FI61415B - Trummagnetseparator med starkt faelt - Google Patents

Description

-rr- m fa! KUULUTUSJULKAISU s a λ λ Z

VÄÄTa ^ 11 utlAgg NINGSSKRI FT 61415 C Pater, L Li myönotty 10 CG lvG2 V Patent sedd :4at v(51) Ky.lk.Wel. W03 0 1/¾ SUOM I — Fl N LAN D (21) P»t*nttlh»k*mu» —P«*nc»f»eknlng 773173 (22) Htkemiipilv· — An*eknlng*dag 25.10.77 ^ (23) Alkupllvi—Glkigh«t*d«g 25.10.77 (41) Tullut luikituksi — Riivit offuntllg 05.05-78

Patentti· ja rekisterihallitu· NihUvtksiptnon |t kuuL|utktitun pvm. —

Patent- och registerstyrelsen Ansektn utiagd och uti.tkriftan pubikund 30.Oi. 82 (32)(33)(31) Pyydetty etuolkeut—Buglrd pHorltet Qk

Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) P 26505^0.8 Toteennäytetty-Styrkt (71) Klöckner-IIumboldt-Deutz Aktiengesellschaft, Deutz-Mulheimer-Str. 111, 5000 Köln 80, Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken lyskland(DE) (72) Gunter Ries, Karlsruhe, Klaus-Peter Jiingst, Karlsruhe, Siegfried Förster, Karlsruhe, Franz Graf, Karlsruhe, Wolfgang Lehmann, Leopolds-hafen, Karl-Heinz Unkelbach, Köln, Gottfried Diiren, Köln, Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken lysklandi DE) (7M Antti Impola (5*0 Voimakaskenttäinen rumpumagneettierotin - Trummagnetseparator med starkt falt

Keksinnön kohteena on voimakaskenttäinen rumpumagneettierotin, jossa on sen sisään kiinteästi sovitettu avoin magneetti järjestelmä,jossa on likimain ellipsin muotoisia keloja ja kelankannattimia magnetoitavasta materiaalista.

Magneettierottimista puheenollen erotetaan tavallisesti toisistaan heikkokenttäiset ja voimakaskenttäiset erottimet, joita käytetään, erilaisia iajittelutehtäviä varten. Heikkokenttäiset magneettierotti-met on yleensä tehty rumpuerottimiksi, joissa on avoimet magneettijärjestelmät, ja niitä käytetään pääasiallisesti voimakkaasti tai ainakin keskinkertaisesti magneettisten tuotteiden lajittelussa, kun taas voi-rnakaskent tä is issä erottimissa yleensä on suljetut magneetti järjestelmät, ja niitä käytetään pääasiallisesti heikosti magneettisten tuotteiden lajittelussa.

Tunnetaan myös ennestään voimakaskenttäisiä rumpumagneettier it-timia, jotka lajittelutekniseltä osaltaan eivät olennaisesti eroa heikkokenttäisistä rumpumagneettierottimista. Molemmissa järjetelmis-sä on kiinteä magneettijärjestelmä sovitettu pyörivän rummun sisään.

Heikkokenttäisten runpumagneettierottimien vastakohtana, joissa magneettikenttä läpäisee rummun koko leveyden, on magneetit tunnetuissa vo.imakaskent täisissä rumpumagneettierottimissa sovitettu siten, että magneettikenttä on rajoittunut korostettuihin vyöhykkeisiin. Mag- 2 61415 neettien kulloinkin kaksi napaa, jotka rummun seinämän sisäpuolella päättyvät suoraan tähän seinämään, jnuodostaa voimakkaan magneettikentän. Voimavuon vetämiseksi voimakkaammin ulospäin on rummun ulkokehälle sovitettu rengasmaiset ferromagneettiset ulkopuoliset navat.

Näiden ulkonapojen välisen pienen etäisyyden ansiosta voidaan tällöin saavuttaa suuria magneettisia voimia. Tämän hintana on kuitenkin pienemmän ulottuvuuden aiheuttama pienempi hyötysuhde, toisin sanoen lopullisena tuloksena on hyvin pieni lajittelukapasiteetti. Näissä voimakaskenttäisissä rumpumagneettierottimissa on erotettava tuote syötettävä kouruihin, jotka johtavat tämän tuotteen ulkonapojen väliin. Magnetoituva tuote tarttuu tällöin ulkonapoihin ja näiden välillä rumpuun ja huuhdotaan tai pyyhkäistään pois sen jälkeen, kun tämä tuote on rumpua kiertämällä poistettu magneettikentän alueelta.

Rengasmaisten napojen välisen puoliavoimen magneettikentän takia ei tehollinen kenttävoimakkuus ole voimakaskenttäisessä rumpumagneetti-erottimessä yhtä suuri kuin muissa tämänkaltaisissa erottimissa, eli ns. valssierottimissa, joiden työkenttä on sovitettu suljettuun magneetti järjestelmään, toisin sanoen kahden kiertyvään rumpuun ulkoapäin ilmaraoin sovitetun magneettinavan väliin.

Ennestään tunnetuissa voimakaskenttäisissä rumpumagneettierottimissa on esim. kenttävoimakkuus noin 0,8...1 T. Toisaalta mahdollistaa kuitenkin puoliavoin magneettikenttä karkeiden rakeiden erottamisen, joiden koko on esim. yli 5 mm.

Lisäksi on erotin käyttöteknisesti yksinkertainen sen ansiosta, että päästään vapaasti käsiksi seinämään, johon erotettava tuote kerääntyy, minkä lisäksi erotin on tukevarakenteinen ja voidaan erittäin helposti sovittaa erikoisvaatimuksiin, jotka kulloinkin riippuvat määrätyn käsittelytapauksen käsiteltävän tuotteen luonteesta ja raekoosta, varsinkin märkämagneettistä käsittelyä sovellettaessa. Tässä suhteessa on voimakaskenttäinen rumpumagneettierotin ylivoimainen voimakaskent-täiseen valssierottimeen verrattuna.

Edellä jo mainitun pienen kapasiteetin lisäksi on tunnettujen voimakaskenttäisten rumpumagneettierottimien toiseksi erikoishaitaksi osoittautunut, että tätä erotinta ei voida käyttää viimeaikoina yhä tärkeämmiksi tulevien sellaisten malmien erottamiseen, joiden hiukkas-koko osittain on paljon pienempi kuin 100/Aän.

Keksinnön tehtävänä on näin ollen tunnettujen voimakaskenttäisten rumpumagneettierottimien haitat välttäen aikaansaada taloudellisesti hyväksyttävin kustannuksin yksinkertainen erotintyyppi, jolla on huomattavasti suurempi voima ja laajempi käyttöala, niin että tämän erottimen avulla voidaan erottaa myös hyvin vähän magneettisia ja sopivasti kantajaväliaineeseen hienosti jakautuneita aineita. Suuren ulot- 3 61415 tuvuuden ansiosta on tällöin myös voitava lajitella suuria erotettavia tuotemääriä. Laskeutumisseinämän vapaa 1uoksepäästävyys on pysytettävä, mikä toisin sanoen tarkoittaa, että menetelmäteknisen suunnittelun pohjaksi on otettava avoin magneettijärjestelmä.

Tämä tehtävä ratkaistaan keksinnön mukaan siten, että magneetti järjestelmä on muodostettu yhdestä tai useammasta suprajohtavasta kelasta, jotka on upotettu jäähdytysväliainesäiliön sisään rummun kaa-revuuten sovitetun kelakannattimen uriin ja ulotettu sen kanssa rummun sektorileikkauksen yli, jolloin jäähdytysväliainesäiliö on poikkileikkaukseltaan tehty vastaavasti sektorimaiseksi ja rummun jäljelle jäävän sisätilan täyttää kryostaatti.

Kelojen toiminnallisesti optimaalisen muotoilun saavuttamiseksi on erottimen kelajärjestelmä edelleen keksinnön mukaan tehty sellaiseksi, että kelojen käämitysten akselit A-A menevät säteittäisesti rumpuun nähden.

Magneettisten voimien saattamiseksi jakautumaan tasaisesti erottimen työkentässä on erikoisen edullista, että kelat muodoltaan ovat likimain pitkänomaisia ellipsejä, joiden pituusakselit sopivasti on suunnattu magneettirummun pyörähdysakselin suuntaan.

Täten saadaan näet mitoiltaan suhteellisen suuri kenttiä kehittävä käämi, jolla on hyvä ulottuvuus samalla kun kenttägradiantti on hiukan pienempi verrattuna käämin pienempiin mittoihin. Tämä ei kuitenkaan ole mikää haitta, vaan on päinvastoin eduksi erottimen käytön kannalta, koska on osoittautunut, että käytettäessä riittävän voimakasta erittäin suurta kenttävoimakkuutta erottimen käytössä, ulottuvuus on vähintään yhtä tärkeä kuin magneettisen voiman suuruus.

Magneettikentän optimaaliseksi muotoilemiseksi, vast, ulottuvuuden optimoimiseksi on edelleen tarkoituksenmukaista, että kelat ovat kaarevat ellipsien pienien akselien suunnassa ja täten sovittuvat rummun muotoon.

Edelleen on osoittautunut edulliseksi, että vierekkäin sijaitsevat kelat magnetoidaan samaan suuntaan. Tämän ansiosta aikaansaadaan kelojen suhteellisen yksinkertaisen rekennemuodon ja sovituksen ansiosta edullisella tavalla voimanjakautuman mahdollisimman laaja homogenoituminen magneettierottimen työalueella suhteessa samaan säteittäiseen etäisyyteen järjestelmän keskikpisteestä M.

Edelleen tunnetaan keksinnön mukaisen voimakaskenttäisen rumpu-magneettierottimen eräs tarkoituksenmukainen suoritusmuoto siitä, että 4 61415

kelojen akselien pituussuhde pienenee niiden sisäkerroksista kohot D

ti niiden ulkokerroksia Crr).

Käämityksen tämä muotoilu on erikoisen merkityksellinen sikäli, että maksimoitaessa kenttää johtimien kääntöalueella eli ns. lcäämin-pään luona vältetään kääminpäiden sijoituksen ansiosta kentän luvaton liikäsuureneminen.

Otettaessa huomioon avoimen magneettijärjestelmän menetelmätek-nisesti edullinen rakenne on edelleen magneettijärjestelmän etäisyyden rummun ulkosivusta erottimen työalueella oltava mahdollisimman pieni magneettisen voiman ja ulottuvuuden käyttämiseksi optimaalisesti hyödyksi. Toisaalta pyritään suureen etäisyyteen, jotta lämmönvirtaus käsiteltävästä tuotteesta ja rummun vaipasta kryostaattoihin pysyisi mahdollisimman pienenä.

Tämän ongelman tekninen ratkaisu toteutetaan keksinnön mukaan optimaalisesti siten, että kelat sisältävän jäähdytysväliainesäiliön etäisyys rummun seinämästä on rumpuerottimen työalueella mahdollisimman pieni, kun taas tämä etäisyys on työalueen ulkopuolella huomattavasti suurempi.

Jäähdytysväliainesäiliön tässä suhteessa edullisen suoritusmuodon mukaan on tämä säiliö poikkileikkaukseltaan tehty likimain sektori-maiseksi rumpuun nähden, ympyrämäiseen poikkileikkaukseen verrattuna.

Keksinnön mukaisen erottimen eräs edullinen sovitus saadaan myös siten, että kiinteän jäähdytysväliainesäiliön ulkoseinämä on yhdessä kelasovituksen sisältävien kryostaattien kanssa tehty rummuksi.

Tällöin voidaan keksinnön mukaan kryostaatin ulkoseinämä pitää kierrettävänä siten, että se toimii magneettierottimen rumpuna.

Tunnetaan ennestään esim. julkaisusta DOS 24 28 273 magneetti-järjestelmiä, jotka on varustettu suprajohtavin keloin. Tällöin ei kuidenkaan keksinnön vastakohtana ole kysymys rumpumagneettierottimesta eikä varsinkaan avoimilla magneettijärjestelmillä varustetuista erot-timista. Tässä julkaisussa, joka myös edustaa suprajohtavin keloin varustettujen magneettierottimien nykytekniikan tasoa, todetaan, että nykyään tunnettua rakennetta olevissa voimakaskenttäisissä erottamissa käytetään suljettuja magneettijärjestelmiä.

Tätä tyyppiä olevien ennestään tunnettujen erottimien suurena haittana on mainittava, että erotuspinnan puuttuva luoksepäästävyys ja osittain tästä johtuva pieni lajittelukapasiteetti huomattavassa määrin estää tämäntyyppisten suljetulla magneettijärjestelmällä varustettujen voimakaskenttäisten magneettierottimien käytännöllistä käyttämistä. Sensijaan keksinnön mukaisessa voimakaskenttäisessä rumpumagneetti- 5 61415 erottimessa on yhdistettynä tunnettujen heikkokenttäisten rumpuina gn e e t-tierottimien käsittelytekniset edut suprajohtavan magneettijärjestelmän suuriin magneettisiin voimiin ja suureen ulottuvuuteen.

Keksinnön muut yksityiskohdat, tunnusmerkit ja edut selitetään seuraavassa lähemmin erään oheisen piirustuksen kaaviollisesti kuvaaman suoritusesimerkin perusteella.

Kuvio 1 esittää magneettierottimen läpi kohtisuorasti rummun akselia vastaan tehtyä leikkausta.

Kuvio 2 esittää samaa magneettierotinta sivulta katsottuna.

Kuvio 3 esittää leikkauksena kelojen sovitusta pehmeämagneetti-sestä raudasta tehtyihin kelankannattimiin.

Kuvio 4 esittää päältä päin kelojen puolelta katsottuna kelojen sovitusta samaan kelankannattimeen.

Kuvio 5 esittää kelan käämin muotoa.

Kuviossa 1 on näytetty magneettierottimen pyörivä rumpu 1, jonka sisään on kiinteästi sovitettu kryostaatti 2, joka koostuu ulkosäi-liöstä 2* ja jäähdytysväliainesäiliöstä 3, jona tässä tapauksessa on heliumsäiliö 3· Tämän heliumsäiliön 3 sisään on sovitettu suprajohtavat kelat 5> joiden lämpötila on noin 4 K. Kelat 5 on sovitettu massiivisen pehmeämagneettisen rautaosan 4 uriin 15· Tämän rautaosan ääriviiva on sovitettu heliumsäiliön 3 kaarevuuden ja täten rummun 1 kaarevuuden mukaan. Tämä pehmeämagneettisesta raudasta tehty osa 4 on tärkeä kelojen sovituksen kannalta sikäli, että erilliset samaan suuntaan käämityt yhdensuuntäiset magneettikelat 5 hylkivät toisiaan huomattavan suurin voimin. Sen ansiosta, että keloja 5 ei ole sijoitettu tasoon, vaan ne on tehty kaarimaisiksi, syntyy säteittäisesti ulospäin suunnattuja resultoivia voimia. Tätä varten on pidettävä huoli näiden säteittäisten voimien vastaavasta kompensoimisesta. Käämien mekaanisin keinoin suoritettu kiinnitys johtaisi kuitenkin magneettien ja erotettavan tuotteen välisen etäisyyden luvattomaan suurenemiseen. Tämä haitta vältetään siten, että kelojen kannatusosa 4 tehdään pehmeämagneettisesta raudasta, minkä ansiosta kelat 5 magneettisen peilin periaatteen mukaan vetäytyvät rautaan. Tällä tavoin on ulospäin vaikuttavat säteit-täisvoimat saatu kompensoiduiksi, joten voidaan luopua mekaanisin keinoin toteutetusta kiinnityksestä.

Vaakasuorassa sijaitsevan kryostaatin 2 rakenteeseen nähden on lisäksi sanottava seuraavaa: Toisaalta pyritään pitämään lämmönvir- tausta kryostaatin 2 seinämän läpi erottimen lämpimästä osasta eli magneettirummusta 1 tämän magneettierottimen kylmään osaan eli heliumsäi- 6 61415 liöön 3 ja kelasovitukseen 5 mahdollisimman pienenä. Näiden molempien lämpötilavyöhykkeiden -välinen lämpötilan ero on likimain 300 K. Tämä tarkoittaisi, että rummun 1 huoneenlämpötilaisten seinämien ja heliumin lämpötilaan jäähtyneiden seinämien välinen etäisyys olisi valittava mahdollisimman suureksi, varsinkin myös riittävän tilan saamiseksi lämpöeristeelle.

Lisäksi on ulkosäiliön 2* ja heliumsäiliön 3 välinen tila täydellisesti tyhjennetty konvektion kautta tapahtuvan lämmönsiirron estämiseksi mahdollisimman perusteellisesti. Vastakkain olevien eri lämpö-vyöhykkeiden eri seinämät on myös sinänsä tunnetulla tavalla pellitetty lämpösäteilyn estämiseksi mahdollisimman perusteellisesti.

Toisaalta on magneettijärjestelmän ja erotettavan tuotteen välinen etäisyys pienennettävä minimiinsä, jotta magneettisia voimia ja kentän ulottuvuutta voitaisiin käyttää optimaalisesti hyödyksi.

Tästä syystä on kuvion 1 näyttämässä magneettierottimessa keksinnön mukaan rumpumainen kryostaatti 2, jonka heliumsäiliö on muotoiltu ja sovitettu siten, että magneettikelojen 5 alueella, toisin sanoen kehän noin kolmanneksella, on heliumin lämpötilassa vast, huoneenlämpö-tilassa olevien erottimen osien välinen etäisyys saatu minimoiduksi, jolloin tällä alueella on laskettava suuremmilla lämmönmenetyksillä. Muulla alueella on heliumsäiliö 3 sensijaan vedetty sektorimaisesti sisäänpäin siten, että sen takapuolinen seinämänalue 3' sijaitsee huomattavan etäisyyden päässä kryostaatin uikoseinämästä 2', joten tämän ansiosta hyvin vähän lämpöä siirtyy tällä alueella.

Keksinnön mukaisen voimakaskenttäisen rumpumagneettierottimen muu menetelmätekninen osa muistuttaa pääelimiltään ennestään tunnettua heikkokenttäistä rumpumagneettierotinta, kuten kuviosta 1 edelleen selviää. Tässä kuviossa on tuotesäiliö merkitty numerolla 6, erotettavan tuotteen säädettävä syöttö numerolla 7» ei-magneettisen tuotteen säädettävä lähtöelin numerolla 8, ja rumpuun tarttuneen magneettisen tuotteen poispyyhkäisin numerolla 9> magneettikonsentraatin lähtökohta numerolla 10, ja ylijuoksu erotettavaa tuotetta sisältävään säiliöön numerolla 11.

Kuvio 2 esittää erotinta samasta näkökulmasta, mutta sivulta katsottuna. Tästä kuviosta nähdään sähkömekaaninen käyttölaite, joka koostuu moottorista 13' ja vaihteesta 13".

Numero 12 tarkoittaa karalla varustettua asettelulaitetta, jonka tehtävänä on myös tunnetuista heikkokenttäisistä magneettierottimis-ta tunnetulla tavalla kääntää magneettijärjestelmää rummun sisäpuolella 7 61415 erotettavan tuotteen nesteenpinnan tason suhteen.

Kuvio 3 esittää leikkauksena pehmeämagneettista rautaosaa tjona on sylinteri segmentti, jonka ulkosäde on H, ja sisäsäde on ja keskipiste on M. Tässä osassa on kaikkiaan neljä uraa 15? joihin suprajohtavat kelat sijoitetaan. Jokaisen kelankäämin 5 keskellä on sydän / 14-, joka sopivasti myös on tehty samasta pehmeämagneettisesta raudasta kuin osa 4. Edelleen nähdään, että kelankäämin akselia esittävä akseli A-A menee säteittäissuuntaisena järjestelmän keskipisteen M läpi ja täten säteittäissuuntaisena rumpuun nähden.

Kuvio 4 esittää päältä päin kelojen puolelta samaa sovitusta. Nähdään ferromagneettisen osan 4 projektio ja suprajohtavat kelan 5, jotka on sovitettu uriin 15, sekä kelojen sydämet 14.

Erillisten käämien 20 puhtaasti kaaviollisesta esityksestä, jossa sähkövirran kulku on näytetty suuntanuolilla, nähdään, että rinnan sovitetut suprajohtavat kelat 5 magnetoidaan samansuuntaisina.

Kuvio 5 esittää erillisen kelan käämin muotoa. Nähdään johdin-käämien muoto, joka muistuttaa ellipsiä, jonka pituusakseli on h ja poi-kittaisakseli on a sisäkerroksen luona, kun taas ulkokerroksen luona pituusakseli on h' ja poikittaisakseli on a'. Nähdään edelleen, että kääminpäät 17, 18, 19 kulloinkin on kerros kerrokselta vedetty yhä e-nemmän ulospäin. Tämän ansiosta muuttuu,siis pienenee kelojen akselien 9 Q * suhde niiden sisäkerroksista niiden ulkokerroksia kohti niin, että 4 . Käämin tämän muotoilun ansiosta vältetään voimavuon D 0 luvaton tiheys kääminpäiden alueella.

Tässä näytetty voimakaskenttäisen rumpumagneettierottimen suoritusmuoto on tarkoitettu tyypilliseksi esimerkiksi, jonka perusteella keksinnön mukaisen erottimen rakennejärjestelmä havainnollistuu. Oheisten patenttivaatimusten puitteissa on ajateltavissa erottimen muita rakenteellisia muunnoksia tai suoritusmuotoja.

Claims (9)

8 61415

1. Voimakaskenttäinen rumpumagneettierotin, jossa on sen sisään kiinteästi sovitettu avoin magneettijärjestelmä, jossa on likimain ellipsin muotoisia keloja ja kelankannattimia magnetoitavasta materiaalista, tunnettu siitä, että magneetti järjestelmä on muodostettu yhdestä tai useammasta suprajohtavasta kelasta (5), jotka on upotettu jäähdytysväliainesäiliön (3) sisään rummun kaarevuuteen sovitetun kelakannattimen (4) uriin (15) ja ulotettu sen kanssa rummun ί 1) sektorileikkauksen yli , jolloin jäähdytysväliainesäiliö (3) on poikkileikkaukseltaan tehty vastaavasti sektorimaiseksi ja rummun (1) jäljelle jäävän sisätilan täyttää kryostaatti (2).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen voimakaskenttäinen rumpumagneettierotin, tunnettu siitä, että kelakannatin (4) muodostuu pehmeäraudasta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen rumpumagneettierotin, tunnettu siitä, että keloilla (5, 16) on likimain pitkän omaisten ellipsien muoto, joiden ellipsien pituusakselit (b, b') on suunnattu rummun (1) pyörähdysakselin suuntaan ja että kelan käämien (5, 16) akselit (A-A) ovat säteittäissuunnassa rumpuun (1) nähden.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen rumpumagneettierotin, tunnettu siitä, että kelat (5, 16) ovat kaarevat ellipsin pienemmän akselin (a, a*) suunnassa rummun (1) muotoon sovitettuna.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen rumpumagneettierotin, tunnettu siitä, että kelojen (5, 16) akselien pi-tuussuhde niiden sisäkerroksista ^ alkaen pienenee kohti ulkokerroksia 3. 1 Γ, ? ·

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen rumpumagneettierotin, tunnettu siitä, että vierekkäin sijaitsevat kelat (5) on magnetoitu samaan suuntaan, s.o. sähkövirta kulkee niiden läpi samansuuntaisesti.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen rumpumagneettierotin, tunnettu siitä, että kelat (5) sisältävän jäähdytysväli-amesäiliön (3) etäisyys rummusta (1) on erottimen työalueella mahdollisimman pieni ja työalueen ulkopuolella oleellisesti suurempi.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen rumpumagneettierotin, t noettu siitä, että kiinteän jäähdytysväliainesäil iön ' ) ja keiasovituksen (5) sisältävän kryostaatin (2) ulkoseinämä (?') on tehty rummuksi ja sovitetty pyöriväksi.

9 61415