МАГНИТНЫЙ СЕПАРАТОР С ФЕРРИТОВЫМИ И РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ Российский патент 2008 года по МПК B03C1/31 

Изобретения относится к магнитным сепараторам с постоянными магнитами и, более конкретно, к сепаратору, снабженному постоянными магнитами, выполненными из феррита и редкоземельных элементов, способных усиливать и оптимизировать эффект притяжения различных ферромагнитных материалов. Настоящая заявка относится, в частности, к сепараторам шкивного типа, однако очевидно, что указанное также применимо и к магнитным сепараторам других типов (барабанам, плитам, лентам и пр.), которые могут быть снабжены описанными здесь постоянными магнитами.

Известно, что магнитные сепараторы используются в тех областях применения, где необходимо притягивать и выделять (сепарировать) ферромагнитные материалы любой формы и размера из смеси материалов. Способность сепаратора к притяжению зависит как от магнитного поля, которое он может генерировать (напряженность и градиент), так и от собственной индукции сепарируемого объекта, которая определяется его форм-фактором (например, сфера обладает наихудшим форм-фактором) и степенью его магнитной проницаемости.

Уже более сорока лет известны притягивающие цепи (т.е., постоянные магниты), выполненные из керамических материалов, таких как феррит бария и, еще лучше, феррит стронция. Эти магниты имеют среднюю внутреннюю и остаточную магнитную энергию и способны притягивать в пределах определенного расстояния ферромагнитные материалы с большим форм-фактором и/или средневысокой магнитной проницаемостью.

Позднее, в последние 15-20 лет стали применяться другие притягивающие цепи, выполненные из спеченных материалов с высокой внутренней остаточной магнитной энергией, известных как редкоземельные элементы (самарий-кобальт, железо-бор-неодим). Эти магниты могут притягивать в пределах относительно короткого расстояния, но с большой эффективностью, даже материалы с низким форм-фактором и/или средненизкой и очень низкой магнитной проницаемостью. Их эффективность, однако, сконцентрирована в пределах нескольких десятков миллиметров.

Таким образом, целью настоящего изобретения является создание магнитного сепаратора, который позволяет преодолеть ограничения известных сепараторов. Эта цель достигается посредством сепаратора, в котором каждый магнитный полюс выполнен из ферритовых магнитов в нижней части, находящейся в контакте с ферромагнитным элементом для соединения цепи между полюсами, и из редкоземельных магнитов в верхней части, которая представляет собой поверхность входа/выхода магнитных силовых линий.

Основным преимуществом является комбинирование магнитных характеристик постоянных магнитов двух типов, описанных выше (ферритовых и редкоземельных), таким образом, что сделать их дополняющими друг друга и, тем самым, усилить эффективность притяжения как ферромагнитных материалов с высоким или низким форм-фактором, так и материалов с высокой и низкой, а иногда и очень низкой, магнитной проницаемостью.

Таким образом, дистанция притяжения таких магнитов значительно увеличивается, и сепаратор может работать с производительностью, почти вдвое превышающей производительность подобного сепаратора с редкоземельными магнитами, и с очень высоким качеством сепарации по сравнению со средненизкой эффективностью подобного сепаратора с ферритовыми магнитами.

Другое существенное преимущество заключается в очень простой структуре таких притягивающих цепей, что позволяет легко изготавливать и применять их в сепараторах любого типа.

Другие признаки и преимущества сепаратора по настоящему изобретению будут очевидны для специалистов в данной области техники из нижеследующего подробного описания одного варианта его реализации со ссылками на прилагаемые чертежи, где:

Фиг.1 представляет собой вид в поперечном сечении сепаратора шкивного типа согласно предшествующему уровню техники с ферритовыми магнитами.

Фиг.2 представляет собой вид в поперечном сечении сепаратора шкивного типа согласно предшествующему уровню техники с редкоземельными магнитами.

Фиг.3 представляет собой вид в поперечном сечении сепаратора согласно предшествующему уровню техники с ферритовыми и редкоземельными магнитами по настоящему изобретению.

Фиг.4 представляет собой увеличенный схематический вид, показывающий детали структуры притягивающей цепи согласно настоящему изобретению;

Фиг.5 представляет собой вид сверху первого возможного варианта расположения полярностей для сепаратора по фиг.3.

Фиг.6 представляет собой вид сверху второго возможного варианта расположения полярностей для сепаратора по фиг.3.

Как показано на фиг.1, шкив 1 с постоянными магнитами по существу состоит из ферромагнитного цилиндра 2, вокруг которого нанесены ферритовые магнитные массы 3А, при этом цилиндр 2 окружен защитным кожухом 4 из немагнитного материала (например, из нержавеющей стали), который предпочтительно заполнен фиксирующей смолой. Этот узел закреплен посредством торцевых фланцев на приводном или холостом валу, в результате чего он может предпочтительно использоваться как приводной валок для транспортера 6, снабженного рейками 7, на котором транспортируется обрабатываемый материал 8.

Размер Н1 указывает эффективную рабочую высоту слоя обрабатываемого материала, и его иллюстративную величину для шкива диаметром 400 мм Н1≅80-90 мм для ферромагнитных частиц со средневысоким форм-фактором и хорошей магнитной проницаемостью.

На фиг.2 проиллюстрирован шкив, сходный по форме и размеру с описанным выше, с магнитными массами 3В с редкоземельными элементами, у которого рабочая высота Н2 составляет 40-50 мм для ферромагнитных частиц со средненизким форм-фактором и низкой магнитной проницаемостью и в пределах 30 мм от активной поверхности - для частиц с очень низкой магнитной проницаемостью.

На фиг.3 проиллюстрирован шкив, сходный по форме и размеру с описанными выше, со смешанными магнитными массами 3С согласно настоящему изобретению, где только лишь в целях приведения примера в каждом полюсе использованы, в частности, два ферритовых блока 12 высотой примерно 25 мм, расположенных в контакте с ферромагнитным цилиндром 2, и один редкоземельный блок 13, также высотой примерно 25 мм, установленный поверх ферритовых блоков 12 и в контакте с ними и рядом с немагнитным кожухом 4.

На фиг.4 в деталях проиллюстрирована цепь постоянных магнитов по настоящему изобретению, содержащая по меньшей мере два полюса 3С север-юг, каждый из которых выполнен в нижней части, находящейся в контакте с ферромагнитным цилиндром 2 для соединения цепи между полюсами, из ферритовых магнитов 12 (предпочтительно - феррит стронция), а в верхней части, которая представляет собой поверхность 14 выхода магнитных силовых линий 15 для северного полюса или поверхность 16 входа магнитных силовых линий 15 для южного полюса, из редкоземельных магнитов 13 (предпочтительно - железо-бор-неодим), способных повысить напряженности магнитного поля и, в частности, градиент магнитного поля.

На фиг.5 и 6 проиллюстрированы в целях приведения примера два возможных варианта размещения полярностей в продольном направлении магнитных шкивов; в частности, на фиг.5 показано «шахматное» расположение различных магнитных полюсов север-юг, в то время как на фиг.6 показано расположение с продольными чередующимися рядами полярностей север-юг.

Для сравнения индикативных напряженностей поля и градиента поля, которые могут быть получены в трех вышеописанных сепараторах, ниже приведена таблица. В этой таблице D означает расстояние, на котором измерялось магнитное поле, а G - градиент поля, измеренный на указанном интервале расстояний.

Расстояние и градиентФерритныйРедкоземельныйФерритный + редкоземельныйD=10 мм (Э)101520002500G на 10-20 мм (Э/см)245820900D=20 мм (Э)77011801600G на 20-30 мм (Э/см)150510500D=30 мм (Э)6206701100G на 30-40 мм (Э/см)120310300D=40 мм (Э)500360800G на 40-50 мм (Э/см)90160240D=50 мм (Э)410200560G на 50-60 мм (Э/см)60-160D=60 мм (Э)350-400G на 60-70 мм (Э/см)50-120D=70 мм (Э)300-280G на 70-80 мм (Э/см)50-80D=80 мм (Э)250-200G на 80-90 мм (Э/см)40-50D=90 мм (Э)210-150

Таким образом, этот новый тип притягивающей цепи, примененный, в качестве сравнительного примера, к вышеописанному шкиву, неожиданно позволяет улучшить характеристики магнитов двух этих типов на тех расстояниях, где они менее эффективны, в то же время сохраняя их выгодные характеристики в тех зонах, где они индивидуально работают лучше.

Это обусловлено, как очевидно, возможностью иметь лучшие характеристики в зоне за пределами расстояния в 50 мм от активной поверхности благодаря более высокому градиенту по сравнению со шкивом на ферритовых магнитах, у которого имеются проблемы с плохо намагничиваемыми материалами; и, аналогичным образом, это обусловлено возможностью иметь значительно улучшенные средние характеристики в зоне в пределах 50 мм благодаря более сильному полю по сравнению с подобным шкивом на редкоземельных магнитах.

Очевидно, что описанный выше и проиллюстрированный вариант реализации магнитного сепаратора согласно настоящему изобретению является лишь примером, в который может быть внесено множество различных модификаций. В частности, отношение между эффективной магнитной длиной ферритовых и редкоземельных элементов в каждом полюсе может отличаться от проиллюстрированного выше отношения 2:1, например, может составлять от 1:1 до 3:1, и, как очевидно, количество, форма и расположение магнитных полюсов могут свободно меняться в соответствии с потребностями.

Изобретение относится к магнитным сепараторам с постоянными магнитами и, более конкретно, к сепаратору, снабженному постоянными магнитами, выполненными из феррита и редкоземельных элементов. Магнитный сепаратор с постоянными магнитами содержит ферромагнитный элемент для соединения цепи между по меньшей мере двумя магнитными полюсами. Полюса выполнены из ферритовых магнитов в нижней части и из редкоземельных магнитов в верхней части, которая представляет собой поверхность входа/выхода магнитных силовых линий. Отношение между эффективной магнитной длиной ферритовых магнитов и редкоземельных магнитов предпочтительно составляет 2:1, а предпочтительными материалами являются феррит стронция для первого и железо-бор-неодим - для второго. Техническим результатом является повышение эффективности притяжения сепаратором ферромагнитных материалов с высоким или низким форм-фактором, и материалов с высокой или низкой, а иногда и очень низкой, магнитной проницаемостью. 7 з.п.ф-лы, 6 ил., 1 табл.

1. Магнитный сепаратор с постоянными магнитами, содержащий ферромагнитный элемент (2) для соединения цепи между по меньшей мере двумя магнитными полюсами (3С), отличающийся тем, что каждый магнитный полюс (3С) выполнен из ферритовых магнитов (12) в нижней части, находящейся в контакте с упомянутым ферромагнитным элементом (2) для соединения цепи, и из редкоземельных магнитов (13) в верхней части, которая представляет собой поверхность (14) входа/выхода магнитных силовых линий (15, 16).2. Магнитный сепаратор по п.1, отличающийся тем, что в каждом магнитном полюсе (3С) отношение между эффективной магнитной длиной ферритовых магнитов (12) и редкоземельных магнитов (13) составляет от 1:1 до 3:1, предпочтительно 2:1.3. Магнитный сепаратор по п.1 или 2, отличающийся тем, что он состоит из ферромагнитного цилиндра (2), вокруг которого нанесены магнитные полюса (3С), причем упомянутый цилиндр (2) окружен защитным кожухом (4) из немагнитного материала, заполненным фиксирующей смолой (5), и этот узел закреплен на валу так, что он может использоваться как конвейер (6), на котором транспортируется обрабатываемый материал (8).4. Магнитный сепаратор по п.1 или 2, отличающийся тем, что ферритовые магниты (12) выполнены из феррита бария или феррита стронция.5. Магнитный сепаратор по п.1 или 2, отличающийся тем, что редкоземельные магниты (13) выполнены из самария-кобальта или железа-бора-неодима.6. Магнитный сепаратор по п.3, отличающийся тем, что ферритовые магниты (12) выполнены из феррита бария или феррита стронция.7. Магнитный сепаратор по п.3, отличающийся тем, что редкоземельные магниты (13) выполнены из самария-кобальта или железа-бора-неодима.8. Магнитный сепаратор по п.4, отличающийся тем, что редкоземельные магниты (13) выполнены из самария-кобальта или железа-бора-неодима.