JP2009539599A - 強磁性物質の磁力選別機及び選別方法 - Google Patents

Abstract

直流電源（８）に接続されて強磁性物質の選別に適した磁場を発生させるソレノイド（６、７）を回転ドラム（１）内部に２以上備える磁力選別機において、前記直流電源（８）のソレノイド（６、７）への電流供給量は時間が経過しても略一定である。本発明はまた前記磁力選別機によって行われる選別方法にも関係する。

Description

本発明は強磁性物質の磁力選別機及び選別方法、特に銅を含有する粒状の強磁性部材を選別可能な選別機及び選別方法に関連し、他の強磁性部材から選別するための手作業を大きく減少させることができる。

一般に“proler”として知られる自動車の粉砕作業によってできた物質を回収する場合、磁力選別機により非強磁性物質から分離した粒状の強磁性部材は鉄鋼の製造に再利用することが好ましい。この選別機から排出される強磁性物質は、その中から更に電磁モーターのローターのように銅を含有する強磁性物質を分離することが重要である。周知の通り、銅は粒状の強磁性物質として製造される溶融鋼（フェライト）に悪影響を及ぼすので含有率を０．１５％以下に抑えることが好ましいからである。

多くの磁力選別機や選別方法が知られているが、例えば粉砕ミルの出口に回転式電磁ドラムを配置して、非強磁性部材から強磁性部材を分離する方法がある。一般にこのドラムは内部に回転軸の周りに固定して設けられる磁性部と略非磁性部を備えた回転式シェルで構成される。ソレノイドは電源に接続されており、直流電流を流すことにより誘導磁場が生じる。物質をコンベアベルトや振動板、送り台のような搬送装置によりドラムの方へと移送する。ドラムに対面する場所を物質が通過すると、強磁性部材はドラムの磁力形成部により発生する磁場の影響を受けて回転するドラムの表面へと誘引されるが、非磁性部材はその自重によって不純物の回収ゾーンへと落下する。ドラムのシリンダ表面に付着した強磁性物質はドラムの回転によって磁力形成部を通過し、重力によって別の回収ゾーンに落下する。

多くの選別設備の構造や運転方法が存在するにも関わらず、電磁ドラムによる強磁性部材の選別工程では純粋な強磁性部材と銅を含む強磁性部材との選別が出来ない。よって、銅を含む強磁性部材の分別は手作業で行う必要があり、選別設備で処理する物質の量は膨大なので高いコストがかかる。更に、粉砕すると銅はグレーに近い色になり他の材質と同じ色になってしまうため粒子状になった破片では銅を識別することはかなり困難である。

磁力選別機による選別工程のもう１つの問題点は温度である。通常の運転サイクル（８〜１６時間）の中で吸収電力はジュール効果により減少する傾向がある。実際、電流を流すと末端間の電位差と流れる電流の強度の積で求められる電力によって熱が発生する。その熱によって電力輸送ラインにおける電気抵抗が増大しエネルギー損失が大きくなるのでソレノイドによる起磁力が大きく減少し結果的に強磁性物質の回収効率が悪くなる。

本発明の目的は、このような欠点を解消した強磁性物質の選別装置を提供することである。この目的は、主要な特徴を請求項１と２１に記載し、他の特徴を残りの請求項に記載した磁力選別機及び選別方法により達成される。（請求項１は、直流電源（８）に接続されて強磁性部材の選別に適した磁場を発生させるソレノイド（６、７）を回転ドラム（１）内部に２以上備える磁力選別機において、前記直流電源（８）よりソレノイド（６、７）へ供給される電流の大きさが略一定になるように電圧制御されるものであり、又請求項２１は、銅含有率が異なる強磁性物質を選別する選別方法において、コンベア（２）によって前記強磁性物質を移送する工程と、 前記コンベア（２）の端部に回転ドラム（１）を備えた磁力選別機を配置する工程と、 前記ドラム（１）内に挿設されているソレノイド（６、７）に、直流電流を供給してドラム上に磁場を発生させる工程と、前記ドラム（１）を反重力方向に回転させる工程と、を備えている。ものである）

選別機内のソレノイドの運転（磁力発生用電圧若しくは電流）パラメーターを適切に選択・設定することにより銅を極微量しか含まないか銅を全く含まない強磁性物質と、特に（モータの）ローターコイルのように銅を多く含む強磁性物質とを分離することが可能になり、手作業で行うのは強磁性物質を流す時に限定することができる。

更に、特定の運転（磁力発生用電圧若しくは電流）パラメーターを選択・設定することにより磁場と起磁力が安定し、全運転サイクルに渡って最適な運転状態（磁力発生用電圧若しくは電流供給状態）を維持できる。

更に、本発明の選別機及び選別方法によれば例えばローター（コイル）のように形状因子（高さと断面直径の比率）が小さいものを含む全種類の粒子状強磁性部材を引き寄せることができる。

本発明による選別機及び選別方法のさらなる利点及び特徴は、添付された図面を参照して以下の詳細な説明により当業者に理解されるものである。

本発明の実施例にかかるドラム式磁力選別機の概略断面図を示す。

図面において、磁力選別機はドラム１と、選別しようとする物質をドラム１の方へと移送する（非磁性体からなる）コンベア２を備える。

ドラム１は円筒状シェル３で構成され、モーターやチェーン等により中心軸周りに（コンベア搬送端）より反重力方向に回転可能である。図において、矢印Ｆはドラム１の回転方向を示すがこの方向に限定されるものではない。円筒状シェル３にはドラムの回転軸と平行に長手方向延在する突起（回転する方向に直立面を有するナイフエッジ状突起）物４が円周方向に間隔をおいて複数個設けられており、シェル３の表面に引き付けられた強磁性物質をドラムの回転により移送する際に利用される。ソレノイド６、７はドラム１の円筒状シェル３の内室５に挿設され、ドラム外部の直流電源８に接続される。ソレノイド６、７は直流電流を流すことにより磁場を作り出して、例えばコンベア２によって移送される物質の中の強磁性部材を、形状因子（高さと断面直径の比率）が２．５という小さい形状因子の強磁性物質を含んだ生じた磁場によってドラムへと誘引する。ソレノイド６、７により生じた磁場のＮ極側磁石部はコンベア２の終端に近く、その間の距離Δは１０〜３０ｃｍである。Ｓ極側磁石部はドラム１の回転方向に沿ってＮ極側磁石部に対してほぼ反重力方向に向かって上方に、直角方向に配向している。よって、ドラム１の内室５では、ソレノイド６，７によってドラム１の前方側、つまりコンベア２に近い部分に１５０°〜１８０°の磁界形成部が規定され、ドラム１の後方（反対側上方）、つまりコンベア２から離れた場所に１８０°〜２１０°の略非磁界形成部が規定される。

コンベア２によってドラム１の方向へと移送される物質は選別されて、ドラム１後方（反対側上方）の非磁界形成部の下とドラム１前方のコンベア２終端の下とに設けられる２つのゾーンＡ、Ｂに回収される。図にアスタリスク（＊）で示される銅含有率が低い強磁性物質はドラム１のシェル３に付着してゾーンＡに回収され、図に楕円で示される非磁性物質及び銅含有率が高い強磁性物質はコンベア２によって重力によりゾーンＢへと直接排出される。強磁性材でできた部材をドラム１の磁場で誘引するためには鋼の平均比重にほぼ等しい７８．５Ｎ／dm³より高い固有起磁力（単位体積当たりの起磁力）が必要である。銅の含有率がより高い強磁性物質は、銅増加量の重量比率に従って比重が更に高くなる。よってソレノイドの形状因子が等しい場合、銅含有率が高い物質を誘引することなく銅を含まない純粋な強磁性物質のみを効率良く選別するためには固有起磁力により生じる磁力が鉄の比重よりも高く銅を含む強磁性部材の比重よりも低い必要がある。実際、銅の含有率が低い強磁性物質はソレノイド６とソレノイド７との間の吸引磁界により発生する磁場に引き付けられ、銅含有率が高い強磁性物質は非磁性物質と共に残る。尚、非磁性物質は既に上流で別の選別機によって選別されているのでごく僅かな量しか残っていない。

上述した通り磁力値、即ち磁場と磁場勾配の値を厳密に特定してその値を確定する必要があることは明白である。このようなパラメーターを特定するため発明者らは熱心に調査・実験活動を行った。例えば、粉砕ミルから排出された粒状の材料にローターが含まれるようなよくあるケースにおいて、ソレノイド６とソレノイド７との間の吸引磁界により発生する磁場に引き付けられない強磁性部材の銅含有率は一般に１２〜２０重量％であり、銅を含むローターの例においてその部材の比重は８７．９Ｎ／ｄｍ^３（銅の含有率１２％の場合）〜９４．２Ｎ／ｄｍ^３（銅の含有率２０％の場合）となる。発明者らは強磁性物質のみを分離するのに効果的な磁場強度と磁場勾配の数値は、この例ではそれぞれ４７７５０±５％ Ａ／ｍと１７５０±５％ Ａ／ｍで、この値により８０〜８１Ｎ／ｄｍ^３の固有磁力が発生することを発見した。実際にこの比重は鉄の比重よりも高く銅を含む強磁性部材の比重よりも低い。

非強磁性部材及び／又は銅含有率が高い強磁性部材から強磁性部材を選別するのに適した固有磁力値の幅はかなり狭いので、システムの性能が電磁ドラムの運転サイクル全般に渡って一定であることが重要になる。電磁ドラムの運転サイクル全般に渡ってシステム性能を一定にするために電磁回路によって発生する起磁力を一定に保つ必要がある。ソレノイドのコイルによって発生する起磁力は電流と巻数の積なので略一定の電流でソレノイド６、７を駆動させることで起磁力を略一定に保持することができる。更に、最も効率の良い磁力値を得られる電流値を選択・決定することにより選別工程の効率を上げることができる。供給電流を略一定に保つためには直流電源８より供給する電圧を制御する。このようにしてシステムに吸収される電力は電圧と電流の積に比例して変化する。

ジュール効果による運転効率の損失を最小限にするためにソレノイド６、７には断面積が大きな導線を使用する。これにより電流密度の値が低くなり運転サイクル中のジュール効果による電気抵抗の増大を最小限に抑えることができる。ソレノイドの製造に使用される最適な導線の断面積は例えば７０〜８０ｍｍ^２である。電流密度の最適値の例は、０．２〜０．７Ａ／ｍｍ^２であり、好ましくは０．４５〜０．５Ａ／ｍｍ^２である。また、ジュール効果によるエネルギー損失を最小限に抑えるために従来の電磁選別機よりも極めて少ない電力でソレノイド６、７を駆動してもよい。好ましい電力値の例は４〜６ｋＷであり、これは従来使用される選別機の電力の２５〜４０％である。このように同じソレノイド６、７の構造で電力１ｋＷを吸収する質量が大きくなる。具体的には、電力１ｋＷを吸収するソレノイド６、７の質量の値は２００ｋｇ／ｋＷより大きく、好ましくは３８０〜５００ｋｇ／ｋＷである。

従来技術における一定電圧での設備の運転と本発明による一定電流での運転を比較すると、２３０Ｖの一定電圧での運転サイクルではジュール効果による電気抵抗の上昇により運転サイクル中に吸収される電流（Ｉ＝Ｖ／Ｒ）が６９．５Ａから４２Ａへと減少した。その結果電力（Ｗ＝Ｖ×Ｉ）が１６０００Ｗから９６００Ｗに減少し、電流密度（δ＝Ｉ／導線の断面積）が０．９１９Ａ／ｍｍ^２から０．６０４Ａ／ｍｍ^２へと減少した。磁場により生じる起磁力（Ｆ＝コイルの巻数×Ｉ）は１６３２３０アンペア回数から９８６４２アンペア回数へと減少し、磁力性能は実に３９．６％損なわれた。このように選別機の性能が落ちている。

本発明のように一定電流（例として３５Ａとした）で運転すると、ジュール効果による電気抵抗の増大に比例して電圧（Ｖ＝Ｒ×Ｉ）がこの例では１１５Ｖから１７５Ｖへと増加した。よって、電力（Ｗ＝Ｖ×Ｉ）は運転サイクル中に４０００Ｗから６１２５Ｗへと増加した。結果として電流がほぼ一定であることによって電流密度（δ＝Ｉ／導線の断面積）も断面積が７０〜８０ｍｍ^２の導線では０．４５〜０．５Ａ／ｍｍ^２とほぼ一定になり、また起磁力（Ｆ＝コイルの巻数×Ｉ）は全サイクルに渡って８２２００アンペア回数でほぼ一定になった。

本発明の磁力選別機によれば電磁力を安定させることができ、全運転サイクルに渡って実質的な強磁性物質のみを選別するのに適した狭い範囲で電磁力の値を維持することが出来る。このようにして選別効率が飛躍的に良くなる。

上記した発明の実施例は特許請求の範囲内で当業者により追加／変更も可能である。

Claims (32)

1. 直流電源（８）に接続されて強磁性部材の選別に適した磁場を発生させるソレノイド（６、７）を回転ドラム（１）内部に２以上備える磁力選別機において、前記直流電源（８）よりソレノイド（６、７）へ供給される電流の大きさが略一定になるように電圧制御されることを特徴とする磁力選別機。
2. 前記ドラム（１）は円筒状シェル（３）で構成され、前記ドラム（１）の磁界形成部に引き寄せられた強磁性部材をシェル表面上で略非磁界形成部の方へと移送することを特徴とする請求項１記載の磁力選別機。
3. 前記円筒状シェル（３）は前記ドラム（１）の中心軸と平行に延在する突起物（４）を円周方向に複数個備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁力選別機。
4. 前記ソレノイド（６、７）は前記ドラム（１）内において１５０°〜１８０°の範囲の磁界形成部を規定し、１８０°〜２１０°の範囲の略非磁界形成部を規定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁力選別機。
5. 前記ソレノイド（６，７）はmass per unit absorbed powerが２００ｋｇ／ｋＷより大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁力選別機。
6. 前記ソレノイド（６，７）はmass per unit absorbed powerが３８０〜５００ｋｇ／ｋＷであることを特徴とする請求項５項に記載の磁力選別機。
7. 前記ソレノイド（６、７）は電流密度が０．２〜０．７Ａ／ｍｍ^２であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁力選別機。
8. 前記電流密度が０．４５〜０．５Ａ／ｍｍ^２であることを特徴とする請求項７項に記載の磁力選別機。
9. 前記電源（８）によるソレノイド（６、７）の供給電圧は可変に制御され、時間の経過により増大することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の磁力選別機。
10. 前記ソレノイド（６、７）により発生する磁場から求められる起磁力は時間が経過しても略一定であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の磁力選別機。
11. 前記ソレノイド（６、７）により発生する磁場から求められる単位体積当たりの起磁力により求められる磁力は、鉄の平均重力よりも大きく、少なくとも１２重量％の銅を含有する強磁性物質の固有重力よりも小さいことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の磁力選別機。
12. 単位体積当たりの起磁力により求められる前記磁力は７８．５〜８７．９Ｎ／ｄｍ^３であることを特徴とする請求項１１項に記載の磁力選別機。
13. 単位体積当たりの起磁力により求められる前記磁力は８０〜８１Ｎ／ｄｍ^３であることを特徴とする請求項１２項に記載の磁力選別機。
14. 前記ソレノイド（６、７）は銅含有率が低い強磁性物質を前記ドラム（１）へと誘引するのに適した磁場を発生させて前記ドラム（１）に誘引されない銅含有率の高い強磁性物質と分離することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の磁力選別機。
15. 前記ソレノイド（６、７）が発生させる磁場の磁場強度は４７７５０±５％ Ａ／ｍで磁場勾配は１７５０±５％ Ａ／ｍであることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の磁力選別機。
16. 前記ソレノイド（６、７）によって生じる磁場の１極（Ｎ）は強磁性物質を移送するコンベア（２）の端部に近く、その間の距離は１０〜３０ｃｍであることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の磁力選別機。
17. 前記ソレノイド（６、７）によって生じる磁場の前記第１極（Ｎ）は第２極（Ｓ）の略直角方向に配向されることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の磁力選別機。
18. ２つの回収ゾーン（Ａ，Ｂ）をそれぞれ前記ドラム（１）後方の非磁界形成部の下方位置と前記ドラム前方のコンベア（２）の終端の下方位置に設けたことを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の磁力選別機。
19. 前記第１の回収ゾーン（Ａ）は銅含有率が低い強磁性物質を回収し、前記第２の回収ゾーン（Ｂ）は銅含有率の高い強磁性物質を回収することを特徴とする請求項１８項に記載の磁力選別機。
20. 上流に配置される非強磁性物質から強磁性物質を分離するための選別機から前記強磁性物質が排出されることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の磁力選別機。
21. 銅含有率が異なる強磁性物質を選別する選別方法において、コンベア（２）によって前記強磁性物質を移送する工程と、前記コンベア（２）の端部に回転ドラム（１）を備えた磁力選別機を配置する工程と、前記ドラム（１）内に挿設されているソレノイド（６、７）に、直流電流を供給してドラム上に磁場を発生させる工程と、前記ドラム（１）を反重力方向に回転させる工程と、を備えていることを特徴とする選別方法。
22. 前記ソレノイド（６、７）を駆動させる直流電流は時間が経過しても略一定であることを特徴とする請求項２１に記載の選別方法。
23. 前記電流は前記ソレノイド（６、７）の供給電圧を制御することで時間が経過しても直流電流が一定となることを特徴とする請求項２２に記載の選別方法。
24. 前記磁場に起因するドラム上の起磁力は時間が経過しても略一定であることを特徴とする請求項２１〜２３のいずれか１項に記載の選別方法。
25. 磁場に起因するドラム上の起磁力によって生じる磁力は単位体積当たりが、鉄の平均重力よりも大きく、少なくとも１２重量％の銅を含む強磁性物質の固有重力よりも小さいことを特徴とする請求項２４に記載の選別方法。
26. 起磁力により生じる磁力は単位体積当たり７８．５〜８７．９Ｎ／ｄｍ^３であることを特徴する請求項２５に記載の選別方法。
27. 起磁力により生じる磁力は単位体積当たり８０〜８１Ｎ／ｄｍ^３であることを特徴する請求項２６に記載の選別方法。
28. 銅含有率が高い強磁性物質は非強磁性物質と共に回収されることを特徴とする請求項２１〜２７のいずれか１項に記載の選別方法。
29. 銅含有率が高い強磁性物質は前記ドラム（１）前方でコンベア（２）終端の下に設けられたゾーン（Ｂ）に回収されることを特徴とする請求項２１〜２８のいずれか１項に記載の選別方法。
30. 銅含有率が低い強磁性物質は前記ドラム（１）後方に設けられた回収ゾーン（Ａ）に回収されることを特徴とする請求項２９項に記載の選別方法。
31. 強磁性物質は非強磁性物質から強磁性物質を分離するのに適した上流の選別機から排出されたものであることを特徴とする請求項２１〜３０のいずれか１項に記載の選別方法。
32. 前記選別機は請求項１〜２０のいずれか１項に記載の磁力選別機であることを特徴とする請求項２１〜３０のいずれか１項に記載の選別方法。

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