СЕПАРАТОР Российский патент 1995 года по МПК B03C1/24 

Изобретение относится к разделению материалов по магнитным свойствам с помощью бегущего магнитного поля и может быть использовано на обогатительных фабриках.

Использование бегущего магнитного поля является наиболее предпочтительным для процессов обогащения. Именно в бегущем знакопеременном магнитном поле формируется кипящий слой разделяемых частиц. При этом происходит интенсивное разрушение флокул и надежное выпадание из них немагнитной фракции.

Известен электромагнитный сепаратор, содержащий цилиндр выполненный из немагнитного материала, установленную снаружи цилиндра магнитную систему с пазами, в которых уложены обмотки электромагнитов для создания бегущего магнитного поля, а на внутренней поверхности цилиндра закреплены по винтовой линии наклонные пороги, выполненные из немагнитного материала и снабженные вставками из ферромагнитного материала, расположенными одна от другой на расстоянии, кратном расстоянию между пазами магнитной системы, которые выполнены перпендикулярно порогам [1] Недостатком этого электромагнитного сепаратора является то, что падающие вниз слабомагнитные и немагнитные фракции, удаляясь о винтовые пороги, изменяют вертикальную траекторию движения на наклонную и вследствие этого попадают вместо приемника для немагнитной фракции в течку для магнитной фракции. Немагнитные частички, ударяясь о наклонную поверхность приемника немагнитной фракции и отскакивая, иногда попадают в течку магнитной фракции, разубоживая концентрат. Не исключается попадание магнитных частиц в приемник для немагнитной фракции, так как напряженность магнитного поля интенсивно уменьшается в направлении оси магнитной системы и в связи с шунтирующим действием магнитных частиц, удерживаемых на внутренней поверхности немагнитного цилиндра.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для сепарации минеральных смесей, включающее основную электромагнитную систему с магнитопроводом, в пазах которого размещены обмотки трехфазного переменного тока, дополнительную электромагнитную систему с магнитопроводом, выполненным с пазами, в которых установлены обмотки трехфазного переменного тока, расположенные параллельно магнитопроводу основной электромагнитной системы над ним, источник трехфазного переменного напряжения, питатель и приемники продуктов разделения, снабженные блоком поочередного шунтирования части обмоток электромагнитной системы, размещенных в пазах основного и расположенных напротив них пазах дополнительного магнитопроводов в плоскости, перпендикулярной поверхности магнитопроводов [2]
К недостаткам этого устройства следует отвести прерывистость процесса разгрузки ферромагнитных частиц в бегущем магнитном поле, обусловленную очередностью шунтирования части обмоток электромагнитной системы, что сопряжено со снижением производительности и сложностью конструкции устройства.

Задача изобретения состоит в исключении блока поочередного шунтирования части обмоток электромагнитной системы, конструктивно усложняющего сепаратор, в обеспечении непрерывности процессов обогащения и разгрузки магнитной фракции разделяемых материалов и повышении эффективности сепарации.

Существенными признаками изобретения являются электромагнитная система трехфазного бегущего магнитного поля, состоящая из обмоток и магнитопровода, бункеры для подачи исходного материала и приема продуктов разделения; магнитопроводы выполнены в виде двух полых параллельных цилиндров, расположенных горизонтально с регулируемым зазором; разноименные полюса магнитопроводов одной из одноименных фаз трехфазной системы обращены друг к другу, а радикальные плоскости одноименной фазы полых цилиндров, пересекающие середину межполюсного расстояния, совмещены с плоскостью, проходящей через линии наибольшего сближения внешних поверхностей магнитопроводов; сепаратор снабжен отклоняющими фартуками, радиусы кривизны которых больше, чем радиусы цилиндров; верхние концы фартуков закреплены в зазоре между цилиндрами, а нижние выведены из зоны действия бегущих магнитных полей; полые цилиндры помещены в кожухи, последние и отклоняющие фартуки выполнены из диэлектрического антифрикционного материала.

Электромагнитные системы трехфазного бегущего магнитного поля, состоящие из обмоток и магнитопроводов, бункеры для подачи исходного материала и приема продуктов разделения являются общими признаками с прототипом.

Признаки: магнитопровод выполнен в виде двух полых параллельных цилиндров, расположенных горизонтально с регулируемым зазором, отклоняющие фартуки большего по сравнению с радиусом цилиндров кривизны и размещение их верхних концов в зазоре между цилиндрами, помещенными в антифрикционные диэлектрические кожухи, являются достаточными признаками для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата. Остальные отличительные признаки характеризуют изобретение лишь в частных случаях.

Выполнение магнитопровода магнитной системы трехфазного переменного тока в виде двух полых параллельных цилиндров, заключенных в кожухи из антифрикционного диэлектрического материала и расположенных горизонтально с регулируемым зазором, и снабжение сепаратора отклоняющими криволинейными фартуками из антифрикционного диэлектрического материала позволили обеспечить эффективное отделение магнитной фракции из исходного продукта и ее поточное непрерывное выведение из зоны действия бегущего магнитного поля. Это дало возможность повысить эффективность и производительность сепаратора сравнительно простыми средствами.

На фиг.1 схематически изображен общий вид сепаратора, вид сбоку; на фиг. 2 то же, вид в плане; на фиг.3 схема рационального взаимного расположения полюсов магнитной системы.

Сепаратор состоит из двух магнитопроводов, выполненных в виде двух полых цилиндров 1 и 2, бункера 3 для подачи исходного материала, бункеров 4 для магнитных частиц, бункера 5 для немагнитной фракции и отклоняющих фартуков 6. В цилиндрах 1 и 2 выполнены пазы, в которых уложены обмотки трехфазного переменного тока. В качестве магнитной системы могут использоваться фазные роторы асинхронных электродвигателей.

Полые цилиндры 1 и 2 установлены горизонтально и параллельно друг к другу. Один из цилиндров 2 установлен с возможностью горизонтального перемещения для регулирования зазора между цилиндрами 1 и 2. Величину зазора определяют опытным путем в процессе наладки сепаратора к работе. При установке полых цилиндров 1 и 2 полюса их магнитных систем целесообразно разместить, как показано на фиг.3. Для реализации этого условия определяют и отмечают на поверхностях цилиндров осевые линии разноименных полюсов одной из фаз трехфазного тока. Определение осуществляют включением выбранной фазы в сеть постоянного пониженного напряжения и с применением мелких ферромагнитных частиц. По расположению частиц вдоль магнитных линий нетрудно определить осевые линии полюсов на поверхности цилиндров, а с помощью компаса полярность полюсов. По поверхности цилиндров измеряют межполюсное расстояние и поделив его пополам отмечают и проводят на поверхности цилиндров межполюсную линию. Противоположные разноименные полюса обеих цилиндров устанавливают относительно друг к другу таким образом, чтобы межполюсные линии обоих цилиндров совмещались с плоскостью, проходящей через линию наибольшего сближения внешних поверхностей цилиндров и осями последних.

П р и м е р. На цилиндре 1 в зависимости от количества пар полюсов магнитной системы найдены полюсы S₁ и N₁, а на цилиндре 2 полюсы S₂ и N₂ и соответственно их полюсные осевые линии S₁, N₁, S₂, N₂. Разделив межполюсное расстояние пополам, находим и отмечаем межполюсные линии М₁ и М₂, которые при установке цилиндров совмещают с плоскостью, проходящей через оси цилиндров О₁ и О₂.

Цилиндры 1 и 2 помещены в кожухи 7, выполненные из антифрикционного диэлектрического материала, например фторопласта, полистирола и др. Бункер 3 для подачи исходного материала представляют собой емкость в форме перевернутой усеченной пирамиды из неэлектропроводного, антимагнитного материала, например из дерева, текстолита и др. В поперечном сечении бункер 3 имеет форму удлиненного прямоугольника, длинная сторона которого направлена вдоль образующей цилиндра 1. Длина бункера 3 в нижнем его сечении на 10% короче активной части цилиндра 1. В нижней части бункера 3 со стороны зазора между цилиндрами имеется продольная щель, перекрытая регулируемым шибером 8. Бункер 3 установлен без зазора на кожухе 7 цилиндра 1. Бункер 5 установлен внизу между цилиндрами 1 и 2 соосно с плоскостью, проходящей посредине зазора между цилиндрами. Если размер зазора меняется, необходимо корректировать положение бункера 5.

Отклоняющие фартуки 6 представляют собой криволинейные листы из антифрикционного нетокопроводящего материала, например фторопласта, полистирола и др. Радиус кривизны фартуков 6 больше радиуса цилиндров 1 и 2 на величину расстояния, при котором силы земного тяготения окажутся большими пондеромоторных сил поля электромагнитной системы, т.е. на таком расстоянии от поверхности кожуха 7, где наиболее магнитовосприимчивые частички уже отпадают от поверхности фартука 6. Верхний край каждого из отклоняющих фартуков 6 закреплен на уровне минимального зазора между цилиндрами, а нижний выведен за пределы зоны действия полей магнитных систем. Для придания фартукам 6 жесткости предусмотрены ребра 9.

Бункеры 4 для магнитной фракции размещены под фартуками 6, а место установки их относительно цилиндров 1 и 2 определяется экспериментальным путем.

Сепаратор действует следующим образом. Предварительно устанавливают величину зазора между кожухами 7 цилиндров 1 и 2, равную расстоянию зоны действия магнитного поля от поверхности кожуха 7, и закрепляют цилиндр 2 в этом положении. В процессе сепарации размер зазора корректируют с целью достижения максимальной эффективности и четкости разделения магнитной фракции от немагнитных частиц. Обмотки электромагнитной системы цилиндров 1 и 2 подключают к сети трехфазного синусоидального напряжения. Вокруг цилиндров образуется знакопеременное бегущее магнитное поле.

В бункер 3 подают материал, подлежащий разделению. Открывают шибер 8 и материал движется слоем к зазору между цилиндрами 1 и 2. При движении материала по кожуху 7 цилиндра 1 его слои приобретает кипящее состояние. В перемещающемся кипящем слое под действием знакопеременного магнитного поля происходит поочередное образование и интенсивное разрушение ферромагнитных флокул, что существенно способствует надежному извлечению из потока чистых ферромагнитных частиц и свободному выделению немагнитных частиц из потока. При этом постоянно пеpемещающиеся ферромагнитные частички формируются кипящим слоем у поверхности кожуха 7, а немагнитные как бы всплывают над слоем ферромагнитной фракции. На этом участке движения слоя часть ферромагнитных частиц может еще находиться среди немагнитных. Попадая в зазор между цилиндрами 1 и 2, где напряженность бегущего магнитного поля максимальная, магнитные частицы, находящиеся на поверхности кожуха 7 цилиндра 1 попадают на поверхность отклоняющих фартуков 6 и движутся по ней, увлекаемые бегущим магнитным полем. Частички, обладающие меньшей магнитной восприимчивостью, попадая в зону более низкой напряженности магнитного поля под действием гравитационных сил, падают в бункер 4 цилиндра 1. Частички с большей магнитной восприимчивостью движутся по поверхности отклоняющих фартуков 6 дальше и отпадают только тогда, когда силы земного тяготения будут преобладать над пондеромоторными силами поля.

Магнитные частицы, оставшиеся в движущемся слое немагнитной фракции, попадая в зону действия магнитного поля цилиндра 2, притянутся к его кожуху 7 и далее, скользя под действием бегущего магнитного поля по поверхности отклоняющего фартука 7, отрываются и падают в бункер 4 цилиндра 2.

Немагнитные частицы разделяемого материала, перемещаясь в зазоре, падают вертикально в бункер 5.

По изобретению был изготовлен экспериментальный образец, у которого в качестве магнитных систем использовались два фазных ротора асинхронного двигателя мощностью 55 кВт с пятью парами полюсов. Конструктивно окончательный вариант экспериментального образца изготовлен, как показано на фиг.1, 2, 3. Кожухи и отклоняющие фартуки изготовлены из стеклоткани толщиной 0,5 мм.

В качестве исходного материала использовались хвосты обогащения магнетитовых кварцитов хвостохранилища ЦГОКа. Содержание общего железа в хвостах исходного материала 35% из них 12% магнетитового, что свидетельствует о том, что известные сепараторы не могут обеспечить извлечение этой магнитной фракции. При сепарации этих хвостов на экспериментальном образце извлечена практически полностью магнитная фракция и до 15% окисленных слабомагнитных руд благодаря тому, что частички магнитной фракции выполняли роль концентраторов напряженности магнитного поля.

Использование: разделение материалов по магнитным свойствам с помощью бегущего магнитного поля и может быть использовано на обогатительных фабриках. Сущность изобретения: сепаратор содержит магнитопровод в виде двух полых цилиндров, расположенных параллельно и горизонтально с регулируемым зазором, и обмоток, образующих систему трехфазного магнитного поля, бункеры для подачи и приема продуктов разделения, отклоняющие фартуки радиусом кривизны большим по сравнению с радиусом цилиндров. Полые цилиндры заключены в кожухи. Верхние концы фартуков закреплены на кожухах по линиям минимального зазора, нижние выведены из зоны действия бегущих магнитных полей. Кожухи и отклоняющие фартуки выполнены из диэлектрического антифрикционного материала. При движении разделяемого материала между электромагнитными системами он подвергается воздействию бегущих синусоидальных магнитных полей, предотвращающих образование устойчивых флокул магнитных частиц с немагнитными. Магнитные фракции притягиваются к поверхности кожухов и перемещаются сначала по ним, а потом по поверхности отклоняющих фартуков, напряженность магнитных полей которых плавно уменьшается. Выходя из зоны действия магнитных полей, магнитные частицы падают в соответствующий бункер. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. СЕПАРАТОР, включающий электромагнитную систему трехфазного бегущего магнитного поля, состоящую из обмоток и магнитопровода, бункеры для подачи исходного материала и приема продуктов разделения, отличающийся тем, что магнитопроводы выполнены в виде двух полых параллельных цилиндров, расположенных горизонтально с регулируемым зазором, и снабжены отклоняющими фартуками большим по сравнению с цилиндрами радиусом кривизны, размещенными верхними концами в зазоре между цилиндрами. 2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что разноименные полюса магнитопроводов одной из одноименных фаз трехфазной системы обращены друг к другу, а радиальные межполюсные срединные плоскости одноименной фазы обмоток полых цилиндров совмещены с плоскостью, проходящей через линии наибольшего сближения внешних поверхностей цилиндров и их осей. 3. Сепаратор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что полые цилиндры заключены в кожухи из антифрикционного диэлектрического материала. 4. Сепаратор по пп.1-3, отличающийся тем, что отклоняющие фартуки выполнены из антифрикционного диэлектрического материала, верхние концы их закреплены на кожухах по линии минимального зазора, при этом нижние концы фартуков выведены за пределы зоны действия бегущих магнитных полей.