МАГНИТНЫЙ СЕПАРАТОР Российский патент 2009 года по МПК B03C1/26 

Изобретение относится к области магнитного разделения и может быть использовано в химической, пищевой, металлургической, энергетической и других отраслях промышленности для удаления из сыпучих (дробленых) сред различных магнитовосприимчивых примесей, т.е. примесей, склонных к магнитному осаждению. В их числе, например, такие ферропримеси, как частицы коррозии и износа оборудования, окалина, различные металлические включения (последствия металлообработки, ремонта, обслуживания, дробления и размола сырьевых компонентов и пр.). Снижая качество сред, эти примеси к тому же являются серьезным дестабилизирующим фактором производства, так как уменьшают надежность и долговечность работы оборудования: интенсифицируют износ, приводят к поломкам и выходу из строя оборудования, провоцируют аварийные остановки производства и т.д.

Известен магнитный сепаратор (RU №2305598), содержащий рабочую систему взаимно параллельных профильных магнитных стержней с размещенными в них магнитами. Стержни ориентированы по отношению к направлению потока под таким углом, при котором обеспечивается «тупой контакт» каждого из магнитных стержней с потоком очищаемой среды, «набегающей» на боковые скошенные поверхности стержней. При этом каждый последующий стержень частично расположен под предыдущим с образованием области их взаимного перекрытия. В таком сепараторе удачно сочетается совместное действие инерционной силы, устремляющей примеси к поверхностям стержней, и магнитной силы захвата ферропримесей, что позволяет проводить эффективную очистку от ферропримесей. Недостатком этого сепаратора является то, что такая конструкция применима преимущественно для тонкодисперсных сред (газодисперсных потоков), а для сыпучих (и тем более дробленых) сред непригодна. Кроме того, система такого типа предполагает обязательное наличие отдельного корпуса с патрубками входа и выхода потока, что не оправдано в случае очистки сыпучих и дробленых сред.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является магнитный сепаратор (RU №2305008), имеющий рабочую систему взаимно параллельных скрепленных между собой стяжками профильных магнитных стержней с размещенными в них магнитами. В нем магнитные стержни ориентированы ребрами навстречу потоку очищаемой среды, обеспечивая «острый контакт» каждого из магнитных стержней с потоком очищаемой среды, «набегающим» на ребра магнитных стержней. Такой сепаратор эффективен для очистки больших потоков сыпучих и дробленых сред преимущественно от крупнодисперсных магнитовосприимчивых частиц, причем с возможностью регулирования пропускной способности аппарата за счет изменения расстояния между стержнями. В сепараторе такого типа, как и в предыдущем аналоге, между противостоящими магнитами в смежных стержнях образуются высокоинтенсивные зоны магнитного воздействия, прилегающие к поверхностям стержней, и слабоинтенсивные зоны магнитного воздействия (зоны «туннельного» проскока феррочастиц), находящиеся в центральных областях между стержнями. И та часть потока очищаемой среды, которая проходит через центральные области между стержнями (в характерном для прототипа направлении движения среды, параллельном боковым поверхностям стержней), тем самым попадает в слабоинтенсивные (провальные) зоны. К тому же доля слабоинтенсивных (провальных) зон составляет значительный объем, а следовательно, эффективность такого аппарата (прототипа) снижена.

Задача изобретения заключается в повышении эффективности магнитного сепаратора, предназначенного для удаления из сыпучих и дробленых сред преимущественно крупнодисперсных магнитовосприимчивых частиц.

Технический результат состоит в исключении «туннельного» проскока феррочастиц сквозь рабочую зону сепаратора.

Технический результат достигается тем, что в магнитном сепараторе, содержащем рабочую систему скрепленных между собой профильных магнитных стержней с размещенными в них магнитами с образованием между противостоящими магнитами в смежных стержнях высокоинтенсивных зон магнитного воздействия, прилегающих к поверхностям стержней, и слабоинтенсивных зон магнитного воздействия, находящихся в центральной области между стержнями, в соответствии с изобретением профильные магнитные стержни размещены ребрами навстречу потоку очищаемой от ферровключений среды под углом α к направлению потока очищаемой среды, обеспечивающим прохождение улавливаемых ферровключений сквозь высокоинтенсивную зону магнитного воздействия. Величина угла α выбирается из условия:

где b - расстояние между противостоящими магнитами, D - ширина магнита.

Обеспечение прохождения улавливаемых ферровключений сквозь зону высокоинтенсивного магнитного воздействия позволяет избежать «туннельного» проскока феррочастиц, тем самым повысить эффективность очистки сыпучих (дробленых) сред от таких ферропримесей, как последствия коррозии и износа оборудования, металло- и термообработки, ремонта и обслуживания оборудования, дробления и размола сырьевых компонентов и пр. При этом улучшается качество сред, повышается надежность и долговечность работы оборудования, так как исключается попадание ферропримесей на активные поверхности оборудования, что предотвращает преждевременный износ, поломки, выход из строя, аварийные остановки оборудования.

Изобретение проиллюстрировано чертежами, где: на фиг.1 изображена схема предлагаемого магнитного сепаратора; на фиг.2 изображена схема модуля рабочей системы магнитного сепаратора из двух противостоящих магнитов, образующих зазор с интенсивным магнитным полем; на фиг.3 приведены данные о характере изменения (в пределах полузазора) магнитной индукции В в обычных (а) и логарифмических (б) координатах - по мере удаления х от центра поверхности одного из двух противостоящих магнитных элементов; на фиг.4 показано ориентационное позиционирование рабочей зоны магнитного сепаратора: а) - по прототипу, б) - по изобретению.

Обозначения на чертежах: b - величина зазора между противостоящими магнитами, х - расстояние от поверхности одного из магнитов до произвольной точки в зоне магнитного воздействия, D - характерный размер (диаметр) магнита, а - ширина слабоинтенсивной (провальной) зоны.

В сепараторе между противостоящими магнитами в смежных стержнях образуются высокоинтенсивная зона магнитного воздействия, прилегающая к поверхностям стержней, и слабоинтенсивная зона магнитного воздействия, находящаяся в центральной области между стержнями.

В прототипе доля слабоинтенсивной (а по сути, провальной) зоны а/b составляет а/b = от 24 до 27% (среднее значение: а/b=25% или a/b=0,25). Следовательно, и эффективность такого аппарата составляет максимум 73-76%.

Несколько повысить его эффективность можно было бы дополнительным перекрытием этой провальной зоны. Однако это будет способствовать образованию заторов и «зависанию» среды, особенно, если очищаемая среда склонна к комкованию.

Предлагаемое изобретением решение - расположить профильные магнитные стержни магнитного сепаратора под таким углом α к направлению потока очищаемой среды, при котором обеспечивается обязательное прохождение улавливаемых ферровключений сквозь зону высокоинтенсивного магнитного воздействия. Критичный угол α может быть определен как

(экспериментально установлено, что α≅0,25b), откуда

где b - расстояние между противостоящими магнитами, D - ширина магнита.

Предлагаемый магнитный сепаратор содержит рабочую систему профильных магнитных стержней l, скрепленных между собой, например, стяжками 2. Помещается магнитный сепаратор в канал (бункер) 3, сквозь который проходит очищаемая среда.

Сепаратор работает следующим образом. Очищаемая среда поступает в рабочую зону между профильными магнитными стержнями сепаратора. Благодаря расположению стержней под углом к направлению движения потока очищаемой среды, исключается ее транзитное прохождение сквозь слабоинтенсивную зону магнитного воздействия. Находящиеся в этой среде ферропримеси притягиваются к поверхностям профильных магнитных стержней сепаратора, оседают на них, а очищенная среда, лишенная ферропримесей, выводится из сепаратора.

В ходе проведения исследований с целью получения детальной информации о характере поля между противостоящими магнитами и оценки доли слабоинтенсивной и высокоинтенсивной зон магнитного сепаратора в прототипе и по изобретению (фиг.3а, б) были проведены измерения магнитной индукции В в зазорах величиной от b=13 мм до b=33 мм между высокоэнергетичными магнитами (Nd-Fe-B) диаметром 25 мм и толщиной 10 мм. При этом датчик для измерения В (датчик Холла) перемещался внутри зазора от поверхности одного из магнитных элементов вдоль осевой линии между магнитными элементами (фиг.2): от х=0 до x=b.

Результаты измерений индукции В (в пределах полузазора - вплоть до середины зазора, когда х=b/2) приведены на фиг.3a (при х b/2 характер изменения В оставался таким же, но зеркально симметричным).

Из полученных результатов видно, что по мере удаления х от поверхности одного из магнитов индукция поля В убывает, достигая своего минимального значения, естественно, посредине зазора.

Однако индукция В (или напряженность Н=В/μ₀μ, где μ₀=4π·10^-7 Г/м - магнитная проницаемость вакуума, а μ=1 - относительная магнитная проницаемость среды-зазора) является лишь одним из параметров, от величины которого зависит сила магнитного захвата феррочастицы, проходящей (вместе с очищаемой средой) между противостоящими магнитными элементами.

Вторым, не менее важным, зависимым и, по сути, производным от B (или Н) параметром является неоднородность поля в той или иной точке рабочего зазора; в количественном представлении - это dB/dx=gradB.

Об этом свидетельствует, например, выражение для магнитной силы захвата, действующей на феррочастицу с магнитной восприимчивостью χ и объемом w:

F=μ₀χ·w·Н·gradH=χ·w·В·gradB/μ₀.

Из этого выражения видно, что с точки зрения силового воздействия на феррочастицу оба параметра - и В, и gradB - принципиально важны. А наиболее объективным параметром является их произведение: В·gradB, зачастую называемое магнитным силовым фактором.

Значимость фактора неоднородности поля, как одного из сомножителей более общего силового фактора, очевидна. Так, в случае если gradB→0 (при создании однородного поля), то величина В·gradB→0, а значит F→0 даже при гиперзначениях В.

Игнорирование этого полеградиентного принципа может привести к невысокой результативности работы не только сепаратора с низкой, но и высокой интенсивностью поля.

Для проведения исчерпывающего анализа необходимо нелинейные зависимости В от x (фиг.3a) представить в полулогарифмических координатах (фиг.3б). В этих координатах значительная часть каждой из зависимостей В от х хорошо линеаризуется, подчиняясь тем самым экспоненциальному закону.

Исключение составляют хвостовые зоны этих зависимостей (фиг.3).

Из фиг.3б видно, что значения В становятся на хвостовых участках почти автомодельными, весьма слабо зависящими от x (почти постоянными). Это значит, что градиент индукции сходит здесь на нет (производная от константы равна нулю). Стало быть, и силовой фактор здесь тоже сходит на нет. Следовательно, эта центральная часть зазора между противостоящими магнитами, по сути, является провальной.

При использовании стандартных магнитов с шириной (диаметром) D=25 мм и расстоянием между противостоящими магнитами b=18-33 мм угол размещения магнитных стержней по отношению к направлению потока очищаемой среды составляет от α=7° до α=18°.

Изобретение относится к области магнитного разделения и может быть использовано в химической, пищевой, металлургической, энергетической и других отраслях промышленности для удаления из сыпучих (дробленых) сред различных магнитовосприимчивых примесей. Магнитный сепаратор содержит рабочую систему скрепленных между собой профильных магнитных стержней с размещенными в них магнитами с образованием между противостоящими магнитами в смежных стержнях высокоинтенсивных зон магнитного воздействия, прилегающих к поверхностям стержней, и слабоинтенсивных зон магнитного воздействия, находящихся в центральной области между стержнями. Профильные магнитные стержни размещены ребрами навстречу потоку очищаемой от ферровключений среды под углом α к направлению потока очищаемой среды. Угол α обеспечивает прохождение улавливаемых ферровключений сквозь высокоинтенсивную зону магнитного воздействия. Величина угла α выбирается из условия:

где b - расстояние между противостоящими магнитами, D - ширина магнита. Технический результат заключается в исключении «туннельного» проскока феррочастиц сквозь рабочую зону сепаратора. 6 ил.

Магнитный сепаратор, содержащий рабочую систему скрепленных между собой профильных магнитных стержней с размещенными в них магнитами с образованием между противостоящими магнитами в смежных стержнях высокоинтенсивных зон магнитного воздействия, прилегающих к поверхностям стержней, и слабоинтенсивных зон магнитного воздействия, находящихся в центральной области между стержнями, отличающийся тем, что профильные магнитные стержни размещены ребрами навстречу потоку очищаемой от ферровключений среды под углом α к направлению потока очищаемой среды, обеспечивающим прохождение улавливаемых ферровключений сквозь высокоинтенсивную зону магнитного воздействия, причем величина угла α выбирается из условия

где b - расстояние между противостоящими магнитами, D - ширина магнита.