УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОГРАФИЧЕСКОЙ СЕПАРАЦИИ СЫРЬЯ

Настоящее техническое решение относится к устройствам для сепарации кусков сырья и может быть использовано для обогащения различного минерального сырья, вторичного сырья и техногенных отходов.
Известно устройство термографической кусковой сепарации сырья, содержащее устройство дозированной подачи кусков сырья, состоящее из приемного бункера, питателя с электроприводом; конвейера с электроприводом; установку электромагнитного излучения сверхвысокой частоты с системой управления, датчики наведенного излучения и вычислительное устройство с входным интерфейсом, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит камеру нагрева энергией электромагнитного поля сверхвысокой частоты, подсоединенную к установке излучения электромагнитного поля сверхвысокой частоты, термографическую систему обработки сигналов термодатчиков наведенного теплового излучения, систему управления электроприводом питателя, валковый раскладчик, систему управления электроприводом конвейера, световой узконаправленный излучатель и фотоприемник, датчик положения, причем выход термографической системы соединен с первым входом входного интерфейса, выход которого соединен через вычислительное устройство с входом выходного интерфейса, а второй выход выходного интерфейса соединен с системой управления электропривода питателя, третий выход выходного интерфейса соединен через систему управления установкой сверхвысокой частоты с ее входом, четвертый выход выходного интерфейса, соединен с системой управления электропривода конвейера, на валу которого установлен датчик положения, соединенный со вторым входом входного интерфейса, при этом первый выход выходного интерфейса через устройство сравнения, блок временной задержки и формирователь импульсов управления связан с электропневмоклапаном, установленным так, чтобы иметь возможность взаимодействовать с разделительным устройством подачи в приемник кусков сырья с содержанием полезного компонента менее порогового значения и приемник кусков сырья с содержанием полезного компонента не менее порогового значения.
Описанное устройство термографической кусковой сепарации сырья является вариантом №6 взаимосвязанной группы изобретений описанных в патенте Р.Ф. (Патент Р.Ф. RU 2326738, МПК, В03В 13/04, В07С 5/344, дата публикации заявки: 10.06.2006).
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для осуществления термографической кусковой сепарации сырья, являющееся вариантом №6 взаимосвязанной группы изобретений описанных в патенте Р.Ф. RU 2326738 (Патент Р.Ф. RU 2326738, МПК, В03В 13/04, В07С 5/344, дата публикации заявки: 10.06.2006).
Из общих существенных признаков прототипа, совпадающих с общими существенными признаками заявляемого технического решения, можно выделить: конвейер, термографическую систему, вычислительную систему, исполнительную систему.
Можно выделить следующие недостатки устройства выбранного в качестве прототипа.
1. Сложное аппаратное оформление. В частности, аппаратное оформление нагревательной установки использующей СВЧ диапазон значительно более сложное, чем индукционных нагревателей более низких рабочих частот. Автор устройства, выбранного в качестве прототипа, указывает на то, что необходимо регламентировать (подстраивать под размер куска) частоту излучения, и применять высокоинтенсивное излучение. В связи с этим особое значение приобретают вопросы надежного экранирования высокоинтенсивного СВЧ излучения, учитывая активное использование СВЧ диапазона для радиосвязи.
2. Снижение эффективности сепарации сырья с повышением его влажности. Известно, что абсолютно сплошных пород, являющихся источником минерального сырья, не содержащих сколь-нибудь малое количество пор, в природе не существует. Имеющиеся пустоты, как правило, занимает вода наряду с другими мобильными компонентами, например, такими как: газы, углеводородные флюиды. Присутствующая в сырье вода находится в свободном и (или) в связанном состоянии [1]. Молекулы воды, являясь диполями, при взаимодействии с электрической составляющей электромагнитного поля сверх высокой частоты неизбежно внесут свой вклад в нагрев участков, не зависимо от содержания полезной компоненты. Данный эффект, как известно, широко используется, например, в СВЧ печах для нагрева пищи или СВЧ сушке сырья и материалов. При увеличении пористости разделяемого сырья и с увеличением влажности окружающей среды однозначно увеличивается влажность сырья. Таким образом, без учета влажности каждого куска сырья и ее распределения в пределах куска, СВЧ нагрев может давать весьма искаженную информацию для определения областей интереса.
3. Повышенный расход энергии при сепарации некоторых видов сырья. Для некоторых видов сырья (например, шлаки цветной металлургии) характерна электропроводность полезного компонента (штейна) сопоставимая с электропроводностью металлов. Аналогичная ситуация возникает, когда в сырье металлы присутствуют в самородном виде и включены в пустую породу. Из теории и практики индукционного нагрева известно, что для эффективного нагрева веществ, хорошо проводящих электрический ток, эффективно использовать магнитную составляющую электромагнитного поля, при этом используется диапазон от низких частот до высоких частот. Это широко используется при индукционном нагреве и плавке металлов. Напротив, нагрев излучением сверхвысокой частоты, как известно, наиболее эффективно используется для нагрева диэлектриков [2], каковыми и является большинство пустых вмещающих пород. Экспериментом, проведенным автором заявляемого технического решения, показано, что при воздействии на совокупность кусков никельсодержащего шлака, состоящего в основном из фаялита и кварцита с включениями штейна, СВЧ излучением, с частотой, использованной автором прототипа в своих экспериментах 2,45 ГГц., наблюдался интенсивный нагрев всей совокупности кусков, за исключением целевых - кусков штейна или кусков, содержащих значительное количество штейна. Напротив, воздействие на частоте 40 КГц вызвало заметный нагрев только целевых кусков. Таким образом, использование в этих случаях СВЧ диапазона крайне неэффективно, так как неизбежен нагрев всей диэлектрической и слабоэлектропроводной массы сырья, и как следствие повышенный расход энергии. Причем, учитывая, что содержание пустой породы, зачастую составляет более девяноста пяти процентов от общей массы сырья, расход энергии на нагрев разделяемого сырья возрастает более чем на порядок.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в усовершенствовании устройства для термографической сепарации за счет устранения указанных выше недостатков.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что предложено техническое решение, представляющее собой устройство для термографической сепарации сырья, содержащее: конвейер, для перемещения совокупности кусков сепарируемого сырья; термографическую систему регистрации теплового поля, продуцированного взаимодействием наведенного излучения с разделяемым сырьем; вычислительную систему для анализа содержания полезного компонента в каждом куске и формирования управляющих сигналов для исполнительной системы; исполнительную систему для разделения кусков сырья на два класса - полезный продукт и пустую породу, способную воздействовать на любой единичный кусок разделяемого сырья и отличающееся тем, что имеет индукционный нагреватель, осуществляющий нагрев сырья преимущественно за счет магнитной составляющей переменного электромагнитного поля, индуктированными в нагреваемых объектах токами, и использующий частоту переменного электромагнитного поля ниже частот диапазона сверхвысокой частоты.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью существенных признаков, является существенное упрощение конструкции сепаратора, повышение эффективности сепарации сырья с влажностью отличной от нулевой влажности, сокращение затрат энергии для осуществления сепарации сырья.
Устройство работает следующим образом. Совокупность кусков сырья, распределенных преимущественно монослоем на конвейере, при перемещении попадает в зону индуктора и облучается электромагнитными волнами с такой частотой, чтобы снизить поляризационные потери в диэлектрической составляющей (включая молекулы воды) кусков сырья и обеспечить нагрев проводящей компоненты кусков сырья в основном за счет магнитной составляющей электромагнитного поля. В результате данного воздействия нагреваются преимущественно куски, обладающие повышенной усредненной электропроводностью, с интенсивностью, незначительно зависящей от их влажности. При дальнейшем перемещении куски сырья сходят с конвейера и начинают падение. Так как куски сходят с конвейера одновременно в параллельном направлении по всей его ширине, но последовательно друг за другом в перпендикулярном направлении, то за счет ускорения свободного падения создаются горизонтальные промежутки между падающими кусками, что делает возможным дальнейшее избирательное воздействие на единичные куски исполнительной системой. Совокупность падающих кусков попадает в поле обзора термографической системы (примером может являться тепловизор). Каждый кусок анализируется на содержание полезного компонента на основании данных о температуре при помощи вычислительной системы, например, на основе электронной вычислительной машины (ЭВМ). Ниже, по траектории падения совокупности кусков, расположено исполнительное устройство. В качестве примера исполнительной системы можно рассмотреть совокупность электропневмоклапанов, способных влиять посредством аэродинамических импульсов на каждый из падающих кусков и осуществлять воздействие по всей ширине падающего слоя. Исполнительное устройство получает управляющие сигналы от вычислительной системы и осуществляет разделение исходного сырья посредством изменения траектории соответствующих кусков.
Реализация заявленной полезной модели не представляет значительных сложностей. Все механические и электромеханические компоненты по отдельности хорошо известны и используются в промышленности. Термографическая система, способная выполнять поставленную задачу, является современным промышленным тепловизором. Задачи вычислительной системы могут успешно решаться применением ЭВМ.
Библиографический список
1. Королев, В.А. Связанная вода в горных породах: Новые факты и проблемы / В.А.Королев // Соросовский образовательный журнал. - 1996. - №9. - С.79-85.
2. Слухоцкий, А.Е. Установки индукционного нагрева [Текст]: Учебное пособие для вузов / А.Е.Слухоцкий, B.C.Немков, Н.А.Павлов, А.В.Бамунэр; Под ред. А.Е.Слухоцкого. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981. - 328 с. - С.7.