ITMI20121901A1 - Tamburo per separatore magnetico e relativo metodo di produzione - Google Patents

Description

TAMBURO PER SEPARATORE MAGNETICO E RELATIVO METODO DI PRODUZIONE

La presente invenzione riguarda i separatori magnetici, ed in particolare un tamburo per un separatore magnetico a media intensità ed un metodo di produzione di tale tamburo.

È noto che un separatore magnetico a media intensità, c.d. MIMS (dall’acronimo inglese Medium Intensity Magnetic Separator), à ̈ progettato per attrarre e rimuovere materiale ferromagnetico mediante un tamburo che genera un’induzione magnetica in un intervallo di circa 200-700 mT a seconda della distanza dal tamburo e dei magneti usati, che sono solitamente fatti in una lega di neodimio-ferro-boro (Nd-Fe-B).

Un MIMS può essere usato come dispositivo di protezione per un separatore magnetico ad alta intensità, c.d. WHIMS (dall’acronimo inglese Wet High Intensity Magnetic Separator), oppure come separatore magnetico autonomo per la concentrazione di minerali metalliferi a bassa suscettibilità magnetica quali franklinite, ilmenite, alcuni tipi di ematite, etc.

La struttura tradizionale di un tamburo per MIMS prevede un cilindro di acciaio ferromagnetico ad alta permeabilità magnetica sull’esterno del quale vengono ricavate delle cave longitudinali per l’alloggiamento dei magneti permanenti disposti in file longitudinali a polarità alternata N-S, ovvero ogni fila comprende un’unica polarità che à ̈ diversa da quelle delle due file adiacenti. Queste file di magneti si estendono su un arco limitato del tamburo, tipicamente di circa 130°-160°, con una zona finale di scarico del materiale ferromagnetico (nella direzione di rotazione del tamburo) nella quale i magneti sono progressivamente rastremati per essere più lontani dalla superficie esterna del cilindro. Il cilindro à ̈ poi racchiuso da un mantello di materiale amagnetico che ruota attorno ad esso trascinando il materiale (minerale o altro) contenente le particelle ferromagnetiche da separare.

La dimensione dei magneti utilizzati nei tamburi di tecnica nota à ̈ piuttosto grande e solitamente cresce con il diametro del tamburo, per cui il numero di file longitudinali disposte lungo l’arco magnetico à ̈ alquanto limitato e la distanza tra il cilindro ed il mantello non può scendere sotto una certa soglia per tenere conto delle tolleranze di costruzione del tamburo e della dimensione dei magneti. Queste caratteristiche geometriche dei tamburi noti ne influenzano negativamente le prestazioni per due tipi di inconvenienti.

Un primo serio inconveniente deriva dal fatto che poiché le diverse polarità sono piuttosto distanti tra loro la lunghezza del dipolo magnetico (pari alla distanza tra due polarità dello stesso segno) risulta alquanto grande, con valori dell’ordine di 200-400 mm come nel caso dei MIMS commercializzati dalla Mineral Technologies Pty. Ltd. (Carrara, Qld – Australia) e dalla Longi Magnet Co. Ltd. (Fushun – Cina). Ne consegue che i valori del campo magnetico sulla superficie attiva dei MIMS hanno un andamento fortemente sinusoidale, con i valori nominali solo in corrispondenza delle polarità e nelle adiacenze (quindi su non più del 30% dell’arco magnetico) mentre nel resto dell’arco magnetico i valori sono notevolmente inferiori.

Un secondo inconveniente che riduce ulteriormente l’efficacia dei tamburi noti à ̈ il gioco tra il cilindro ed il mantello che nei summenzionati MIMS disponibili sul mercato à ̈ di almeno 5 mm, a cui occorre sommare lo spessore del mantello che varia da 1,5 a 5 mm, per cui la distanza minima tra la superficie attiva del magnete ed il materiale trattato à ̈ dell’ordine di 7-8 mm.

Scopo della presente invenzione à ̈ quindi quello di fornire un tamburo per MIMS che supera i suddetti inconvenienti. Tale scopo viene conseguito per mezzo di un tamburo nel quale la lunghezza del dipolo magnetico à ̈ compresa nell’intervallo da 100 a 150 mm grazie all’impiego di magneti più piccoli disposti in un numero maggiore di file longitudinali. Altre vantaggiose caratteristiche sono riportate nelle rivendicazioni dipendenti.

Il vantaggio principale del tamburo secondo la presente invenzione à ̈ quindi quello di fornire un campo magnetico sostanzialmente omogeneo lungo tutto l’arco magnetico, grazie alla limitata lunghezza del dipolo che si traduce in un andamento sinusoidale di ampiezza molto ridotta, e quindi con valori nominali del campo magnetico presenti lungo quasi il 100% dell’arco magnetico.

Un secondo significativo vantaggio di questo tamburo derivante dall’impiego di magneti piccoli à ̈ la possibilità di ridurre il gioco tra il cilindro ed il mantello a non più di 2 mm, grazie anche al relativo metodo di produzione descritto nel seguito, senza rischi di grippaggio del tamburo in particolare nella sua forma realizzativa preferita che prevede dei supporti interni a sfere come descritto in dettaglio più avanti.

Questi ed altri vantaggi e caratteristiche del tamburo per MIMS secondo la presente invenzione risulteranno evidenti agli esperti del ramo dalla seguente dettagliata descrizione di una sua forma realizzativa con riferimento agli annessi disegni in cui: la Fig.1 Ã ̈ una vista prospettica del tamburo con una parte in trasparenza ed un dettaglio ingrandito;

la Fig.2 à ̈ una vista in sezione longitudinale lungo un piano di mezzeria comprendente l’asse di rotazione A-A; e

la Fig.3 Ã ̈ una vista in sezione trasversale.

Facendo riferimento alle suddette figure, si vede che un tamburo secondo la presente invenzione comprende tradizionalmente un cilindro C di materiale ferromagnetico ad alta permeabilità magnetica, preferibilmente acciaio dolce, avente ad esempio 950 mm di diametro e 35 mm di spessore, chiuso alle estremità da due flange 2 in acciaio. Due mozzi 3, provvisti di sedi per dei cuscinetti 4 e delle ganasce di bloccaggio 5, sono fissati nel centro delle flange 2, secondo l’asse longitudinale A-A del cilindro C. Su uno dei mozzi 3 à ̈ inoltre fissato un braccio B per la regolazione della posizione dell’arco magnetico del cilindro porta-magneti C.

Una pluralità di cave longitudinali 6 sono ricavate sull’esterno del cilindro C ed alloggiano dei magneti permanenti 7 in Nd-Fe-B disposti in file longitudinali a polarità alternata N-S (Fig.1). Il cilindro C à ̈ inserito in un mantello M di materiale amagnetico, per esempio acciaio inox AISI 316 avente uno spessore Sm di 4 mm, chiuso alle estremità da due flange F (sempre in AISI 316) aventi mozzi flangiati MF provvisti di sedi per i cuscinetti 4. Almeno uno dei mozzi MF à ̈ provvisto anche di un mezzo, ad esempio una ruota dentata R, per riceve il moto dal motore (non illustrato) per azionare in rotazione il mantello M.

Un primo aspetto innovativo del presente tamburo risiede nel fatto che l’impiego di magneti più piccoli permette di ottenere una lunghezza D del singolo dipolo del circuito magnetico (Fig.3) pari a 127 mm, e ciò permette a sua volta di ricavare un numero maggiore di polarità longitudinali alternate N-S che nell’esempio illustrato sono venti lungo un arco magnetico di circa 150°. Più specificamente, l’arco magnetico attrattivo à ̈ formato dalle prime sedici polarità e la zona di scarico 10 del materiale à ̈ costituita dalle ultime quattro polarità, quest’ultime essendo alloggiate in cave progressivamente più profonde.

Si noti che l’impiego di magneti 7 più piccoli, combinato con un cilindro C di spessore adeguato, permette di ottenere l’allontanamento progressivo dei magneti nella zona di scarico 10 semplicemente ricavando delle cave longitudinali 6 più profonde. Ciò semplifica la costruzione del tamburo poiché non à ̈ necessario ricavare dei magneti rastremati, i magneti 7 essendo tutti uguali, mentre ricavare le cave 6 più profonde à ̈ una lavorazione molto più facile ed economica della sagomatura dei magneti.

Un secondo aspetto innovativo di questo tamburo, nella sua forma realizzativa preferita, à ̈ dato dalla presenza di una pluralità di supporti girevoli a sfera 8 disposti con uno schema a scacchiera tra i magneti 7, al fine di ridurre al minimo il gioco G fra la superficie attiva dei magneti e la superficie interna del mantello amagnetico M. Le sfere dei supporti 8 sporgono di 0,3-0,4 mm rispetto alla superficie attiva dei magneti 7 e permettono di ridurre ad un valore massimo di 2 mm il gioco G fra la stessa superficie attiva e la superficie interna del mantello amagnetico M.

Infatti, tenendo conto che la tolleranza costruttiva del mantello M à ̈ di ± 1mm, anche in caso di tolleranza costruttiva negativa che si somma ad una deformazione del mantello M per attrazione del materiale verso i magneti, l’eventuale strisciamento della superficie interna sulle sfere dei supporti 8 non determinerebbe un grippaggio del tamburo poiché le sfere trasformano l’attrito radente in attrito volvente comportandosi come dei cuscinetti a sfere.

La superficie esterna del mantello M à ̈ inoltre preferibilmente rivestita con una vernice epossidica bicomponente che forma uno strato ad elevato attrito, in modo da migliore il trascinamento del materiale ferromagnetico attratto dai magneti 7 e ridurre l’usura del mantello M. Un esempio di una vernice idonea a questo scopo à ̈ la Epidek M377 prodotta da Leighs Paints (Bolton – Gran Bretagna).

Il metodo di produzione del tamburo secondo la presente invenzione può essere riassunto nelle seguenti fasi:

a) saldatura delle flange di chiusura 2 alle estremità del cilindro C;

b) fissaggio, ad esempio mediante calettatura o saldatura, dei mozzi 3 nel centro delle flange 2;

c) lavorazione al tornio del cilindro C per determinare la perfetta coassialità dei mozzi 3 con l’esterno del cilindro C e per creare le sedi dei cuscinetti 4 e delle ganasce di bloccaggio 5 sui mozzi 3;

d) fresatura sull’esterno del cilindro C delle cave longitudinali 6 e delle sedi dei supporti a sfere 8;

e) fissaggio dei magneti 7 nelle cave 6 e di tappi 9 facilmente asportabili (per esempio in nylon o teflon) nelle sedi dei supporti a sfere 8;

f) ricopertura della zona del cilindro C in cui sono presenti i magneti 7 con un cartoccio sigillato con uno stucco atto a consentire di riempire tale cartoccio con una resina epossidica;

g) riempimento del cartoccio con resina epossidica e successiva rimozione del cartoccio una volta che la resina epossidica si à ̈ indurita;

h) lavorazione al tornio del cilindro C per eseguire la rettifica alla quota diametrale desiderata della superficie ricoperta dai magneti 7 e degli interspazi riempiti di resina;

i) rimozione dei tappi 9 e fissaggio dei supporti a sfere 8;

j) inserimento del cilindro C nel mantello M e montaggio a tenuta delle flange di chiusura F.

Si noti che per effetto della rettifica eseguita nella fase h) la superficie esterna dei magneti 7 ha la stessa curvatura del cilindro C in modo da poter minimizzare il gioco G, e tale lavorazione à ̈ resa possibile dal fatto che i magneti 7 siano annegati nella resina epossidica nella fase g) altrimenti sarebbero troppo fragili e si romperebbero.

È chiaro che la forma realizzativa del tamburo secondo l’invenzione sopra descritta ed illustrata costituisce solo un esempio suscettibile di numerose variazioni. In particolare, vari parametri quali il numero delle cave 6, dei magneti 7 e dei supporti 8, nonché lo spessore del cilindro C e del mantello M possono variare a seconda delle dimensioni del tamburo fintantoché la lunghezza D del dipolo magnetico viene mantenuta nell’intervallo da 100 a 150 mm.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Tamburo per separatore magnetico comprendente un cilindro (C) di materiale ferromagnetico chiuso alle estremità da due flange (2) aventi dei mozzi centrali (3) provvisti di sedi per dei cuscinetti (4) e per delle ganasce di bloccaggio (5), detti mozzi centrali (3) essendo disposti lungo l’asse longitudinale (A-A) di detto cilindro (C), una pluralità di cave longitudinali (6) essendo ricavate sull’esterno del cilindro (C) ed alloggiando dei magneti permanenti (7) disposti in file longitudinali a polarità alternata N-S lungo un arco magnetico di 130°-160°, il cilindro (C) essendo inserito in un mantello (M) di materiale amagnetico chiuso alle estremità da due flange (F) aventi mozzi flangiati (MF) provvisti di sedi per detti cuscinetti (4), almeno uno di detti mozzi flangiati (MF) essendo provvisto anche di un mezzo per ricevere da un motore il moto per azionare in rotazione detto mantello (M), detto mezzo essendo preferibilmente una ruota dentata (R), caratterizzato dal fatto che la lunghezza (D) del singolo dipolo del circuito magnetico à ̈ compresa in un intervallo da 100 a 150 mm, essendo preferibilmente pari a 127 mm.
2. 2. Tamburo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i magneti (7) sono tutti uguali ed in una zona di scarico (10) alla estremità dell’arco magnetico sono alloggiati in cave longitudinali (6) progressivamente più profonde.
3. 3. Tamburo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre una pluralità di supporti girevoli a sfera (8) disposti con uno schema a scacchiera tra i magneti (7), le sfere di dette supporti (8) sporgendo di 0,3-0,4 mm rispetto alla superficie attiva dei magneti (7).
4. 4. Tamburo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il gioco (G) fra la superficie attiva dei magneti (7) e la superficie interna del mantello (M) à ̈ ≤ 2 mm.
5. 5. Tamburo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la superficie esterna del mantello (M) Ã ̈ rivestita con una vernice epossidica che forma uno strato ad elevato attrito.
6. 6. Tamburo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che su uno dei mozzi (3) à ̈ fissato un braccio (B) per la regolazione della posizione dell’arco magnetico del cilindro (C).
7. 7. Tamburo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i magneti (7) sono fatti di una lega Nd-Fe-B.
8. 8. Tamburo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il mantello (M) Ã ̈ fatto di acciaio inox AISI 316 avente uno spessore (Sm) di 4 mm.
9. 9. Metodo di produzione di un tamburo per separatore magnetico secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente le seguenti fasi: a) saldatura delle flange di chiusura (2) alle estremità del cilindro (C); b) fissaggio dei mozzi (3) nel centro delle flange (2); c) lavorazione al tornio del cilindro (C) per determinare la perfetta coassialità dei mozzi (3) con l’esterno del cilindro (C) e per creare le sedi dei cuscinetti (4) e delle ganasce di bloccaggio (5) sui mozzi (3); d) fresatura delle cave longitudinali (6) sull’esterno del cilindro (C); e) fissaggio dei magneti (7) nelle cave (6); f) inserimento del cilindro (C) nel mantello (M) e montaggio a tenuta delle flange di chiusura (F) di quest’ultimo; caratterizzato dal fatto che nella fase d) le cave (6) sono ricavate ad una distanza tale che la lunghezza del singolo dipolo del circuito magnetico à ̈ compresa in un intervallo da 100 a 150 mm.
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che nella fase d) vengono anche ricavate delle sedi per dei supporti a sfere (8) che vengono successivamente fissati in dette sedi in modo da sporgere di 0,3-0,4 mm rispetto ai magneti (7).
11. 11. Metodo secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che nella fase e) vengono anche fissati dei tappi (9) facilmente asportabili nelle sedi dei supporti a sfere (8) e dal fatto di comprendere inoltre tra le fasi e) ed f) le seguenti fasi: e’) ricopertura della zona del cilindro (C) in cui sono presenti i magneti (7) con un cartoccio sigillato con uno stucco atto a consentire di riempire tale cartoccio con una resina epossidica; e†) riempimento del cartoccio con resina epossidica e successiva rimozione del cartoccio una volta che la resina epossidica si à ̈ indurita; e†’) lavorazione al tornio del cilindro (C) per eseguire la rettifica alla quota diametrale desiderata della superficie ricoperta dai magneti (7) e degli interspazi riempiti di resina; e††) rimozione dei tappi (9) e fissaggio dei supporti a sfere (8).