KR20090027733A - 전자기 분리기 및 강자성 물질의 분리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전 가능한 드럼(1) 내부에 배치되고, 강자성체를 분리하기에 적절한 자기장을 형성하기 위한 연속전류 전원 공급장치(8)에 연결된 2 개 이상의 솔레노이드(6, 7)를 포함하며, 상기 전원 공급장치(8)는 실질적으로 일정한 전류를 공급하는 전자기 분리기에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 전자기 분리기를 이용하여 수행될 수 있는 분리 방법에 관한 것이다.

전자기 분리기, 강자성 물질, 솔레노이드, 프롤러, 비자성 물질

Description

전자기 분리기 및 강자성 물질의 분리 방법 {ELECTROMAGNETIC SEPARATOR AND SEPARATION METHOD OF FERROMAGNETIC MATERIALS}

본 발명은 전자기 분리기 및 강자성 물질의 분리 방법에 관한 것이고, 특히, 분리기 및 구리를 포함하는 연삭된 강자성 부분을 분리하여 이들을 다른 강자성 부분과 분리하기 위한 수동적 작동을 크게 줄일 수 있도록 하는 방법에 관한 것이다.

"프롤러(proler)"라고 알려진 자동차 연삭으로부터 발생되는 물질의 회복 공정에서. 연삭되고 전자기 분리기에 의하여 비자성 부분과 분리되는 강자성 부분은 강철의 생산을 위한 재사용되는 것이 바람직하다. 분리기에서 배출되는 강자성 물질에 있어서, 전기 모터의 회전자와 같은 구리를 포함하는 강자성 부분을 더욱 분리하는 것이 중요하다. 실제로, 알려진 바와 같이, 구리는 연삭된 강자성 물질로부터 생산될 수 있는 용강을 오염시키고, 이에 따라, 0.15 %를 초과하지 않는 범위에서 존재하는 것이 바람직하다.

강자성 부분을 비자성 부분으로부터 분리하기 위하여 연삭기의 외측에 배치되는 회전 가능한 전자기 드럼을 사용하는 것과 같이, 수많은 전자기 분리기들 및 분리 방법들이 알려졌다. 드럼은 일반적으로 드럼의 회전축에 대하여 고정된 자기 섹터 및 사실상 비자기 섹터가 내부에 존재하는 회전 가능한 쉘을 포함한다. 유도 자기장은 전원 공급장치에 연결되고 연속전류가 공급되는 솔레노이드에 의하여 형성된다. 물질은 컨베이어 벨트, 진동면 또는 슬라이드와 같은 운반 수단에 의하여 드럼으로 운반된다. 드럼에서 물질이 이동할 때, 강자성 부분은 드럼의 자기 섹터에 의하여 형성된 자기장에 영향을 받고, 회전 드럼의 표면으로 이끌리게 되는 반면, 비자성 부분은 비활성 물질의 수집부로 이들 자체의 무게에 의하여 떨어진다. 회전 과정에서, 드럼의 원통형 표면으로 이끌린 강자성 물질은 지기 섹터 밖으로 이동하고, 다른 수집부로 중력에 의하여 떨어진다.

상기한 유형의 전자기 분리기의 예는 예를 들어, 특허 출원 WO 2005/120714 및 특허 GB 607682 및, GB 100062 및 GB 152549에서 개시되고 있다.

분리 플랜트의 다양한 건설 및 작동 유형에도 불구하고, 전자기 드럼에 의한 강자성 부분의 분리 공정으로는 일반 강자성 부분과 구리를 포함하는 강자성 부분 사이의 선택적 분리가 불가능하다. 따라서, 분리 플랜트에서 처리되는 많은 양의 물질들 때문에 매우 고비용으로 수동적인 분리가 요구된다. 더욱이, 연삭때문에, 구리는 사실상 회색이고 다른 물질들과 동일한 색을 갖기 때문에 연삭된 물질들로 부터 구리를 구분하는 것은 다소 어렵다.

특허 GB 1083581은 작은 입자 크기로 연삭된 기초 슬래그로부터 강자성 물질을 분리하기 위한 공정을 기술하고 있다. 슬래그는 적어도 하나의 높은 강도의 자기장 분리기를 지나게 되고, 인 함량이 증가된 부분 및 철 함량이 증가된 다른 부분인 적어도 2 개 부분으로 분리된다. 강자성 물질은 낮은 강도의 자기장에 의한 이전의 과정을 통하여 제거될 수 있다.

특허 US 4062765는 자성 유체를 통한 서로 다른 밀도를 갖는 입자의 분리를 위한 장치 및 공정을 기술하고 있다. 분리는 자성 유체 내의 자기 입자들을 포함하는 입자 혼합물을 자극의 그리드에 의하여 형성되는 복수의 자기 갭들을 사용하여 부상시키고, 이에 의하여, 자기 입자들이 분리부에 이동됨에 의하여 이루어진다.

자기 분리기에 의한 분리 공정의 다른 문제점은 온도와 관련되어 있다. 일반적인 작업 주기(8~16 시간)의 과정에서, 줄 효과(Joule effect)에 의하여, 흡수되는 전력이 감소하는 경향이 있다. 사실상, 전류는 극간의 전위차와 이를 통해 흐르는 전류의 강도의 곱과 동일한 전력으로 열을 발생시킨다. 이러한 현상이 전선에서 전기 저항 및 에너지 손실을 증가시키기 때문에, 솔레노이드에 의하여 생성되는 기자력(기자력)의 효율은 강자성 물질의 수집에 있어서 결과적으로 크게 감소 한다.

특허 US 4702825는 초전도 물질의 코일을 포함하는 전자기 분리기를 위한 고구배(high gradient) 자석에 대하여 기술하고 있다. 바이폴라 전원 공급장치는 초전도 자석을 위하여 제공되며, 이에 의하여, 자석은 빠른 경사 형태로 자화 및 소자된다. 코일에 적용되는 전류는 기준 제어전압에 기초하여 분압기를 통하여 변류기에 의하여 다양화된다. 축적되는 열의 문제점을 회피하기 위하여, 분리기는 액체 헬륨 및 액체 질소 탱크 및 진공 챔버를 포함하는 열 차단부를 구비하여 제공된다.

본 발명의 목적은 강자성 부분을 분리하기에 적절한 자기장을 형성하기 위한 전자기 분리기를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 서로 다른 함량의 구리를 갖는 강자성 부분들을 분리하기 위한 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 회전 가능한 드럼 내부에 배치되고, 연속전류 전원 공급장치에 연결된 2 개 이상의 솔레노이드들을 포함하는 전자기 분리기에 있어서, 상기 전원 공급장치에는 시간에 대하여 실질적으로 일정한 전류가 공급되고, 단위 부피당 기자력에 의하여 생성되는 인력은 강철의 평균 비중으 초과하나, 구리 함량이 적어도 12 중량%인 강자성 부분의 비중 미만인 것을 특징으로 하는 전자기 분리기를 제공한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여, 상기 전자기 분리기를 이용하여 서로 다른 함량의 구리를 갖는 강자성 부분들을 분리하는 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 기자력 효율을 유지, 열 축적 방지의 효과를 가지면서, 서로 다른 함량의 구리를 갖는 강자성 부분들을 분리할 수 있는 전자기 분리기 및 이를 이용한 강자성 부분들의 분리 방법이 제공된다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 단점들을 극복하는 강자성 물질의 분리 장치를 제공하는데 있다. 상기의 목적은 주요 특징들이 청구항 1항 및 21항에 각각 구체화되고, 다른 특징들은 나머지 청구항들에 의하여 구체화되는 전자기 분리기 및 분리 방법에 의하여 이루어진다.

분리기 솔레노이드의 작동 파라메터들을 구체적으로 선택하고 설정함에 의하여, 강자성 부분의 유동에 대하여만 수동적 작동을 수행하기 위하여, 주목할만한 구리 함량을 갖는 강자성 부분, 특히 회전자 코일에서 함량이 무시할 정도이거나 또는 구리가 전혀 포함되지 않은 강자성 부분을 분리하는 것이 가능하다.

더욱이, 작동 파라메터들의 구체적 선택 및 설정은 자기장 및 기자력을 안정시키고, 이에 따라, 전체 작업 과정을 통하여 최적의 작동 환경이 유지되도록 한다.

또한, 본 발명에 따른 분리기 및 분리 방법은 낮은 형태 인자(form factor)(높이와 면 직경의 비)를 갖는 회전자와 같은 것을 포함하는 연삭된 물질을 형성하는 모든 형태의 강자성 부분들을 당길 수 있다.

더욱이, 본 발명에 따른 장치 및 분리 방법의 장점 및 특징들은 드럼 자기 분리기의 개략적 단면을 보여주는 부가된 도면을 참조하여 이하의 구체예에 대한 상세한 설명에 의하여 당업자에게 자명하게 될 것이다.

도면은 드럼(1) 및 분리될 물질을 드럼(1)으로 운반하는 컨베이어(2)를 포함하는 전자기 분리기를 도시하고 있다.

드럼(1)은 원통형 쉘(3)을 포함하고, 예를 들어, 모터 및 체인 구동부에 의하여 이의 축을 중심으로 회전이 가능하다. 도면에서, 화살표 F는 드럼(1)의 가능한 회전 궤적을 나타낸다. 원통형 쉘(3)은 드럼의 축에 평행한 이의 세로 방향을 따라 배치되어 있고, 드럼 회전 과정에서 쉘(3)의 표면에 드럼(1)에 의하여 이끌려진 강자성 물질을 이동시키는 것을 돕는 복수의 돌출된 프로파일(4)들을 구비하여 제공된다. 솔레노이드(6, 7)는 드럼(1)의 원통형 쉘(3)에 의하여 둘러싸여진 챔버(5) 내부에 배치되고, 상기 솔레노이드는 드럼의 외부에 배치된 연속전류 전원 공급장치(8)에 연결되어 있다. 이러한 솔레노이드(6, 7)는 연속전류에 의하여 전원이 공급되고, 예를 들어, 형태 인자가 2.5와 같이 낮은 형태 인자를 갖는 것들을 포함하여, 컨베이어(2)에 의하여 이동되는 물질들을 구성하는 강자성 부분들을 드럼(1)으로 당길 수 있는 자기장을 형성한다. 솔레노이드(6, 7)에 의하여 형성되는 자기장의 N극은 컨베이어(2)의 말단 근처이고, 이로부터의 거리(Δ)는 10 내지 30 cm이다. S극은 드럼(1)의 회전 방향을 따라 N극에 대하여 실질적으로 수직으로 배치된다. 따라서, 솔레노이드(6, 7)는 드럼(1) 정면에 배치된, 즉, 컨베이어(2)에 가까운 150 ° 내지 180 ° 사이에 포함되는 자기 섹터를 드럼(1)의 챔버(5) 내에서 정의하고, 드럼(1) 후면에 배치된, 즉, 컨베이어(2)에서 먼 180 ° 내지 210 ° 사이에 포함되는 실질적으로 비자기 섹터를 정의한다.

컨베이어(2)에 의하여 드럼(1)의 방향으로 이동되는 물질은 분리되고, 각각, 비자기 섹터의 하부이고 드럼(1)의 후면에 배치된 지역 및 컨베이어(2)의 말단 하부이고 드럼(1)의 전면에 배치된 지역인 2 개의 지역(A, B)에 수집된다. 도면에서 별표로 표시되는 낮은 구리 함량을 갖는 강자성 물질의 부분은 드럼(1)의 쉘(3)에 붙어서 지역 A에 수집되고, 반면, 도면에서 타원으로 표시되는 비자성 물질 및/또는 높은 구리 함량을 갖는 강자성 물질의 부분은 컨베이어(2)에 의하여 직접 지역 B로 방출된다. 강자성 물질을 구성하는 부분이 드럼(1)의 자기장에 의하여 이끌려지도록 하기 위하여, 실질적으로 78.5 N/dm³와 같은 비기자력(specific magnetomotive force), 즉, 강철의 평균 비중보다 큰 단위 부피당 힘이 형성되어야 한다. 반면, 부가적인 구리 함량이 특징인 강자성 물질의 부분은 부가된 구리의 함량에 따라 더 높은 비중을 갖는다. 따라서, 동일한 형태 인자에서, 구리를 포함하는 부분을 당기지 않고 효율적으로 평평한 강자성 부분을 선택하기 위하여, 비기자력에 의하여 형성되는 인력은 강철의 평균 비중보다 높고, 구리를 포함하는 강 자성 부분의 비중보다는 낮을 필요가 있다. 실제로, 낮은 구리 함량을 갖는 강자성 부분은 솔레노이드(6, 7)에 의하여 형성되는 자기장에 의하여 당겨져서 분리될 것이고, 반면, 높은 구리 함량을 갖는 부분은 상부에 위치한 다른 분리기에 의하여 이미 분리되어 일반적으로 무시할 정도의 양인 비자성 부분과 함께 남아 있을 것이다.

상기한 바와 같이, 인력의 값, 즉, 자기장 및 이의 구배 값은 정확히 확인되고 고정되어야 한다는 점은 분명하다. 이러한 파라메터를 확인하가 위하여, 발명자들은 많은 연구와 실험 활동을 수행하였다. 예를 들어, 연삭기로부터 발생하는 연삭된 물질이 회전자를 포함하는 경우에 있어서, 솔레노이드(6, 7)에 의하여 형성되는 자기장에 의하여 당겨지지 말아야 하는 강자성 부분의 구리 함량은 주로 12 중량% 내지 20 중량% 사이에 포함된다. 이에 따라, 구리를 포함하는 회전자 샘플의 비중은 87.9 N/dm³ (구리 12 %) 내지 94.2 N/dm³ (구리 20 %)의 범위에 포함된다. 발명자들은 강자성 부분만의 분리를 위하여 효과적인 자기장 강도 및 필드 구배의 값이 이 경우, 각각 자기장 강도를 위하여 47750±5 % A/m,구배를 위하여 1750±5 % A/m이며, 따라서, 80 내지 81 N/dm³ 사이에 포함되는 비인력이 형성된다는 것을 알게 되었다. 사실상, 이러한 비력(specific force)은 철 비중보다 높고, 구리를 포함하는 강자성 부분의 비중보다 낮다.

비자성 부분 및/또는 구리 함량이 높은 부분으로부터 강자성 부분을 선택하기 위한 적절한 비인력 값의 범위는 다소 좁고, 이에 따라, 시스템의 수행 능력이 전자기 드럼의 전체 작동 사이클을 통하여 일정한 것이 매우 중요하다. 전자기 드럼의 전체 작동 사이클을 통하여 시스템의 수행 능력을 일정하게 유지시키기 위하여, 전자기 회로에 의하여 형성되는 기자력을 일정하게 유지시킬 필요가 있다. 솔레노이드의 코일에 의하여 생성되는 기자력은 전류와 감은 수의 곱이며, 충분히 일정한 전류를 솔레노이드(6, 7)에 가함에 의하여, 기자력을 충분히 일정하게 유지시키는 것이 가능하다. 더욱이, 분리 공정의 효율을 향상시키기 위하여, 인력의 가장 효율적인 값을 얻기 위한 전류 값을 적절히 선택하고 설정하는 것이 가능하다. 공급되는 전류를 충분히 일정하게 유지시키기 위하여, 전원 공급장치(8)는 공급 전압을 통제한다. 결과적으로, 시스템에 의하여 흡수되는 전력은 전압과 전류의 곱에 비례하여 다양해 질 수 있다.

줄 효과에 따른 작동 효율의 감소 문제를 최소화하기 위하여, 솔레노이드(6, 7)는 큰 단면을 갖는 전도체를 구비하여 제공된다. 이를 통하여, 낮은 전기 전류 밀도 값을 얻을 수 있고, 이에 따라, 작동 사이클 동안 줄 효과로 인한 전기 저항의 증가를 최소화할 수 있게 된다. 솔레노이드 제조를 위하여 사용되는 전도체의 단면적에 대한 적절한 값은 예를 들어, 70 내지 80 mm²의 범위에 포함된다. 전기 전류 밀도의 적절한 값은 예를 들어, 0.2 내지 0.7 A/mm²의 범위내에 포함되고, 0.45 내지 0.5 A/mm²의 범위 내에 포함되는 것이 바람직하다. 줄 효과에 따른 에너지 손실을 최소화하기 위한 방법으로, 공지 기술의 전자기 분리기에서보다 훨씬 낮은 전력으로 솔레노이드(6, 7)를 작동시키도록 선택되었다. 예를 들어, 적절한 전력 값은 4 내지 6 kW 범위에 포함되며, 이는 공지 기술의 분리기에서 사용되는 전력의 25 % 내지 40 % 범위에 포함되는 값이다. 따라서, 솔레노이드(6, 7)의 동일한 구조에서, 흡수되는 전력의 각 kW당 더 큰 질량이 존재할 것이다. 특히, 흡수되는 전력의 각 kW 당 솔레노이드(6, 7)의 질량은 200 kg/kW를 초과하고, 380 내지 500 kg/kW 범위에 포함되는 것이 바람직하다.

일정한 전압에서의 플랜트 작동, 즉, 공지 기술에 따른 플랜트의 작동과 비교하여, 일정한 전류에서의 작동, 즉, 본 발명에 따른 작동에서, 일정한 전압, 즉, 230 V에서 작동 사이클을 통하여, 줄 효과에 따른 전기 저항의 증가는 사이클 과정에서 흡수되는 전류의 감소(I=V/R), 즉, 69.5에서 42 A로의 감소를 초래함이 주목된다. 결과적으로, 전력(W=VㆍI) 및 전류 밀도(δ=I/전도체 단면적)가 각각 16000내지 9600 W로, 0.919내지 0.604 A/mm²으로 감소된다. 자기장에 의하여 형성되는 기자력(F=감은수ㆍI)은 당김 능력에서의 39.6 % 손실 및 분리기의 결과적인 수행 능력 손실과 함께 163230 암페어ㆍ감은수에서 98642 암페어ㆍ감은수로 감소된다.

예를 들어, 35 A와 같은 일정한 전류에서의 작동에서 본 발명에 따르면, 전압은 줄 효과(V=RㆍI)에 의한 전기 저항의 증가에 비례하여 예를 들어, 115에서 175 V로 증가한다. 결과적으로, 사이클 과정에서 전력(W=VㆍI)은 예를 들어, 4000에서 6125 W로 증가한다. 이에 따른 결과로, 전류의 실질적인 일정성은 사이클의 전체 기간동안, 70 내지 80 mm²의 범위에 포함되는 단면적을 갖는 전도체에 있어서 예를 들어, 0.45 내지 0.5 A/mm²의 범위에 포함되는 전류 밀도(δ=I/전도체 단면적)의 실질적인 일정성 및, 특히, 예를 들어, 감은수 당 82200 A와 같은 기자력(F=감은수ㆍI)의 실질적인 일정성을 초래한다.

본 발명에 따른 전자기 분리기는 전자기력을 안정시키도록 하고, 이에 따라, 전체 작동 사이클 동안 실질적으로 강자성 물질 부분만을 분리하기에 적절한 좁은 범위의 값을 갖는 전자기력을 유지할 수 있도록 한다. 따라서, 분리 효율이 훨씬 증가한다.

가능한 변형들 및/도는 부가들이 당업자들에 의하여 상기한 바 및 본 발명의 도시된 구체예에 대하여 이루어질 수 있으며, 이들 또한 이하의 청구항 범위 내에 포함된다.

도 1은 드럼(1) 및 분리될 물질을 드럼(1)으로 운반하는 컨베이어(2)를 포함하는 전자기 분리기를 도시하고 있는 개략도이다.

Claims (7)

1. 강자성 부분을 분리하기에 적절한 자기장을 형성하기 위하여 회전 가능한 드럼(1) 내부에 배치되고, 연속전류 전원 공급장치(8)에 연결된 2 개 이상의 솔레노이드들(6, 7)을 포함하는 전자기 분리기에 있어서,

   상기 전원 공급장치(8)는 시간에 대하여 실질적으로 일정한 전류를 공급하고, 솔레노이드(6, 7)에 의하여 형성되는 자기장에 의하여 발생하는 단위 부피당 기자력에 의하여 생성되는 인력은 강철의 평균 비중을 초과하나, 구리 함량이 적어도 12 중량%인 강자성 부분의 비중 미만인 것을 특징으로 하는 전자기 분리기.
2. 제 1항에 있어서, 단위 부피당 기자력에 의하여 생성되는 상기 인력은 78.5 N/dm³내지 87.9 N/dm³의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 전자기 분리기.
3. 제 2항에 있어서, 단위 부피당 기자력에 의하여 생성되는 상기 인력은 80 N/dm³내지 81 N/dm³의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 전자기 분리기.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기장은 47750±5 % A/m의 강도와 1750±5 % A/m/cm의 구배를 갖는 것을 특징으로 하는 전자기 분리기.
5. 컨베이어(2)에 의하여 강자성 부분을 이동시키는 단계;

   상기 컨베이어(2)의 말단부에 회전 가능한 드럼(1)을 구비하여 제공되는 전자기 분리기를 배치하는 단계;

   상기 드럼(1)에 삽입된 솔레노이드(6, 7)에 연속전류를 공급함에 의하여 자기장을 형성시키는 단계; 및

   드럼(1)을 회전시키는 단계를 포함하는, 서로 다른 구리 함량을 갖는 강자성 부분들을 분리하기 위한 방법에 있어서,

   자기장에 의하여 발생하는 단위 부피당 기자력에 의하여 생성되는 인력은 강철의 평균 비중을 초과하나, 구리 함량이 적어도 12 중량%인 강자성 부분의 비중 미만인 것을 특징으로 하는 서로 다른 함량의 구리를 갖는 강자성 물질의 분리방법.
6. 제 5항에 있어서, 단위 부피당 기자력에 의하여 발생하는 상기 인력은 78.5 N/dm³ 내지 87.9 N/dm³의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 서로 다른 함량의 구 리를 갖는 강자성 물질의 분리방법.
7. 제 6항에 있어서, 단위 부피당 기자력에 의하여 발생하는 상기 인력은 80 N/dm³ 내지 81 N/dm³의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 서로 다른 함량의 구리를 갖는 강자성 물질의 분리방법.

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