JPH04317705A - 高磁場勾配磁気分離方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は流体中に含まれる磁性粒
子の除去回収を目的とする高磁場勾配磁気分離方法およ
びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】強磁性体の繊維を磁界中に充填すること
によって、繊維の表面に大きな磁界勾配を形成せしめ、
流体中の磁性粒子を吸引捕獲する方法は、原理的には古
くから知られている。（例えば、解説・Ｔｒａｎｓａｃ
ｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、ｖｏｌ　ＭＡ
Ｇ−１０，Ｎｏ２，Ｊｕｎｅ，１９７４年刊，２２３頁
以降を参照）上記の原理を具体化した装置にはいろいろ
な方式が開示されている。磁界の付与の方法についても
、電磁石，ソレノイド，永久磁石などがあり、強磁性体
マトリックスについても、ステンレス繊維や球状体ある
いは最近では非晶質繊維などが用いられている。繊維マ
トリックスの充填の方法も、回収効率を高めるために網
状に編んだ多孔シートを磁界に直角に何層も配設する方
法などが実施されている。他にはマトリックスを編まず
にそのまま容器に詰め込む方式も従来から採用されてい
る。この方式は網状に編む手間が不要なので簡便である
が、マトリックスはランダムな方向を向いているため、
磁性粒子の回収に寄与しない部分も含まれるので、回収
率が落ちるなど長所と短所を併せもっている。

【０００３】高磁場勾配磁気分離は逆洗工程を必要とす
る。逆洗工程は、マトリックスが磁性粒子を除去回収す
る能力が低下した状態を元に復帰するために行うもので
、一般には磁界を解除した状態で、あるいはマトリック
スを磁界の外に取り出して、マトリックスに吸着した磁
性粒子を洗い落とすものである。すなわち、長時間の運
転によりマトリックスは吸着粒子により目詰まりを生じ
、除去効率の低下および流体抵抗の増大を招くので、こ
れを初期の状態に戻すのが逆洗の役割である。逆洗を行
うには、一時、ラインを停止する必要があるので磁気分
離装置を付設する設備の効率低下および作業能率低下の
原因となっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高磁場勾配
磁気分離において、逆洗工程の頻度を低減するために、
磁性粒子の除去回収能力を長時間保持するとともにマト
リックスの目詰まりによる圧損増加を最小限に抑制する
ための方法および装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段・作用】本発明は、磁界発
生源として永久磁石を用い、磁界中に充填された強磁性
体マトリックスにより生じる高磁場勾配を利用する磁気
分離方法において、該永久磁石が被処理流体の流路に沿
って下流から上流に向かって位置を変えることを特徴と
する磁気分離方法およびそれを具体化する装置である。 ここで、永久磁石の位置の設定方法は、磁気分離装置の
稼働開始時に、マトリックスを充填した容器の下流側に
配置し、所定の流体圧力の増加を検出したら増加量に応
じて上流方向に移動させるものである。

【０００６】本発明の方法および装置を図１を用いて、
より具体的に説明する。図１は、被処理流体が流路９の
矢印の方向すなわち下から上に流れている場合を想定し
ている。３は永久磁石であり、その長さは強磁性体マト
リックス７を充填した容器５の長さとほぼ同等ないしや
や長めにするのがよい。磁石３の通路１１は強磁性体マ
トリックス７を充填した容器５の周りを囲むように配設
されており、その長さは磁石３とマトリックス容器５の
長さの和より短かく、図１のようにマトリックス容器５
に対して相対的に上方に配置される。また通路１１の下
端はマトリックス容器５の下端とほぼ同じ高さにあわせ
る。ここで、容器の長さとは、マトリックスが実質的に
充填されている部分の長さであり、通路１１の長さは永
久磁石が移動できる空間の長さのことをいう。磁石３、
通路１１、容器５の長さ、相対的配置を上記のように決
める理由は磁石が上端に位置するとき、磁石の下端の少
なくとも一部がマトリックスの上部とオーバラップする
必要があるからである。

【０００７】つぎに本発明の装置の操作方法の一例を述
べる。永久磁石３はマトリックス７が交換直後の場合は
、磁石通路１１の上端に配置する。１２は被処理流体の
、マトリックス容器の入側と出側の圧力の差を計測する
差圧計である。定常状態の圧力差Ｐｏ　に対して圧力増
加が所定の範囲にある場合は永久磁石３は初期の位置を
保持したままにする。時間が経過して吸着粒子により圧
力増加が所定の値ΔＰに達した時、磁石３を駆動機構１
３によりＬだけ下に移動させる。この状態でさらに稼働
時間が経過して圧力がさらにΔＰ増加した時は、磁石３
をさらにＬだけ下に移動させる。このプロセスを繰り返
すことによって最後に磁石３は通路１１の下端に達する
。このとき、強磁性体マトリックス７は全体が平均的に
吸着粒子によって汚れているから逆洗を行う。差圧ΔＰ
と移動距離Ｌの具体的設定については、マトリックスの
種類、繊維の線径、充填率、充填長さ、被処理流体の種
類、圧力など多くのファクターに依存するため前もって
実際の使用環境、要求性能（例えば除去効率）に応じて
決定する。重要なことは許容できる最大差圧ΔＰｍ　に
達する前に、磁石が通路下端に達するように設定するこ
とである。

【０００８】上記の操作は一例に過ぎず、圧力変化に対
して磁石の移動を連続的にすることも可能であることは
いうまでもない。また、装置の構造に関して公知の方法
との組合せも本発明の範囲にふくまれる。例えば、逆洗
によるラインの停止時間を短縮する手段として、実開昭
５６−１２１４１５号公報に開示されるマトリックスを
内蔵する容器を複数のカートリッジに分割する方法を併
用できる。

【０００９】つぎに容器５、永久磁石３の断面形状につ
いて述べる。容器５は好ましくは円筒状であり、永久磁
石３は断面が円弧状であるのがよい。永久磁石は半径方
向に磁化されたものを１対、図１の（ｂ）に示すように
Ｎ極とＳ極が対向するように配置する。磁石を円弧状に
すると平板状磁石を対向させる場合に比べて、端部の漏
洩磁束が少ないので一様でかつ強い磁界が形成される。 永久磁石３の容器を兼ねる通路１１の断面形状は永久磁
石のそれに依存することはいうまでもない。磁石が円弧
状であれば必然的に通路１１の断面も円弧状となる。た
だし、上記の磁石断面形状は磁性粒子の除去効率向上の
観点から推奨するものであり、除去効率をそれほど重要
視しない場合は、平板状の磁石を用いることができる。 本発明で採用できる永久磁石の種類は、フェライト系、
稀土類系、アルニコ系、ホイスラー合金などである。ま
た、粉末状の上記磁石をプラスチックなどで固めたもの
も使用できる。

【００１０】本発明の装置の周辺部分の構成について述
べる。強磁性体マトリックスを充填した容器５は伸縮継
手１を介して被処理流体の流路９に着脱自在に設けてあ
る。これはマトリックスの洗浄、あるいは交換の際に容
器５を流路９から取り外すためである。なお容器５は非
磁性体で構成され、必要な強度と被処理流体による腐食
や反応、場合によっては生じる熱による軟化など変形や
亀裂を生じないものを用いる。例えば、アクリル、塩化
ビニール、アルミニウム、真鍮、オーステナイト系ステ
ンレス鋼などが使用できる。６は容器５内に設けた目皿
、８は流体通過孔である。強磁性体マトリックスは、流
体の種類や捕獲すべき粒子の種類や粒径などによって適
宜選択される。被処理流体が腐食性の強い場合は、それ
に応じて耐食性のあるマトリックス材料を用いる必要が
ある。また腰の強いもの（バネ性の強いもの）が性能劣
化を起こしにくく有利である。この目的に最も適合する
のは非晶質合金繊維であり、耐酸性、耐アルカリ性、耐
塩性など、それぞれ使用環境に適した成分の選択ができ
る。またバネ性も強いことも特徴としてあげることがで
きる。強磁性体粒子の除去回収ならば充填率が１ｖｏｌ
　％程度で十分であるので目詰まりを起こしにくく、し
たがって逆洗の頻度は一層減らすことができるので非晶
質合金繊維を用いることを推奨する。

【００１１】本発明の特徴は磁界発生源である永久磁石
の強磁性マトリックスに対する相対的位置をずらすこと
にある。従来の高磁場勾配磁気分離方法においては、流
体入側のマトリックスのみに磁性粒子のほとんどが吸着
して流路をふさぎ、残りのマトリックスが機能を発揮す
る前に全体を逆洗しなければならなかった。これに対し
て、改良型としてマトリックスを充填する容器を複数に
分割するカートリッジ方式が提案されたが、人手を要す
るカートリッジ交換作業の頻度が減少したわけではなか
った。本発明は磁石を自動的に移動してマトリックス全
体を活用することによりマトリックス容器の交換頻度お
よび逆洗頻度を従来法に比べて著しく削減する作用をも
たらした。

【００１２】

【実施例】小型冷間圧延機のクーラントを循環するため
の装置の途中に本発明の高磁場勾配磁気分離装置を設置
した。この磁気分離装置の主要部は、マトリックスとし
て体積率で１％のアモルファス合金繊維を充填した内径
３ｃｍ、長さ２０ｃｍ円筒状の非磁性ステンレススチー
ル製容器と、長さ２２ｃｍ，内径５ｃｍ、厚さ１ｃｍの
円弧状磁石、および長さ３８ｃｍの磁石通路から構成さ
れている。 ただし、磁石は稀土類系のボンド磁石で、マトリックス
容器は伸縮継手を介してクーラント循環用の内径２ｃｍ
のスチール製パイプに接続され、このスチール製パイプ
の伸縮継手近傍を結ぶバイパスには、流体入側出側の差
圧を検出するための差圧計が設けられている。

【００１３】上記冷間圧延機運転開始時の磁石下端位置
をマトリックス容器下流側から１／４の位置（図１のＡ
）に配置し、磁石移動の起点となる差圧の閾値を１ｃｍ
Ａｑに設定した。平均流量２０　ｌ／ｍｉｎのクーラン
トを流しながら炭素鋼の圧延を行ったところ、本発明の
高磁場勾配磁気分離装置の許容差圧４ｃｍＡｑに達する
までの実質稼働時間（稼働時間の累計）は５６時間であ
った。

【００１４】一方、比較のために行った磁石移動機構を
もたない、従来の高磁場勾配磁気分離装置では、許容差
圧４ｃｍＡｑに達するまでの実質稼働時間は２１時間で
あった。ただし、磁石位置は通路の最上流位置（図１の
Ｄ）で、磁石移動機構以外は同一条件で比較した。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の磁石移動機
構を有する高磁場勾配磁気分離方法は、従来法に比べて
マトリックス交換までの稼動時間が長いことは明らかで
ある。このように、本発明の磁気分離法を採用すること
により逆洗の頻度が著しく減少し、作業能率の大幅向上
が達成された。また、本発明の磁気分離装置によりこの
磁気分離法を効果的に実施することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高磁場勾配磁気分離方法および装置を
説明するための図で、（ａ）は全体像を示す側面図、（
ｂ）は主要部の横断平面図である。

【符号の説明】

１　　　　伸縮継手 ２　　　　シール用パッキン ３　　　　永久磁石 ５　　　　マトリックス容器 ６　　　　目皿 ７　　　　強磁性マトリックス ８　　　　流体通過孔 ９　　　　流路 １１　　磁石の通路 １２　　差圧計 １３　　磁石駆動機構

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　磁界発生源として永久磁石を用い、磁
   界中に充填された強磁性体マトリックスにより生じる高
   磁場勾配を利用する磁気分離方法において、該永久磁石
   が被処理流体の流路に沿って下流から上流に向かって位
   置を変えることを特徴とする高磁場勾配磁気分離方法。
2. 【請求項２】　　永久磁石の位置を、検出した被処理流
   体の圧力変化の大きさに応じて変えることを特徴とする
   請求項１記載の高磁場勾配磁気分離方法。
3. 【請求項３】　　永久磁石の位置を被処理流体の流路に
   沿って移動させる機構を有することを特徴とする高磁場
   勾配磁気分離装置。
4. 【請求項４】　　被処理流体の圧力変化を検出する機構
   、検出した圧力変化の大きさに応じて永久磁石の移動距
   離を設定する機構を有することを特徴とする請求項３記
   載の高磁場勾配磁気分離装置。