.
  • De préférence, l'élément magnétique du volet de tri s'étend parallèlement au convoyeur.
  • Avantageusement, l'élément magnétique du volet de tri se présente sous la forme d'une plaque plane.
  • De manière avantageuse, le volet de tri comprend au moins une portion non magnétique.
  • Dans certains modes de réalisation, l'élément magnétique présente un bord agencé en regard de la première portion dans une direction transversale au convoyeur, ledit bord étant biseauté de sorte à former un plan incliné orienté dans le sens de circulation du convoyeur en s'éloignant du noyau électromagnétique. Le volet de tri peut comprendre en outre au moins une plaque magnétique parallèle au bord biseauté de l'élément magnétique, chaque plaque étant agencée en regard de la première portion pour former un entrefer respectif formant une barrière magnétique supplémentaire s'opposant au passage d'objets métalliques non magnétiques.
  • De préférence, la portion non magnétique du volet de tri comprend une rampe d'éjection des objets métalliques non magnétiques s'étendant sur l'élément magnétique du côté opposé au noyau électromagnétique, ladite rampe d'éjection étant coplanaire avec le bord biseauté de l'élément magnétique.
  • Avantageusement, le bord biseauté de l'élément magnétique est en retrait par rapport à une région centrale de la première portion dans le sens de circulation du convoyeur.
  • De manière avantageuse, la deuxième portion comprend un bobinage et le nombre de tours du bobinage sur la première portion est supérieur au nombre de tours du bobinage sur la deuxième portion.
  • La surface de l'au moins une première portion opposée au fond peut présenter au moins un chanfrein le long de l'entrefer.
  • De préférence, le système de tri comprend une ou plusieurs pièces magnétiques agencées entre l'élément magnétique du volet de tri et la deuxième portion du noyau électromagnétique pour guider le champ magnétique dans ces pièces magnétique et ainsi minimiser le trajet des lignes de champ magnétique dans l'air entre le volet de tri et la deuxième portion.
  • De manière avantageuse, l'au moins une première portion et la deuxième portion sont en ferrite, et/ou l'élément magnétique du volet de tri est en ferrite.
  • L'invention se rapporte aussi à une installation de tri d'un ensemble d'objets contenant des objets métalliques, comprenant
    • ∘ un système de tri tel que décrit ci-dessus, et
    • ∘ un convoyeur adapté pour transporter l'ensemble d'objets en direction du système de tri, ledit convoyeur étant agencé de sorte à traverser le système de tri entre le noyau électromagnétique et le volet de tri, la barrière magnétique formée par l'un entrefer entre la première portion du noyau électromagnétique et le volet de tri étant adaptée pour éjecter les objets métalliques non magnétiques, et
    • ∘ un système de récupération agencé pour récupérer les objets métalliques non magnétiques éjectés.
  • De préférence, le convoyeur est une bande de convoyage ou une glissière.
  • De manière avantageuse, l'installation de tri comprend en outre une zone hermétique agencée au-dessus d'au moins du convoyeur et du volet de tri, et un dispositif de dépressurisation agencé de manière à créer, dans ladite zone, un mouvement d'air adapté pour orienter les objets métalliques non magnétiques éjectés par le système de tri magnétique dans une direction définie.
  • Dans certains modes de réalisation, l'installation de tri comprend un système de refroidissement du noyau électromagnétique.
  • L'invention se rapporte aussi à un procédé de tri d'objets métalliques, comprenant
    • ∘ le transport d'un ensemble d'objets métalliques dans une installation telle que décrite ci-dessus,
    • ∘ l'éjection des objets métalliques non magnétiques par la barrière magnétique,
    • ∘ le passage des objets non métalliques dans l'entrefer entre la première portion du noyau électromagnétique et le volet de tri.
    BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
    • La figure 1 une vue schématique en coupe du principe d'éjection des particules conductrices avec un volet de tri faisant partie du circuit magnétique
    • La figure 2 illustre un système d'éjection sur une grande largeur pour trier des grandes quantités d'objets.
    • La figure 3 est une vue schématique des lignes du champ magnétique dans un système de tri de déchets selon l'invention.
    • La figure 4 illustre un système de tri 4 comprenant plusieurs plaques parallèles à la surface biseautée du volet.
    • La figure 5 est une vue schématique des lignes du champ magnétique dans un système de tri d'objets métalliques non magnétiques comprenant plusieurs plaques parallèles à la surface biseautée du volet.
    • La figure 6 est une vue schématique en coupe d'une installation de tri de comprenant système de vide partiel.
    • La figure 7 illustre un système de tri de déchets comportant des bobinages sur les deux portions et un moyen de fermeture du circuit magnétique.
    • La figure 8 illustre un système de tri de déchets comportant des bobinages sur les deux portions, plusieurs plaques parallèles à la surface biseauté du volet, et un moyen de fermeture du circuit magnétique.
    • La figure 9 illustre un système de tri avec plusieurs volets de tri.
    DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION Présentation du système
  • Les figures 1 et 2 illustrent un système de tri par séparation magnétique d'objets métalliques non magnétiques selon l'invention.
  • Le système permet de récupérer par exemple les objets métalliques dans les déchets tels que des métaux dans des déchets ménagers ou industriels et des produits broyés à recycler tels que des fenêtres, des palettes de bois, des câbles ou du verre. Une autre application est la transformation de grains alimentaires ou poudres pharmaceutiques, qui peuvent contenir des métaux conducteurs non-ferreux indésirables à retirer.
  • La taille desdits objets peut être très variable selon les applications. La taille des objets (entendue comme étant leur plus grande dimension) peut être comprise de 0,1 mm à 10 cm dans au moins deux directions.
  • Le système de tri comprend un noyau électromagnétique comprenant une première portion 1, une seconde portion 2 plus large que la première portion, et un fond 3 reliant la première portion à la seconde portion. De manière avantageuse, les portions 1 et 2 et le fond 3 sont de forme essentiellement parallélépipédique, assemblés en U. Dans certains modes de réalisation, les portions 1 et 2 et/ou le fond peuvent être courbées et/ ou inclinées, formant ainsi un noyau dont la section peut être, de manière illustrative et non limitative, de forme circulaire ou triangulaire.
  • La première portion 1 du noyau comporte un bobinage 11. Dans certains modes de réalisation, la deuxième portion 2 comprend un autre bobinage 21. De préférence, le nombre de tours du bobinage 11 sur la première portion 1 est supérieur au nombre de tours du bobinage 21 sur la deuxième portion 2. Chaque bobinage est en fil conducteur électrique. De préférence, le bobinage est en fil de cuivre comportant une isolation électrique, ou en tube de cuivre. Le nombre de tours et d'ampères du bobinage, dit aussi nombre d'ampères-tours, est configuré pour fournir une induction magnétique proche de l'induction de saturation du circuit magnétique, soit environ 300mT pour une ferrite.
  • De manière avantageuse, le noyau électromagnétique comprend en outre un système de refroidissement. Un tel système de refroidissement peut, de manière illustrative et non limitative, comporter une plaque refroidissante, un dissipateur de chaleur ou un joint gonflable rempli d'un liquide de refroidissement, par exemple de l'eau.
  • Le système comprend en outre un volet de tri agencé en regard dudit noyau électromagnétique. Ledit volet de tri comprend un élément magnétique 4 agencé de manière à former un entrefer E1 entre la première portion 1 et le volet de tri. L'élément magnétique du volet de tri s'étend jusqu'à une zone à proximité de la face supérieure 20 de la deuxième portion 2.
  • De préférence, l'élément magnétique 4 du volet de tri est en ferrite doux, en un composite magnétique nanocristallin ou en une poudre de fer comprimée avec un isolant électrique. Le volet de tri peut en outre comporter une ou plusieurs portions 54 non magnétiques.
  • De manière avantageuse, l'élément magnétique 4 du volet de tri se présente sous la forme d'une plaque plane s'étendant de l'entrefer E1 jusqu'à une zone en proximité de la face supérieure 20 de la deuxième portion 2.
  • La partie magnétique du volet de tri et le noyau forment ainsi un circuit magnétique comprenant un espace de circulation d'objets à trier entre le volet de tri et le noyau. On définit ainsi une zone d'entrée des objets à l'entrefer E1, et une zone de sortie des objets non-métalliques entre le volet de tri et la surface opposée à la deuxième portion 2 du noyau 3.
  • Le transport des objets entre la zone d'entrée et la zone de sortie est effectué par un convoyeur 6 passant par ledit espace de circulation. Le convoyeur peut comprendre une bande de convoyage refermée sur elle-même et circulant entre les deux portions et le volet de tri. De manière avantageuse, l'élément magnétique 4 du volet de tri s'étend parallèlement à la bande de convoyage.
  • De manière alternative, le convoyeur peut être une glissière ou tout autre moyen de transport des objets.
    • Circuit magnétique
  • L'élément magnétique du volet de tri 4 présente un bord 14 agencé en regard de la première portion 1 dans une direction transversale au convoyeur 6. De préférence, ledit bord 14 est biseauté de sorte à former un plan incliné orienté dans le sens de circulation du convoyeur en s'éloignant du noyau électromagnétique.
  • Dans certains modes de réalisation, le bord biseauté de l'élément magnétique est aligné avec une région centrale 10 de la première portion 1. Dans d'autres modes de réalisation, ledit bord biseauté 14 est décalé par rapport à la région centrale 10 de la première portion 1 vers l'avant ou vers l'arrière dans le sens de circulation du convoyeur 6.
  • Dans certains modes de réalisation, en référence à la figure 4, le volet de tri comprend en outre une ou plusieurs plaques magnétiques 24, 34 parallèles au bord biseauté 14 de l'élément magnétique du volet de tri. Chaque plaque est agencée en regard de la première portion 1 pour former un entrefer respectif E2, E3. Le nombre de plaques 24, 34 et d'entrefers E2, E3 est indiqué à titre purement illustratif et non limitatif. Le nombre de plaques 24, 34 est typiquement compris entre 1 et 3 et peut être plus élevé dans certains modes de réalisation.
  • La portion non magnétique du volet de tri peut comprendre une rampe d'éjection 54. Dans ce cas, ladite rampe s'étend sur l'élément magnétique du volet de tri, du côté opposé au noyau électromagnétique
  • Quand le bord 14 est biseauté formant un plan incliné, la rampe d'éjection peut être coplanaire avec le bord biseauté de l'élément magnétique ou décalée dans une direction dans le sens de la circulation des objets ou être décalée dans la direction opposée au sens de la circulation des objets. Pour un système de tri avec des dimensions données, l'emplacement de la rampe est choisi de sorte à trouver un compromis entre le positionnement de la rampe par rapport à la zone de l'éjection et une bonne fermeture du circuit magnétique.
  • De manière avantageuse, le noyau est constitué d'un matériau conducteur de champ magnétique et suffisamment peu conducteur de l'électricité afin d'éviter un échauffement par induction. De préférence, le noyau est constitué d'un matériau présentant une forte valeur de saturation en champ magnétique (supérieur 300mT) et de faibles pertes magnétiques (Cycle d'hystérésis et par courant électrique induit) à la fréquence du courant électrique alternatif appliqué aux bobinages afin de produire une forte densité du champ magnétique à l'intérieur du noyau.
  • Par exemple, le noyau magnétique être constitué d'un matériau présentant une valeur de perméabilité magnétique relative µr comprise entre 10 à 100 voire plus. De manière avantageuse, le noyau est en ferrite doux, par exemple du type Mn-Zn CF297, 3C90 ou un matériau ayant des propriétés magnétiques proches voire une saturation magnétique plus élevée que ce matériau. De manière alternative, le noyau peut par exemple être en un composite magnétique nanocristallin ou en une poudre de fer comprimée avec un isolant électrique. De tels matériaux sont par exemple commercialisés sous les noms MPP, 3F3, 3c90, Nanodust™ KAM ou Nanodust™ KAH.
  • De préférence, la portion magnétique du volet de tri et, le cas échéant, chaque plaque 24, 34 est en ferrite doux, en un composite magnétique nanocristallin ou en une poudre de fer comprimée avec un isolant électrique, comme décrit pour le noyau magnétique. Les plaques 24, 34 et l'élément magnétique 4 du volet de tri peuvent être constitués du même matériau ou de matériaux différents.
  • La figure 3 illustre la concentration du champ magnétique dans un système de tri selon l'invention. La concentration maximale du champ magnétique est située dans la partie magnétique 4 du volet de tri et dans la première portion 1 du noyau magnétique. La concentration maximale du champ magnétique dans l'air est situé à l'entrefer E1. Le gradient maximal du champ magnétique dans l'air est situé dans une zone d'éjection 18 proche de l'entrefer E1.
  • Ledit entrefer E1 forme alors une barrière magnétique immatérielle, s'opposant au passage d'objets métalliques, y compris notamment les objets métalliques non magnétiques.
  • De préférence, la surface de la première portion 1 en face du volet magnétique 4 est petite, afin d'augmenter la concentration du champ magnétique et du gradient de champ magnétique dans une zone d'éjection 18 en proximité de l'entrefer E1.
  • La surface 10 de la première portion opposée au fond présente peut comporter un ou plusieurs chanfreins 17a, 17b agencées sur les angles entre la surface 10 et les faces de la portant les bobinages. Lesdits chanfreins s'étendent le long de l'entrefer et permettent de réduire la surface de la première portion en face du volet de tri et ainsi augmenter la concentration du champ magnétique autour des entrefers E1. Des tels chanfreins évitent en outre la saturation de l'élément magnétique dans les arrêtes de la première portion 1.
  • L'élément magnétique du volet de tri s'étend jusqu'à une zone proche de la surface 20 de la seconde portion 2 et est ainsi agencé de sorte à créer un retour de champ magnétique vers la seconde portion 2. Le trajet du champ magnétique est privilégié dans l'élément magnétique du volet de tri. Le trajet du champ magnétique dans l'air est ainsi minimisé. L'élément magnétique du volet de tri est ainsi une partie intégrante du circuit magnétique. Un tel agencement permet d'augmenter le champ magnétique et le gradient du champ magnétique dans la zone d'éjection en proximité de l'entrefer E1 pour une puissance donnée.
  • Le champ magnétique exerce une force d'attraction entre le circuit magnétique dans le noyau et le volet de tri. Il faut donc prévoir un maintien mécanique de la rampe d'éjection pour éviter le fléchissement de la rampe sous l'effet de cette force d'attraction.
  • La seconde portion 2 assure un retour des lignes de champ magnétique vers la première portion 1. Elle comprend de préférence une surface large afin de repartir le champ magnétique de manière uniforme et faible, le flux magnétique restant constant. En outre, la seconde portion 2 s'étend proche de l'élément magnétique 4 du volet de tri afin de minimiser l'étendue du champ magnétique dans l'air.
  • De manière avantageuse, comme illustré sur la figure 7 et la figure 8, une ou plusieurs pièces magnétiques 9 sont agencées entre l'élément magnétique du volet de tri et la deuxième portion 2 du noyau électromagnétique. Lesdits pièces magnétiques sont agencées pour guider le champ magnétique et ainsi minimiser le trajet des lignes de champ magnétique dans l'air entre le volet de tri et la deuxième portion 2. En outre, la géométrie des pièces magnétiques 9 permet le passage du convoyeur, et des objets non-éjectés transportés sur le convoyeur sous le volet.
  • Les paramètres du système sont choisis dans l'objectif de diminuer la reluctance R du circuit magnétique, c'est-à-dire le rapport de la longueur l du circuit magnétique et du produit de la perméabilité µ et de la surface S : R = l μ ∗ S
    Figure imgb0002
  • Dans le système de tri, on peut distinguer quatre zones de reluctance. La première zone correspond au noyau magnétique avec, le cas échéant, des pièces magnétiques 9 et/ou des plaques 23, 24, La deuxième zone est la partie magnétique du volet de tri. Dans ces zones, la surface S correspond à la section de chaque partie respective.
  • La troisième zone est la zone d'éjection, et la quatrième zone correspond à la zone au-dessus de la deuxième portion 2, assurant le retour ou bouclage du champ magnétique. Dans la troisième et quatrième zone, la surface S est la section dans laquelle passent les lignes du champ magnétique. Ladite surface S correspond aux surfaces supérieures de la première portion 1 et la deuxième portion 2 agencées en face du volet de tri.
  • Dans la première zone, la longueur / correspond à la somme des longueurs de la première portion 1, du fond, de la deuxième portion 2 et, le cas échéant, les plaques 23, 24 et/ou des pièces magnétiques 9 dans la direction des lignes du champ magnétique. Dans la deuxième zone, la longueur est la longueur du volet de tri.
  • Dans la troisième zone, la longueur / correspond à la largeur de l'entrefer. Dans la quatrième zone, la longueur / est la distance entre la deuxième portion 2 et le volet de tri plus, le cas échéant, les distances entre les plaques 23, 24 et la partie magnétique du volet de tri.
  • La perméabilité magnétique du matériau µ s'exprime par le produit de la perméabilité du vide µ0 et de la perméabilité relative µr : μ = μ 0 * μ r
    Figure imgb0003
  • µ0 est une constante universelle, la constante magnétique (ou perméabilité magnétique du vide), qui vaut 4π × 10-7 H/m. Dans l'air, la perméabilité magnétique relative µr est approximativement égale à 1. Le matériau du circuit magnétique présente typiquement une perméabilité magnétique relative de 10 à 100. Plus la perméabilité magnétique d'un élément est forte, plus la reluctance dans cet élément est faible. Cependant, une perméabilité magnétique relative plus élevée entrainerait une baisse trop importante de la valeur de saturation en champ magnétique et impliquerait une perte d'énergie conduisant à un échauffement important.
  • Le nombre d'Ampère-tours qui dimensionne le circuit magnétique est donné par la loi d'Hopkinson : F = N . I = R . ϕ
    Figure imgb0004
     ϕ étant le flux d'induction magnétique. Ledit flux correspond à l'induction magnétique dans une surface donnée. Dans la zone d'éjection, on cherche à augmenter le flux magnétique ϕ sans diminuer la surface concernée, afin de pouvoir trier une certaine quantité et un certain volume d'objets.
  • La réluctance Rtotale du système de tri est la somme de quatre reluctances pour les quatre zones du système de tri, chaque reluctance étant donnée par l'équation (1) avec les paramètres longueur l, surface S et perméabilité magnétique µ des quatre zones respectives Rtotale = R 1 + R 2 + R 3 + R 4
    Figure imgb0005
     où R1 est la reluctance magnétique du noyau magnétique, R2 est la reluctance magnétique de l'élément magnétique du volet de tri, R3 est la reluctance de la zone d'éjection, et R4 la reluctance dans la zone de retour ou bouclage du champ magnétique.
  • Parmi ces quatre zones, la zone troisième et quatrième zone concernent un champ magnétique dans l'air.
  • En raison de la perméabilité magnétique relative élevée, typiquement comprise entre environ 10 et 100, dans le circuit magnétique, la reluctance dans ce circuit est faible et peut être négligée par rapport à la reluctance dans la troisième et quatrième zone dans lesquelles le champ magnétique est dans l'air.
  • L'équation précédente peut donc être simplifiée : Rtotale = R 3 + R 4
    Figure imgb0006
  • On cherche donc à raccourcir la longueur du champ dans ces zones dans l'air, en rapprochant le plus que possible l'entrefer à la surface supérieure de la deuxième portion 2.
  • La reluctance R3 de la zone d'éjection est liée à la géométrie du système et ne peut quasiment pas être modifiée.
  • Concernant la quatrième zone de retour ou bouclage du champ magnétique, la distance entre le noyau magnétique et l'élément magnétique du volet de tri présente une distance minimale permettant aux objets non éjectés d'être évacués. Elle est donc imposée par des considérations mécaniques. Cependant, le système de tri est préférablement conçu de sorte que la surface S de cette zone soit la plus grande possible.
  • Une possibilité de réduire la reluctance sur le trajet de retour (bouclage) est d'ajouter des pièces magnétiques 9 sur l'entrefer, par exemple des rouleaux, éventuellement discontinus, qui permettent à la fois de guider le champ magnétique dans un trajet à forte perméabilité magnétique. De plus, ces pièces 9 peuvent effectuer un mouvement mécanique facilitant le passage des éléments non conducteurs et non éjectés.
  • Le fait de limiter le champ magnétique dans l'air et d'optimiser le passage du champ magnétique dans des éléments magnétiques du système permet de réduire la puissance réactive nécessaire.
  • La géométrie du noyau prend en compte le champ magnétique afin d'obtenir une zone de champ magnétique la plus concentrée dans la zone d'éjection des objets métalliques. On évite ainsi les angles droits, notamment aux abords de la zone d'éjection afin d'éviter la saturation du champ magnétique dans lesdits angles.
    • Application d'un champ magnétique
  • Quand le noyau électromagnétique est alimenté par un générateur de courant électrique appliquant un courant électrique alternatif aux bobinages 11, 21, un champ magnétique alternatif est établi dans le noyau, l'élément magnétique 4 du volet de tri, et l'entrefer E1. Un tel courant électrique présente typiquement une intensité d'environ 2400A.tours, reparti par exemple sur 20 tours à 120 A chacun. Ce courant crée un champ magnétique compris entre 0,3 et 0,4 T dans un noyau en ferrite et environ 0,1 T dans l'entrefer E1. Le nombre de fils et donc de tours est limité par l'espace dans l'installation, l'échauffement dû au courant électrique, et des éventuels problèmes de surtension.
  • La fréquence est choisie en fonction de la taille et la distribution des tailles des objets à trier. Elle est typiquement comprise entre 20 et 35 kHz et peut monter jusqu'à 150 kHz. De manière générale, on applique des fréquences plus élevées quand les objets à trier sont plus petits, et des fréquences plus basses pour des plus grands objets à trier. Cependant, une fréquence élevée implique un échauffement et des pertes électrique importantes. L'inductance et la capacité seront donc pris en compte pour déterminer la fréquence du fonctionnement.
    • Procédé de tri
  • Lorsqu'un objet métallique non magnétique est placé dans un champ magnétique unidirectionnel sur un axe dont la valeur augmente sur un deuxième axe perpendiculaire au premier axe, des courants électriques tourbillonnants à l'intérieur de l'objet sont induits. L'interaction desdits courants électriques tourbillonnants avec le champ magnétique engendre des forces électromagnétiques (connues sous le nom de force de Lorentz) perpendiculaires aux lignes de valeur de champ magnétique constante. La force exercée sur l'objet métallique dans une zone de champ magnétique fort est plus importante que la force sur ledit objet dans une zone de champ magnétique plus faible. Le gradient de champ magnétique implique une résultante des forces qui pousse l'objet métallique dans le sens de la décroissance du champ magnétique.
  • Les courants électriques induits dans les objets dépendent de la conductivité électrique de la matière, de leur forme et surface, mais également de la fréquence du champ magnétique. Les courants électriques induits ont la même fréquence que celle du champ magnétique appliqué, et un effet de peau se produit dans l'objet. Plus la fréquence du champ magnétique alternatif est élevée, plus le courant électrique va circuler en surface de l'objet.
  • Pour les particules fines cet effet permet d'éviter que le courant électrique induit ne soit annulé par le courant électrique induit circulant dans la surface opposée. En augmentant la fréquence du champ magnétique, on facilite ainsi l'éjection des particules fines car les forces ne sont pas atténuées par l'annulation des courants électriques induits.
  • Quand un ensemble d'objets à trier est transporté vers l'entrefer par le convoyeur 6 en direction de la première portion 1, un tel courant électrique tourbillonnant se produit dans les objets métalliques non magnétiques s'approchant à l'entrefer. Un objet métallique peut ainsi être éjecté dans une direction dépendant du gradient du champ magnétique.
  • En outre, la gravité, un éventuel frottement avec l'air et/ou des objets solides tels que la rampe d'éjection, et des courants d'air peuvent exercer d'autres forces pouvant ralentir les objets éjectés ou modifier leur trajectoire et doivent être pris en compte pour la conception du système de tri. La géométrie du système de tri doit alors être adaptée aux forces supplémentaires exercées sur les objets, en assurant que le gradient du champ magnétique est proche de sa valeur maximale dans la zone d'éjection des objets, et que la direction dudit gradient est orientée dans la direction souhaité pour l'éjection. Par exemple, on peut ajuster la position du bord biseauté du volet de tri, et, le cas échéant, la rampe d'éjection en optimisant la largeur de l'entrefer et le positionnement de ladite rampe par rapport à la zone d'éjection en fonction du gradient du champ magnétique à proximité de l'entrefer.
  • Les objets métalliques éjectés au niveau de l'entrefer sont, le cas échéant, guidés par la rampe d'éjection vers un système de récupération d'objets métalliques. Les objets non-métalliques ne sont pas éjectés au niveau de l'entrefer et peuvent être récupérés sur le convoyeur dans une étape ultérieure.
    • Installation de tri
  • Le tri et l'éjection de petits objets, présentant par exemple une section de 2mm × 2mm et une épaisseur de 0,1 mm, implique d'autres contraintes techniques en raison du frottement de l'air. Les forces électromagnétiques qui agissent sur les petits objets sont, en-dessous d'une certaine taille en fonction du poids et de la géométrie des particules, négligeables par rapport aux forces de frottement de l'air. Le faible mouvement imposé par ces forces électromagnétiques n'est donc pas un facteur suffisamment discriminant pour trier et éjecter ces objets qui suivent tous un mouvement plus ou moins aléatoire (non déterministe) en fonction de leur densité, de leur coefficient de pénétration dans l'air et des mouvements d'air aléatoires dans la zone de tri.
  • Afin de trier des tels objets de petites dimensions, on essaie donc de diminuer ou supprimer le frottement de l'air. Dans ce but, une installation de tri pour des particules peut comprendre, en référence à la figure 6, une zone 66 hermétiquement fermée et/ou sous dépressurisation. Cette zone 66 est agencée au-dessus d'au moins une partie du convoyeur et du volet de tri. Dans cette zone 66 hermétique et/ou sous dépressurisation, le frottement d'air est au moins partiellement supprimé, résultant en un mouvement de chute libre dans le vide où tous les objets suivent alors exactement la même trajectoire. Une force électromagnétique même faible est alors un facteur de discrimination et permet de trier des objets de toutes dimensions.
    • Système de tri comprenant plusieurs entrefers
  • On peut adapter un ou plusieurs entrefers afin de trier des objets de différentes tailles et de granulométries très différentes.
  • Dans certains modes de réalisation, en référence aux figures 4 et 5, plusieurs entrefers E2, E3 sont formés entre la première portion 1 du noyau et des plaques 14. 24 parallèles au bord biseauté de l'entrefer E1.
  • Dans d'autres modes de réalisation, en référence à la figure 9, le noyau peut comprendre plusieurs premières portions 1a, 1b, 1c et plusieurs deuxièmes portions 2a, 2b, 2c. Dans ce cas, un entrefer est formé entre la première portion 1a et le bord 14 de l'élément magnétique du volet de tri, et d'autres entrefers E2b, E3c sont formés entre les premières portions 1b, 1c et les éléments magnétiques 4b, 4c respectifs.
  • Dans les modes de réalisation comprenant des entrefers supplémentaires E2, E3, E2b, E3c, le passage du champ magnétique dans l'air est limité pour chaque entrefer tel que décrit pour l'entrefer E1.
  • En référence à la figure 5, un fort gradient du champ magnétique dans l'air est situé dans une zone respective autour de chaque entrefer. Les entrefers E2, E3, E2b, E3c forment ainsi chacun une barrière magnétique supplémentaire s'opposant au passage d'objets métalliques non magnétiques.
  • La succession des premières portions 1a, 1b, 1c a pour but de redonner une impulsion aux objets éjectés lorsqu'ils commencent à subir les frottements de l'air.
  • Dans certains modes de réalisation, les entrefers E1, E2, E3 ou E1a, E2b, E3c sont agencés à une distance de quelques centimètres entre eux. A titre d'exemple illustratif et non limitatif les entrefers sont agencés à une distance d'environ 5 cm entre le milieu de chaque entrefer. On obtient ainsi une succession des forces électromagnétiques assurant une trajectoire plus forte et plus constante. Un tel agencement est utile afin de compenser les effets de frottement d'air quand tous les objets à trier sont de de petites dimensions, c'est-à-dire dont la dimension la plus grande est inférieure à environ 10 cm.
  • Dans d'autres modes de réalisation, plusieurs entrefers E1, E2, E3 ou E1a, E2b, E3c sont agencés à une distance de plusieurs dizaines de centimètres. Un tel mode de réalisation permet de créer une zone d'éjection respective pour chaque entrefer. Chaque zone d'éjection peut ainsi avoir des réglages différents. Des tels réglages permettent d'éjecter des objets de taille, de poids ou de forme très différente dans chaque zone d'éjection correspondant aux entrefers respectifs. Une telle configuration peut être envisagée par exemple quand le mélange d'objets à trier est d'une composition très inhomogène.
  • Un autre mode de réalisation d'un système de tri comporte plusieurs circuits magnétiques agencés en série dans lesquels passe un moyen de transport commun tel qu'un convoyeur 6. Les espacements et la taille desdits circuits magnétiques sont définis en fonction de la taille et de la vitesse de déplacement des objets, de la densité et l'intensité du champ magnétique.
  • On peut ainsi réaliser une installation de tri comprenant plusieurs zones d'éjection adaptées pour trier des objets selon leur forme, leur taille et leur matière. Par exemple, une telle installation peut comprendre une zone d'éjection adaptée pour trier des objets volumineux, une zone d'éjection permettant de trier les objets en inox, et une zone d'éjection permettant de trier les objets de petite taille ou d'autres objets ayant des propriétés distinctes.
  • De manière avantageuse, l'installation comprend en outre un système de tri d'objets magnétiques comportant des aimants, agencé en amont du système de tri selon l'invention, afin d'évacuer les objets magnétiques avant le passage du mélange des objets dans le système de tri.
  • Dans certains modes de réalisation, le volet de tri peut être excité par une source de courant alternatif afin de former une partie active du système magnétique. Dans ce cas, la source de courant alternatif est synchrone avec la source de courant alimentant les bobinages et orientée dans le même sens.
    • REFERENCES

Claims (18)

  1. Système de tri par séparation magnétique d'objets métalliques, comprenant :
    • un noyau électromagnétique comprenant :
    ∘ au moins une première portion (1) comportant un bobinage (11),
    ∘ une seconde portion (2), la seconde portion étant plus large que la première portion,
    ∘ et un fond (3) reliant la première portion à la seconde portion,
    • un volet de tri agencé en regard dudit noyau électromagnétique de sorte à ménager, entre le volet de tri et le noyau électromagnétique, un espace de circulation pour un convoyeur (6) d'objets à trier de la première portion (1) vers la seconde portion (2),
    ledit système de tri étant caractérisé en ce que le volet de tri comprend un élément magnétique (4) agencé de manière à former un entrefer (E1) entre la première portion et le volet de tri, ledit entrefer formant une barrière magnétique s'opposant au passage d'objets métalliques non magnétiques, de sorte que lesdits objets métalliques non magnétiques sont éjectés du convoyeur (6),
    la seconde portion étant agencée entre le fond et une portion de l'élément magnétique du volet de tri opposée à l'entrefer pour assurer un retour des lignes de champ magnétique vers la première portion.
  2. Système selon la revendication 1, dans lequel l'élément magnétique (4) du volet de tri s'étend parallèlement au convoyeur (6).
  3. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'élément magnétique (4) du volet de tri se présente sous la forme d'une plaque plane.
  4. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le volet de tri comprend au moins une portion (54) non magnétique.
  5. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'élément magnétique présente un bord (14) agencé en regard de la première portion (1) dans une direction transversale au convoyeur (6), ledit bord (14) étant biseauté de sorte à former un plan incliné orienté dans le sens de circulation du convoyeur en s'éloignant du noyau électromagnétique.
  6. Système selon la revendication 5, dans lequel le volet de tri comprend en outre au moins une plaque magnétique (24, 34) parallèle au bord biseauté (14) de l'élément magnétique, chaque plaque étant agencée en regard de la première portion (1) pour former un entrefer respectif (E2, E3) formant une barrière magnétique supplémentaire s'opposant au passage d'objets métalliques non magnétiques.
  7. Système selon l'une des revendications 5 ou 6 en combinaison avec la revendication 4, dans lequel la portion non magnétique du volet de tri comprend une rampe d'éjection (54) des objets métalliques non magnétiques s'étendant sur l'élément magnétique du côté opposé au noyau électromagnétique, ladite rampe d'éjection étant coplanaire avec le bord biseauté de l'élément magnétique.
  8. Système selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel le bord biseauté (14) de l'élément magnétique est en retrait par rapport à une région centrale (10) de la première portion (1) dans le sens de circulation du convoyeur (6).
  9. Système selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la deuxième portion comprend un bobinage et le nombre de tours du bobinage sur la première portion est supérieur au nombre de tours du bobinage sur la deuxième portion.
  10. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la surface (10) de l'au moins une première portion opposée au fond présente au moins un chanfrein (17a, 17b) le long de l'entrefer.
  11. Système selon l'une des revendications précédentes comprenant une ou plusieurs pièces magnétiques (9) agencées entre l'élément magnétique du volet de tri et la deuxième portion du noyau électromagnétique pour guider le champ magnétique dans ces pièces magnétique et ainsi minimiser le trajet des lignes de champ magnétique dans l'air entre le volet de tri et la deuxième portion.
  12. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'au moins une première portion (1) et la deuxième portion (2) sont en ferrite.
  13. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'élément magnétique (4) du volet de tri est en ferrite.
  14. Installation de tri d'un ensemble d'objets contenant des objets métalliques, comprenant
    ∘ un système de tri selon l'une des revendications précédentes, et
    ∘ un convoyeur (6) adapté pour transporter l'ensemble d'objets en direction du système de tri, ledit convoyeur étant agencé de sorte à traverser le système de tri entre le noyau électromagnétique et le volet de tri, la barrière magnétique formée par l'un entrefer (E1) entre la première portion du noyau électromagnétique et le volet de tri étant adaptée pour éjecter les objets métalliques non magnétiques, et
    ∘ un système de récupération agencé pour récupérer les objets métalliques non magnétiques éjectés.
  15. Installation selon la revendication 14, dans laquelle le convoyeur (6) est une bande de convoyage ou une glissière.
  16. Installation selon l'une des revendications 14 ou 15 comprenant en outre une zone hermétique (66) agencée au-dessus d'au moins du convoyeur et du volet de tri, et un dispositif de dépressurisation agencé de manière à créer, dans ladite zone, un mouvement d'air adapté pour orienter les objets métalliques non magnétiques éjectés par le système de tri magnétique dans une direction définie.
  17. Installation selon l'une des revendications 14 à 16, comprenant un système de refroidissement du noyau électromagnétique.
  18. Procédé de tri d'objets métalliques, comprenant
    ∘ le transport d'un ensemble d'objets métalliques dans une installation selon l'une des revendications 14 à 17,
    ∘ l'éjection des objets métalliques non magnétiques par la barrière magnétique,
    ∘ le passage des objets non métalliques dans l'entrefer entre la première portion (1) du noyau électromagnétique et le volet de tri.
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