ПАТРОННЫЙ МАГНИТНЫЙ СЕПАРАТОР Российский патент 2009 года по МПК B03C1/32 C10M175/04 

Изобретение относится к области магнитной очистки технологических жидкостей (ТЖ) (смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), моющих растворов, оборотной воды и др.) от твердых и коллоидных частиц и примесей. Может быть использовано на металлообрабатывающих производствах, включающих обработку металлов давлением, резанием, на прокатных станах и шлифовальных станках.

Технический результат - повышение эффективности очистки при одновременном увеличении производительности и эффективности сепарации, повышение технологичности, надежности и универсальности.

Магнитный сепаратор содержит емкость с подводящими и отводящими патрубками для размещения обрабатываемой технологической жидкости, портал, установленный и закрепленный на емкости, траверсу, снабженную приводом и укрепленную на портале посредством направляющей. Цилиндрические магнитные патроны имеют вертикальную продольную ось и установлены головной частью во втулках кронштейна, свободно опирающегося на верхнюю часть траверсы, а в нижней части, скрепленных между собой. Кронштейн снабжен опорой, имеющей вид четырех цилиндрических штанг, соединенных в нижней части рамкой в форме полого прямоугольника. Опора служит для периодической жесткой фиксации положения кронштейна относительно конвейера. В верхнем положении кронштейн дополнительно взаимодействует с порталом. Средство для удаления шлама включает подводимый приводной конвейер для транспортирования шлама и шламосъемные элементы, охватывающие нижней кромкой каждый магнитный патрон по скользящей посадке и жестко скрепленные с траверсой. Совокупность магнитных патронов имеет два ряда и более с расположением установочных мест в шахматном порядке. Магнитные патроны выполнены в виде набора постоянных магнитов различной магнитной силы по длине патрона и (или) по рядам, помещенных в немагнитные гильзы.

Известен магнитный сепаратор (патент №№2186628, 2207913 С1, 7 В03С 1/00, В01D 35/06, С10М 175/04), содержащий установочную раму, емкость с подводящим и отводящим патрубками для размещения обрабатываемой технологической жидкости, цилиндрические магнитные патроны в виде набора цилиндрических дисковых магнитов, имеющих вертикальную продольную ось и установленных головной частью на плите, по крайней мере, в два ряда в горизонтальной плоскости, средство для удаления шлама, снабженный траверсой с приводом, укрепленной на установочной раме с возможностью линейного вертикального возвратно-поступательного перемещения, при этом магнитные патроны ориентированы в поперечном направлении потоку технологической жидкости в емкости, сдвинуты порядно в том же направлении и установлены головной частью с зазором в сквозных отверстиях плиты, опирающейся на верхнюю часть траверсы, причем средство для удаления шлама содержит подводимый приводной конвейер для транспортирования шлама и шламосъемные элементы, охватывающие нижней кромкой каждый магнитный патрон по скользящей посадке и скрепленные траверсой, при этом плита снабжена средством периодической жесткой фиксации положения относительно подводимого приводного конвейера для транспортирования шлама с возможностью остановки плиты в верхнем положении.

К недостаткам вышеописанного магнитного сепаратора относятся:

1) Недостаточная надежность конструкции. Посредством каретки на колонке консольно укреплена траверса и магнитные патроны, закрепленные вертикально только верхней частью на плите посредством резьбового соединения. Колонка и траверса представляют собой двойную консоль относительно рамы. Кроме этого, магнитные патроны, собранные в кассету, отталкиваются друг от друга из-за однородности магнитного поля и, не имея жесткого соединения в нижней части у магнитных патронов и жестких опор, по разным причинам, в том числе и по причине ослабления крепления к плите, происходит отклонение патронов и опор от вертикального положения. Двойная консоль, ненадежность установки, крепления при работе магнитного сепаратора, приводят к неконтролируемому уводу от вертикального положения магнитных патронов и жестких опор, что в результате может вызвать интенсивный износ шламосъемных элементов, деформацию патронов, зацеп или наезд на другие элементы конструкции, а как следствие, поломку сепаратора.

2) Недостаточная эффективность магнитной сепарации. При сепарации на подходе потока ТЖ к магнитным патронам крупные ферромагнитные частицы успевают осесть на какую-то глубину в ТЖ и при прохождении через магнитные патроны оседают в средней и нижней частях магнитного патрона. Более мелкие частицы не успевают осесть в ТЖ и, находясь в верхних слоях ТЖ, свободно проходят через магнитные патроны, частично осаждаясь на них, так как для улавливания частиц размером менее 3-5 мкм необходимо более сильное магнитное поле или меньшая скорость потока ТЖ. Происходит неравномерное заполнение патронов шламом. В нижней и средних частях магнитных патронов из-за большого объема шлама происходит ослабление магнитного поля на периферии слоя и существенно снижается степень очистки, а верхняя часть магнитных патронов остается ненагруженной.

3) Для удержания патрона от проворота при его установке и крепления на плите используются рожковые или газовые ключи, что часто приводит к деформации и неправильной установке патрона.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности очистки при одновременном увеличении производительности процесса сепарации, повышении технологичности и надежности конструкции магнитного сепаратора.

Поставленная задача решена заявляемым изобретением.

Предлагается магнитный сепаратор, содержащий портал, емкость с подводящими и отводящими патрубками для размещения обрабатываемой технологической жидкости, цилиндрические магнитные патроны в виде набора постоянных цилиндрических или полых цилиндрических магнитов различной магнитной силы по длине патрона и (или) по рядам патронов, помещенных в немагнитные гильзы, имеющих вертикальную продольную ось и ориентированных в поперечном направлении потоку технологической жидкости в емкости, при этом сдвинутых порядно в том же направлении и скрепленных в нижних частях в горизонтальной плоскости, а верхними частями установленных с зазором во втулках и закрепленных в горизонтальной плоскости на кронштейне, опирающемся на верхнюю часть траверсы, средство для удаления шлама снабжено траверсой с приводом, укрепленной на портале сепаратора с возможностью линейного вертикального возвратно-поступательного перемещения, содержит подводимый приводной конвейер для транспортирования шлама, расположенный на раме, и шламосъемные элементы, охватывающие нижней кромкой каждый магнитный патрон по скользящей посадке и скрепленные траверсой, при этом кронштейн снабжен средством периодической жесткой фиксации положения относительно подводимого приводного конвейера для транспортирования шлама с возможностью остановки кронштейна в верхнем положении.

Портал представляет собой жесткую П-образную конструкцию, укрепленную на емкости, исключает консоль колонки и несет основную нагрузку при работе.

Средство периодической жесткой фиксации положения кронштейна относительно подводимого конвейера для транспортирования шлама выполнено в виде вертикальной жесткой опоры, имеющей форму четырех штанг, принадлежащих кронштейну и соединенных в нижней части рамкой в виде полого прямоугольника, ориентированной в плане на верхние грани подводимого приводного конвейера для транспортирования шлама.

В верхнем положении кронштейн дополнительно взаимодействует с порталом, служащий дополнительным средством контроля вертикального положения кронштейна с патронами.

Магнитные патроны сепаратора зафиксированы в вертикальной плоскости своей верхней частью, имеющей фланец, посредством резьбового соединения на кронштейне во втулках, длина которых не менее двух диаметров, а в нижней части, соединенных между собой различными способами (металлические лепестки, кронштейн и др.), при этом соединительный элемент должен быть немагнитным и не создавать препятствий для удаления с патронов шлама.

Совокупность магнитных патронов имеет два ряда и более с расположением установочных мест в шахматном порядке. Один из вариантов выполнения состоит в том, что ближайшие три патрона в двух рядах равноудалены друг от друга на расстоянии 15-50 мм.

Магнитные патроны выполнены в виде набора цилиндрических или полых цилиндрических магнитов различной магнитной силы (остаточная магнитная индукция (Br) от 0,3 Т до 1,2 Т) по длине и (или) по рядам патронов, разделенных прокладками из магнитомягкого материала и помещенных в немагнитные гильзы.

Отверстие шламосъемного элемента имеет сужающееся книзу сечение, образуя в верхней части зазор с поверхностью гильзы.

Шламосъемные элементы выполнены из эластичного материала.

Все приводы магнитного сепаратора выполнены в виде гидроцилиндров гидропривода.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами:

- на фиг.1 схематично дан общий вид магнитного сепаратора и его основных узлов,

- на фиг.2 схематично показан поперечный разрез портала, кронштейна, траверсы и крепление магнитных патронов в верхней и нижней частях,

- на фиг.3 схематично показано расположение магнитных патронов в плане и способ соединения магнитных патронов лепестками в нижней части.

На емкости 1 с подводящими и отводящими патрубками 2 и 3 жестко закреплен портал 5, снабженный направляющей(ими), например линейным подшипником качения и (или) др. Посредством каретки 6 на портале 5 консольно укреплена траверса 7, снабженная приводом 8 (фиг.1). С траверсой 7 жестко соединены посредством двух металлических шайб 9 и 10 шламосъемные элементы 11 (фиг.2). В верхней части траверсы 7 свободно уложен кронштейн 12, опирающийся на траверсу. Во втулках 13 кронштейна 12 вертикально с зазором установлены магнитные патроны 14, что допускает смещение патронов, а в вертикальном направлении патроны зафиксированы.

Магнитные патроны 14 укреплены на кронштейне 12 в два ряда. Направление рядов перпендикулярно потоку очищаемой жидкости в емкости 1. Ряды патронов 14 сдвинуты между собой так, что ближайшие три патрона равноудалены друг от друга (фиг.3). Это в два раза увеличивает эффективную площадь магнитной обработки (такую схему можно рассматривать как один ряд патронов, но сложенный зигзагообразно). Число рядов патронов может быть выполнено более двух, это может увеличить производительность сепаратора, но снизит технологические характеристики и ухудшит условия обслуживания. Исходя из этих соображений наиболее целесообразна двухрядная компоновка патронов 14. Шламосъемные элементы 11 плотно охватывают нижней кромкой патроны 14 по скользящей посадке, а в верхней части отверстие шламосъемного элемента расширяется, образуя зазор 18. Такая форма шламосъемного элемента придает ему конструктивную прочность, износостойкость без увеличения поверхности трения и скольжения, что повышает долговечность всей конструкции в целом. Шламосъемные элементы выполнены из эластичного материала, например из резины, силикона и др. и (или) их комбинаций. Это обеспечивает минимальный износ патрона и не ухудшает скольжение по патрону при его допустимых радиальных смещениях.

Магнитные патроны выполнены в виде сборки двух наконечников, верхнего и нижнего, с гильзой 20, расположенной между ними. Верхний наконечник металлический, имеет цилиндрическую часть с внутренним осевым резьбовым отверстием для стержня, фланец 21, которым он опирается снизу на кронштейн, и резьбовую часть, за которую производится крепление к кронштейну через втулку 13 посредством шайбы 15, гайки 16 и контргайки 17. Фланец 21 наконечника зафиксирован на кронштейне 12 винтом 27, который удерживает его, а следовательно и патрон, от проворота при затягивании гаек 16 и 17. Применение фланца повышает устойчивость и надежность при работе патрона. Нижний наконечник металлический, выполнен из немагнитного материала (латунь, алюминий и (или) др.), имеет цилиндрическую форму и осевые резьбовые отверстия, одно для крепления лепестка 28, другое для стержня. Лепесток представляет собой металлическую пластину, выполненную из немагнитного материала и выгнутую в средней части на 90° относительно места крепления к магнитному патрону, например, как показано на фиг.2 и 3. На цилиндрических частях верхнего и нижнего наконечников различными способами, например завальцовки, крепится цилиндрическая металлическая гильза, выполненная из немагнитного материала, внутри которой находятся магниты и прокладки. Применение нижнего крепления патронов позволяет надежно ориентировать, выдерживать межосевые размеры и в случае ослабления крепления на кронштейне удерживать магнитные патроны в вертикальном положении. Кроме этого, исключатся деформация и увод патрона от вертикального положения, по причине отталкивания их друг к друга из-за однородности магнитного поля, которое приводит к быстрому износу шламосъемного элемента и патронов.

Высота патронов задается техническими требованиями и определяется уровнем технологической жидкости в емкости 1, расчетной производительностью и т.п. Диаметр патронов составляет 20-45 мм из практических соображений: они должны быть достаточно жесткими и прочными, технологичными с позиций сборки и замены, создавать достаточное магнитное поле для улавливания частиц, должны быть равномерно распределены в емкости на расстоянии, достаточном для максимальной шламоемкости патронов.

Для повышения износостойкости гильза снаружи имеет никелевое и (или) хромовое покрытие и изготовлена, например, из латуни и (или) др. толщиной 0,5-1,5 мм. Такая гильза практически не уменьшает и не искажает магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами, предохраняет хрупкие магниты от разрушения (от воздействия трения и соударения со шламосъемными элементами), предотвращает шунтирование шламовыми частицами магнитного поля в местах стыков и создает хорошие условия скольжения шламосъемных элементов.

При сборке магнитного патрона цилиндрические или полые цилиндрические магниты и прокладки собираются по схеме, показанной на фиг.2. Магнитный патрон должен быть плотно упакован, не иметь зазоров между всеми элементами.

При большой длине магнитного патрона применяется внутренний металлический стержень с резьбой на концах, имеющий форму цилиндра или трубки из немагнитного материала, на который насаживаются магниты и прокладки в форме полого цилиндра. Магниты с прокладками, собранные на стержне, помещают в гильзу и стягивают наконечниками, а гильза на наконечниках завальцовывается. Таким образом увеличивается жесткость и прочность магнитного патрона.

В потоке ТЖ происходит процесс седиментации, когда более крупные частицы ферромагнитного шлама быстрее осаждаются, а мелкие - коллоидные частицы - продолжают находиться в верхнем слое ТЖ, при этом для их улавливания необходимо более сильное магнитное поле, чем для крупных частиц. Естественное распределение частиц по высоте потока ТЖ приводит к необходимости изменения условий улавливания частиц магнитным патроном. Для этого постоянные магниты, расположенные внутри гильзы, различаются между собой магнитной силой по длине патрона от более слабых в нижней части патрона к более сильным в верхней части. Например, в нижней части патрона могут располагаться магниты с остаточной индукцией (Br) 0,3-0,35 Т, в средней - (Br) 0,4-0,5 Т, а в верхней - (Br) 0,7-0,75Т. В зависимости от характеристики шлама, способа подвода ТЖ к сепаратору и условий эксплуатации возможны и другие варианты расположения магнитов с различной силой по длине патрона. Такое решение позволяет более эффективно производить очистку ТЖ и увеличить производительность.

Также эффективность очистки ТЖ повышается, если размещать патроны одинаковой магнитной силой по длине патрона, но различной магнитной силой по рядам. Например, первый ряд магнитных патронов выполнен из более сильных магнитов, с остаточной магнитной индукцией (Br) - 0,6 Т, а второй ряд - (Br) 0,35 Т. При прохождении первого ряда с более сильными магнитами коллоидные частицы шлама, которые не осели на патроны, интенсивно образуют агрегаты, значительно превышающие по своим размерам исходные частицы, при этом усиливается взаимное притяжение частиц и интенсивность их осаждения во втором ряду. Это объясняется магнитной коагуляцией частиц шлама. В зависимости от характеристики шлама, способа подвода ТЖ к сепаратору и условий эксплуатации существуют и другие варианты расположения патронов с различной магнитной силой по рядам. Такое решение позволяет эффективнее очищать ТЖ. Улучшаются технико-экономические показатели.

Применение магнитов различной силы по длине патрона и (или) по рядам патронов позволяет более эффективно улавливать в потоке ТЖ практически все типоразмеры ферромагнитных частиц при одновременном увеличении производительности.

Средство периодической жесткой фиксации положения плиты - металлическая жесткая опора 24, например, имеющая форму четырех штанг трубчатого сечения, принадлежащих кронштейну 12 и соединенных в нижней части рамкой в виде полого прямоугольника, ориентированной в плане на верхние грани подводимого приводного конвейера для транспортирования шлама. Длина опоры примерно равна длине патронов 14, а в плане опора 24 ориентирована на верхние грани подводимого под магнитные патроны приводного конвейера 22 для транспортирования шлама, имеющего привод 23. Конвейер 22 и привод 23 установлены на раме 4. Такая конструкция опоры обеспечивает жесткость и надежность фиксирования. Например, при сбоях работы подводимого конвейера под магнитные патроны для удаления шлама, неполного подвода или перебега конвейера не произойдет поломки магнитных патронов.

В качестве приводных механизмов в заявляемом устройстве используются гидроцилиндры, связанные с гидростанцией.

Работа магнитного сепаратора осуществляется следующим образом.

В режиме сепарации траверса 7 и кронштейн 12, опирающийся на траверсу 7, находятся в крайнем нижнем положении, при котором магнитные патроны 14 погружены в очищаемую ТЖ поперек потока ТЖ в емкости. Происходит активное осаждение магнитного шлама на патронах. С увеличение слоя шлама эффективность улавливания частиц снижается ввиду снижения напряженности магнитного поля к периферии магнитного слоя. Достаточность цикла сепарации определяется либо оператором опытным путем, либо иными средствами (по времени, по массе и др.).

Для удаления ферромагнитного шлама гидроцилиндр 8 осуществляет подъем в крайнее верхнее положение траверсы 7 с кронштейном 12. Патроны со шламом полностью извлекаются из ТЖ. Привод 23 подводит под патроны конвейер 22. Зазор между верхней гранью конвейера и нижней кромкой патронов составляет 15-35 мм для свободного хода конвейера 22.

После подвода конвейера 22 гидроцилиндр 8 перемещает траверсу вниз. Траверса 7 с кронштейном 12 опускается примерно на величину зазора свободного хода конвейера 15-35 мм. В дальнейшем траверса продолжает спуск, а кронштейн 12 с патронами 14 остается в верхнем положении, так как опора 24 устанавливается на верхней грани конвейера 22, препятствуя опусканию кронштейна! 2, и тем самым фиксируется его верхнее положение. Шламосъемные элементы 11, жестко скрепленные с траверсой 7, продолжают перемещение в крайнее нижнее положение и счищают вниз на конвейер магнитный шлам со всей поверхности патронов 14. Устойчивость кронштейна с патронами обеспечивается опорой 21, а также шламосъемными элементами, плотно охватывающими патроны. В нижнем положении элементов 11 центр тяжести кронштейна находится выше всех точек опор. Для предотвращения возможных отклонений кронштейна от вертикального положения служит опора 24 и верхняя часть портала 5, имеющая П-образную форму (фиг.2).

После очистки патронов гидроцилиндр 8 перемещает траверсу 7 из крайнего нижнего положения вверх. При подъеме траверса 7 подхватывает кронштейн, и вместе перемещаются к крайнему верхнему положению. Между опорой 24 и верхними гранями конвейера образуется зазор, и конвейер отводится из-под патронов. Далее цикл работы магнитного сепаратора повторяется.

Контроль и управление за работой патронного магнитного сепаратора осуществляется с пульта.

По многолетнему опыту эксплуатации магнитных сепараторов на металлургических и машиностроительных предприятиях (ОАО «НЛМК» г.Липецк, ОАО «Северсталь» г.Череповец и многих других, подтверждена их высокая эффективность.

Преимущества заявляемого сепаратора:

- по сравнению с прототипом портальная конструкция исключает консоль колонки относительно установочной рамы, позволяет повысить устойчивость и надежность работы всех узлов,

- сохраняются простая кинематика и высокая технологичность конструкции,

- повышается устойчивость, надежность и долговечность кассеты магнитных патронов,

- конструкция патронов позволяет увеличить их жесткость и прочность, а следовательно, и длину,

- равномерная нагрузка на все патроны в течение времени эффективной очистки,

- повышается эффективность и производительность очистки ТЖ за счет применения в магнитных патронах набора цилиндрических или полых цилиндрических магнитов различной магнитной силы по длине и (или) по рядам патронов,

- повышается степень очистки до 95-99%, достаточная периодичность работы 1-2 раза в смену,

- удаляются из ТЖ частицы размером менее 1 -3 мкм, увеличивается производительность,

- очищаются любые типы ТЖ, в том числе и на масляной основе,

- по сравнению с прототипом упрощается монтаж, настройка и ремонт магнитного сепаратора.

- улучшаются технико-экономические показатели.

Изобретение относится к области магнитной очистки технологических жидкостей от твердых и коллоидных частиц и примесей и может быть использовано на металлообрабатывающих производствах. Магнитный сепаратор содержит установочную раму, емкость с подводящими и отводящими патрубками для размещения обрабатываемой технологической жидкости, цилиндрические магнитные патроны в виде набора цилиндрических дисковых магнитов, имеющих вертикальную продольную ось и установленных головной частью на плите, по крайней мере, в два ряда в горизонтальной плоскости, средство для удаления шлама. Сепаратор снабжен траверсой, укрепленной на установочной раме. Сепаратор снабжен порталом, жестко закрепленным на емкости, с установленной на нем траверсой с приводом с возможностью линейного вертикального возвратно-поступательного перемещения. Магнитные патроны ориентированы в поперечном направлении потоку технологической жидкости в емкости, сдвинуты порядно в том же направлении и установлены головной частью на кронштейне, опирающемся на верхнюю часть траверсы. Средство для удаления шлама содержит подводимый приводной конвейер для транспортирования шлама и шламосъемные элементы, охватывающие нижней кромкой каждый магнитный патрон по скользящей посадке и скрепленные траверсой. Кронштейн снабжен средством периодической жесткой фиксации положения относительно подводимого приводного конвейера для транспортирования шлама с возможностью остановки кронштейна в верхнем положении. Технический результат заключается в повышении эффективности, технологичности и надежности конструкции сепаратора. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Магнитный сепаратор, содержащий установочную раму, емкость с подводящими и отводящими патрубками для размещения обрабатываемой технологической жидкости, цилиндрические магнитные патроны в виде набора цилиндрических дисковых магнитов, имеющих вертикальную продольную ось и установленных головной частью на плите, по крайней мере, в два ряда в горизонтальной плоскости, средство для удаления шлама, снабжен траверсой, укрепленной на установочной раме, отличающийся тем, что снабжен порталом, жестко закрепленным на емкости, с установленной на нем траверсой с приводом, с возможностью линейного вертикального возвратно-поступательного перемещения, при этом магнитные патроны ориентированы в поперечном направлении потоку технологической жидкости в емкости, сдвинуты порядно в том же направлении и установлены головной частью на кронштейне, опирающемся на верхнюю часть траверсы, причем средство для удаления шлама содержит подводимый приводной конвейер для транспортирования шлама и шламосъемные элементы, охватывающие нижней кромкой каждый магнитный патрон по скользящей посадке и скрепленные траверсой, при этом кронштейн снабжен средством периодической жесткой фиксации положения относительно подводимого приводного конвейера для транспортирования шлама с возможностью остановки кронштейна в верхнем положении.

2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что средство периодической жесткой фиксации положения кронштейна относительно подводимого приводного конвейера для транспортирования шлама выполнено в виде вертикальной жесткой опоры, имеющей форму четырех штанг, принадлежащих кронштейну и соединенных в нижней части рамкой в виде полого прямоугольника, ориентированной в плане на верхние грани подводимого приводного конвейера для транспортирования шлама.

3. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что в верхнем положении кронштейн дополнительно взаимодействует с порталом, служащим дополнительным средством контроля вертикального положения кронштейна с патронами.

4. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что магнитные патроны выполнены в виде постоянных магнитов в форме цилиндра различной магнитной силы по длине патрона, разделенных прокладками из магнитомягкого материала и помещенных в металлическую немагнитную гильзу.

5. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что магнитные патроны выполнены в виде постоянных магнитов в форме цилиндра различной магнитной силы по рядам патрона, разделенных прокладками из магнитомягкого материала и помещенных в металлическую немагнитную гильзу.

6. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что в верхней части магнитный патрон закреплен на кронштейне через втулку, длина которой не менее двух диаметров.

7. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что верхний наконечник патрона имеет фланец с возможностью фиксации его положения на кронштейне.

8. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что нижние части патронов скреплены между собой.

9. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что металлическая немагнитная гильза имеет износостойкое покрытие.

10. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что магнитный патрон имеет магниты и прокладки из магнитомягкого материала в форме полого цилиндра, собранные с внутренним стержнем и стянутые в гильзе верхним и нижним наконечниками.