МАГНИТНЫЙ СЕПАРАТОР ВИХРЕВОГО ТОКА

Полезная модель относится к магнитным сепараторам вихревого тока и может быть использовано для переработки техногенного сырья, в частности для извлечения цветных металлов из вторичного сырья или при удалении их из неметаллических материалов.
Ввиду постоянного роста численности городского населения и, как следствие, увеличения количества бытовых отходов, переработка техногенного сырья приобретает все большую актуальность. Одним из направлений решения этой проблемы является переработка автомобильного скрапа, содержащего большое количество цветного металла.
Для извлечения цветных металлов из автомобильного лома наиболее широкое распространение в мировой практике получили магнитные сепараторы вихревого тока. Данные машины позволяют улучшить экономические показатели переработки (за счет вторичного использования металла), улучшить экологические характеристики продуктов переработки.
Принцип действия такого сепаратора заключается в наведении вращающимся магнитным полем электродвижущей силы (ЭДС), возбуждающей вихревые токи в частицах из цветных металлов. Взаимодействие наведенных вихревых токов с вращающимся магнитным полем приводит к возникновению электродинамических сил, которые, изменяют траекторию движения токопроводящих частиц относительно траектории неэлектропроводящих частиц, что обеспечивает их разделение.
Известен сепаратор вихревого тока (Патент США №5236091, приоритет от 17.08.93) для разделения материалов с различной электрической проводимостью, который состоит из ленты, приводного шкива и натяжного шкива. Натяжной шкив состоит из барабана и ротора. Ротор состоит из ярма и постоянных редкоземельных магнитов, расположенных по всей ширине ротора, прикрепленных к поверхности ярма. Ротор и барабан имеют разные оси вращения, что обеспечивает возможность вращения барабана и ротора с различными скоростями.
Известен также магнитный сепаратор вихревого тока (Патент США №5626233, приоритет от 07.03.95) шкивного типа, который включает полый наружный барабан, выполненный из стекловолокна и вращающийся вместе с лентой. Отличием сепаратора является то, что он снабжен вторым барабаном, выполненным из немагнитной нержавеющей стали и служащим для защиты магнитов и ротора от попадания туда частиц металла. Этот барабан снабжен изнутри радиальными вставками, входящими в промежутки между постоянными магнитами, закрепленными на роторе, который вращается независимо от наружного барабана.
Основным недостатком этих сепараторов является наличие конвейерной ленты, а точнее значительное расстояние от магнитного ротора до наружной поверхности ленты, по которой движется перерабатываемый материал, что существенно снижает магнитную индукцию в зоне разделения.
В таблице представлены основные характеристики магнитных сепараторов вихревого тока ведущих мировых производителей.
Таблица.
Фирма изготовитель
Транспортирующий орган
Крупность питания, мм
Расположение ротора
Мах индукция на поверхности транспортирующего органа, Тл
Производительность, т/ч·м
Eries (США)
Конвейерная лента
-150+5
Концентрическое
0,5
6÷15
Metso Lindeman (Германия)
Конвейерная лента
-100+3
Эксцентрическое (регулируемое)
0,34
До 4
Продэкология (Украина)
Конвейерная лента
Нет данных
Концентрическое
0,25
До 6
ООО «Эрга» (Россия)
Конвейерная лента
Нет данных
Концентрическое
0,4
До 7
Master Magnets (Великобритан.)
Конвейерная лента
-150+6
Концентрическое
Нет данных
До 20
Заявляемый сепаратор
барабан
-150+3
Эксцентрическое (регулируемое)
0,4
До 20
Из приведенной таблицы видно, что все используемые на практике сепараторы являются машинами конвейерного типа. А применение конвейерной ленты, приводит к снижению величины магнитной индукции в рабочей зоне сепаратора, а также к увеличению габаритов, утяжелению и удорожанию машины.
За прототип заявляемого устройства принято «Устройство для выделения ненамагничивающихся металлов, в частности цветных металлов, из смеси твердых материалов» (патент ФРГ №3817003 с приоритетом от 19.05.88, выданный на имя компании Lindemann Maschinenfabrik GmbH,). Данный сепаратор состоит из барабана, вокруг которого натянута лента, внутри которого расположен ротор с постоянными магнитами. Для регулировки зоны переменного магнитного поля, создаваемого ротором, последний установлен с возможностью изменения оси вращения ротора в зоне разгрузки материала.
Основным недостатком данного устройства, так же как и всех перечисленных выше сепараторов, является значительное расстояние от магнитов ротора до наружной поверхности ленты, которое складывается из зазора между магнитами ротора и внутренней поверхностью барабана (~3 мм), толщины обечайки барабана (~5 мм) и толщины ленты (~5 мм), что, как показывают расчеты, существенно снижает магнитную индукцию в зоне разделения (на 20-50% в зависимости от шага полюсов) и соответственно уменьшает эффективность разделения.
Задачей настоящей полезной модели является создание сепаратора вихревого тока, позволяющего поднять величину магнитной индукции в зоне разделения материала и с целью повышения эффективности работы устройства обеспечить одинаковое для всех проводящих частиц начальное положение траектории их полета, находящегося в зоне максимального амплитудного значения переменного магнитного поля, создаваемого магнитным ротором.
Поставленная задача решается тем, что сепаратор содержит тихоходный барабан, выполненный из неэлектропроводного материала, с эксцентрично расположенным внутри него высокоскоростным магнитным ротором, вращающимся независимо от барабана, а также прижимное устройство. Конструкцией предусмотрена регулировка местоположения оси вращения ротора. Исходное питание подается непосредственно на поверхность барабана, что обеспечивает сокращение расстояния от слоя исходного питания до магнитов ротора (на толщину транспортерной ленты) и существенно повышает магнитную индукцию в зоне разделения, а следовательно и эффективность процесса разделения. Причем радиальная плоскость, пересекающая линию подачи материала из питателя на барабан, образует с вертикальной осевой плоскостью угол в пределах 20-40°. Регулировка данного угла производится перемещением питателя (изменением его местоположения) относительно барабана. Величина угла подбирается экспериментально и зависит от характеристики исходного питания.
Сепаратор позволяет получать несколько продуктов за один прием сепарации:
- проводниковый;
- непроводниковый;
- магнитный.
Разгрузка магнитных частиц происходит на поверхности барабана, в зоне, наиболее удаленной от ротора, где магнитное поле близко к нулю.
Сепарация проводящих и непроводящих частиц происходит при попадании их в зону действия переменного магнитного поля, образованного на поверхности барабана вращением магнитного ротора за счет возникновения вихревых токов в проводящих частицах исходного питания и их отбрасывания от барабана при взаимодействии указанных вихревых токов с переменным магнитным полем ротора.
Принципиальная схема предлагаемого сепаратора показана на фиг.1
Магнитный сепаратор состоит из следующих основных частей: вибропитателя 1; барабана 2 с эксцентрично расположенным внутри него высокоскоростным магнитным ротором 3; трех отсеков для приема переработанного материала: 4 - для неэлектропроводящих частиц, 5 - для электропроводящих частиц и 6 - для магнитных частиц; делительных шиберов 7 и прикрепленного к питателю прижимного устройства 8, опирающегося на барабан.
Существенным отличительным признаком данного сепаратора является отсутствие транспортерной ленты и возможность подачи перерабатываемого материала непосредственно на поверхность барабана, а также наличие прижимного устройства. Данные конструктивные решения позволяют поднять величину магнитной индукции в рабочей зоне сепаратора и обеспечить возможность настройки сепаратора в зависимости от типа и крупности исходного сырья.
Сепаратор работает следующим образом. Подлежащий сепарации материал подается на лоток вибропитателя 1. Вибропитатель обеспечивает подачу материала монослоем на вращающийся барабан 2 сепаратора. На барабане частицы материала приобретают линейную скорость обечайки барабана. Неэлектропроводящие частицы под действием центробежной силы и силы тяжести падают в отсек 4 приемного устройства, координаты которой при заданной частоте вращения барабана определяются, в основном, центробежной силой и силой тяжести. На частицы, проводящие электрический ток, оказывает воздействие вращающийся внутри барабана высокоскоростной магнитный ротор 3. Магнитное поле ротора индуцирует вихревые токи в электропроводящих частицах, магнитное поле которых, взаимодействуя с магнитным полем вращающегося ротора, вызывает появление силы, которая суммируется по величине и направлению с центробежной силой и силой тяжести, воздействующими на эту частицу. Благодаря наличию прижимного устройства, начала траекторий полета проводящих частиц будут расположены на одной горизонтальной линии на поверхности барабана, определяемой положением нижнего края прижимного устройства 8. В результате проводящие частицы попадут в отсек 5 Магнитные частицы разгружаются в отсек 6.
Пример реализации заявленного технического решения.
Таблица.Исходное питание: дробленая алюминиевая стружка крупностью 5-20 мм.
Угол, образованный радиальной плоскостью, проходящей через линию подачи материала, и вертикальной радиальной плоскостью, град.
Выход стружки в проводниковый продукт, %
20
69,7
30
75,4
40
65,7
50
52,0
Из таблицы видно, что оптимальный режим разделения обеспечивается при угле 30°.
Реализация отличительных признаков полезной модели позволяет существенно повысить извлечение цветных металлов из исходной смеси. При этом значительно снижаются габариты, вес и стоимость сепаратора.