FI61414C - Magnetseparator - Google Patents

Description

Γβ1 .... KUULUTUSJULKAISU tLAAAA

ygK [B] <11>UTLÄGGNINGSSKRIFT 61414 (45) C (51) Ky.lk|/'jj*«.CU3 £ ^ 1/Ö2 SUOM I — FI N LAN D (21) Ptt«ttll»k*in«i· — Puantaineknini TT3172 (22) Htkamitpllvl — An»6knlnpdtf 25.10.77 (23) Alkupftlvt—GlMghettdag 25.10.77 (41) Tullut luikituksi — Bllvtt offantHg 05.05.78

Pmtantti- Ja rekWteri hall itu· (44) Nlhtlvlkslpmon ]· kuuL|ulktitun pvm. —

Patent· och raglrtarstyralMn Antekan utitgd och utUkrtfMn puMicurmd 30.0L. 82 (32)(33)(31) Pyydetty etuolkeu*— a«gird priority 0 it. 11.76

Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) P 2650528.2 Toteennäytetty-Styrkt (71) Klöckner-Humboldt-Deutz Aktiengesellschaft, Deutz-Miilheimer-Str. Ill, 5000 Köln 80, Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (72) Gunter Ries, Karlsruhe, Klaus-Peter Jiingst, Karlsruhe, Siegfried Förster, Karlsruhe, Franz Graf, Karlsruhe, Wolfgang Lehmann, Leopoldshafen,

Karl-Heinz Unkelbach, Köln, Gottfried Duren, Köln, Saksan Liittotasa-valta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (7*0 Antti Impola (5*0 Magneettierotin - Magnetseparator

Keksinnön kohteena on magneettierotin magnetoituvien ja ei-magnetoituvien hiukkasten erottamiseksi magneettivuon läpi virtaamassa erotusvyönykkeessä, jolloin useampien magneettien tai magneettijärjestelmien kehittämä magneettikenttä ulottuu erotusvyöhykkeen suuntaisena magneettisesti avoimen kenttätilan läpi.

Magneettierottimen magneettijärjestelmän eräs luonteenomainen tunnusmerkki on sen voimaviivojen kulku. Rippuen voimaviivojen kulusta erotetaan toisistaan avoimia ja suljettuja rakenteita. Suljetussa rakenteessa on erotusvyöhyke sovitettu yhden tai useamman magneetin vastakkain sijaitsevien napojen tai napakenkien väliin. Tällöin syntyy magneettikenttä, jossa on lyhyet vapaat voimaviivat, jotka menevät navasta toiseen poikittain erotusvyöhykkeeseen nähden. Tämä voima-kaskenttäisten magneettierottimien yhteydessä edullisesti käytetty rakenne sallii magneettikentän keskittämisen mitä ahtairapaan tilaan ja erittäin suuren kenttävoimakkuuden saavuttamisen. Sovittamalla mag-neettinavat toisiaan vastapäätä saadaan voimaviivat menemään lyhyintä tietä navasta toiseen. Tämän vastakohtana sijaitsevat avojärjestelmän mukaan rakennetun magneettierottimen navat olennaisesti vierekkäin niin, että voimaviivojen on mentävä navasta toiseen taipuneina napojen yläpuolella olevan tilan läpi. Voimaviivat ulottuvat avoimessa kenttätilassa napojen yläpuolella, jolloin magneettinen kenttävoimakkuus kohtisuorasta napojen pintaa vastaan pienenee paljon.

2 6141 4

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada ensin selitetyn avoimen järjestelmän mukaan toimiva magneettierotin. Kenesinnön tehtävänä on parantaa avo järjestelmään perustuvaa magneettierotinta ja lisäksi osoittaa eräs periaatteellinen mahdollisuus suurentaa avojärjestelmän tehoa. Lajittelumenetelmien teknisen kehityksen, esim. suoraan tapahtuvan pelkistyksen takia on erittäin suuriarvoisten, mahdollisimman vähän epäpuhtauksia sisältävien rautakonsentraattien saamiseksi käynyt välttämättömäksi hienontaa malmeja vielä enemmän kuin tähän asti niin, että mineraalikomponentit tulevat mahdollisimman paljastetuiksi ja eristetyiksi. Tällöin syntyy hienon hienoja hiukkasia suurina tilavuus-virtoina, joita on voitava käsitellä edelleen magneettisesti, ja jotka pakottavat käyttämään magneettierottimia, joiden työtilat ovat laajat. Tällaiset laajat työtilat edellyttävät puolestaan suuren ulottuvuuden omaavia magneettikenttiä käsiteltävien hiukkasten sieppaamiseksi.

Tehtävä ratkaistaan keksinnön mukaan siten kuin on määritelty patenttivaatimuksissa. Keksinnön mukaisen sovituksen ansiosta saadaan syntymään avokettä, jossa magneettiset voimaviivat eivät tähänastisella tavalla kulje vierekkäisten napojen välillä, vaan eri magneettien tai magneettijärjestelmien välillä syntyy vastanapoja, jotka johtavat suurempaan voimaviivojen tiheyteen yhtä monta magneettia tai magneetti-järjestelmää käytettäessä. Tämä puolestaan suurentaa magneettisia voimia. Edullisesti voidaan tällöin eri magneettien tai magneettijärjestelmien välisen etäisyyden ja muotoilun avulla saavuttaa magneettisten voimaviivojen erikoinen muoto, joka verrattuna vastaavaan sovitukseen antaa tulokseksi magneettien tai magneettijärjestemien pinnan luona pienemmän, mutta suuremman etäisyyden päässä kuitenkin suuremman gradientin niin, että varsinkin laajat työtilat voidaan peittää yhdellä ainoalla magneettikentällä. Keksinnön mukaisella magneettikentällä on täten gradientin suhteen tähän asti saavuttamattomissa oleva edullinen muoto. Gradientin tällä muodolla on tähän asti saavuttamattomissa oleva tasaisuus magneettisten avoerottimien erottamisen suhteen niin, että myös mitä suurimmat laatuvaatimukset voidaan täyttää.

Keksinnön mukaan on magneettijärjestelmät muodostettu myös sähkövirran läpikulkemista johdinkeloista, joiden läpi sähkövirta menee samansuuntaisena. Tämän ansoista saavutetaan yksinkertaisesti magneetti järjestelmien keksinnön mukainen samansuuntainen sovitus.

Edelleen on keksinnön mukaan sähkövirran samansuuntaisesti läpi-kulkemat johdinkelat tehty raudattomiksi. Tämän ansiosta on mahdollista 3 61414 saavuttaa voimaviivojen muoto, joka suuntautuu virran läpikui kerniin johtimiin ja kehittää voimavuon, joka ei ole saavutettavissa yksittäis-navoilla, joiden rautasydän johtaa voimavuota.

Keksinnön erään toisen edullisen suoritusmuodon mukaan on ero-tusvyöhyke sovitettu avokentäksi välin päähän magneettien tai magneetti järjestelmien pinnoista. Tämän ansiosta saavutetaan magneettisen ero-tustilan erikoisen hyvin luoksepäästävissä oleva suoritusmuoto, jossa lisäksi erotusvyöhykkeen ja magneettien tai magneetti järjestelmien välistä tilaa käytetään kuljetusvälineen, eristeen tai ohjauselementin sovittamiseen, ilman että tämä vaikuttaa haitallisesti keksinnön mukaiseen tasaiseen magneettiseen erotuskenttään.

Keksinnön mukaan on eri magneettien tai magneetti järjestelmien keskipisteiden välinen etäisyys (L) toisistaan enintään 25 kertaa suurempi kuin erotusvyöhykkeen etäisyys (Z ) magneettien tai magneettijärjestelmien pinnasta ja on varsinkin rajoissa 15:1...10:1. Mainitut suhteet saavutetaan optimointilaskelmien perusteella, jotka osoittavat, että molempien etäisyyksien välinen alue on kertoimen 4 A alueella erikoisen edullinen (LW 4 *?K. ZQ), ja antavat tulokseksi varsinkin tällaisissa magneettierottimissa käytettyjen erittäin voimakkaiden yli 20 kGaussin suuruisten magneettikenttien yhteydessä kentän, joka erikoisen hyvin soveltuu hienojen ja hienompien hiukkasten magneettiseen erottamiseen, ja jossa suuri ulottuvuus liittyy suuriin gradientteihin, toisin sanoen erotusvoimiin.

Keksi nnön erään suoritusmuodon mukaan on virran samansuuntaisesti läpivirtaamat johdinkelat tehty suprajohtaviksi. Tämän toimenpiteen ansiosta saadaan varsinkin suurien tilavuusvirtojen yhteydessä mahdollisuus kehittää riittävän voimakkaita magneettikenttiä, ilman että tähän kuuluvaa magneettilaitteistoa on kovin paljon suurennettava ja sen hintaa nostettava. Tällöin on erikoisen edullista, että erotusvyöhykkeen ja magneettijärjestelmän pinnan välisten valittujen mittojen ansiosta on käytettävissä välitila, jota voidaan käyttää suprajohtavien magneettijärjestelmien eristämiseen, niin että kylmätehon menetykset voidaan supistaa hyväksyttävään määrään, ja että saadaan poistetuksi eräs oleellisin este suprajohtavuuden käyttämiseksi magneettierottimien rakentamisessa.

Keksinnön mukaan on edelleen magneetit tai magneetti järjestelmät upotettu pehmeämagneettiseen muoto-osaan. Tällä tavoin aikaansaadaan edullinen magneettinen vuorovaiktutus käytettyjen magneettien tai magneettijärjestlmien ja sen perusosan välillä, johon eri elementit on upotettu siten, että nämä elementit itsestään kiinnit- 4 61414 tyvät tähän perusosaan. Tämä on keksinnön mukaisten magaeettijärjestelmien yhteydessä erikoisen tärkeää, koska eri navat hylkivät toisiaan huomattavan suurilla voimilla, ja näiden napojen rakentaminen kaarevaan pintaan muuten tulisi johtamaan näiden magneettinapojen kiinnittämisestä aiheutuviin huomattaviin rakenteellisiin kustannuksiin.

Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaan on johdinkeloissa käämit, jotka on tehty elliptisiksi tai porrastetuksi sovitukseksi. Tällöin on edullisella tavalla mahdollista varsinkin siinä tapauksessa, että kelojen pituus vastaa työtilan leveyttä, saada kulloinkin e-siintyvään kenttävoimakkuuden muuttumiseen nähden työtilan koko leveydeltä tasainen kenttä, niin että jokaiseen malmihiukkaseen kohdistuvat samat magneettiset voimat kuin kaikkiin muihin hiukkasiin, riippumatta siitä missä tämä malmihiukkanen läpäisee erotusvyöhykkeen. Tällaisten pidennettyjen magneettikäämien käyttö on kylläkin ennestään tunnettu magneettisesta leijutekniikasta. Tällöin on tarkoituksena kuitenkin pienentää tarvittavien magneettijärjestelmien tai -napojen lukumäärää, kun taas tehtävä on keksinnön mukaisessa käytössä toinen, nimittäin varmistaa kentän ja esiintyvän gradientin tasaisuus.

Kelojen erään edullisen suoritusmuodon mukaan ovat johdinkelo-jen käämien eri johtimien väliset etäisyydet kelojen kapeissa päissä suuremmat kuin pituussivujen luona. Tämän toimenpiteen ansiosta vältetään magneettikentän haitallinen pistemäinen vahvistuminen päiden luona, ja saavutetaan itse asiassa yli koko kelan pituuden tasainen magneettikenttä. Kelojen päissä suoritettu johtimien erottaminen toisistaan riippuu tällöin kelojen geometriasta.

Keksinnön mukaan on magneettierotin tehty rumpumagneettierotti-meksi, jolloin elliptisten tai porrastettujen kelojen pituussuunta on rummun akselin suuntainen. Tämän ansiosta saadaan rumpumagneettierotti-men erikoisen edullinen suoritusmuoto, jossa samat erotusvoimat vaikuttavat kaikkiin erotusvyöhykkeen läpi meneviin hiukkasiin, kun erotettava tuote syötetään rummun kehäviivojen suunnassa. Syötettäessä erotettavaa tuotetta yhdensuuntaisena rummun akselin kanssa samankaltaisella tavalla kuin ristikaistaerottimessa, saavutetaan keksinnön mukaisen sovituksen ansiosta edelleen heikosti ja voimakkaasti magnetoituvien hiukkasten eri suuri poikkeutuminen syöttösuunnasta, niin että täten saadaan yksinkertaisella tavalla heikosti, keskinkertaisesti ja voimakkaasti magnetoituvat eri juonikivet erotetuiksi toisistaan.

Keksinnön mukaan ovat edelleen kelat kaarevat rummun kehäpin- nan suunnassa, jolloin kelojen akselien pituudet pienenevät uloimmista 5 61414 kerroksista alkaen kohti sisäkerroksia. Tällä tavoin saadaan magneetti järjestelmä sovitetuksi edullisella tavalla rummun geometriaan nähden, mikä erotustilanteessa luo kaikkialla samat olosuhteet ja samalla mahdollistaa pitempien kelojen käyttämisen, vaikkakin rummun sisätilat ovat rajoittuneet.

Samansuuntaisten magneettinapojen käyttäminen magneettierotti-men rummussa on kylläkin ennestään tunnettu saksalaisesta patenttijulkaisusta 919 641. Tällöin ei kuitenkaan ole kysymys avojärjestelmästä, kuten keksinnön yhteydessä on edellytetty, vaan suljetusta magneetti-järjestelmästä, jossa kulloinkin toimiva rummun pinta vaikuttaa eril-lisnapana, joka toimii yhdessä vastapäätä sijaitsevan, magneettisilla ikeillä toisiinsa yhdistettyjen vastaavien toisennapaisten rumpujen kanssa. Keksinnön periaate ei tämän takia ole ennestään tunnettu eikä myöskään ole lähellä tätä tunnettua rakennetta.

Keksintö selitetään seuraavassa lähemmin oheisten piirustusten perusteella.

Kuvio 1 näyttää kaaviollisena perspektiiviesityksenä voimavii-vojen kulkua suljetussa magneettijärjestelmässä.

Kuvio 2 näyttää perspektiiviesityksenä voimaviivojen kulkua a-voimessa magneettijärjestelmässä.

Kuvio 3 näyttää perspektiiviesityksenä kaaviollisesti voimavii-vojen kulkua keksinnön mukaisessa raudattomassa avojärjestelmässä.

Kuvio 4 esittää päältä päin kelojen keksinnön mukaista sovitusta rummun eräässä segmentissä.

Kuvio 5 esittää kelojen sovitusta rumpusegmentissä kuvion 4 vijvan V-V kohdalta tehtynä leikkauksena.

Kuvioissa 1, 2 ja 3 on esitetty eri magneettijärjestelmät ja niiden kaaviolliset voimavuot.

Kuviossa 1 kirjain N tarkoittaa vastakkain sijaitsevilla keskenään eri suurilla navoilla varustetun magneettijärjestelmän pohjoisnapaa 1 ja S etelänapaa 2. Pohjoisnavan 1 ja etelänavan 2 välillä menevät voimaviivat, jotka ovat kokonaisuudessaan suljetut. Kenttä on tasainen, ellei oteta huomioon reunahäiriöitä. Näitä voimaviivoja toisella reunalla kokoonpuristava napasovitus kuvaa suljetun magneettierot-timen periaatetta, jota etupäässä käytetään voimakaskenttäisissä mag-neettierottimissa.

Kuviosta 2 nähdään esimerkkinä avoimen magneettijärjestelmän normaali suoritusmuoto, jossa on muutamia pitkänomaisia napoja. Pohjoisnavat 3 ja etelänavat 4 on vuorotellen sovitettu vierekkäin, ja voimaviivat menevät kaarevina navasta viereiseen napaan. Huomattava 6 61414 osa voimaviivoista ulottuu vapaaseen napatason yläpuolella olevaan ti-lanpuoliskoon. Magneettikentän puitteissa esiintyy kohtisuorasti napojen pintaa vastaan olevassa suunnassa erittäin suuria kenttävomakkuu-den vaihteluja. Kentän läpi eri etäisyyksien päässä läpimenevät magneettiset hiukkaset tulevat täten magnetoiduiksi varsin eri voimakkaasti. Käytännössä voidaan ainoastaan välittömästi napapintojen yläpuolella olevaa tilaa käyttää hyödyksi.

Kuvio 3 esittää keksinnön mukaista magneettierotinjärjestelmää esimerkkinä, jossa on muutamia radattomia porrastettuja johdinkeloja.

Vierekkäin sovitettujen johdinkelojen 5 kehittämät voimaviivat, jotka yhtä suurta napojen lukumäärää käytettäessä menevät huomattavasti tiheämmin ja poikkeutuvat vähemmin kuin tähän asti tavanomaisissa avojär-jestelmissä. Keksinnön mukaan sijoitettujen magneettikelojen ja optimaalisten etäisyyksien ansiosta saadaan syntymään tasainen kenttä, jolla on erikoisen edullinen erotusvaikutus ja suuri ulottuvuus.

Kuvio 4 esittää päältä päin rummun vaipalta katsottuna rumpumag-neettierottimen keksinnön mukaista magneettijärjestelmää. Rummussa on vierekkäin sijaitsevat hieman elliptiset magneettikelat 7, jotka on käämitty pehmeämagneettiselle käämeistä vapaalle rummunosalle 6. Virran suuntaa näyttävistä nuolista nähdään, että kaikki vierekkäin sijaitsevat kelat vaikuttavat samaan suuntaan. Kelat on upotettu pehmeämagneet-tiseen muoto-osaan 9, niin että ne riippumatta kaarevuudestaan ja huomattavan suurista kelojen välisistä hylkimisvoimista on saatu kiinnitetyiksi rumpuun magneettisen peilin periaatteen mukaan, niin että tullaan toimeen ilman mitään erillistä kiinnitystä.

Kuvio 5 esittää kuvion 4 viivan V-V kohdalta tehtyä magneetti-kelojen poikkileikkausta. Magneettikelat 7 ovat rummun keskiakselia 10 kohti suipennetut. Rummun pituutta vastaava kelojen 7 leveys jää täten samaksi. Tällä tavoin on mahdollista käyttää rummun sisätila optimaalisesti hyödyksi ja huolimatta kelojen sinänsä epäedullisesta sovituksesta, joka syntyy sen takia, että kelojen akselit on sovitettu kohtisuorasta rummun akselia vastaan, saada kehittymään erittäin suuri kenttävoimakkuus. Voidaan luopua tästä suipennetusta muotoilusta siinä tapauksessa, että käytetään suprajohtavia keloja, jotka mahdollistavat suuria kenttävoimakkuuksia siinäkin tapauksessa, että niiden mitat o-vat pienet.

Piirustuksessa ei ole näytetty johdinkelojen keksinnön mukaista sovitusta laakeaan levyyn, joka on tehty vaakasuorassa riippuvaksi, η 61414 koska tämä levy vastaa kuvion 4 näyttämää rummun pintaa, jossa ei ole käämejä. Kelojen akselien mahdollinenpienentäminen jää pois, koska tässä tapauksessa ei esiinny mitään tilantarpeen aiheuttamia ongelmin.

Keksinnön soveltaminen ei rajoitu mainittuihin esimerkkeihin, vaan keksintöä voidaan yleisesti soveltaa magneettierotint.ekniikkaan . Niinpä voidaan esim. heikkokenttäiset magneettierottimet laboratorio-mittakaavassa varustaa kestomagneetein yhtä hyvin kuin suuret voima-kaskenttäiset erottimet varustaa suprajohtavin keloin. Kaikissa käyttö-tapauksissa saavutetaan positiiviset, tasaisesti erottavan kentän ansiosta mahdolliset tulokset. Keksintö ei rajoitu pelkästään sen käyttämiseen raudattomissa erottimissa, yhtä vähän kuin keksinnön mukainen periaate on rajoittunut käyttöön voimakaskenttäisissä erottimissa. Yhdessä sopivasti muotoiltujen erotintilassa olevien sisärakennelmien kanssa saadaan syntymään lukuisia edullisia vaikutuksia, joita ei yksityiskohtaisesti selitetä.

Claims (5)

8 61414

1. Magneettierotin magnetoitavien ja ei-magnetoitavien hiukkasten erottamiseksi magneettivuon läpi virtaavassa erotusvyö-hykkeessä, jolloin useampien magneettien tai magneettijärjestelmien kehittämä magneettikenttä ulottuu erot usvyöhykkeen suuntaisena magneettisesti avoimen kenttätilan läpi, tunnettu siitä, a) että erotusvyöhykkeen avokentän kehittävät magneetit tai magneettijärjestelmät on muodostettu sähkövirran läpi virtaamista johdinkeloista, jotka on sovitettu samansuuntaisiksi ja joiden läpi sähkövirta kulkee, b) että johdinkelat on tehty suprajohtaviksi ja ensisijassa raudattomiksi, c) että johdinkelat on upotettu pehmeämagneettiseen muoto- osaan .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen magneettierotin, tunnettu siitä, että johdinkelojen akselien pituudet pienenevät uloimmista kerroksista kohti sisäpuolisia kerroksia, ja että johdinkelojen käämeillä on kapeampien päiden luona suuremmat eri johtimien väliset etäisyydet kuin pitkittäissivuilla.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen magneettierotin, tunnettu siitä, että erotusvyöhyke on sovitettu avo-kentälle välin päähän magneettien tai magneettijärjestelmien pinnoista ja että erillisten magneettien tai magneettijärjestelmien keskietäisyyden suhde erotusvyöhykkeen etäisyyteen magneettien tai magneettijärjestelmien pinnoista on enintään 25:1 ja edullisimmin 15:1 ja 10:1 välillä.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 1-3 mukainen magneettierotin, tunnettu siitä, että magneettierotin on tehty rumpumagneettierottimeksi, ja että johdinkeloissa on elliptiset käämit, jotka sijaitsevat siten, että niiden pituusulottuvuus on rummun akselin suuntainen.

5. Jokin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen magneettierotin, tunnettu siitä, että johdinkelat ovat kaarevat rummun kehäpinnan suunnassa.