Brevet FR2605905A1 — publié le 19880506

La présente invention concerne un séparateur magnétique, contenant dans un tambour des blocs magnétiques magnétisés de façon homogène et perpendiculaire à l'axe du séparateur magnétique. Des séparateurs magnétiques de ce genre sont utilisés, en vue d'une séparation en voie sèche ou en voie humide, dans tous les cas o un champ pouvant être produit à l'aide d'aimants permanents est suffisant. Dans le cas de séparateurs magnétiques à tambours, le champ magnétique est localement fixe et la matière à séparer est déplacée sur une zone du tambour ( DE 32 38 052 Al, DE-AS 28 32 275). La force à exercer pour une séparation de parti- cules magnétiques par rapport à des particules non magné- tiques, dans le cas d'une séparation en voie sèche ou en voie humide, dépend de la valeur absolue et du gradient de la puissance du champ magnétique. Une puissance de champ magnétique aussi grande que possible et aussi uniforme que possible constitue généralement une condition préliminaire favorable. Cependant un paramètre important concernant la puissance d'un séparateur magnétique est également la portée d'action, qui est essentiellement fonction du gradient de champ et qui a entre autres une influence sur la grosseur maximale des grains de la matière à séparer. Dans le brevet US 32 65 599, on a proposé d'améliorer le flux magnétique dans une zone extérieure d'un tambour magnétique en recouvrant les volumes intermé- diaires entre segments magnétisés radialement ( les pôles Nord et Sud du séparateur magnétique) en partie par des blocs magnétiques magnétisés dans une direction périphérique. Le magnétisme " dissipé " par la démagnétisation mutuelle doit pouvoir être ainsi également utilisé. Cela ne conduit pas obligatoirement au fait que, comme on le croit éventuel- lement, il est ainsi possible de faire passer la " totalité du magnétisme " dans la zone de travail du tambour ". L'invention a pour objet d'augmenter au maximum la puissance de champ dans une zone extérieure de sépara- teurs magnétiques à tambours, en vue d'obtenir une possibi- lité d'adaptation à la composition minéralogique et à la répartition granulométrique de la masse de particules à séparer, c'est-à-dire qu'il est possible d'obtenir dans une zone extérieure du tambour une répartition optimale de la puissance du champ en relation avec le nombre de pôles nécessaires à cet effet. Le problème est résolu, pour un. séparateur magnétique du type défini ci-dessus, par le fait que les blocs magnétiques sont disposés en forme d'anneau circulaire par rapport à l'axe du séparateur magnétique et le i-ième bloc magnétique est magnétisé dans la direction Yi = - n C i" o n désigne un nombre positif et Yi désigne l'angle qui est formé par la liaison du centre de gravité du i- ième bloc magnétique avec l'axe du séparateur magnétique et un rayon- vecteur fixe, ' i étant déterminé dans le même sens de rotation et à partir de la même position d'angle nul que i' et l'espacement de deux centres de gravité adjacents des blocs, exprimé par un angle de secteur, est inférieur à q/2(n+l) Selon d'autres particularités du séparateur magnétique conforme à l'invention: - les blocs magnétiques ont la même grosseur; - les blocs magnétiques ont en section droite la forme d'une partie sectorielle d'un anneau circulaire; - les blocs magnétiques ont une section droite en forme de trapèze; - la largeur sectorielle du bloc magnétique, exprimée par un angle de secteur, est inférieure à /2(n+) - les blocs magnétiques sont disposés sans espacement sur un anneau circulaire, - les différents blocs magnétiques sont disposés sur un anneau circulaire en étant espacés d'un volume intermé- diaire qui doit avoir une largeur de préférence inférieure à la moitié d'un bloc magnétique, - les blocs magnétiques sont disposés sur un support en fer doux - tous les blocs magnétiques sont disposés à l'intérieur d'un secteur et l'angle de secteur (d) pour tous les blocs magnétiques est compris entre 60 et 240 , avanta- geusement entre 90 et 160; - les blocs magnétiques sont répartis uniformément sur toute la périphérie du cercle et le nombre n est un nombre entier; - la direction de magnétisation de tous les blocs magnétiques dans la condition d'assemblage est uniforme et le système magnétique comporte au total une zone sectorielle d'au moins 7T /2; - les blocs magnétiques sont répartis sur toute la périphérie du cercle; - le ou les blocs magnétiques est ou sont répartis sur au moins un quadrant du cercle. Le principe de l'invention est applicable à tous les blocs magnétiques qui sont disposés à la façon d'un anneau circulaire autour de l'axe du séparateur magnétique à tambour, n étant un nombre positif quelconque, de préférence un nombre entier, tant que les blocs magnétiques ne sont pas répartis sur toute la périphérie; dans le dernier cas, il intervient la limitation que n doit être un nombre entier. Dans une variante de l'invention, la direction de magnétisa- tion de tous les blocs magnétiques dans la condition assem- blée est identique; du point de vue mathématique, ce cas pourrait être défini par n = O. Du fait qu'il ne doit agir autant que possible aucune force dans la direction axiale du séparateur magné- tique, la définition de la puissance de champ sera simplifiée en considérant une configuration plane perpendiculaire à l'axe du séparateur. Dans la suite, on ne prendra toujours en considération que des composants du champ magnétique qui sont situés dans un tel plan. Par l'expression " rayon-vecteur" on entend une direction quelconque ( perpendiculaire à l'axe du séparateur magnétique à tambour). Il est évident que dans l'exemple considéré, cette direction peut être par exemple la direction d'orientation de l'aiguille d'une montre dans la position- midi. Lorsque ce rayon-vecteur a été déterminé une première fois, l'angle qi et l'angle Y i seront ensuite définis, pour toute valeur de i, toujours sur ce rayon-vecteur dans le même sens de rotation ( sens des aiguilles d'une montre ou sens contraire des aiguilles d'une montre) et à- partir de la même position de zéro ( par exemple midi). Lors de la détermination de l'angle Si, on se base sur le centre de gravité du i-ième bloc; cela est évident car les blocs magnétiques sont magnétisés d'une façon aussi homogène que possible et ont une grande symétrie radiale. A cet égard, on ne fait pas intervenir le diamètre du tambour mais au contraire seulement la direction vers le centre de gravité. Le rayon correspondant à chaque centre de gravité du bloc i devra avantageusement être toujours le même. Il s'est avéré que, même lorsque la condition yi = - n i n'est'pas complètement satisfaite et quand l'angle i s'écarte de la position de consigne par exemple de 3 à 5 pour différents blocs, la répartition du champ dans le volume extérieur du séparateur magnétique conforme à l'invention est toujours encore bien meilleure qu'avec les dispositifs connus. Lors de la magnétisation du i-ième bloc, il faut naturellement connaître exactement comment ce bloc peut être installé dans le séparateur magnétique. Par ailleurs, la direction 'i est indépendante de la grosseur du bloc magné- tique proprement dit, de ce qu'un bloc magnétique adjacent s'applique contre lui ou bien s'il existe des espacements entre les blocs magnétiques, de la quantité de matière magnétique contenue dans un bloc, de la largeur (sectorielle) ou de la longueur (radiale) de ce bloc, ce qui a naturelle- ment une influence sur la démagnétisation de ce bloc et ce dont il faut tenir compte lors de la réalisation d'un sépara- teur magnétique. Cependant, malgré les possibilités d'adap- tation au nombre désiré de-pôles ou bien-à la rémanence du matériau et à d'autres caractéristiques du séparateur magnétique, la magnétisation du bloc magnétique doit être effectuée en principe en correspondance à la condition précitée f i = - n i- Déjà à elles seules les conditions de fabrication des différents blocs magnétiques imposent l'utilisation de formes de réalisation ayant une assez grande symétrie. Il est généralement favorable de donner aux blocs magnétiques des grosseurs identiques; la section peut alors être avan- tageusement rectangulaire, trapézoïdale ou bien correspondre également à une partie sectorielle d'un anneau circulaire. La dimension radiale d'un bloc magnétique a une influence sur la puissance maximale du champ, qui est d'autant plus grande que plus de matériau magnétique se présente sous une forme appropriée. Pour des raisons de rentabilité, on choisit seulement rarement la meilleure solution du point de vue magnétique, qui est cependant simultanément la plus coûteuse. Ainsi par exemple il est avantageux de réaliser les blocs magnétiques sous la forme de secteurs s'étendant jusqu'à l'axe du séparateur magnétique. L'amélioration qui est apportée par le remplissage sectoriel du volume intérieur du séparateur magnétique n'est cependant pas contrebalancée par la dépense supplémentaire concernant le matériau magné- tique, par rapport à un bloc magnétique qui est réalisé seulement comme une partie d'un anneau circulaire plus ou moins large. Souvent il n'est également pas nécessaire que les blocs magnétiques soient mutuellement adjacents. Evidemment le champ magnétique est petit lorsqu'il existe dans une direction périphérique des intervalles entre les blocs magnéiques, mais cependant fréquemment on peut obtenir malgré tout un champ suffisant et déjà l'économie ainsi réalisée en ce qui concerne les matériaux magnétiques permet d'obtenir un avantage économique important par rapport à des séparateurs magnétiques connus ne comportant pas de tels intervalles d'espacement. Les intervalles entre les blocs ne devraient pas dépasser autant que possible % de la dimension d'un bloc magnétique ( en les définis- sant par un angle de secteur ou par une surface d'anneau circulaire). Le nombre de pôles est défini par le choix de n et de la dimension sectorielle du système magnétique. Lorsque les blocs magnétiques sont répartis uniformément sur toute la périphérie, n doit être un nombre entier on obtient alors N = 2(n+l) Pôles (Nord et Sud). Lorsque les blocs magnétiques balaient un secteur", il existe /180(n+l) Pôles, auquel cas, en fonction du choix de 4, il n'est pas obligatoire que des pôles soient situés sur les arêtes des blocs magnétiques. La règle yi= - n pi peut être observée pour chaque rayon du tambour et pour chaque matière à séparer car, lors de la détermination du gradient de champ, il est évident que, à cause de la démagnétisation inévitable, on doit tenir compte d'un affaiblissement du champ magnétique mais malgré tout la puissance du champ atteint encore la valeur maximale possible. Egalement lors de la détermination du nombre imax, c'est-à-dire du nombre de blocs magnétiques ( pour un nombre désiré de pôles), il existe un degré de liberté, à savoir que plus le nombre imax est grand, plus le champ établi dans le volume extérieur du séparateur magnétique doit être uniforme. La magnétisation des blocs magnétiques est cependant à nouveau déterminée par la formule précitée et elle n'est pas à améliorer. La largeur d'un bloc magnétique ne devrait avantageusement pas être supérieure à 1T/2(n+l) ( sous la forme d'un angle de secteur). En relation avec un quadrant du séparateur magnétique, il est avanta- geux d'avoir pour imax une gamme comprise entre 4 et 8. Pour n, il est avantageux d'avoir une gamme comprise entre 3 et 5. Pour des séparateurs magnétiques connus, les différents blocs magnétiques sont fixés sur un support en fer doux, ce qui doit également faire en sorte que le champ soit plus refoulé vers l'extérieur à partir de l'intérieur du tambour. Pour le séparateur magnétique conforme à - l'invention, il existe peu de lignes de champ à l'intérieur du séparateur magnétique mais cependant il est également avantageux dans ce cas d'installer les blocs magnétiques sur un anneau en fer doux, notamment lorsqu'il est prévu des volumes intercalaires entre les blocs car ainsi le montage est simplifié. Deux modes de disposition des blocs magnétiques sont particulièrement avantageux: la disposition sectoriel- le sur un secteur correspondant à un angle, de préférence de 70 à 160 , et la disposition de forme annulaire. La première des configurations précitées est utilisée dans des séparateurs magnétiques à tambours "classiques", o un tambour rotatif tourne autour d'un système magnétique fixe, auquel cas différentes variantes concernant la réception et l'évacuation sont connues. Le second mode, à.savoir la "magnétisation annulaire totale ", peut par exemple être utilisé dans le cas de bandes transporteuses o une bande se déplace au-dessus du tambour et o, lors de la décharge, il se produit une action de triage en correspondance à la possibilité de magnétisation de la matière transportée. Dans ce cas, n doit être un nombre entier. Un cas particulier de la répartition de champ désiré conformément à l'invention est obtenu lorsque la direction de magnétisation des blocs magnétiques est uniforme ( dans la condition d'installation). A cet égard, il n'est pas essentiel que le système magnétique soit répar- ti sur toute la périphérie du tambour ou bien seulement sur une zone sectorielle. Au total, on devrait avoir une largeur sectorielle d'au moins X /2.I1 existerait alors seulement respectivement un Pôle Nord et un Pôle Sud placés dans des positions exactement opposées. On pounait alors associer à ce cas particulier de la magnétisation la formule n = O. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente une disposition sectorielle de 10 blocs magnétiques pour n = 4 et sans espacement; la figure 2 représente une disposition sectorielle de blocs magnétiques, pour n = 3,5Set sans espacement la figure 3 montre un doublage du nombre des blocs magnétiques sans espacement et pour un même nombre de pôles que sur la figure 1, la figure 4 représente la densité de flux dans l'angle périphérique dans le cas d'un agencement tel que celui des figures 1 et 3; la figure 5 montre une disposition sectorielle de 10 blocs magnétiques avec espacement et pour le même nombre de pôles que sur les figures 1 ou 3; la figure 6 montre une répartition de champ obtenue avec blocs magnétiques pour n = 4 ( 5 pôles) et sans support intérieur en fer doux; la figure 7 montre une répartition de champ comme sur la figure 6, avec un support intérieur en fer doux la figure 8 montre une disposition de 24 blocs magnétiques, pour n = 3 ( 8 pôles), sans espacement sur un cercle complet la figure 9 montre une répartition de champ obtenue pour la même direction de magnétisation de tous les blocs magnéti- ques ( n = 0). Dans tous les exemples est résolu le problème consistant, dans les circonstances indiquées ( nombre de pôles et nature et quantité du matériau magnétique), à décaler le champ aussi loin que cela est possible physique- ment dans le volume extérieur. Sur les figures 1, 2, 3, 5, 6 et 7, il doit exister cinq pôles à l'intérieur d'une zone sectorielle correspondant à " = 150 . La figure 1 montre comment le i-ième bloc magné- tique à magnétiser est placé ( la flèche en trait fort), auquel la direction i se rapporte naturellement à la condition d'installation. Perpendiculairement au plan du dessin, le champ ne doit autant que possible avoir aucune composante. Comme rayon-vecteur, qui peut être initia- lement choisi librement une première fois, mais cependant auquel tous les angles doivent être rapportés, on a adopté dans ce cas la position midi ou 12 heures. La direction positive de comptage correspond ici au sens des aiguilles d'une montre. Une autre magnétisation, possible conformément à l'invention, des dix blocs magnétiques répartis sur un angle a de 150 est représentée sur la figure 2. Dans ce cas on a choisi pour n une valeur de 3,5, ce qui ne correspond pas à un nombre entier. Sur le bord de ce système de magnétisation, il n'existe aucun pôle aussi nettement défini que sur la figure 1; également les gradients de champ sont différents de la figure 1; avec la magnétisation indiquée, on obtient cependant malgré tout la répartition de champ qui est la mieux appropriée dans de telles circonstan- ces. Pour la même plage angulaire et pour le même nombre de pôles ( n = 4) que sur la figure 1, le nombre des blocs magnétiques a été doublé sur la figure 3. Par le doublage des blocs ( magnétisés de la manière conforme à l'invention) de la figure 3 par rapport 1O à la figure 1, la répartition radiale du champ est unifor- misée, comme le montre la figure 4. L'espacement du sytème magnétique par rapport à l'axe est ici sans importance. Pour faciliter la comparaison, il faut simplement préciser ici que deux blocs magnétiques correspondant à la configuration de la figure 3 se composent de la même quantité de matière magnétique qu'un bloc conforme à la figure 1 et que leurs géométries sont comparables. Lorsque 10 blocs magnétiques sont disposés, pour n = 4, en étant espacés l'un de l'autre comme indiqué sur la figure 5, la répartition de champ est en principe égale- ment la même que sur les figures 1 et 3 et simplement la puissance maximale du champ et l'homogénéité sont plus petites. Du fait de la grande puissance de champ dans le volume extérieur, un tel séparateur magnétique a un ef=t pratiquement comparable à celui des comparateurs magnétiques connus, pour le système magnétique desquels on utilise cependant beaucoup plus de matière magnétique. En pratique, les volumes intercalaires devraient être plus petits que les blocs magnétiques et avantageusement, l'angle d'une zone "libre" devrait s'élever au maximum à 30 % d'un bloc magné- tique. Pour un agencement de blocs magnétiques conforme à la figure 1, on obtient le champ indiqué sur la figure 6. On a mis en évidence dans une zone extérieure trois pôles Nozd et deux pôles Sud. Le volume intérieur du tambour est pratiquement exempt de champ. Lorsque les mêmes blocs magnétiques que sur la figure 1 sont fixés sur un support en fer doux, on n'enregistre plus d'amélioration importante en ce qui concer- ne les lignes de champ ( figure 7). Une disposition de ce genre est surtout avantageuse du point de vue de la fabri- cation. S'il faut répartir, dans un séparateur magnétique, les blocs magnétiques sur toute la périphérie du tambour, n doit être un nombre entier. Sur la figure 8, il est prévu 24 blocs magnétiques qui sont répartis uniformément sur toute la périphérie sans intervalles intermédiaires; pour n = 3, on obtient 8 pôles. Avec un séparateur magnétique comportant un tel système magnétique, une bande magnétique passe sur deux rouleaux de renvoi, auquel cas un des rouleaux de renvoi contient le sstème entraîné en rotation avec lui et en dessous desdits rouleaux, il est prévu des dispositifs pour recevoir les différentes parties magnétisées. Il rentre également dans le cadre de l'invention un cas limite faisant intervenir deux pôles; pour ce cas limite, on peut définir comme caractéristique la valeur n = O. Chaque bloc i du séparateur magnétique a alors la même direction de magnétisation ( rapportée à une direction spatiale fixe). Chaque bloc individuel i est alors magnétisé différemment en correspondance à sa position différente dans le séparateur magnétique. Sur la figure 9 est représentée la répartition calculée du champ pour 2 "demni-coquilles tubulaires ". D'une manière analogue aux figures 5 et 6, du fait de la démagné- tisation, la répartition effective du flux diffère de la "répartition de consigne " en correspondance à la flèche représentée en trait fort. Indépendamment du fait que le système magnétique se compose de deux demicoquilles tubulaires ou par exemple de huit "huitième de coquilles tubulaires " magnétisés conformément à l'invention, on obtient toujours l'effet désiré: dans un volume intérieur pratiquement exempt de champ, une répartition maximale du champ dans une zone extérieure. il REVENDICATIONS 1. Séparateur magnétique, contenant dans un tambour des blocs magnétiques magnétisés de façon homogène et perpendiculaire à l'axe du séparateur magnétique, caractérisé en ce que les blocs magnétiques sont disposés en forme d'anneau circulaire par rapport à l'axe du séparateur magnétique et le i-ième bloc magnétique est magnétisé dans la direction y i = - n pi, o n désigne un nombre positif et Yi désigne l'angle qui est formé par la liaison du centre de gravité du i- ième bloc magnétique avec l'axe du sépara- teur magnétique et un rayon-vecteur fixe, Hfi étant déterminé dans le même sens de rotation et à partir de la même posi- tion d'angle nul que Yi, et l'espacement de deux centres de gravité adjacents des blocs, exprimé par un angle de secteur, est inférieur à 7/2(n+) 2. Séparateur magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les blocs magnétiques ont la même grosseur. 3. Séparateur magnétique selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les blocs magnétiques ont en section droite la forme d'une partie sectorielle d'un anneau circulaire. 4. Séparateur magnétique selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les blocs magnétiques ont une section droite en forme de trapèze. 5. Séparateur magnétique selon une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la largeur sectorielle du bloc magnétique, exprimée par un angle de secteur, est inférieure à 7r/2(n+)' 6. Séparateur magnétique selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les blocs magnétiques sont disposés sans espacement sur un anneau circulaire. 7. Séparateur magnétique selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les différents blocs magnétiques sont disposés sur un anneau circulaire en étant espacés d'un volume intermédiaire qui doit avoir une largeur de préférence inférieure à la moitié d'un bloc magnétique. 8. Séparateur magnétique selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les blocs magnétiques sont disposés sur un support en fer doux. 9. Séparateur magnétique selon une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que tous les blocs magnétiques sont disposés à l'intérieur d'un secteur et en ce que l'angle de secteur (") pour tous les blocs magnétiques est compris entre 60 et 240 , avantageusement entre 90 et . 10. Séparateur magnétique selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les blocs magné- tiques sont répartis uniformément sur toute la périphérie du cercle et en ce que le nombre n est un nombre entier. 11. Séparateur magnétique selon une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la direction de magnétisation de tous les blocs magnétiques dans la condition d'assemblage est uniforme et en ce que le système magnétique comporte au total une zone sectorielle d'au moins 1/2. 12. Séparateur magnétique selon la revendication 11, caractérisé en ce que les blocs magnétiques sont répartis sur toute la périphérie du cercle. 13. Séparateur magnétique selon la revendication 11, caractérisé en ce que le ou les blocs magnétiques est ou sont répartis sur au moins un quadrant du cercle.