Способ магнитной сепарации слабомагнитных материалов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к магнитной сепарации слабомагнитных материалов в горной, стекольной, химической, керамической и других отраслях промышленности. Способ магнитной сепарации слабомагнитных материалов включает подачу сепарируемого материала к наклоненным относительно вертикальной плоскости удлиненным ферромагнитным телам, установленных с зазором и параллельно друг другу, дальнейшее перемещение материала вдоль удлиненных ферромагнитных тел в магнитном поле, градиент которого действует против силы тяжести и зависит от геометрической формы и магнитных свойств удлиненных ферромагнитных тел, разделение в магнитном поле материала на магнитную и немагнитную фракции, падение под действием силы тяжести немагнитной фракции материала вниз через зазоры между смежными удлиненными ферромагнитными телами, дальнейшее перемещение магнитной фракции материала вдоль удлиненных ферромагнитных тел в направлении ее разгрузки при выходе из зоны действия магнитных сил. Перемещение сепарируемого материала осуществляют непосредственно в зазоре между удлиненными ферромагнитными телами в магнитном поле, вектор магнитной индукции которого направлен под прямым углом к продольной плоскости симметрии смежных удлиненных ферромагнитных тел, которые целиком или своей частью являются источниками магнитного поля для каждой пары смежных удлиненных ферромагнитных тел. Устройство включает по меньшей мере два одинаковых, наклоненных к вертикальной плоскости, удлиненных ферромагнитных тела, установленных с зазором и параллельно друг другу, и источник магнитного поля, градиент которого в зазоре между удлиненными ферромагнитными телами направлен параллельно плоскости симметрии, которая разделяет смежные удлиненные ферромагнитные тела. Каждое удлиненное ферромагнитное тело или его часть выполнены из постоянных магнитов, являющимися источниками магнитного поля для каждой пары смежных удлиненных ферромагнитных тел. Технический результат: повышение эффективности сепарации слабомагнитных материалов за счет создания магнитного силового барьера максимально отвечающего условиям сепарации конкретного материала. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 17 ил.

 

Изобретение относится к магнитной сепарации слабомагнитных материалов в горной, стекольной, химической, керамической и др. отраслях промышленности.

Известен способ магнитной сепарации слабомагнитных материалов [1], включающий подачу сепарируемого материала к наклоненным относительно вертикальной плоскости удлиненным ферромагнитным телам (УФТ), установленных с зазором и параллельно друг другу, дальнейшее перемещение материала вдоль УФТ в магнитном поле, градиент которого действует против силы тяжести и зависит от геометрической формы и магнитных свойств УФТ, разделение в магнитном поле материала на магнитную и немагнитную фракции, удаление под действием силы тяжести немагнитной фракции материала вниз через зазоры между смежными УФТ, дальнейшее перемещение магнитной фракции вдоль УФТ в направлении ее разгрузки в приемник магнитной фракции при выходе из зоны действия магнитных сил.

В способе [1] магнитное поле создают электромагнитом, между полюсами которого размещены УФТ. Направление действия намагничивающей силы электромагнита в просторанстве между полюсами совпадает с продольной плоскостью симметрии смежных УФТ. Назначение УФТ в способе [1] состоит в деформации однородности магнитного поля для создания градиента вектора магнитной индукции (gr. В) в направлении действия намагничивающей силы катушек с током электромагнита. При этом между полюсами электромагнита и УФТ возникает магнитный силовой барьер (МСБ) - часть пространства, в котором действуют магнитные силы поля (Fм=Hgr.H) "вверх" в направлении из зазора между смежными УФТ к полюсам электромагнита, то есть магнитные силы (Fм) действуют против силы тяжести (Fт), чем и создается "барьер" для опадания вниз магнитных частиц. Для создания МСБ УФТ должны устанавливаться на значительном расстоянии от полюсов электромагнита, а сам поток сепарируемого материала должен двигаться над УФТ и над магнитным барьером в зоне, близкой к продольной плоскости симметрии смежных УФТ.

Значительное расстояние МСБ от поверхности УФТ обуславливает определяющее влияние значений размеров УФТ и расстояния между ними на формирование эпюры (профиля) магнитных сил поля в самом МСБ. При этом сама форма УФТ мало влияет на эпюру этих сил и тем самым ограничивает формирование эпюры (профиля) магнитных сил в пространстве самого магнитного барьера за счет изменений форм УФТ.

Направление вектора магнитной индукции (от полюса N к полюсу S электромагнита) и сама "централизованная" магнитная система с одним общим для всех УФТ источником магнитодвижущей силы не позволяет использовать пространство между смежными УФТ для создания в нем МСБ и пропускать сепарируемый материал именно в этом пространстве.

Таким образом, принятая в способе [1], магнитная система не позволяет эффективно, гибко и в широких пределах формировать эпюру (профиль) магнитных сил в самом МСБ и задавать его положение в пространстве, чем ограничивается возможность оптимизации процесса сепарации с учетом магнитных свойств конкретных магнитных примесей, технологических и конструктивных характеристик магнитного сепаратора (производительности, скорости движения потока материала, длины канала сепарации и др.), а также в значительной мере ограничивается возможность уменьшения величины магнитных сил, действующих в направлении осаждения магнитных примесей на поверхность УФТ.

Недостатком способа [1] являются также незначительные возможности в формировании такого профиля потока сепарируемого материала, при котором материал в своем движении вообще не попадает в зоны, в которых не обеспечивается эффективная магнитная сепарация или в зоны, в которых отсутствуют магнитные силы, действующие в направлении поверхности УФТ.

Так как МСБ занимает незначительный объем межполюсного пространства, то использование общей энергии магнитного поля межполюсного пространства непосредственно для процесса сепарации незначительное, что следует также отнести к недостаткам способа [1].

Способ [1], принятый в качестве прототипа заявляемого способа, реализуется в устройстве [1], которое принимается в качестве прототипа заявляемого устройства.

Устройство-прототип [1] для магнитной сепарации слабомагнитных материалов включает по меньшей мере два одинаковых, наклоненных к вертикальной плоскости УФТ, установленных с зазором и параллельно друг другу, и источник магнитного поля, градиент которого в зазоре между УФТ направленный параллельно плоскости симметрии, которая разделяет смежные УФТ.

Магнитное поле в устройстве [1] создают электромагнитом, между полюсами которого размещены УФТ в виде ферромагнитных пластин, сориентированных под прямым углом к плоскостям полюсов электромагнита.

При внесении в межполюсное пространство УФТ однородность магнитного поля между полюсами деформируется так, что непосредственно между смежными УФТ магнитное поле ослабляется, а в зонах над УФТ, наоборот, интенсивность магнитного поля возрастает, вследствие чего возникают магнитные силы, действующие на ферромагнитные частицы из зазора "вверх" или "вниз" в направлении к полюсам электромагнита.

Такая топология магнитных сил поля в устройстве [1] создает своеобразный МСБ для магнитной фракции сепарируемого материала, который не пропускает эту фракцию в направлении ее опадания вниз.

Процесс магнитной сепарации в устройстве-прототипе [1] происходит следующим образом.

Поток сепарируемого материала направляют и пропускают в пространстве над магнитным барьером, то есть между полюсом электромагнита и поверхностями УФТ, обращенными к этому полюсу. Так как плоскость, в которой лежат УФТ, наклонена к вертикали под острым углом (α<45°), то материал, движущийся вдоль УФТ, под действием силы тяжести и магнитных сил разделяется на магнитную и немагнитную фракции.

Немагнитная фракция под действием силы тяжести "проваливается" вниз через зазоры между УФТ и направляется в приемник немагнитной фракции.

На магнитную фракцию, кроме силы тяжести, действует магнитная сила, обусловленная МСБ. Так как эта сила действует в направлении из зазора между УФТ к полюсам электромагнита, то магнитная фракция при определенном соотношении силы тяжести, магнитной силы и угла наклона плоскости УФТ к вертикали, будет двигаться над УФТ и над МСБ в направлении приемника магнитной фракции, установленного в конце канала сепарации.

Недостатком устройства [1] является сам физический принцип создания МСБ, который и обуславливает конструктивное выполнение устройства [1].

В устройстве [1] УФТ установлены в пространстве между полюсами электромагнита. Такое выполнение магнитной системы устройства [1] задает и положение УФТ между полюсами и, в некоторой мере, их геометрическую форму. Для создания МСБ УФТ должны размещаться на значительном расстоянии от полюсов электромагнита. Пространственное положение и топология магнитных сил поля МСБ в свою очередь определяют поперечный профиль канала, по которому подается и движется сепарируемый материал, а именно, материал должен двигаться над УФТ на значительном расстоянии от них.

Такое взаимное пространственное положение магнитных полюсов, УФТ и МСБ в устройстве [1] ограничивает возможности в широких пределах формировать топологию магнитных сил поля МСБ за счет изменения формы поперечного сечения УФТ. Тем самым в устройстве [1] принципиально ограничены возможности оптимизации МСБ соответственно магнитным свойствам магнитной фракции в сепарируемом материале, технологическим параметрам и конструктивным схемам устройства.

Так, например, в устройстве [1] невозможно создать изодинамическое магнитное поле или создать магнитное поле в рабочем объеме с заданным соотношением между горизонтальными и вертикальными составляющими магнитных сил поля или достичь хотя бы локально наиболее значительных величин магнитных сил поля (Fм=Hgrad H>10¹³ А²/м³) и др.

Кроме этого, недостатком устройства [1] следует также считать невозможность в устройстве точно и гибко формировать профиль потока материала в соответствии с профилем магнитных сил в МСБ. Наличие в устройстве [1] громоздкого электромагнита создает большие трудности в конструктивном выполнении механизма изменения угла наклона устройсва к вертикальной плоскости.

Все вышеперечисленные недостатки в совокупности снижают эффективность процесса магнитной сепарации в устройстве [1].

В предложенном способе сепарации слабомагнитных материалов и устройстве для его осуществления поставлена задача повышения эффективности сепарации слабомагнитных материалов.

Поставленная задача решается в способе магнитной сепарации слабомагнитных материалов, включающем подачу сепарируемого материала к наклоненным относительно вертикальной плоскости УФТ, установленных с зазором и параллельно друг другу, дальнейшее перемещение материала вдоль УФТ в магнитном поле, градиент которого действует против силы тяжести и зависит от геометрической формы и магнитных свойств УФТ, разделение в магнитном поле материала на магнитную и немагнитную фракции, падение под действием силы тяжести немагнитной фракции материала вниз через зазоры между смежными УФТ, дальнейшее перемещение материала вдоль УФТ в магнитном поле, градиент которого действует против силы тяжести и зависит от геометрической формы и магнитных свойств УФТ, разделение в магнитном поле материала на магнитную и немагнитную фракции, падение под действием силы тяжести немагнитной фракции материала вниз через зазоры между смежными УФТ, дальнейшее перемещение магнитной фракции материала вдоль УФТ в направлении ее разгрузки при выходе из зоны действия магнитных сил, при этом перемещение сепарируемого материала осуществляют непосредственно в зазоре между УФТ в магнитном поле, вектор магнитной индукции которого направлен под прямым углом к продольной плоскости симметрии смежных УФТ, которые целиком или своей частью являются источниками магнитного поля для каждой пары смежных УФТ.

Поставленная задача решается в способе тем, что перемещение сепарируемого материала осуществляют в тонкостенной немагнитной оболочке, которая исключает движение потока материала в зонах действия магнитных сил, недостаточных для разделения материала на магнитную и немагнитную фракции.

Поставленная задача достигается тем, что разделение сепарируемого материала на магнитную и немагнитную фракции осуществляют в изодинамическом магнитном поле.

Поставленная задача решается в устройстве для магнитной сепарации слабомагнитных материалов, включающем по меньшей мере два одинаковых, наклоненных к вертикальной плоскости УФТ, установленных с зазором и параллельно друг другу, и источник магнитного поля, градиент которого в зазоре между УФТ направлен параллельно плоскости симметрии, которая разделяет смежные УФТ, а каждое УФТ или его часть выполнены из постоянных магнитов, являющимися источниками магнитного поля каждой пары смежных УФТ.

Поставленная задача решается в устройстве, в котором каждое УФТ установлено внутри немагнитного кожуха.

Поставленная задача решается в устройстве, в котором УФТ установлены с возможностью их взаимного линейного перемещения относительно немагнитного кожуха для очистки внешней поверхности кожуха от магнитных частиц.

Поставленная задача решается в устройстве, в котором в зазоре между УФТ установлена симметрично относительно этих тел продольная тонкостенная немагнитная оболочка произвольного поперечного сечения, боковые стенки и потолок которой ограничивают и формируют поперечный профиль потока материала в зазоре.

Поставленная задача решается в устройстве, в котором немагнитная тонкостенная оболочка установлена с возможностью ее линейного или углового перемещения для очистки от осажденных на ее внутреннюю поверхность случайных сильномагнитных частиц.

Поставленная задача решается в устройстве, в котором УФТ извне охвачены магнитопроводом П-образной формы для замыкания магнитного потока установленных друг за другом УФТ.

Поставленная задача решается в устройстве, которое дополняют механизмом изменения угла наклона устройства относительно вертикальной плоскости.

Поставленная задача решается в устройстве, в котором УФТ выполнены в виде цилиндрических стержневых постоянных магнитов, намагниченных параллельно их продольной плоскости симметрии и установленных один относительно другого так, чтобы направления намагничевания всех магнитов между собой совпадали.

Поставленная задача решается в устройстве, в котором каждое УФТ выполнено в виде цилиндрического стержня, который составлен из двух цилиндрических сегментов, один из которых выполнен из магнитомягкого материала, а другой - из магнитотвердого материала как постоянный магнит, при этом плоскость, которая разделяет между собой цилиндрические сегменты, параллельна направлению намагничивания постоянных магнитов, а УФТ установлены друг относительно друга так, что направления намагничивания их магнитов совпадают.

Поставленная задача решается в устройстве, в котором на части внешней поверхности УФТ установлены ферромагнитные шунты с поперечным сечением произвольной геометрической формы.

Поставленная задача решается в устройстве, в котором УФТ выполнены в виде постоянных магнитов с поперечным сечением трапецеидальной формы, намагниченных параллельно плоскости своих основ, и установленных относительно друг друга так, что основы трапеций всех постоянных магнитов лежат в одной плоскости.

Поставленная задача решается в устройстве, в котором УФТ составлены из двух частей, одна из которых выполнена в виде пластинчатого постоянного магнита, а другая - в виде полюсного ферромагнитного наконечника с поперечным сечением произвольной формы, и установленного на полюс пластинчатого постоянного магнита, при этом все пластинчатые постоянные магниты намагничены в одном направлении.

Поставленная задача решается в устройстве, в котором на поверхности полюсных наконечников дополнительно установлены контрмагниты, прилегающие к полюсным наконечникам полюсами одинаковой полярности с полярностью пластинчатых постоянных магнитов, при этом контрмагниты с противоположной полюсным наконечникам стороны замкнуты между собой ферромагнитным магнитопроводом.

Поставленная задача решается в устройстве, в котором УФТ выполнены в виде постоянных магнитов, поверхность полюсов которых, обращенная к зазору, имеет форму ломаных плоскостей, создающих в зазоре участки с параллельными плоскостями полюсов и участки с плоскостями полюсов, наклоненными друг к другу под углом α=90°-120° для формирования изодинамического магнитного поля.

Поставленная задача решается в устройстве, в котором УФТ выполнены в виде пластинчатых постоянных магнитов намагниченных перпендикулярно своим основам и установленных на общей для них ферромагнитной плите так, что смежные магниты действуют относительно друг друга согласно.

Поставленная задача решается в устройстве, в котором пластинчатые магниты оснащены полюсными ферромагнитными наконечниками с поперечным сечением произвольной формы для формирования магнитного поля, близкого к изодинамическому.

Поставленная задача решается в устройстве, в котором УФТ выполнены в виде пластинчатых постоянных магнитов, установленных относительно друг друга под углом α=60°-120° на внешнем ферромагнитном магнитопроводе с поперечным сечением V-образной формы.

Поставленная задача решается в устройстве, в котором УФТ выполнены в виде пластинчатых постоянных магнитов, установленных один над другим и разделенных между собой ферромагнитным телом с поперечным сечением в виде трапеции, при этом магнитная цепь постоянных магнитов замкнута внешними ферромагнитными магнитопроводами.

Причинно-следственная связь между предложенными признаками изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.

Успешное разделение сепарируемого материала на магнитную и немагнитную фракции при сепарации по "барьерной технологии" в наибольшей мере определяется взаимным согласованием топологии (эпюры, профиля) магнитных сил поля, действующих в пространстве МСБ с поперечным профилем потока сепарируемого материала, движущегося в этом пространстве.

Предложенный способ сепарации материала непосредственно в зазоре между смежными УФТ внутри тонкостенной немагнитной оболочки, реализованный в предложенном устройстве, позволяет в наибольшей мере согласовать топологию магнитных сил МСБ с профилем потока материала и повысить тем самым эффективность сепарации по "барьерной технологии".

Топология магнитного поля в зазоре между смежными УФТ и соответствующая этому полю топология магнитных сил в МСБ (то есть в пространстве, где происходит непосредственно процесс разделения материала на магнитную и немагнитную фракции) зависит от многих факторов: геометрической формы самих постоянных магнитов УФТ, направления их намагничивания, геометрической формы той части УФТ, которая изготовлена из магнитномягкого материала, профиля зазора между смежными УФТ. Изменяя указанные факторы, можно в предложенном устройстве в широких пределах изменять (формировать) магнитное поле в зазоре и соответственно тем самым в широких пределах изменять (формировать) профиль (эпюру) магнитных сил в самом магнитном силовом барьере, максимально согласовывая этот профиль с профилем потока материала, движущегося внутри немагнитной оболочки, установленной в зазоре между УФТ.

Дополнение конструкции устройства тонкостенной немагнитной оболочкой, внутри которой движется сепарируемый материал, позволяет согласовывать профиль потока материала с профилем МСБ таким образом, чтобы материал при своем движении в зазоре между УФТ не попадал в те зоны зазора, в которых не обеспечивается заданная эффективность сепарации.

Использование самих УФТ в качестве автономного источника магнитного поля позволяет отказаться от использования громозкого внешнего по отношению к УФТ электромагнита, что в свою очередь позволяет применить в устройстве конструктивно и технологически простой механизм изменения угла "α" наклона плоскости УФТ к вертикали. Изменением этого угла можно задавать движение потока материала с целью достижения наиболее высокой эффективности сепарации для каждого конкретного материала с заданными технологическими параметрами и магнитными свойствами.

При необходимости, согласовывая между собой размеры и формы составных частей УФТ, можно сформировать в зазоре изодинамическое магнитное поле. Так как в изодинамическом магнитном поле величина и направление действия магнитных сил во всем пространстве этого поля одинаковы, то возникает возможность полностью устранить притягивание магнитной фракции материала к боковым стенкам немагнитной оболочки, при условии, что изодинамические силы во всем объеме сепарирования направлены только "вверх". Кроме того, в таком магнитном поле можно достичь высокой селективности в разделении магнитных фракций материала по их магнитной восприимчивости.

Процесс магнитной сепарации многих материалов происходит в условиях наличия в воздушном пространстве мелких частиц, обладающих высокой магнитной восприимчивостью. Эти частицы могут осаждаться непосредственно на поверхность УФТ. В этом случае с течением времени поверхность УФТ может покрыться значительным слоем таких частиц. Предложенное для этих случаев размещение УФТ в защитном немагнитном кожухе позволяет, при необходимости, путем линейного перемещения кожуха относительно ПФТ очищать с поверхности кожуха слой осажденных на нее мелких магнитных частиц. Кроме того, на УФТ в некоторых технологических процессах действует агрессивная внешняя среда, которая вследствие химических реакций может разрушать поверхность УФТ. Наличие немагнитных кожухов на УФТ позволяет защитить их поверхность от разрушающего действия агрессивной среды.

На фиг.1 изображено продольное вертикальное сечение устройства, а на фиг.2 - поперечное сечение устройства в плоскости, перпендикулярной к осям УФТ.

На фиг.3 изображено поперечное сечение устройства дополненного внешним магнитопроводом.

На фиг.4 изображены смежные УФТ с немагнитной тонкостенной оболочкой, выполненной с возможностью ее линейного или углового перемещения.

На фиг.5 изображен вид "сбоку" на устройство, дополненное механизмом изменения угла наклона устройства относительно вертикальной плоскости.

На фиг.6 изображено устройство в поперечном сечении при выполнении УФТ в виде цилиндрических стержневых магнитов.

На фиг.7 изображено продольное сечение устройства при выполнении УФТ в виде стержневых магнитов, размещенных внутри немагнитного кожуха в форме тонкостенной немагнитной трубки.

На фиг.8 изображено поперечное сечение устройства с УФТ, которые состоят из двух секторов.

На фиг.9 изображено поперечное сечение устройства с УФТ, выполненными в виде цилиндрических стержневых магнитов, дополненных внешним продольным магнитным шунтом произвольной формы.

На фиг.10 изображено поперечное сечение устройства с УФТ, выполненными в виде постоянных магнитов трапецеидальной формы.

На фиг.11 изображено поперечное сечение устройства с УФТ, состоящими из двух частей, одна из которых представляет собой пластинчатый постоянный магнит, а другая - полюсный ферромагнитный наконечник с поперечным сечением произвольной формы.

На фиг.12 изображено поперечное сечение устройства с УФТ, на пластинчатые магниты которого дополнительно установлены контрмагниты.

На фиг.13 изображено поперечное сечение устройства с УФТ, выполненными в виде постоянных магнитов, поверхность одного из полюсов которых имеет вид ломаной плоскости.

На фиг.14 показано поперечное сечение устройства с УФТ, выполненными в виде пластинчатых магнитов, и установленными на продольной ферромагнитной плите.

На фиг.15 изображено поперечное сечение устройства с УФТ, выполненными в виде пластинчатых магнитов дополненными ферромагнитными полюсными наконечниками произвольной геометрической формы.

На фиг.16 изображено поперечное сечение устройства с УФТ, выполненными в виде пластинчатых постоянных магнитов, установленных относительно друг друга под углом.

На фиг.17 изображено поперечное сечение устройства с УФТ, выполненными в виде пластинчатых постоянных магнитов, установленных один над другим и разделенных между собою ферромагнитным телом.

Устройство (фиг.1, фиг.2) для осуществления способа магнитной сепарации слабомагнитных материалов включает удлиненные ферромагнитные тела (УФТ) 1, изготовленные целиком или частично из магнитотвердого материала. Плоскость УФТ наклонена к вертикальной плоскости под углом α. Под таким же углом наклона к вертикальной плоскости подается в устройство сепарируемый материал (затемненными кружками изображена магнитная фракция материала, а незатемненными - немагнитная фракция).

В зазоре между УФТ (фиг.2) установлена немагнитная тонкостенная оболочка 2, которая формирует профиль потока материала с двух сторон и потолка. Смежные УФТ, как источники магнитного поля (в виде постоянных магнитов), устанавливают относительно друг друга так, что направление их намагничивания совпадает, а вектор намагничивания при этом направлен под прямым углом к продольной плоскости их симметрии. Для увеличения магнитного потока, замыкающегося через смежные УФТ, в устройстве (фиг.3) магнитную цепь УФТ извне замыкают магнитопроводом 3 П-образной формы.

В устройстве немагнитная тонкостенная оболочка 2 может быть установлена с возможностью ее углового или линейного перемещения с целью извлечения оболочки из зоны действия магнитного поля (фиг.4).

При необходимости изменения угла α наклона устройства к вертикальной плоскости устройство, как это показано на фиг.5, дополняют механизмом 5 изменения угла наклона.

При выполнении УФТ в виде цилиндрических постоянных магнитов по фиг.6 и фиг.7 магниты могут быть установлены в немагнитные кожухи 6 с возможностью их осевого перемещения относительно кожуха внешним усилием, приложенным к шпильке 7.

Выполнением УФТ (фиг.8) в виде двух цилиндрических сегментов 8 и 9 достигают устранение магнитной симметрии в зазоре относительно плоскости, проходящей через центры цилиндрических УФТ. Магнитное поле в зазоре выше этой плоскости (то есть на уровне цилиндрических сегментов 8, изготовленных из магнитомягкого материала) ослабляется, а ниже этой плоскости сохраняется практически неизменным. Вследствие этого в зазоре устройства по фиг.8 создают (формируют) только один МСБ (в пространстве зазора ниже указанной плоскости симметрии).

Формирование МСБ в зазоре еще в более широких пределах можно достичь в устройстве (фиг.9), за счет установки на поверхности цилиндрических стержневых магнитов внешних магнитных шунтов 10, как это показано на фиг.9. В зависимости от формы, размеров и положения шунтов 10 в устройстве формируют положение в зазоре, интенсивность и эпюру магнитных сил МСБ, максимально приближая их к оптимальным значениям для сепарации конкретных материалов.

Формирование заданного МСБ в зазоре можно достичь, выполняя УФТ в виде постоянных магнитов, разной формы и с разным направлением намагничивания.

На фиг.10 показано устройство, в котором УФТ выполнены в виде постоянных магнитов трапецеидальной формы. Такая форма УФТ позволяет создать магнитное поле в зоне МСБ, близкое к изодинамическому.

При использовании постоянных магнитов простой формы, например пластинчатых, формирование МСБ осуществляют за счет размещения на полюсах постоянных магнитов ферромагнитных наконечников 12 более сложной конфигурации, как это показано на фиг.11. Технологические возможности относительно выполнения разнообразных форм полюсных наконечников практически неограничены, что позволяет соответствующим выполнением формы наконечников гибко и в широких пределах формировать МСБ в устройстве (фиг.11)

Дополнение устройства по фиг.11 пластинчатыми контрмагнитами 13, установленными на ферромагнитной плите 14, как это показано на фиг.12, позволяет максимально увеличить магнитные силы поля в пространстве действия МСБ и, при необходимости, создать в нем магнитное поле, близкое к изодинамическому магнитному полю.

Выполнение УФТ1 в виде постоянных магнитов с разной высотой полюса и с разными наклонами поверхности полюса к направлению его намагничивания, как это показано на фиг.13, позволяет в пространстве между смежными УФТ на высотах зазора между ними, соответствующих пространству между взаимно наклоненными поверхностями полюсов смежных УФТ, сформировать магнитное поле, в котором действует только вертикальная составляющая магнитных сил поля, и этим исключить осаждение магнитной фракции материала на боковые стенки оболочки 2.

Выполнение устройства (фиг.14) характеризуется простотой как по форме постоянных магнитов, так и по конструкции и технологии изготовления самого устройства в целом. В устройстве по фиг.14 УФТ 1 выполнены в виде пластинчатых постоянных магнитов, установленных на ферромагнитной плите 15. Дополнение устройства по фиг.14 полюсными наконечниками 16 (фиг.15) позволяет более гибко формировать МСБ соответственно профилю потока сепарируемого материала и магнитной восприимчивости его магнитной фракции.

При малых углах наклона плоскости УФТ к вертикали (предельное положение плоскости УФТ - вертикальное) успешная сепарация может быть достигнута при наименьших значениях магнитных сил поля, но при этом лимитируется наименьшая допустимая высота канала сепарации требованиями достижения четкого разделения магнитной и немагнитной фракций материала, который в этом случае движется почти вертикально. Осуществление сепарации при малых углах наклона плоскости УФТ к вертикали предлагается в устройстве, изображенном на фиг.16. В устройстве (фиг.16) УФТ 1 выполнены в виде пластинчатых постоянных магнитов с большой шириной магнитных полюсов. Плоскости полюсов пластинчатых магнитов наклонены друг к другу под углом γ=60°-120° и установлены на V-образном магнитном шунте 17 общем для обоих смежных пластинчатых магнитов. Для формирования заданой топологии магнитного поля в зазоре на полюса постоянных магнитов могут накладываться полюсные ферромагнитные наконечники произвольной формы.

Для сепарации очень слабомагнитных примесей необходимы магнитные силы поля в МСБ порядка Fм=10¹³-10¹⁴ А²/м³, которые достигаются в устройстве по фиг.17.Получение таких величин магнитных сил поля требует величины магнитной индукции в зазоре В=(1,2-1,5) Тл, то есть таких значений, которые превышают для постоянных магнитов значения величины их остаточной магнитной индукции. Поэтому конструкцией УФТ устройства по фиг.17 предусматривается концентрация магнитного потока, выходящего с поверхности полюсов пластинчатых постоянных магнитов, за счет размещения между ними полюсных наконечников трапецеидальной формы, к основам трапеций которых прилегают пластинчатые постоянные магниты своими одноименными полюсами.

Устройство работает следующим образом. Сепарируемый материал подают по наклонному направляющему желобу в зазор между смежными УФТ 1, наклоненными к вертикали под углом α≤45° (фиг.1) так, чтобы материал попадал вглубь оболочки 2 (фиг.1 и фиг.2), в пространство над МСБ, созданным постоянными магнитами УФТ 1. В дальнейшем материал движется в оболочке 2 вниз вдоль УФТ. На немагнитные частицы потока сепарируемого материала действует сила тяжести Fт (фиг.1) и под действием этой силы немагнитные частицы, не взаимодействуя с МСБ, проваливаются вниз через зазор между смежными УФТ и в дальнейшем попадают в приемники немагнитного материала. На магнитные частицы потока материала действуют, кроме силы тяжести Fт, еще и магнитные силы F_т, направленные под прямым углом к плоскости УФТ (фиг.1). Одна составляющая силы тяжести (Fтn) уравновешивается магнитной силой Fм, а другая составляющая силы тяжести (Fтt) действует параллельно плоскости УФТ и обуславливает тем самым движение магнитных частиц вдоль УФТ в направлении приемника магнитной фракции, куда они попадают при выходе из зоны действия магнитного поля УФТ.

Изменение расхода сепарируемого материала, а также оптимизацию динамики движения потока материала в канале сепарации можно осуществлять изменением угла наклона α плоскости УФТ к вертикальной плоскости, как это показано на фиг.5.

При наличии случайных сильномагнитных примесей в сепарируемом материале эти примеси в процессе сепарации могут оседать на внутреннюю поверхность немагнитной оболочки 2. При осаждении существенного (недопустимого) количества этих примесей конструкцией предложенного устройства предполагается такое свободное закрепление тонкостенной оболочки 2 (фиг.4), которое позволяет поворачивать эту оболочку вокруг оси на угол β, или перемещать ее линейно на расстояние ΔL, с целью удаления оболочки из зоны действия интенсивного магнитного поля. При достижении определенного ослабления магнитного поля внутри оболочки магнитные частицы под действием силы тяжести опадают с поверхности оболочки.

Источник информации

1. Патент Российской Федерации 2209684, В 03 С 1/00, публ.10.08.2003. Бюл.№22

1. Способ магнитной сепарации слабомагнитных материалов, включающий подачу сепарируемого материала к наклоненным относительно вертикальной плоскости удлиненным ферромагнитным телам, установленным с зазором и параллельно друг другу, дальнейшее перемещение материала вдоль удлиненных ферромагнитных тел в магнитном поле, градиент которого действует против силы тяжести и зависит от геометрической формы и магнитных свойств удлиненных ферромагнитных тел, разделение в магнитном поле материала на магнитную и немагнитную фракции, падение под действием силы тяжести немагнитной фракции материала вниз через зазоры между смежными удлиненными ферромагнитными телами, дальнейшее перемещение магнитной фракции материала вдоль удлиненных ферромагнитных тел в направлении ее разгрузки при выходе из зоны действия магнитных сил, отличающийся тем, что перемещение сепарируемого материала осуществляют непосредственно в зазоре между удлиненными ферромагнитными телами в магнитном поле, вектор магнитной индукции которого направлен под прямым углом к продольной плоскости симметрии смежных удлиненных ферромагнитных тел, которые целиком или своей частью являются источниками магнитного поля для каждой пары смежных удлиненных ферромагнитных тел.

2. Способ магнитной сепарации по п.1, отличающийся тем, что перемещение сепарируемого материала осуществляют в тонкостенной немагнитной оболочке, которая исключает движение потока материала в зонах действия магнитных сил, недостаточных для разделения материала на магнитную и немагнитную фракции.

3. Способ магнитной сепарации по п.1 или 2, отличающийся тем, что разделение сепарируемого материала на магнитную и немагнитную фракции осуществляют в изодинамическом магнитном поле.

4. Устройство для магнитной сепарации слабомагнитных материалов, включающее, по меньшей мере, два одинаковых, наклоненных к вертикальной плоскости, удлиненных ферромагнитных тела с поперечным сечением произвольной формы, установленных с зазором и параллельно друг другу, и источник магнитного поля, градиент которого в зазоре между удлиненными ферромагнитными телами направлен параллельно плоскости симметрии, которая разделяет смежные удлиненные ферромагнитные тела, отличающееся тем, что каждое удлиненное ферромагнитное тело или его часть выполнены из постоянных магнитов, являющихся источниками магнитного поля для каждой пары смежных удлиненных ферромагнитных тел, в зазоре между которыми установлена симметрично относительно этих тел продольная тонкостенная немагнитная оболочка произвольного поперечного сечения, боковые стенки и потолок которой ограничивают и формируют поперечный профиль потока материала в зазоре, при этом немагнитная тонкостенная оболочка жестко закреплена либо установлена с возможностью ее линейного или углового перемещения.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что удлиненные ферромагнитные тела извне охвачены магнитопроводом П-образной формы для замыкания магнитного потока установленных друг за другом удлиненных ферромагнитных тел.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что устройство дополняют механизмом изменения угла наклона устройства относительно вертикальной плоскости.

7. Устройство по любому из пп.4-6, отличающееся тем, что удлиненные ферромагнитные тела выполнены в виде цилиндрических стержневых постоянных магнитов, намагниченных параллельно их продольной плоскости симметрии и установленных относительно друг друга так, чтобы направления намагничивания всех магнитов между собой совпадали.

8. Устройство по любому из пп.4-6, отличающееся тем, что каждое удлиненное ферромагнитное тело выполнено в виде цилиндрического стержня, который составлен из двух цилиндрических сегментов, один из которых выполнен из магнитомягкого материала, а другой - из магнитотвердого материала как постоянный магнит, при этом плоскость, которая разделяет между собой цилиндрические сегменты параллельна направлению намагничивания постоянных магнитов, а удлиненные ферромагнитные тела установлены относительно друг друга так, что направления намагничивания их магнитов совпадают.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что на части внешней поверхности удлиненных ферромагнитных тел установлены ферромагнитные шунты с поперечным сечением произвольной геометрической формы.

10. Устройство по любому из пп.4-6, отличающееся тем, что удлиненные ферромагнитные тела выполнены в виде постоянных магнитов с поперечным сечением трапецеидальной формы, намагниченных параллельно плоскости своих основ, и установленных относительно друг друга так, что основы трапеций всех постоянных магнитов лежат в одной плоскости.

11. Устройство по любому из пп.4-6, отличающееся тем, что удлиненные ферромагнитные тела составлены из двух частей, одна из которых выполнена в виде пластинчатого постоянного магнита, а другая - в виде полюсного ферромагнитного наконечника с поперечным сечением произвольной формы, установленного на полюс пластинчатого постоянного магнита, при этом все пластинчатые постоянные магниты намагничены в одном направлении.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что на поверхности полюсных наконечников дополнительно установлены контрмагниты, прилегающие к полюсным наконечникам полюсами одинаковой полярности с полярностью пластинчатых постоянных магнитов, при этом контрмагниты с противоположной полюсным наконечникам стороны замкнуты между собой ферромагнитным магнитопроводом.

13. Устройство по любому из пп.4-6, отличающееся тем, что удлиненные ферромагнитные тела выполнены в виде постоянных магнитов, поверхность полюсов которых, обращенная к зазору, имеет форму ломаных плоскостей, создающих в зазоре участки с параллельными плоскостями полюсов и участки с плоскостями полюсов наклоненными друг к другу под углом α=90-120° для формирования изодинамического магнитного поля.

14. Устройство по любому из п.4 или 6, отличающееся тем, что удлиненные ферромагнитные тела выполнены в виде пластинчатых постоянных магнитов намагниченных перпендикулярно своим основам и установленных на общей для них ферромагнитной плите так, что смежные магниты взаимодействуют между собой согласно.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что пластинчатые магниты оснащены полюсными ферромагнитными наконечниками с поперечным сечением произвольной формы для формирования магнитного поля близкого к изодинамическому.

16. Устройство по любому из пп.4 и 6, отличающееся тем, что удлиненные ферромагнитные тела выполнены в виде пластинчатых постоянных магнитов установленных относительно друг друга под углом α=60-120° на внешнем ферромагнитном магнитопроводе с поперечным сечением V-образной формы.

17. Устройство по любому из пп.4 и 6, отличающееся тем, что удлиненные ферромагнитные тела выполнены в виде пластинчатых постоянных магнитов установленных один над другим и разделенных между собой ферромагнитным телом с поперечным сечением в виде трапеции, при этом магнитная цепь постоянных магнитов замкнута внешними ферромагнитными магнитопроводами.