МАГНИТНЫЙ СЕПАРАТОР Российский патент 2003 года по МПК B03C1/08 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к устройствам для извлечения металломагнитных примесей из потока сыпучего диамагнитного материала (сепарации) и может использоваться с этой целью в элеваторной, комбикормовой, мукомольно-крупяной промышленностях, при обогащении полезных ископаемых, приготовлении формовочных смесей.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен магнитный сепаратор, включающий магнитную систему, состоящую из прямоугольных магнитных блоков, расположенных друг над другом, обращенных друг к другу одноименными полюсами, и ферромагнитных концентраторов между этими блоками. Таким образом, магнитные блоки и концентраторы образуют вертикально скомпонованную магнитную систему. Магнитная система закреплена на дверце прямоугольного корпуса сепаратора. Сыпучий материал, подлежащий сепарации, обтекает магнитную систему с четырех сторон. Сепаратор включает также входной и выходной патрубки (Описание конструкции приведено в статье "Опыт разработки магнитных колонок", авторы Мещеряков И., Аникеева Л., журнал "Комбикорма" 1, 2000 год).

Недостатком данного магнитного сепаратора является то, что компоновка магнитной системы выполнена с вертикальным чередованием концентраторов. Движущаяся между концентраторами в потоке металломагнитная частица, подлежащая извлечению, приобретает дополнительное ускорение в направлении выходного патрубка. Конструкция магнитной системы предусматривает выполнение рабочих концентраторов со всех четырех сторон магнитных блоков. Периметр сепарации при такой конструкции увеличен, и рассеяние магнитного потока происходит по концентраторам на все четыре стороны. При сепарации крупных металломагнитных примесей из мощного сепарируемого потока продукта эта конструкция неэффективна.

Известен магнитный сепаратор по патенту Великобритании 2132918, В 03 С 1/12, опубл. 18.07.1984 г. , включающий магнитную систему, состоящую из постоянных магнитов, обращенных друг к другу одноименными полюсами и разделенных ферромагнитными концентраторами. Сепаратор выбран за прототип.

Недостатком этого сепаратора является незначительная рабочая длина дискового магнита и концентратора. Эффективность сепарации в этой конструкции недостаточна по той причине, что сила тяжести, действующая на извлекаемую примесь, не всегда совпадает по направлению с магнитной силой поля.

Для того чтобы сила тяжести, действующая на извлекаемую примесь, была ближе по направлению к магнитной силе поля, магнитная система сепаратора должна быть выполнена с наклоном и образовывать наклонные каналы для сепарации, что реализовано в предлагаемом сепараторе.

Ферромагнитные концентраторы сепаратора - прототипа выступают за пределы магнитных блоков со всех четырех сторон, что предполагает рассредоточение магнитных потоков на все четыре стороны по концентраторам. При извлечении примесей из мощного потока сырья при приеме необходима концентрация магнитного потока в одном направлении для усиления поля, что выполнено в предлагаемом сепараторе.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Магнитный сепаратор, включающий магнитную систему, состоящую из постоянных магнитов, обращенных друг к другу одноименными полюсами и разделенных ферромагнитными концентраторами, отличающийся тем, что магнитная система выполнена в виде магнитных блоков, при этом постоянные магниты выполнены прямоугольной формы, ферромагнитные концентраторы магнитной системы выполнены плоскими и выступающими за пределы магнитных блоков в рабочую зону сепарации, имеют увеличивающуюся высоту по длине магнитной системы, причем магнитная система выполнена с наклоном и смонтирована на двух полуосях или оси с возможностью вывода за пределы корпуса сепаратора для очистки.

Таким образом, магнитные блоки и концентраторы образуют наклонные каналы увеличивающейся глубины по длине магнитной системы (по ходу движения сыпучего материала). По этим каналам и над ними движется сыпучий материал и происходит магнитная сепарация. В зоне поступления сыпучего материала на магнитную систему сыпучий материал движется сверху каналов.

Наклон магнитной системы сепаратора обеспечивает использование силы тяжести F_T для магнитной сепарации, т. к. сила тяжести F_T, направленная вертикально вниз, в такой конструкции имеет направление, близкое к направлению магнитной силы притяжения F_маг и, таким образом, способствует извлечению металломагнитных примесей (см. фиг.1).

Изменение высоты концентраторов по длине магнитной системы обеспечивает повышение эффективности процесса за счет эффективной сепарации по всей толщине сепарируемого слоя (обеспечивает эффективный процесс поверхностной и глубинной сепарации), так как над концентраторами по длине магнитной системы оказываются и нижние, и верхние слои потока сыпучего материала.

Изменение высоты концентраторов по длине магнитной системы обеспечивает также предотвращение смыва потоком сыпучего материала извлеченных на концентраторы примесей, так как извлеченные примеси выводятся концентраторами из наиболее плотного потока сыпучего материала.

Кроме того, изменение высоты концентраторов влечет за собой изменение основных параметров магнитного поля рабочей зоны сепаратора - магнитной системы F_маг и градиента напряженности поля grad Н, что создает оптимальные условия извлечения примесей разных классов крупности. Наиболее оптимальной предлагаемая конструкция является для извлечения крупных примесей, так как сила тяжести F_T, действующая на примесь, составляет в процентном отношении более значительную часть в соотношении с другими силами, участвующими в процессе сепарации для крупных металломагнитных примесей.

ПЕРЕЧЕНЬ И ОПИСАНИЕ ФИГУР
Схема сил, действующих на ферромагнитную частицу в процессе сепарации в поле магнитной системы предлагаемого сепаратора показана на фиг.1.

- вектор действия магнитной силы;
- вектор действия силы тяжести;
- вектор действия силы инерции.

Из схемы следует, что направление действия силы близко к направлению действия в предлагаемой конструкции сепаратора.

На схеме видно, что извлеченная и удерживаемая концентратором 2 металломагнитная частица находится выше верхней границы плотного сепарируемого слоя, следовательно не испытывает смывающего действия потока сыпучего материала.

Общий вид магнитного сепаратора в двух проекциях показан на фиг.2-3.

Сепаратор состоит из магнитной системы, включающей магнитные блоки 1 и ферромагнитные концентраторы 2. Магнитная система расположена в корпусе 3 на двух полуосях 6, обеспечивающих ей поворот на 90 градусов или более. Опора магнитной системы и всего сепаратора осуществляется на вертикальные стойки 7.

В рабочем положении магнитная система фиксируется двумя зажимами 8.

Сепаратор включает также входной 4 и выходной 5 патрубки.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
По материалам изобретения разработан и изготовлен опытный образец магнитного сепаратора производительностью 175 т/ч по зерновому сырью.

Сепаратор смонтирован перед приемной норией зернового сырья на элеваторе. Общий вид магнитного сепаратора в двух проекциях показан на фиг.2. Сепаратор работает следующим образом.

Сыпучий материал, подлежащий сепарации, поступает в корпус сепаратора 3 через входной патрубок 4 и попадает на начало магнитной системы, состоящей из блоков 1 и концентраторов 2. Сыпучий материал самотеком проходит по магнитной системе вдоль каналов, образованных магнитными блоками 1 и концентраторами 2, и над этими каналами. Металломагнитные примеси притягиваются к концентраторам и удерживаются ими, а очищенный материал выходит через выходной патрубок 5.

Очистка ферромагнитных концентраторов от извлеченных примесей производится периодически. При прекращении подачи сепарируемого материала открываются замки магнитной системы, и магнитная система поворачивается на полуосях (выводится) за пределы корпуса сепаратора. Ферромагнитные концентраторы очищаются от примесей, и магнитная система возвращается в исходное положение и фиксируется замками к корпусу. Сепаратор при этом готов к работе.

Общий вид магнитного сепаратора с магнитной системой, выведенной (повернутой) на полуосях за пределы корпуса для очистки, показан на фиг.4.

Магнитная система для очистки выводится за пределы корпуса периодически при прекращении подачи сыпучего материала.

Фотография общего вида магнитной системы для опытного образца магнитного сепаратора производительностью 175 т/ч по зерновому сырью представлена на фиг.5.

Магнитная система опытного образца сепаратора имеет 6 (шесть) ферромагнитных концентраторов и 5 (пять) рядов магнитных блоков.

Изменение высоты концентратов над магнитными блоками в опытном образце сепаратора: от нуля (начало магнитной системы) до 120 мм (конец магнитной системы).

Угол наклона магнитной системы в опытном образце - 45 градусов, при длине магнитной системы - 595 мм.

Магнитная система смонтирована на двух полуосях и имеет опору на стойки. В рассматриваемой конструкции возможны диапазоны изменений:
- угла наклона магнитной системы - 10÷110 градусов;
- высоты концентраторов - до 250 мм.

Ферромагнитные концентраторы, выступающие за пределы магнитной системы в рабочую зону (только с одной стороны) обеспечивают концентрацию напряженности поля только в этой рабочей зоне, в результате чего магнитная индукция на поверхности концентратора возрастет до 350 мТл. (Максимальная магнитная индукция на поверхности концентраторов сепаратора-прототипа - 270 мТл).

Магнитная индукция вдоль ребра концентратора (на его поверхности) на магнитной системе опытного образца сепаратора изменяется следующим образом:
- 350 мТл - у начала магнитной системы (при высоте концентраторов, равной нулю, когда концентратор не выступает за пределы магнитных блоков);
- 290 мТл - в конце магнитной системы (при высоте концентраторов - 120 мм).

В этом случае градиент магнитной индукции вдоль ребра концентратора направлен к началу магнитной системы, т.е. наблюдается тормозящий эффект для частицы, притянувшейся к ребру.

Замеры проводились на магнитной системе опытного образца сепаратора с размерами:
- длина магнитной системы - 595 мм;
- ширина магнитной системы - 470 мм;
- высота магнитных блоков - 70 мм;
- диапазон высоты концентраторов - 0÷120 мм;
- шаг магнитной системы - 89 мм;
- коэффициент полюсного перекрытия - 0,95.

Высота плотного слоя сепарируемого зерна (объемная масса 0,75 т/м³) при производительности сепаратора 175 т/ч составила 80 мм.

Извлеченные металломагнитные примеси оказались распределенными по ребрам концентраторов магнитной системы. Значительная часть примеси находилась в зоне концентраторов с высотой ≥ 80 мм и, таким образом, не подвергалась действию смывающего потока зерна. Примеси, извлеченные концентраторами в зоне потока, в течение нескольких часов удерживались на концентраторах в результате действия на них значительных сил притяжения, имеющих место в предлагаемой конструкции.

Эффективность извлечения примесей на опытном образце сепаратора повысилась до 95% по сравнению с сепаратором-прототипом (90%), что является значительным показателем. Повышение эффективности сепарации явилось также следствием того, что магнитная система в сепараторе выполнена с наклоном. При такой конструкции сила тяжести F_T, действующая на примесь, близка по направлению к магнитной силе притяжения F_маг. Эффект положительного действия силы тяжести F_T особенно заметен при сепарации крупных примесей (крупнее 10 мм) на данной конструкции сепаратора.

Изобретение относится к технике выделения (сепарации) металломагнитных примесей из потока сыпучего диамагнитного материала и может быть использовано, например, при извлечении металломагнитных примесей из потока зерна при приеме на элеватор. Технический результат - обеспечение высокой эффективности процесса извлечения примесей из мощного потока сыпучего материала за счет оптимального использования в конструкции разделяющих сил процесса (магнитной силы и силы тяжести). Магнитный сепаратор включает магнитную систему, состоящую из постоянных магнитов прямоугольной формы, обращенных друг к другу одноименными полюсами и разделенных ферромагнитными концентраторами, выступающими за пределы магнитных блоков в рабочую зону сепарации. Магнитная система выполнена с наклоном и установлена на двух полуосях или оси с возможностью вывода за пределы корпуса для очистки. Высота концентраторов изменяется до 250 мм по длине магнитной системы. Угол наклона изменяется в пределах 10-110^o. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Магнитный сепаратор, включающий магнитную систему, состоящую из постоянных магнитов, обращенных друг к другу одноименными полюсами и разделенных ферромагнитными концентраторами, отличающийся тем, что магнитная система выполнена в виде магнитных блоков, при этом постоянные магниты выполнены прямоугольной формы, ферромагнитные концентраторы магнитной системы выполнены плоскими и выступающими за пределы магнитных блоков в рабочую зону сепарации, имеют увеличивающуюся высоту по длине магнитной системы, причем магнитная система выполнена с наклоном и смонтирована на двух полуосях или оси с возможностью вывода за пределы корпуса сепаратора для очистки. 2. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что высота концентраторов магнитной системы изменяется до 250 мм. 3. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что угол наклона магнитной системы изменяется в пределах 10-110^o.