ITMI20121902A1 - Tamburo elettromagnetico per la pulizia di rottami ferromagnetici di medie e grandi dimensioni - Google Patents

Description

TAMBURO ELETTROMAGNETICO PER LA PULIZIA DI ROTTAMI FERROMAGNETICI DI MEDIE E GRANDI DIMENSIONI

La presente invenzione riguarda i separatori magnetici, ed in particolare un tamburo elettromagnetico per la pulizia dei rottami ferromagnetici di medie e grandi dimensioni utilizzati nelle acciaierie.

È noto che i rottami di diversa provenienza utilizzati normalmente dalle acciaierie contengono dal 3 al 12% circa di materiale non ferromagnetico, che à ̈ in gran parte composto da materiali lapidei, sabbia, gomma, plastica e metalli vari come rame, alluminio, bronzo, ottone, zinco, etc. che sono altamente dannosi per la qualità dell’acciaio che si vuole produrre da tali rottami. Tali inquinanti provocano un incremento sensibile del consumo energetico, del consumo di calce viva e della produzione di scorie, che risulta in una minore qualità ed un maggiore costo dell’acciaio così prodotto.

Attualmente à ̈ difficile soddisfare i requisiti dei regolamenti dell’Unione Europea che definiscono i criteri in base ai quali alcuni tipi di rottami metallici cessano di essere considerati rifiuti poiché il rottame utilizzato può essere di piccole o grandi dimensioni, leggero o pesante, omogeneo o disomogeneo e quindi un singolo separatore magnetico non à ̈ in grado di operare efficacemente sui diversi tipi di rottami.

In particolare, à ̈ difficile pulire il rottame più grosso e pesante solitamente indicato come HMS 1 o HMS 2 (acronimo dell’espressione inglese Heavy Metal Scrap) che consiste in materiale pressocesoiato, da recupero ferroviario o navale, da lamiera per stampaggio profondo, spezzoni di billette, blumi e putrelle, etc. Questo tipo di rottame può raggiungere dimensioni e pesi assai elevati dell’ordine di diversi quintali o anche una tonnellata.

I tamburi elettromagnetici noti utilizzati per la pulizia dei rottami ferromagnetici sono costruiti normalmente con due o tre polarità longitudinali disposte parallele rispetto all'asse del tamburo e perpendicolari rispetto al flusso di alimentazione del materiale ferromagnetico misto dal quale occorre rimuovere l’inerte. Un tipico esempio di un tamburo bipolare di tecnica nota à ̈ illustrato nelle figure 5 e 6, che mostrano un primo solenoide 21 avvolto intorno ad un primo nucleo polare provvisto di una relativa espansione polare 22 a formare una prima polarità, che genera una f.m.m. pari all'incirca ai 2/3 della f.m.m. totale del tamburo. Di conseguenza il restante 1/3 à ̈ generato dalla seconda polarità formata da un secondo solenoide 23 avvolto su un secondo nucleo con una relativa espansione 24, mentre nel caso dei tamburi tripolari la ripartizione à ̈ circa del 50% del totale per la prima polarità, con il 30-35% per la seconda ed il 15%-20% per la terza.

I tamburi, sia bipolari che tripolari, sono inoltre dotati di un ulteriore nucleo polare inattivo 25, di ridotta sezione e senza solenoide avvolto su esso, che à ̈ disposto a valle delle polarità attive (nella direzione di rotazione del tamburo) ed ha la sola funzione di azzerare il campo magnetico per facilitare lo stacco del materiale ferromagnetico più leggero. L'arco operativo del campo magnetico CM generato dal tamburo à ̈ solitamente di circa 180° in direzione circonferenziale, con l'asse di attrazione a-a corrispondente all'asse di maggiore f.m.m. che à ̈ perpendicolare all’asse di rotazione e disposto con un angolo α variabile da 15° a 45°, a seconda dei parametri di progetto, rispetto all'asse verticale Y-Y nel III quadrante di un sistema di riferimento cartesiano XY (nell’esempio illustrato di rotazione oraria centrata nell’origine). In questo caso la zona di stacco del materiale à ̈ posta nel I quadrante in corrispondenza del nucleo azzeratore 25, e durante il percorso di circa 180° in direzione circonferenziale dalla zona di attrazione alla zona di stacco il materiale ferromagnetico attratto 26 deve passare attraverso due o tre successive polarità di segno opposto.

Il cambio di polarità si oppone all'avanzamento del materiale ferromagnetico 26, come immediatamente comprensibile anche perché nel cambio di polarità si passa da una polarità più potente ad una polarità meno potente; inoltre anche la forza di gravità si oppone all'avanzamento che avviene dal basso verso l'alto. Dalla somma di questi effetti contrari all'avanzamento risulta che questo tipo di tamburi elettromagnetici sono idonei solo per rottami ferromagnetici di pezzatura medio-piccola e omogenea, come il macinato di veicoli (c.d. proler), dove il materiale inerte da eliminare à ̈ composto essenzialmente da gomma, plastica e metalli non magnetici con dimensioni simili e gran parte dell'inerte 27 viene rimosso per caduta libera nella zona di attrazione.

La parte rimanente dell’inerte 27, mediamente più leggera ed intrappolata dal materiale ferromagnetico 26, viene liberata durante il cambio di polarità quando il materiale ferromagnetico 26 tende a rotolare, ciò essendo possibile perché in questa fase l’avanzamento del materiale 26 à ̈ dovuto al trascinamento meccanico effettuato da listelli longitudinali 28 applicati sul mantello rotante 29 del tamburo. Tali listelli 28 devono contemporaneamente sollevare il materiale 26 contro la forza di gravità e vincere l'azione magnetica contraria nel cambio di polarità, però non possono essere troppo alti altrimenti ostacolerebbero la caduta dell'inerte e finirebbero per trascinarne troppo rendendo inefficace l'azione di pulizia.

Da quanto sopra à ̈ subito evidente che questo tipo di tamburo elettromagnetico non à ̈ idoneo a pulire rottame ferromagnetico di medie e grosse dimensioni, dato che presenta almeno due tipi di inconvenienti. Un primo inconveniente deriva dal fatto che il rottame di tali dimensioni scavalcherebbe facilmente i listelli 28 durante il cambio di polarità, accumulandosi nella zona di attrazione fino a bloccare il mantello 29.Inoltre, anche in presenza di listelli 28 molto più alti, nella suddetta fase di cambio di polarità il tamburo richiederebbe una coppia motore elevatissima per ribaltare pezzi del peso anche di alcuni quintali che devono vincere l’attrazione della polarità più potente ed essere trascinati verso l’alto.

Un altro tipo di tamburo elettromagnetico noto, illustrato nelle figure 7-8, prevede invece espansioni polari perpendicolari rispetto all'asse del tamburo e quindi parallele rispetto al flusso di alimentazione del materiale da trattare. In questo caso delle espansioni polari 31 sono disposte perpendicolarmente all’asse del tamburo e dei solenoidi circolari 32 sono interposti tra le espansioni polari 31 ed avvolti su nuclei polari radiali 33 che racchiudono coassialmente l'albero del tamburo e si integrano con esso. Questi tamburi vengono normalmente usati per una funzione opposta a quella dei tamburi sopra descritti, ovvero per pulire materiali inerti inquinati da materiale ferromagnetico che rappresenta una esigua minoranza del materiale da trattare.

Sebbene in questo tipo di tamburo il materiale ferromagnetico attratto non debba passare attraverso successive polarità di segno opposto nel suo percorso circonferenziale attorno al tamburo, e quindi la coppia motore richiesta non risulterebbe troppo alta, anch’esso non à ̈ idoneo a pulire materiale ferromagnetico di medie e grosse dimensioni per almeno due tipi di inconvenienti. In primo luogo questo tipo di tamburo richiederebbe un notevole sovradimensionamento delle parti per essere usato a tale scopo, essendo progettato per rimuovere piccole quantità di materiale ferromagnetico, e quindi risulterebbe antieconomico ed ingombrante.

Secondariamente la forma costruttiva risulta magneticamente dispersiva e poco efficace a svolgere la funzione richiesta nella zona attiva, ovvero sulla superficie del mantello rotante 34, poiché maggiore à ̈ la distanza tra i solenoidi 32 e la zona attiva e maggiore à ̈ la dispersione del campo magnetico che con una tale struttura à ̈ stimabile al 50-60% (si noti che l'asse di attrazione corrispondente all'asse di maggiore f.m.m. in questo caso coincide con l’asse di rotazione r-r del mantello 34). In altre parole, con un simile tamburo il campo magnetico ed il gradiente di campo risultano insufficienti sia ad attrarre il materiale ferromagnetico da una distanza tale da determinare una adeguata zona di caduta dell'inerte, sia a trascinare pezzi ferromagnetici di diverse centinaia di chili e/o di grosse dimensioni.

Scopo della presente invenzione à ̈ quindi quello di fornire un tamburo elettromagnetico che supera i suddetti inconvenienti. Tale scopo viene conseguito per mezzo di un tamburo nel quale sia le espansioni polari che i nuclei polari sui quali sono avvolti i solenoidi sono disposti perpendicolarmente all’asse del tamburo e lateralmente ad esso, in modo tale che anche l’asse di attrazione sia perpendicolare ad esso e che non vi sia cambio di polarità in direzione circonferenziale. 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 adeguato a trascinare rottami ferromagnetici anche molto grandi e pesanti senza dover affrontare cambi di polarità e mantenendo costi e dimensioni analoghi ai tamburi tradizionali. In questo modo à ̈ possibile pulire efficacemente anche il rottame HMS 1 o HMS 2, quindi incrementando la qualità e riducendo il costo dell’acciaio prodotto con tale rottame.

Questi ed altri vantaggi e caratteristiche del tamburo elettromagnetico 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 dei componenti interni del tamburo con due solenoidi rimossi per maggiore chiarezza;

la Fig.2 Ã ̈ una vista prospettica del tamburo con una parte rimossa;

la Fig.3 Ã ̈ una vista in sezione trasversale del tamburo che ne illustra i parametri geometrici;

la Fig.4 Ã ̈ una vista analoga alla precedente che illustra il funzionamento del tamburo; e

le Figg.5-8 mostrano due tipi di tamburi tradizionali come spiegato in precedenza. Facendo riferimento alle figure 1-4, si vede che un tamburo secondo la presente invenzione comprende tradizionalmente una struttura cilindrica 6 in materiale ferromagnetico provvista di una pluralità di espansioni polari (cinque nella forma realizzativa illustrata) disposte perpendicolarmente all’asse longitudinale del tamburo, detta struttura 6 essendo racchiusa all’interno di un mantello 12 in materiale amagnetico che ruota coassialmente attorno alla struttura 6 ed à ̈ provvisto di listelli longitudinali 13.

Un primo aspetto innovativo del presente tamburo che lo distingue dai tamburi noti sopra descritti à ̈ dato dal fatto che anche i nuclei polari ed i solenoidi avvolti su di essi sono disposti perpendicolarmente all’asse del tamburo e lateralmente rispetto ad esso, con i nuclei centrali 1a che sono preferibilmente di sezione maggiore rispetto ai nuclei di estremità 1b, che hanno una sezione ridotta del 40-45% rispetto ad essi. Corrispondentemente, anche i solenoidi 2a avvolti sui nuclei centrali 1a sono più grandi dei solenoidi 2b avvolti sui nuclei di estremità 1b, che forniscono una f.m.m. minore del 25-35% rispetto ad essi, e le espansioni polari 3a, 4a situate alla sommità dei nuclei centrali 1a sono più grandi delle espansioni polari 3b, 4b situate alla sommità dei nuclei di estremità 1b, le quali hanno una sezione ridotta del 35-40% rispetto alle prime.

Più specificamente, in un secondo aspetto innovativo dell'invenzione, ciascuna espansione polare à ̈ formata da una prima parte 3a, 3b sagomata a segmento circolare e fissata direttamente al corrispondente nucleo 1a, 1b nonché da una seconda parte 4a, 4b fissata a detta prima parte 3a, 3b e sagomata come una piastra calandrata con un raggio di curvatura corrispondente al raggio della superficie attiva del tamburo, attorno alla quale ruota coassialmente il mantello amagnetico 12 con un gioco dell’ordine di 10 mm.

Nella forma realizzativa preferita illustrata nelle figure, i segmenti circolari 3a, 3b si estendono su un arco di circa 76° (Fig.3, zona a), le piastre curve 4a, 4b coprono i segmenti 3a, 3b e si estendono oltre essi di circa 34° nella direzione di rotazione del mantello 12 (Fig.3, zona b), ed infine a circa 15° oltre le code delle espansioni polari (Fig.3, zona c) à ̈ disposto un tradizionale nucleo azzeratore 7. L’arco operativo β complessivo risulta quindi di circa 125°±5°, suddivisi in 70°-80° della zona a di massima attività in cui le espansioni polari hanno preferibilmente una sezione circa doppia della sezione del nucleo polare, 30°-40° della zona b di progressiva riduzione del campo magnetico in cui le espansioni polari hanno preferibilmente una sezione circa pari alla sezione del nucleo polare e 10°-20° della zona c di azzeramento del campo magnetico.

La colonna magnetica circuitale che unisce le cinque polarità preferibilmente comprende un quadrotto centrale 8 di acciaio ferromagnetico alle cui estremità vengono ricavati dei mozzi 9 provvisti di sedi per i cuscinetti di rotazione del mantello amagnetico 12 e per le ganasce di bloccaggio dei supporti del tamburo. Su almeno una faccia di estremità di uno dei mozzi 9 à ̈ inoltre preferibilmente ricavata una chiave 10 (ad es. quadrata) di regolazione della posizione del campo magnetico rispetto all’asse verticale Y-Y (vd. angolo γ in Fig.3). Ai lati del quadrotto centrale 8 vengono fissati due longheroni di acciaio ferromagnetico 11a, 11b in modo da formare un piano avente una larghezza non inferiore alla lunghezza dei nuclei polari 1a, 1b, una sezione non minore della sezione dei nuclei polari di estremità 1b, ed una lunghezza sostanzialmente pari a quella della struttura cilindrica 6 che definisce la tavola attiva del tamburo magnetico (indicativamente 2-3 m di lunghezza per tamburi di 1,5-1,8 m di diametro).

Si noti che il longherone 11a disposto sul lato del quadrotto 8 opposto al lato dove à ̈ situato il nucleo azzeratore 7 à ̈ preferibilmente più largo dell’altro longherone 11b perché i nuclei polari 1a, 1b non si estendono simmetricamente rispetto all’asse di rotazione del mantello 12 ma sporgono di più sul lato a monte rispetto alla direzione di rotazione.

I cinque solenoidi 2a, 2b che avvolgono i corrispondenti nuclei polari 1a, 1b sono preferibilmente collegati in serie e generano una f.m.m. (con i rapporti percentuali sopra indicati) che determina un campo magnetico ed un corrispondente gradiente di campo magnetico in grado di attrarre, nella zona operativa, rottame ferromagnetico di qualsiasi fattore di forma anche da distanze elevate quando à ̈ ancora sul piano di alimentazione A, che preferibilmente consiste in un canale vibrante con una porzione terminale a pettine. I listelli 13 del mantello 12 hanno un'altezza analoga a quella dei listelli 28 dei tamburi di tecnica nota, preferibilmente di circa 65 mm, e quindi non creano ostacolo alla caduta del materiale inerte nella zona di attrazione poiché la distanza d fra il canale vibrante A ed il mantello 12 del tamburo à ̈ preferibilmente di circa 250 mm (vd. Fig.3).

Alla luce della suddetta descrizione il semplice ed efficace funzionamento del tamburo elettromagnetico secondo la presente invenzione risulta immediatamente comprensibile.

I listelli 13 sono sufficienti a supportare l'avanzamento del rottame ferromagnetico di piccole dimensioni mentre i pezzi di medie e grosse dimensioni con peso di alcuni quintali fino a circa una tonnellata vengono attratti e tenuti vincolati al mantello 12 dal campo magnetico, senza alcun cambio di polarità, fino a trascinarli nella zona di scarico dopo l’arco operativo β quando hanno già superato l’asse verticale Y-Y e cadono per gravità. La coppia resistente del mantello 12 si scarica sui cuscinetti il cui coefficiente d'attrito à ̈ ovviamente basso, per cui la coppia motrice richiesta al sistema di motorizzazione non à ̈ eccessiva.

I pezzi di materiale inerte di piccole dimensioni cadono attraverso la porzione a pettine all’estremità del piano di alimentazione A, mentre i materiali inerti di maggiori dimensioni cadono al termine del piano A grazie alla distanza d dal mantello 12. Si noti che la porzione a pettine ha anche la funzione di far cadere il terriccio misto a ruggine (ossido di ferro) prima che esso arrivi al termine del piano A dove potrebbe venire attratto dal tamburo, mentre i rottami ferromagnetici di piccole dimensioni vengono invece solitamente attratti dal tamburo anche dalla porzione a pettine.

Risulta quindi evidente che questo nuovo tipo di tamburo elettromagnetico à ̈ idoneo ad attrarre e trascinare rottame ferromagnetico di qualsiasi dimensione e con peso nell’intervallo circa da 0,01 a 1000 kg, pertanto può efficacemente ripulire qualsiasi tipo di rottame ferromagnetico idoneo al caricamento nei forni fusori delle acciaierie.

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 polarità, i rapporti dimensionali tra i vari componenti, il numero e le dimensioni dei listelli 13 nonché l’estensione dell’arco operativo β possono variare a seconda di specifiche esigenze costruttive fintantoché la la struttura generale del tamburo viene mantenuta.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Tamburo elettromagnetico per separatore magnetico comprendente una struttura cilindrica (6) di materiale ferromagnetico provvista di una pluralità di solenoidi (2a, 2b) avvolti su nuclei polari (1a, 1b) aventi espansioni polari disposte perpendicolarmente all’asse del tamburo, detta struttura cilindrica (6) essendo racchiusa all’interno di un mantello (12) in materiale amagnetico che ruota coassialmente attorno alla struttura cilindrica (6) ed à ̈ provvisto di listelli longitudinali (13), un ulteriore nucleo polare (7) senza solenoide avvolto su esso che ha la sola funzione di azzerare il campo magnetico essendo disposto a valle di detti solenoidi (2a, 2b) nella direzione di rotazione di detto mantello (12), caratterizzato dal fatto che detti nuclei polari (1a, 1b) ed i solenoidi (2a, 2b) avvolti su di essi sono disposti perpendicolarmente all’asse del tamburo e lateralmente rispetto ad esso.
2. 2. Tamburo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i nuclei centrali (1a) hanno sezione maggiore rispetto ai nuclei di estremità (1b) che hanno preferibilmente una sezione ridotta del 40-45% rispetto ad essi, ed i solenoidi (2a) avvolti sui nuclei centrali (1a) sono più grandi dei solenoidi (2b) avvolti sui nuclei di estremità (1b) che forniscono preferibilmente una f.m.m. minore del 25-35% rispetto ad essi.
3. 3. Tamburo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che i nuclei centrali (1a) hanno espansioni polari più grandi dei nuclei di estremità (1b), le espansioni polari di quest’ultimi avendo preferibilmente una sezione ridotta del 35-40% rispetto alle prime.
4. 4. Tamburo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ciascuna espansione polare à ̈ formata da una prima parte (3a, 3b) sagomata a segmento circolare e fissata direttamente al corrispondente nucleo polare (1a, 1b) e da una seconda parte (4a, 4b) fissata a detta prima parte (3a, 3b) e sagomata come una piastra calandrata con un raggio di curvatura corrispondente al raggio della superficie attiva del tamburo.
5. 5. Tamburo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che i segmenti circolari (3a, 3b) si estendono su un arco di 70-80°, le piastre curve (4a, 4b) coprono detti segmenti circolari (3a, 3b) estendendosi oltre essi di 30-40° nella direzione di rotazione del mantello (12) e l’ulteriore nucleo polare (7) per l’azzeramento del campo magnetico à ̈ situato a 10-20° oltre dette piastre curve (4a, 4b).
6. 6. Tamburo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la pluralità di nuclei polari (1a, 1b) sono uniti da una colonna magnetica circuitale avente una larghezza non inferiore alla lunghezza di detti nuclei polari (1a, 1b), una sezione non minore della sezione dei nuclei polari di estremità (1b) ed una lunghezza sostanzialmente pari a quella della struttura cilindrica (6).
7. 7. Tamburo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che la colonna magnetica circuitale à ̈ formata da un quadrotto centrale (8), alle cui estremità vengono ricavati dei mozzi (9) provvisti di sedi per i cuscinetti di rotazione del mantello (12) e per delle ganasce di bloccaggio dei supporti del tamburo, e da due longheroni laterali (11a, 11b) con il longherone (11a) disposto sul lato di detto quadrotto (8) a monte rispetto alla direzione di rotazione del mantello (12) che à ̈ preferibilmente più largo dell’altro longherone (11b).
8. 8. Tamburo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che su almeno una faccia di estremità di uno dei mozzi (9) à ̈ ricavata una chiave (10) di regolazione della posizione del campo magnetico.
9. 9. Tamburo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i solenoidi (2a, 2b) sono collegati in serie.
10. 10. Separatore magnetico comprendente un tamburo elettromagnetico secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre un piano di alimentazione (A) del materiale da trattare consistente in un canale vibrante con una porzione terminale a pettine che à ̈ distanziata di circa 250 mm dal mantello (12) del tamburo, i listelli (13) di detto mantello (12) avendo un’altezza di circa 65 mm.