ITMI941234A1 - PROCEDURE AND DEVICE FOR THE SEPARATION OF STAINLESS STEEL FROM MIXED MATERIALS THAT CONTAIN IT - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "PROCEDIMENTO E DISPOSITIVO PER LA SEPARAZIONE DI ACCIAIO INOX DA MATERIALI MISTI CHE LO CONTENGONO" DESCRIPTION of the industrial invention entitled: "PROCEDURE AND DEVICE FOR THE SEPARATION OF STAINLESS STEEL FROM MIXED MATERIALS THAT CONTAIN IT"
La presente invenzione riguarda un procedimento ed un dispositivo per la separazione di acciaio inox da materiali misti che lo contengono, ed in particolare un procedimento ed un dispositivo in cui l'acciaio inox viene separato mediante attrazione magnetica da materiali magneticamente inerti. The present invention relates to a process and a device for separating stainless steel from mixed materials containing it, and in particular a process and a device in which stainless steel is separated by magnetic attraction from magnetically inert materials.
E' noto che per il riciclo di un'importante materia prima quale è l'acciaio, i rottami di molti prodotti industriali, come ad esempio le autovetture, vengono sottoposti a frantumazione e successiva separazione dei frammenti d'acciaio dagli altri materiali misti che li accompagnano. Il ferro e gli acciai ferromagnetici vengono separati dagli altri componenti con dispositivi noti in cui il materiale ferromagnetico viene attratto da un campo magnetico e recuperato. Il materiale misto risultante da tale prima separazione contiene tuttavia frammenti di acciaio inox in quantità tali da rendere economicamente giustificato un suo recupero industriale. It is known that for the recycling of an important raw material such as steel, the scrap of many industrial products, such as cars, are subjected to crushing and subsequent separation of the steel fragments from the other mixed materials that accompany. The iron and ferromagnetic steels are separated from the other components with known devices in which the ferromagnetic material is attracted by a magnetic field and recovered. However, the mixed material resulting from this first separation contains fragments of stainless steel in such quantities as to make its industrial recovery economically justified.
Per separare l'acciaio inox dagli inerti si procede attualmente con tecniche basate sulla differenza di peso specifico dei materiali da separare, quali per esempio la flottazione o la centrifugazione. Queste tecniche presentano però diversi inconvenienti e soprattutto non offrono il vantaggio della semplicità, selettività e pulizia degli impianti magnetici di separazione. To separate the stainless steel from the aggregates, we currently proceed with techniques based on the difference in specific weight of the materials to be separated, such as flotation or centrifugation. However, these techniques have various drawbacks and above all do not offer the advantage of the simplicity, selectivity and cleanliness of the magnetic separation systems.
E’ noto anche che gli acciai inox, anche se il loro contenuto di ferro può variare entro limiti molto ampi, vengono considerati comunemente materiali paramagnetici o amagnetici per cui sono stati finora ritenuti non idonei ad una loro separazione mediante attrazione magnetica. Infatti la forza di attrazione di un materiale sottoposto ad un campo magnetico è proporzionale al valore della magnetizzazione intrinseca di tale materiale, al suo volume ed al gradiente di potenziale magnetico in quel punto del campo, secondo la nota formula F = Bi x V x dH/dx. Per gli acciai inox il valore di magnetizzazione intrinseca Bi è notevolmente basso e può variare da 0 a 100 Gs in funzione della dimensione, della forma e della permeabilità magnetica dell'oggetto da attrarre. Il valore Bi dei materiali ferromagnetici è invece dell’ordine di qualche migliaia di Gs. E' per questo motivo che sinora è stata sempre scartata l'ipotesi di separare l'acciaio inox con dispositivi o procedimenti basati sulla sua attrazione magnetica. It is also known that stainless steels, even if their iron content can vary within very wide limits, are commonly considered paramagnetic or non-magnetic materials for which they have so far been deemed unsuitable for their separation by magnetic attraction. In fact, the attraction force of a material subjected to a magnetic field is proportional to the value of the intrinsic magnetization of this material, to its volume and to the gradient of the magnetic potential at that point of the field, according to the known formula F = Bi x V x dH / right. For stainless steels, the intrinsic magnetization value Bi is remarkably low and can vary from 0 to 100 Gs depending on the size, shape and magnetic permeability of the object to be attracted. The Bi value of ferromagnetic materials is instead of the order of a few thousand Gs. It is for this reason that until now the hypothesis of separating stainless steel with devices or procedures based on its magnetic attraction has always been rejected.
Tuttavia, tenendo presente che nella formula sopra riportata il volume può essere considerato una costante, l'unica grandezza variàbile risulta essere il valore di gradiente dH/dx. Alla base della presente invenzione c’è l'idea di incrementare notevolmente il valore del gradiente di potenziale magnetico dH/dx in modo tale che, in determinate zone del risultante campo magnetico, la forza F raggiunga valori sufficienti ad attrarre gli acciai inox a basso indice Bì. However, bearing in mind that in the above formula the volume can be considered a constant, the only variable quantity is the dH / dx gradient value. The present invention is based on the idea of significantly increasing the value of the magnetic potential gradient dH / dx so that, in certain areas of the resulting magnetic field, the force F reaches values sufficient to attract low-grade stainless steels. index Bì.
E' pertanto uno scopo della presente invenzione quello di fornire un procedimento per la separazione di acciaio inox da materiali inerti mediante attrazione magnetica. Tale scopo viene conseguito con un procedimento in cui il materiale misto esente da componenti ferromagnetici viene convogliato attraverso un campo magnetico il cui gradiente di potenziale magnetico nella zona operativa è superiore a 1500 Oe/cm, con conseguente attrazione ed arresto dell'acciaio inox e sua separazione dagli inerti che invece proseguono nel loro movimento. It is therefore an object of the present invention to provide a process for the separation of stainless steel from inert materials by means of magnetic attraction. This purpose is achieved with a process in which the mixed material free from ferromagnetic components is conveyed through a magnetic field whose magnetic potential gradient in the operating area is higher than 1500 Oe / cm, with consequent attraction and arrest of the stainless steel and its separation from the aggregates which instead continue in their movement.
Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo per la realizzazione pratica del suddetto procedimento. Questo scopo viene conseguito con un dispositivo in cui il generatore del campo magnetico ad elevato gradiente di potenziale magnetico è costituito da una molteplicità di magneti disposti in file e righe parallele in cui le polarità dei magneti risultano alternate sia in ciascuna fila che in ciascuna riga, tutti i magneti avendo i poli aperti magneticamente isolati tra loro. Con questa disposizione dei magneti il generatore determina un incrocio di linee di flusso magnetico che può generare nella zona operativa un altissimo gradiente di potenziale magnetico comunque superiore ai 1500 Oe/cm come richiesto dal procedimento secondo la presente invenzione . Another object of the present invention is to provide a device for carrying out the aforementioned process in practice. This object is achieved with a device in which the generator of the magnetic field with a high gradient of magnetic potential is constituted by a multiplicity of magnets arranged in parallel rows and rows in which the polarity of the magnets are alternated both in each row and in each row, all magnets having their open poles magnetically isolated from each other. With this arrangement of the magnets, the generator determines a crossing of magnetic flux lines which can generate in the operating area a very high gradient of magnetic potential in any case higher than 1500 Oe / cm as required by the process according to the present invention.
Secondo una prima forma realizzativa del dispositivo secondo la presente invenzione, la molteplicità di magneti è disposta in file e righe parallele su una superficie piana. Il generatore piano così ottenuto è collocato al di sotto di un nastro convogliatore atto a trasportare il materiale da trattare. Mettendo in movimento il nastro convogliatore, quando il materiale da trattare viene a trovarsi sopra il suddetto generatore, l'acciaio inox viene attratto dal generatore e quindi trattenuto su una superficie del convogliatore, mentre gli inerti proseguono nel loro movimento. Con adatti mezzi si procede poi al distacco dei frammenti di acciaio inox dal convogliatore ed alla loro raccolta in appositi contenitori. According to a first embodiment of the device according to the present invention, the multiplicity of magnets is arranged in parallel rows and rows on a flat surface. The plane generator thus obtained is placed under a conveyor belt suitable for transporting the material to be treated. By setting the conveyor belt in motion, when the material to be treated is above the aforementioned generator, the stainless steel is attracted by the generator and then held on a surface of the conveyor, while the aggregates continue their movement. Using suitable means, the stainless steel fragments are then detached from the conveyor and collected in suitable containers.
Secondo una forma realizzativa preferita del dispositivo secondo la presente invenzione il generatore di campo magnetico è invece costituito da un rullo sulla cui superficie cilindrica sono fissate file e righe parallele di magneti, il quale viene usato per azionare il nastro convogliatore che trasporta il materiale da trattare. Questa forma particolare realizzativa offre, oltre a tutti i vantaggi connessi con la tecnica della separazione magnetica, anche quello di una elevata selettività. According to a preferred embodiment of the device according to the present invention, the magnetic field generator is instead constituted by a roller on whose cylindrical surface parallel rows and rows of magnets are fixed, which is used to drive the conveyor belt that carries the material to be treated. . This particular embodiment offers, in addition to all the advantages connected with the magnetic separation technique, also that of a high selectivity.
Ulteriori vantaggi e caratteristiche del procedimento e del dispositivo 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: Further advantages and characteristics of the process and of the device according to the present invention will become evident to those skilled in the art from the following detailed description of an embodiment thereof with reference to the attached drawings in which:
la FIGURA 1 mostra una vista laterale del generatore di campo magnetico secondo la presente invenzione; Figure 1 shows a side view of the magnetic field generator according to the present invention;
la FIGURA 2 mostra una vista ingrandita di una frazione del generatore della Fig. 1; FIGURE 2 shows an enlarged view of a fraction of the generator of Fig. 1;
la FIGURA 3 mostra una vista ingrandita in sezione presa lungo la linea A-A' della Fig. 1; e la FIGURA 4 mostra una vista schematica in elevazione laterale del dispositivo completo di separazione incorporante il generatore secondo la presente invenzione. FIGURE 3 shows an enlarged sectional view taken along the line A-A 'of Fig. 1; and FIGURE 4 shows a schematic side elevation view of the complete separation device incorporating the generator according to the present invention.
Facendo riferimento alla Fig. 1, si vede che il generatore secondo la presente invenzione è costituito da una molteplicità di file di magneti permanenti 1 allineate sulla superficie cilindrica di un rullo 2 provvisto di albero 3. Una estremità dell'albero 3 è provvista di chiavetta 4 per il calettamento ad un motore. Infatti il rullo 2 viene preferibilmente usato per azionare il nastro convogliatore come verrà dettagliatamente descritto in seguito. E’ ovvio, tuttavia, che il rullo 2 può essere realizzato anche come rullo folle o condotto. With reference to Fig. 1, it can be seen that the generator according to the present invention consists of a multiplicity of rows of permanent magnets 1 aligned on the cylindrical surface of a roller 2 provided with shaft 3. One end of shaft 3 is provided with a key 4 for keying to a motor. In fact the roller 2 is preferably used to drive the conveyor belt as will be described in detail below. It is obvious, however, that the roller 2 can also be made as an idle or driven roller.
I magneti 1 sono disposti in file parallele 5, 5', 5" etc. affiancate circonferenzialmente sulla superficie esterna del rullo 2. L ' affiancamento delle file 5, 5' etc. è fatto in modo tale che i magneti 1 si trovino perfettamente allineati in modo da formare anche righe parallele 6, 6' e 6" di magneti permanenti 1 affiancate assialmente. The magnets 1 are arranged in parallel rows 5, 5 ', 5 "etc. side by side circumferentially on the external surface of the roller 2. The side by side of the rows 5, 5' etc. is done in such a way that the magnets 1 are perfectly aligned so as to also form parallel rows 6, 6 'and 6 "of permanent magnets 1 axially side by side.
Nella Fig. 2 è mostrato in dettaglio come sono ordinati i magneti 1 lungo le loro file 5, 5’ etc. e lungo le righe 6, 6' etc. Le lettere N ed S indicano i poli nord e sud di ciascun magnete 1 per cui è evidente che tutti i magneti 1 sono disposti in modo che le loro polarità risultino alternate sia lungo le file circonferenziali 5, che lungo le righe assiali 6, 6' etc. Fig. 2 shows in detail how the magnets 1 are ordered along their rows 5, 5 'etc. and along lines 6, 6 'etc. The letters N and S indicate the north and south poles of each magnet 1 so it is evident that all the magnets 1 are arranged so that their polarities are alternated both along the circumferential rows 5 and along the axial rows 6, 6 ' etc.
Ciascun magnete 1 è magneticamente isolato da quelli limitrofi. Ciò può essere facilmente ottenuto, per esempio, lasciando degli interstizi liberi fra un magnete e l'altro in modo che ciascun magnete sia perimetralmente a contatto con l'aria. Tuttavia, per conferire maggiore robustezza all'insieme dei magneti, è preferibile che gli interstizi vengano riempiti con adatto materiale isolante, come per esempio una resina epossidica. La colata di resina, oltre a rinforzare la struttura dell'insieme, assicura anche che ciascun magnete resti permanentemente nella sua sede senza subire spostamenti di sorta sotto forti sollecitazioni. Infatti il rullo 2, essendo usato come rullo motore del nastro convogliatore, é sottoposto a forti sollecitazioni durante il funzionamento del dispositivo secondo la presente invenzione. Each magnet 1 is magnetically isolated from the neighboring ones. This can be easily achieved, for example, by leaving free interstices between one magnet and the other so that each magnet is perimeter in contact with the air. However, to give greater strength to the assembly of magnets, it is preferable that the interstices are filled with a suitable insulating material, such as an epoxy resin. The resin casting, in addition to reinforcing the structure of the assembly, also ensures that each magnet remains permanently in its seat without undergoing any displacement under strong stresses. In fact the roller 2, being used as the driving roller of the conveyor belt, is subjected to strong stresses during the operation of the device according to the present invention.
La disposizione dei magneti 1 con le polarità ordinate come illustrato nella Fig. 2 fa sì che la molteplicità di magneti 1 determina quel particolare incrocio di linee di flusso magnetico atto a generare nella zona di impiego un altissimo gradiente di potenziale magnetico, superiore ai 1500 Oe/cm, richiesti per l’esecuzione del procedimento della presente invenzione. Con i magneti attualmente reperibili sul mercato è tuttavia possibile realizzare secondo la presente invenzione un dispositivo capace di generare nella zona operativa un gradiente di potenziale magnetico superiore a 4000 Oe/cm e che può arrivare anche a 5000 Oe/cm. The arrangement of the magnets 1 with the polarities ordered as illustrated in Fig. 2 causes the multiplicity of magnets 1 to determine that particular intersection of magnetic flux lines capable of generating in the area of use a very high gradient of magnetic potential, higher than 1500 Oe / cm, required for carrying out the process of the present invention. With the magnets currently available on the market it is however possible to realize according to the present invention a device capable of generating in the operative area a gradient of magnetic potential higher than 4000 Oe / cm and which can even reach 5000 Oe / cm.
Facendo riferimento alla Fig. 3, che mostra una vista in sezione del rullo 2, si vede che questo è essenzialmente costituito da un cilindro cavo 7 di materiale ferromagnetico, avente entrambe le basi chiuse da una flangia 8 e provvisto di albero 3. Il cilindro 7 è di materiale ferromagnetico, preferibilmente di acciaio dolce che notoriamente è il più economico fra i materiali ad elevata permeabilità magnetica. La superficie esterna del cilindro 7 è sagomata in modo da formare una molteplicita di sedi rettangolari 9 ognuna delle quali è destinata ad accogliere un magnete 1. With reference to Fig. 3, which shows a sectional view of the roller 2, it can be seen that this is essentially constituted by a hollow cylinder 7 of ferromagnetic material, having both bases closed by a flange 8 and provided with shaft 3. The cylinder 7 is of ferromagnetic material, preferably of mild steel which is notoriously the cheapest among the materials with high magnetic permeability. The external surface of the cylinder 7 is shaped so as to form a plurality of rectangular seats 9 each of which is designed to accommodate a magnet 1.
Nella Fig. 3 si vedono chiaramente anche gli interstizi 10, 10', 10" etc. che separano tra loro i magneti delle righe 6, 6', 6" etc. Tali interstizi servono ad evitare corti circuiti fra i magneti 1. Come accennato sopra, ciascun interstizio è preferibilmente riempito di una resina epossidica. In Fig. 3 the interstices 10, 10 ', 10 "etc. which separate the magnets of the rows 6, 6', 6" etc. are also clearly seen. Such interstices serve to avoid short circuits between the magnets 1. As mentioned above, each interstice is preferably filled with an epoxy resin.
Per assicurare al rullo 2 la necessaria resistenza all'usura, esso è rivestito da una sottile camicia esterna 11 di adatto materiale. Un materiale adatto allo scopo è l'acciaio inox, anche se questo influenza negativamente il campo magnetico nella zona operativa. In caso di necessità si può usare la vetroresina per realizzare la camicia 11. To ensure the necessary wear resistance to the roller 2, it is coated with a thin outer jacket 11 of suitable material. A suitable material for this purpose is stainless steel, although this negatively affects the magnetic field in the operating area. If necessary, fiberglass can be used to make the jacket 11.
I magneti 1 utilizzati nella forma realizzativa qui descritta ed illustrata negli annessi disegni sono magneti permanenti. E' ovvio però che essi possono essere sostituiti da elettromagneti, ma ciò naturalmente comporta complicazioni costruttive. The magnets 1 used in the embodiment described here and illustrated in the attached drawings are permanent magnets. It is obvious, however, that they can be replaced by electromagnets, but this naturally entails constructive complications.
Facendo ora riferimento alla Fig. 4 verrà descritto nella sua forma più semplice un apparecchio per l'esecuzione pratica del procedimento di separazione dell'acciaio inox secondo la presente invenzione. L'apparecchio comprende un piano vibrante 12 dove viene introdotto il materiale misto 13 da sottoporre al trattamento di separazione dell'acciaio inox. Il materiale 13, composto essenzialmente da acciaio inox e da inerti, viene trasferito sul nastro convogliatore 14 azionato dal rullo 2 costruito come sopra descritto ed illustrato nelle Figg. 1-3. Il movimento è fornito dal motore 15 sul quale è calettata l'estremità del rullo 2. With reference now to Fig. 4, an apparatus for the practical execution of the stainless steel separation process according to the present invention will be described in its simplest form. The apparatus comprises a vibrating surface 12 where the mixed material 13 to be subjected to the stainless steel separation treatment is introduced. The material 13, essentially composed of stainless steel and aggregates, is transferred onto the conveyor belt 14 driven by the roller 2 constructed as described above and illustrated in Figs. 1-3. The movement is provided by the motor 15 on which the end of the roller 2 is keyed.
Mettendo in funzione tale apparecchio il materiale 13, spinto dal piano vibrante 12, viene trasportato dal nastro 14 fino alla zona operativa dove prevale il campo magnetico generato dai magneti disposti sulla superficie del rullo 2. In tale zona i frammenti di acciaio inox vengono attratti dalla forza magnetica e restano aderenti alla superficie esterna del nastro 14. L'acciaio inox resta saldamente aderente alla superficie del nastro convogliatore 4 anche quando questo, continuando la rotazione del rullo 2, inizia la sua corsa verso il basso. I materiali inerti, invece, non essendo soggetti alla forza di attrazione del campo magnetico generato dal rullo 2, si staccano per gravità ed inerzia dal nastro 14 non appena questo, come illustrato dalla freccia 16, inizia la sua corsa verso il basso. Il materiale inerte viene raccolto nella tramoggia 17. By putting this device into operation, the material 13, pushed by the vibrating plane 12, is transported by the belt 14 to the operating area where the magnetic field generated by the magnets arranged on the surface of the roller prevails 2. In this area the stainless steel fragments are attracted by the magnetic force and remain adherent to the external surface of the belt 14. The stainless steel remains firmly adherent to the surface of the conveyor belt 4 even when this, continuing the rotation of the roller 2, begins its downward stroke. The inert materials, on the other hand, not being subjected to the force of attraction of the magnetic field generated by the roller 2, detach from the belt 14 by gravity and inertia as soon as this, as illustrated by the arrow 16, begins its downward stroke. The inert material is collected in the hopper 17.
I frammenti di acciaio inox continuano a restare aderenti al nastro convogliatore 4 anche quando vengono a trovarsi al di sotto del rullo 2. Il distacco avviene infatti solo quando, con l'allontanarsi delle particelle dal rullo 2, la forza di gravità cui tali particelle sono soggette prevale sulla forza di attrazione magnetica generata dal rullo 2. Il distacco di tali particelle è illustrato dalla freccia 18 nella Fig. 4 che mostra anche come tali particelle vengono raccolte nella tramoggia 19. The stainless steel fragments continue to adhere to the conveyor belt 4 even when they are located below roller 2. In fact, the detachment occurs only when, as the particles move away from roller 2, the force of gravity to which these particles are subject prevails over the magnetic attraction force generated by the roller 2. The detachment of these particles is illustrated by the arrow 18 in Fig. 4 which also shows how these particles are collected in the hopper 19.
Da notare che i frammenti di acciaio inox, dal punto in cui vengono arrestati sul nastro convogliatore 14 fino al punto del loro distacco da tale nastro, hanno una velocità relativa nulla rispetto ai magneti 1 disposti sul rullo 2. E' grazie a questo accorgimento che la forma realizzativa preferita del dispositivo separatore secondo la presente invenzione consente la migliore separazione attualmente possibile per gli acciai inox. Il trattamento dei materiali misti risulta in tal modo estremamente selettivo per cui gli acciai inox recuperati sono sostanzialmente privi di inerti. It should be noted that the stainless steel fragments, from the point where they are stopped on the conveyor belt 14 up to the point of their detachment from this belt, have a zero relative speed with respect to the magnets 1 arranged on the roller 2. It is thanks to this arrangement that the preferred embodiment of the separator device according to the present invention allows the best separation currently possible for stainless steels. The treatment of mixed materials is thus extremely selective so that the recovered stainless steels are substantially free of aggregates.
La forma realizzativa sopra descritta ed<’>illustrata negli annessi disegni è stata riportata solo a titolo esemplificativo dell'invenzione. Sono possibili diverse varianti ed una di queste potrebbe essere la sostituzione dei magneti permanenti 1 con equivalenti elettromagneti. In tal caso bisogna ovviamente ricorrere ad accorgimenti costruttivi più complessi. Ulteriori varianti e/o aggiunte sono alla portata degli esperti del ramo restando nell'ambito della presente invenzione. The embodiment described above and <'> illustrated in the attached drawings has been reported only by way of example of the invention. Various variants are possible and one of these could be the replacement of the permanent magnets 1 with equivalent electromagnets. In this case it is obviously necessary to resort to more complex constructive measures. Further variants and / or additions are within the reach of those skilled in the art while remaining within the scope of the present invention.
La presente invenzione è stata descritta con riferimento alla sua applicazione al trattamento di materiali misti per separare gli acciai inox. E' ovvio che essa potrà essere ugualmente applicata con successo alla separazione di altri materiali caratterizzati da bassi valori Bi di magnetizzazione intrinseca e cioè i materiali comunemente ritenuti paramagnetici o amagnetici. The present invention has been described with reference to its application to the treatment of mixed materials to separate stainless steels. It is obvious that it can equally be successfully applied to the separation of other materials characterized by low Bi values of intrinsic magnetization, that is, materials commonly considered to be paramagnetic or non-magnetic.
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