ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ СЕПАРАТОР ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ НЕМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
ELECTRODYNAMIC SEPARATOR FOR EXTRACTION OF ELECTRO CONDUCTIVE NONMAGNETIC MATERIALS

Изобретение относится к области разделения материалов по электропроводности во вращающемся магнитном поле и может быть использовано для сухой сепарации сыпучих немагнитных материалов, содержащих проводники и диэлектрики, в частности для извлечения частиц цветных металлов из порошков крупностью от 1 до 5 мм.
Известен электростатический сепаратор (патент RU 2018374, дата приоритета 23.11.1990, В03С 7/02) для сепарации сыпучих материалов и разделения тонкозернистых порошков на проводники и диэлектрики, состоящий из герметичного корпуса, источника электрического поля, устройства для подачи исходного материала и сброса продуктов сепарации. Существенным недостатком этого сепаратора является его малая производительность и ограниченный верхний предел крупности неэлектропроводных частиц (не более 3 мм).
Известен электродинамический сепаратор (а.с. №1715426, дата приоритета 05.12.89, В03С 1/24) для извлечения цветных металлов из отходов промышленных предприятий и извлечения ценных компонентов из дробленого лома бытовой радиоаппаратуры. Сепаратор содержит загрузочный и разгрузочный бункера, транспортер из диэлектрического материала, выполненный в виде диска с разгрузочными окнами для удаления неэлектропроводных частиц при помощи скребка, индуктор бегущего магнитного поля, расположенный под транспортером соосно с ним и выполненный в виде диска с барабаном, в котором в пазах на диске индуктора под углом к диаметральной оси размещены постоянные магниты с чередующейся полярностью таким образом, чтобы своей длиной перекрывали площадь транспортера, не занятую перегрузочными окнами. К недостаткам этого устройства можно отнести сложную конструкцию приспособления для вывода неэлектропроводной фракции.
В качестве прототипа заявляемого устройства выбран электродинамический сепаратор (а.с. SU 1773488, дата приоритета 28.05.1990, В03С 1/24) для извлечения частиц цветных металлов из отходов промышленных предприятий и очистки материалов цветных металлов перед их дальнейшей переработкой. Сепаратор включает в себя расположенный под питателем с возможностью вращения рабочий орган в виде диска из диэлектрического материала, соосно установленного под ним индуктора бегущего магнитного поля, скребок и приемники продуктов разделения. При включении сепаратора приводятся во вращение дисковый индуктор и дисковый рабочий орган с распределителем питания, который подает исходный материал из питателя на рабочий орган. При вращении индуктора создается высокочастотное магнитное поле, вызывающее в электропроводных частицах вихревые токи, в результате взаимодействия которых с вращающимся магнитным полем индуктора возникает электродинамическая сила, выталкивающая электропроводные частицы цветных металлов в сторону уменьшения интенсивности магнитного поля по направлению от центра к периферии дискового рабочего органа. Перемещаясь под действием электродинамической силы, электропроводные частицы цветных металлов продвигаются через находящийся в контакте с ними неэлектропроводный материал, который задерживается на концентрических рифлениях дискового рабочего органа. Пройдя концентрические рифления (перепрыгивая через них), электропроводные частицы свободно перемещаются к краю рабочего органа и удаляются скребками в камеры разгрузочного бункера. А неэлектропроводные частицы, оставшиеся на поверхности рабочего органа, удаляются скребком в камеру для неэлектропроводных частиц. Дисковый рабочий орган вращается с малой скоростью, позволяющей не учитывать центробежные силы, действующие на разделяемые частицы. Недостатком данного сепаратора является низкая эффективность извлечения мелкого класса цветных металлов и низкая производительность устройства вследствие малой скорости вращения диска и использования скребков для удаления материала. Если увеличить скорость вращения рабочего органа до значений, при которых центробежная сила будет достаточно велика, чтобы вызвать саморазгрузку материала без участия скребков, то в этом случае продукты сепарации будут смешиваться, что приведет к снижению эффективности разделения.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности разделения исходного материала и производительности сепаратора.
Для решения поставленной задачи предлагается следующая конструкция сепаратора (см. фиг.). Заявляемое устройство включает в себя вибропитатель (1), кольцевой дозатор (2), установленный под дозатором с возможностью вращения дисковый рабочий орган (3) с гладкой поверхностью из диэлектрического материала, соосно установленного под ним быстроходного ротора (дискового индуктора) (4) с расположенными по его периферии постоянными магнитами (5) чередующейся полярности и разгрузочный бункер с внутренним (6) и наружным (7) отсеками.
Дисковый рабочий орган (3) изготовлен из немагнитного неэлектропроводного материала, например текстолита, и расположен соосно над ротором (4), по периферии которого выполнены радиальные пазы. В пазах расположены постоянные магниты (5) чередующейся полярности. Ротор установлен на валу и приводится во вращение любым известным способом, например электродвигателем. Скорость вращения ротора - более 2000 об/мин. Дисковый рабочий орган приводится во вращение со скоростью порядка 50÷60 об/мин при помощи мотора-редуктора.
Скорость вращения дискового рабочего органа достаточна для перемещения частиц по гладкой поверхности к периферии диска за счет центробежной силы, кориолисовой силы и силы трения.
Повышенная по сравнению с прототипом скорость вращения дискового рабочего органа обеспечивает при одинаковой толщине слоя разделяемого материала повышение производительности пропорционально соотношению указанных скоростей.
1
2
Экспериментальные исследования показали, что в зависимости от свойств (крупности и электропроводности) перерабатываемого материала и свойств материала (шероховатость), из которого изготовлен диск, отношение угловой скорости вращения ротора (ω) к угловой скорости вращения дискового рабочего органа (ω) должно находиться в диапазоне
1
2
ω/ω=30÷40.
Примеры сепарации материала при различных скоростях вращения ротора и дискового рабочего органа приведены в таблице.
На модели устройства сепарировалась смесь, состоящая из частиц нержавеющей стали марки Х18Н9Т крупностью 2-3 мм и кварцевого песка.
Таблица
Скорость вращения ротора, об/мин
Скорость вращения дискового рабочего органа, об/мин
Извлечение металла в проводниковый продукт, %
Производительность, кг/ч
1000
40
38
40
1500
40
62
40
2000
40
84
40
2000
60
68
40
2000
20
Разделение не происходит: материал не транспортируется по рабочему органу
Устройство работает следующим образом. Сепарируемая смесь с помощью вибропитателя (1) подается в кольцевой дозатор (2), из которого разгружается на дисковый рабочий орган (3), вращающийся с заданной скоростью вокруг вертикальной оси. Исходный материал за счет центробежной силы инерции, кориолисовой силы и силы трения смещается к периферии диска, под которым вращается быстроходный ротор (4) с постоянными магнитами (5) чередующейся полярности. Под действием высокочастотного магнитного поля вращающегося ротора, в электропроводных частицах, находящихся на периферии диска, наводятся вихревые токи, в результате взаимодействия которых с вращающимся магнитным полем ротора возникает электродинамическая сила, выталкивающая электропроводные частицы в вертикальном направлении согласно принципу Ленца. Равнодействующая вертикальной и горизонтальной скоростей обеспечивает траекторию полета проводящих частиц, по которой они перелетают через вертикальный борт внутреннего отсека (6) разгрузочного бункера, попадают в его наружный отсек (7), откуда происходит их разгрузка.
Непроводящие частицы, не испытывая воздействия переменного магнитного поля, движутся по гладкой поверхности дискового рабочего органа (3) под действием центробежной силы инерции, кориолисовой силы и силы трения, ударяются о вертикальный борт внутреннего отсека (6) разгрузочного бункера и скатываются по конической поверхности этого отсека к зоне их разгрузки.
Предложенный сепаратор по сравнению с прототипом позволяет повысить производительность и эффективность разделения материала, обеспечить снижение крупности конечного электропроводного продукта за счет того, что дисковый рабочий орган вращается с достаточно большой по сравнению с прототипом скоростью, чтобы обеспечить перемещение по нему материала к периферии под действием центробежной силы инерции и кориолисовой силы, где происходит непосредственное разделение на проводники и диэлектрики. Наличие магнитов только по периферии быстроходного индуктора позволяет сэкономить дорогостоящий магнитный материал. А поскольку в заявляемом устройстве разгрузка неэлектропроводного материала осуществляется за счет действия центробежной и кориолисовой силы, то отпадает необходимость в наличии скребков для его удаления с поверхности рабочего органа.
Таким образом, в заявляемом сепараторе в процессе разделения материала происходит саморазгрузка как электропроводного, так и неэлектропроводного продукта.
Испытания предложенного сепаратора показали, что обеспечивается разделение проводящих и непроводящих частиц с высокой эффективностью при существенно более простом по сравнению с прототипом конструктивном исполнении.