МАГНИТНЫЙ СЕПАРАТОР Российский патент 2003 года по МПК B03C1/26 

Описание изобретения
Область техники
Изобретение относится к области магнитной сепарации ферромагнитных частиц от диамагнитных и может использоваться с этой целью в элеваторной, комбикормовой, мукомольно-крупяной, пищевой промышленностях, обогащении полезных ископаемых, приготовлении формовочных смесей.

Уровень техники
Известен магнитный сепаратор с магнитной системой, выполненной из дисковых магнитов и дисковых концентраторов (патент США 3960716, В 03 С1/12 от 01.06.1976 г. ). Торцевые плоскости дисков магнитов и концентраторов расположены горизонтально.

Дисковые магниты и концентраторы расположены друг над другом с чередованием и образуют таким образом вертикальную цилиндрическую магнитную систему.

Известны конструкции магнитных систем, выполненные по такому же принципу на основе прямоугольных магнитов и концентраторов.

Недостаточная эффективность сепарации при использовании в сепараторах таких систем обусловлена их компоновкой, так как в магнитном поле таких систем имеются участки, в которых направление действия на сепарируемую частицу магнитной силы F_маг совпадает с направлением действия механических сил:
- силы тяжести F_т;
- силы инерции F_ин;
- силы потока F_п,
не способствующих извлечению частицы при данной схеме сепарации. Схема сил, действующих на ферромагнитную частицу в поле магнитной системы сепаратора, показана на фиг.1.

Известен также магнитный сепаратор с магнитной системой из дисковых магнитов и немагнитных прокладок (авт. св. СССР 1007732, В 03 С1/00, БИ 12, 1983 г.).

Компоновка дисковых магнитов и немагнитных прокладок выполнена на горизонтальном валу и не имеет недостатков вертикальной компоновки магнитной системы. Отклонение ферромагнитных частиц, подлежащих извлечению, происходит в этом случае в направлении, нормальном к направлению потока диамагнитного материала.

Недостатком этой магнитной системы является отсутствие концентраторов и незначительная рабочая длина магнитной системы, составляющая примерно половину длины окружности дискового магнита.

Известен магнитный сепаратор, магнитная система которого выполнена из дисковых магнитов, ферромагнитных дисковых концентраторов ("Ролик магнитного сепаратора" по заявке 2132918, опубл. 84.07.18 4977, НКИ B 2 J, H 1 P, U1S, МКИ В 03 С 1/12, УДК 621.928.8, Изобретения стран мира, 1985 г.).

Магнитная система принята за прототип.

Магнитная система состоит из дисковых магнитов и дисковых концентраторов и скомпонована на горизонтальном валу.

На данной схеме компоновки магнитной системы направление действия магнитной силы F_маг на частицу и механических сил F_т, F_ин, F_п не совпадают.

Недостатком этой системы, как и рассмотренной выше магнитной системы (аналога), является незначительная рабочая длина дискового магнита и концентратора.

Общим недостатком аналогов и прототипа является безопределенность величин полюсного шага и высоты полюсов магнитных систем сепараторов и соотношения этих величин, а также размеров концентраторов.

Значения полюсного шага τ и высоты полюсов h магнитных систем сепараторов, соотношение их размеров влияют непосредственно на магнитную силу поля, градиент напряженности поля (неоднородность поля) и глубину поля, т.е. являются определяющими для основных параметров магнитных систем сепараторов.

Неоптимальное соотношение этих величин в магнитных системах приводит к снижению эффективности сепарации.

Сущность изобретения
Целью изобретения является повышение эффективности сепарации за счет использования в магнитной системе сепаратора постоянных магнитов прямоугольной формы, способа их компоновки с ферромагнитными концентраторами в форме трапеции, треугольника или в форме, составленной из этих фигур, оптимизации соотношения значений полюсного шага и высоты полюсов.

Предлагаемый магнитный сепаратор имеет магнитную систему из постоянных магнитов прямоугольной формы, большие плоскости которых являются полюсами N и S магнитов. В магнитной системе сепаратора плоскости полюсов магнитов, расположенные вертикально, обращены друг к другу одноименными полюсами и разделены ферромагнитными концентраторами, имеющими форму трапеции, или треугольника, или состоящую из этих фигур. При этом концентраторы установлены с увеличением их высоты по ходу движения сепарируемого материала.

Значения полюсного шага τ и высоты полюсов h предлагаемой магнитной системы связаны соотношением
τ = (1,01÷1,25)h (1)
Для извлечения металломагнитных частиц из потока сыпучего материала необходимо, чтобы магнитная сила поля F_маг была равна или превышала проекцию на ее направление равнодействующей всех механических сил ∑ F_мех, испытываемых частицами (условие процесса сепарации)
F_маг ≥ ∑ F_мех (2)
Соотношение полюсного шага и высоты полюсов (1) обеспечивает условие (2).

Направление действия основных разделяющих сил процесса сепарации представлено на фиг.2.

Высота концентраторов (при трапециевидной или треугольной их форме) увеличивается по ходу движения сепарируемого материала (фиг.3), что обеспечивает вывод крупных магнитных примесей из плотного потока сыпучего материала.

Изменяющиеся выходные параметры магнитного поля: магнитная сила F_маг, градиент напряженности магнитного поля grad Н при изменении размеров концентраторов по ходу движения сыпучего материала создают оптимальные условия извлечения примесей разных классов крупности в одном сепараторе.

Перечень и описание фигур
На фиг. 1 показана схема сил в системе координат Х, Y, действующих на ферромагнитную частицу в магнитном поле сепаратора по патенту США 3960716, принятого за аналог. Магнитная система сепаратора представляет собой магнитные блоки 1 (дисковые) и дисковые концентраторы 2. Торцевые плоскости магнитных блоков расположены горизонтально.

F_маг - вектор действия магнитной силы;
F_т - вектор действия силы тяжести;
F_ин - вектор действия силы инерции;
F_п - вектор действия силы потока;
τ - полюсный шаг магнитной системы (расстояние между одноименными точками системы);
h - высота магнитного блока (расстояние между полюсами N и S магнита).

Как видно из схемы, при такой компоновке магнитной системы в поле магнитной системы сепаратора имеются участки, где направление действия магнитной силы F_маг совпадает с направлением действия механических сил F_т, F_ин, F_п. На таких участках ферромагнитная частица получает дополнительную кинетическую энергию движения, а следовательно, дополнительное ускорение а и дополнительную силу инерции F_ин, так как
F_ин = m•а, (3)
где m - масса ферромагнитной частицы;
а - вектор ускорения частицы.

Скорость частицы возрастает, т.к.

где - вектор скорости;
t - время.

Увеличение F_ин может привести к невыполнению условия сепарации (2), когда механические силы, действующие на частицу, превысят магнитную силу и частица окажется не извлеченной.

На фиг. 2 представлена схема разделяющих сил, действующих на металломагнитную частицу в поле магнитной системы предлагаемого сепаратора.

Магнитная система сепаратора представляет собой магниты 1, обращенные друг к другу одноименными полюсами, плоскости полюсов которых расположены вертикально. Ферромагнитные концентраторы 2 разделяют плоскости полюсов магнитов.

Направление действия магнитной силы F_маг нормально к направлению действия механических сил F_т, F_ин, F_п по всей длине зоны извлечения.

Подобную схему сепарации имеет сепаратор-прототип, выполненный на основе дисковых магнитов и концентраторов. Однако при использовании постоянных магнитов прямоугольной формы предложенная компоновка магнитной системы дает возможность получить рабочую длину концентратора, соответствующую длине магнита, увеличивать эту силу набором магнитов по направлению движения сепарируемого материала. Оптимизация соотношения геометрических параметров магнитной системы, а именно полюсного шага τ, высоты полюсов h и форма концентраторов в этой конструкции предопределяют высокую эффективность процесса сепарации.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Общий вид предлагаемого магнитного сепаратора показан на фиг.3 и 4, вид сбоку.

Сепаратор включает корпус 1 с дверцей 2, магнитную систему, состоящую из магнитных блоков 3 прямоугольной формы, большие плоскости которых являются полюсами N и S магнитов, расположенных вертикально и обращенных друг к другу в системе одноименными полюсами, ферромагнитные концентраторы 4, разделяющие магнитные блоки. Сепаратор включает также входной 5 и выходной 6 патрубки.

Сепаратор работает следующим образом.

Сыпучий материал, подлежащий сепарации, поступает в корпус 1 сепаратора через входной патрубок 5, обтекает магнитную систему и выходит через нижний патрубок 6. Ферромагнитные примеси притягиваются к концентраторам 4 магнитной силой F_маг, создаваемой магнитными блоками 3, и подлежат периодической очистке при выводе магнитной системы дверцей 2 из корпуса 1. По окончании очистки дверца 2 с магнитной системой возвращается в исходное положение.

Границы значений полюсного шага τ магнитной системы и высоты полюсов h определены экспериментально по оценке выходных параметров:
F_маг - магнитная сила поля;
grad Н - градиент напряженности магнитного поля для заданной глубины рабочего поля.

В качестве магнитного материала при исследовании использовался анизотропный феррит бария марки М16БА190-7 по ТУ 0.707.135.

Магнитные блоки набирались из прямоугольных плиток размером 84х64х13 мм, выпускаемых серийно.

Полученные соотношения позволяют проектировать магнитные системы сепараторов с оптимальными выходными параметрами F_маг, grad Н для определенной глубины поля (производительности).

Изобретение относится к технике выделения ферромагнитных примесей из потока сыпучего диамагнитного материала. Технический результат - повышение эффективности процесса сепарации за счет более полного использования разделяющих сил процесса. Сепаратор включает корпус, магнитную систему, состоящую из разделенных плоскими ферромагнитными концентраторами постоянных магнитов, обращенных друг к другу одноименными полюсами, плоскости которых расположены вертикально. Концентраторы имеют форму трапеции или треугольника или состоящую из этих фигур. Концентраторы установлены с увеличением их высоты по ходу движения сепарируемого материала. Значения полюсных шагов и высоты полюсов в магнитной системе связаны соотношением τ=(1,01-1,25)h, где τ - полюсный шаг магнитной системы, h - высота полюсов. 4 ил.

Магнитный сепаратор, включающий корпус, магнитную систему, состоящую из разделенных плоскими ферромагнитными концентраторами постоянных магнитов, обращенных друг к другу одноименными полюсами, плоскости которых расположены вертикально, отличающийся тем, что концентраторы имеют форму трапеции, или треугольника, или состоящую из этих фигур, при этом концентраторы установлены с увеличением их высоты по ходу движения сепарируемого материала, причем значения полюсных шагов и высоты полюсов в магнитной системе связаны соотношением
τ = (1,01÷1,25)h,
где τ - полюсной шаг магнитной системы;
h - высота полюсов магнитной системы.