Кріомагнітний сепаратор сухого збагачення

Кріомагнітний сепаратор сухого збагачення, що містить виконаний з можливістю обертання кільцеподібний робочий ротор з феромагнітним 3 чені до джерела живлення назустріч відносно надпровідникових обмоток основної магнітної системи. Ротор обертається у напрямку від живильника до приймачів магнітної і немагнітної фракцій через магнітне поле основної магнітної системи. Вхідний продукт, наприклад, у вигляді водяної пульпи подається за допомогою живильника на ротор в зону максимального магнітного поля, яке створюється основною магнітною системою. Магнітні частинки вхідного продукту притягуються й затримуються феромагнітним наповнювачем, а немагнітні - вільно проходять крізь наповнювач ротора й збираються в приймач немагнітної фракції. Для більш ефективного вилучення магнітних частинок (магнітної фракції) з феромагнітного наповнювача використовується додаткова надпровідникова магнітна система, яка встановлена в зоні вилучення магнітної фракції. Зустрічне підключення обмоток додаткової магнітної системі відносно основної дозволяє суттєво зменшити величину магнітного поля у зоні вилучення магнітної фракції за рахунок розмагнічування магнітних частинок, затриманих феромагнітним наповнювачем, що дозволяє відносно легко виконати змив водою магнітної фракції. Основним недоліком сепаратора є зменшення надійності роботи та ускладнення управляння за рахунок виникнення значних (десятки тон) механічних зусиль магнітного походження між феромагнітним наповнювачем ротора і надпровідниковими магнітними системами. Для компенсації цих зусиль з метою забезпечення надійної роботи кріостатів, в яких розміщено магнітні системи, в кріостатах встановлюють розтяжки від гелієвої ємкості до кожуха. Це призводить до появи додаткового підводу тепла до гелієвої ємкості й значних витрат зрідженого гелію. Крім того, недоліком сепаратора є зниження ефективності процесу магнітної сепарації за рахунок зменшення величини магнітного поля, яке обумовлене зустрічним включенням додаткової магнітної системи відносно основної системи. Оскільки магнітні потоки основної й додаткової магнітних систем частково замикаються через феромагнітний наповнювач ротора і направлені назустріч один одному, то магнітні поля цих магнітних систем віднімаються не тільки у зоні вилучення магнітної фракції, але й в робочій зоні сепаратора. Також недоліком цієї конструкції сепаратора є використанням не однієї, а двох надпровідникових магнітних систем високої вартості зі своїми кріостатами і блоками живлення, додатковими витратами зрідженого гелію й азоту, тощо. Найбільш близьким за технічним рішенням є конструкція високоградієнтного кріомагнітного сепаратора за патентом України на винахід №67606 А, кл. В03С1/30, 2004p., "Кріомагнітний сепаратор", який видано ДонФТІ НАН України. До складу сепаратора входить встановлений з можливістю обертання кільцевий ротор з феромагнітним наповнювачем, статор із вхідними й вихідними трубопроводами, охоплюючу ротор і статор кріомагнітну систему у складі надпровідникової магнітної системи та гелієвого кріостата, магнітний шунт з компенсуючою обмоткою, магнітна проти 88193 4 вага, механічна система у складі електричного приводу, редуктора й привідних катків. Сепаратор працює наступним чином. При включеному електроприводі механічної системи приводиться до руху ротор із феромагнітним наповнювачем. Після включення струму у надпровідникову магнітну систему остання створює стале магнітне поле необхідної величини у зоні сепарації - горизонтальному наскрізному отворі кріостата. Під дією магнітного поля феромагнітний наповнювач ротора, наприклад сітки, намагнічується і поводить себе як сталий магніт. При цьому до насичення намагнічується лише та частина ротора (близько 25% його кільцевої довжини), яка знаходиться у межах надпровідникової магнітної системи. Більша частина феромагнітного наповнювача по периметру кільцевидного ротора (близько 75%) знаходиться у значно меншому магнітному полі, де його величина не перевищує 5% від максимального в зоні сепарації, тому вона намагнічується значно слабкіше - не до насичення. У зоні вилучення магнітної фракції - з протилежної стороні зони сепарації магнітне поле не перевищує 2% від поля у зоні сепарації. Таким чином феромагнітний наповнювач по всій кільцевій довжині ротора намагнічується не рівномірно. У зв'язку з асиметрією магнітного поля в зоні розміщення ротора завжди виникає механічна магнітного походження сила взаємодії феромагнітного наповнювача ротора з надпровідниковою магнітною системою, яка може досягати великих значень, що вимагає ускладнення конструкції як магнітної системи; так і кріостата. Так у сепаратора промислового призначення, наприклад, продуктивністю по вхідному продукту декілька десятків тон, середнім діаметрі ротора (3-4)м і площі поперечного перерву феромагнітного наповнювача близько 0,1м2, сила взаємодії останнього з магнітною системою може досягати десятків тон. Головною причиною виникнення механічних зусиль є несиметричне розміщення ротора відносно надпровідникової магнітної системи. Для компенсації діючих на надпровідникову магнітну систему й кріостат зусиль з боку ротора у цьому сепараторі використовується магнітна противага, яка розміщена з протилежної сторони ротора. Основним недоліком сепаратора є зниження надійності його роботи за рахунок того, що практично неможливо розвантажити від механічних зусиль надпровідникову магнітну систему і кріостат з боку ротора з феромагнітним наповнювачем шляхом використання магнітної противаги. Це обумовлено тим, що система "надпровідниковий магніт ротор з феромагнітним наповнювачем - магнітна противага" не є симетричною системою. А в системі з декількома магнітами неможливо досягти надійної стійкості навіть теоретично. Потрібна симетрична або близька до симетричної система розміщення магнітних елементів сепаратора. До недоліків сепаратора також відноситься дуже складний процес введення (виведення) струму в надпровідникову магнітну систему з одночасною компенсацією пондеромоторної сили між магнітною системою і ротором сепаратора. 5 Зміна маси магнітної противаги і (або) регулювання відстані між останньою і магнітною системою, за рахунок чого необхідно (і можливо) компенсувати сили взаємодії на рівні десятків тон потребує ускладнення конструкції магнітної противаги і значного часу процесу налагодження. Складність процесу компенсації пондеромоторної сили обумовлено й тим, що намагнічування магнітної противаги в магнітному полі магнітної системи зі збільшенням або зменшенням струму в останній має непропорційну залежність гістерезісний характер. В основу запропонованого винаходу поставлено підвищення надійності роботи високоградієнтного кріомагнітного сепаратора для сухого очищення слабомагнітних та парамагнітних матеріалів, їх суміші, у тому числі й вугілля, які транспортуються повітряним потоком, шляхом конструктивного виконання та розміщення вузлів механічної системи сепаратора. Поставлена мета досягається за рахунок того, що у високоградієнтному кріомагнітному сепараторі, до складу якого входять виконаний з можливістю обертання кільцевидний робочий ротор з феромагнітним наповнювачем, статор з вхідними і вихідними трубопроводами, охоплюючу ротор і статор кріомагнітну систему у складі надпровідникової магнітної системі і гелієвого кріостата, механічну систему у складі електричного приводу, редуктора й привідних катків, магнітний шунт з обмоткою, магнітна противага, остання виконана у вигляді встановлених симетрично відносно робочого ротора й надпровідникової магнітної системи двох нерухомих частин додаткового ротора з феромагнітним наповнювачем такого ж поперечного перерізу і діаметру, як і робочий ротор, при цьому довжина дуги кожної нерухомої частини становить (0,10-0,15) периметра кільцевидного робочого ротора. Така конструкція магнітної противаги, яка повторює геометрію робочого ротора і встановлена симетрично відносно нього, забезпечує компенсацію механічних зусиль між робочим ротором і надпровідниковою магнітною системою на рівні (95-98)% без додаткового налагодження сепаратора з метою компенсації механічних зусиль. У технічному рішенні, що заявляється, підвищення надійності роботи сепаратора сухого очищення слабкомагнітних і парамагнітних матеріалів, їх суміші, у тому числі й вугілля, які транспортуються повітряним потоком, здійснюється шляхом практично повної компенсації механічних зусиль магнітного походження між робочим ротором з феромагнітним наповнювачем і надпровідниковою магнітною системою за рахунок обладнання сепаратора магнітною противагою у вигляді двох нерухомих частин необхідної довжини додаткового кільцевидного ротора з феромагнітним наповнювачем такого ж поперечного перерізу і діаметру як і робочий ротор. Порівняння запропонованого технічного рішення із прототипом дозволило встановити відповідність його критерію "новизна", бо воно відрізняється від відомого рішення виконанням окремих конструктивних елементів та взаємним їх розміщенням. 88193 6 Порівняння запропонованого технічного рішення з іншими технічними рішеннями у даній області техніки не дозволило виявити в них ознаки, які б ганьбили суттєві признаки запропонованого кріомагнітного сепаратора Таким чином, запропонований кріомагнітний сепаратор відповідає критерію "винахідницький" рівень, технічні переваги запропонованої конструкції полягають у підвищенні надійності роботи сепаратора й спрощенні управляння його роботи для сухого очищення слабомагнітних, парамагнітних матеріалів і їх суміші, що транспортуються повітряним потоком, за рахунок практично повної компенсації механічних зусиль магнітного походження між робочим ротором із феромагнітним наповнювачем і надпровідниковою магнітною системою. Перелік фігур креслення. На Фіг.1 представлено вид зверху на горизонтальний переріз кріомагнітного сепаратора. На Фіг.2 - вид збоку на вертикальний переріз сепаратора. Відомості, які підтверджують можливість здійснення винаходу. Кріомагнітний сепаратор містить немагнітну основу 1, на якій встановлено гелієвий кріостат 2 з горизонтальним циліндричним наскрізним отвором 3 і надпровідниковою магнітною системою 4, немагнітний статор 5 з трубопроводами відповідно для подачі вхідного продукту у вигляді пилоповітряної суміші 6 і повітря 7 для вилучення магнітної фракції, виходу немагнітної 8 і магнітної 9 фракцій, кільцевидний робочий ротор 10 з феромагнітним наповнювачем 11, який виконано з можливістю вільного обертання на катках 12 і який проходить крізь горизонтальний наскрізний отвір 3 кріостата 2. Крім того, сепаратор містить магнітний шунт 13 з обмоткою 14, а також механічну систему, що включає в себе електропривід 16, пов'язаний через редуктор 17 за допомогою валів 18 і муфт 19 з привідними катками 12. Привідні катки 12, редуктор 17, магнітний шунт 13 і електропривід 16 встановлені нерухомо на основі 1 за допомогою опор 20, 21, 22 і 23. Ротор 10 також містить кільцеву направляючу 24, яка спирається на привідні катки 12, і плоский кільцевий ущільнювач 25, наприклад, із гуми або іншого еластичного матеріалу. З протилежної сторони й симетрично відносно робочого ротора 10 і надпровідникової магнітної системи 4 сепаратор містить магнітну противагу, яка виконана у вигляді двох нерухомих частин 15 додаткового ротора з таким же феромагнітним наповнювачем і такого ж поперечного перерізу і діаметру, як і робочий ротор 10. Нерухомі частини 15 встановлено симетрично відносно робочого ротора 10 і надпровідникової магнітної системи 4, при цьому довжина дуги кожної нерухомої частини 15 становить (0,10-0,15) периметра кільцевидного робочого ротора 10. Кріомагнітний сепаратор працює наступним чином. Заживлена струмом надпровідникова магнітна система 4 створює у зоні сепарації - наскрізному горизонтальному отворі 3 кріостата 2 сильне магнітне поле, яке намагнічує до насичення тільки ту частину феромагнітного наповнювача 11 ротора 7 10 (близько 20-30% його кільцевидної довжини), яка знаходиться у межах магнітної системи 4 й отвору 3 кріостата 2. Більша частина феромагнітного наповнювача 11 (за межами надпровідникової магнітної системи 4) намагнічується значно слабкіше , не до насичення, у зв'язку з тим, що ця частина феромагнітного наповнювача розміщена у більш слабкому магнітному полі (полі розсіювання магнітної системи), а також за рахунок низької магнітної проникності феромагнітного наповнювача 11, тому що коефіцієнт заповнення ротора наповнювачем становить 10-15%). Нерухомі частини 15 додаткового ротора розташовані симетрично відносно робочого ротора 10 і надпровідникової магнітної системи 4, мають такий же поперечний переріз, діаметр і коефіцієнт заповнення феромагнітним наповнювачем, як і робочий ротор 10, тому вони намагнічується також практично до насичення. Сили, які діють з боку надпровідникової магнітної системи 4 на робочий ротор 10 і дві нерухомі частини 15 практично однакові по величині, але протилежно направлені, тому рівнодіюча їх дорівнює нулю. Значна частина ротора 10 знаходиться за межами робочої зони сепаратора - на великій відстані від магнітної системи 4, в слабкому магнітному полі, яке не перевищує 2-5% поля в робочій зоні сепаратора, тому її внесок в сумарну силу взаємодії незначний і не перевищує 2-5%. 88193 8 Таким чином, надпровідникова магнітна система 4 і кріостат 2 в силовому плані будуть розвантажені на 95-98%, що підвищує надійність роботи сепаратора. При включеному електроприводі 16 механічна система за допомогою редуктора 17, валів 18, муфти 19 і катків 12 приводить до руху робочий ротор 10 з феромагнітним наповнювачем 11, який обертається з постійною кутовою швидкістю w у напрямі, вказаному стрілкою (Фіг.1), від вхідного трубопроводу 6 до вихідних трубопроводів 8 і 9, проходячи через наскрізний отвір 3 кріостата 2. Пилоповітряна суміш, що підлягає очищенню, подається у вхідний трубопровід 6, проходить через феромагнітний наповнювач 11 робочого ротора 10 в зону сепарації, де магнітні або діамагнітні частки, наприклад, вугілля, не взаємодіють з елементами феромагнітного наповнювача, слідують через трубопровід 8 для виходу немагнітної фракції. Магнітні і парамагнітні частинки, наприклад, пірітна сірка, пуста порода і інші домішки, проходячи зону сепарації з найбільшою величиною магнітного поля, притягуються до елементів феромагнітного наповнювача 11, захоплюються й виносяться ротором 10 в зону розвантаження ротора від магнітної фракції, де магнітне поле практично відсутнє, і вилучаються потоком повітря, яке подається з трубопроводу 7. Далі по трубопроводу 9 магнітна фракція збирається в бункер для накопичення відходів збагачення. 9 Комп’ютерна верстка А. Рябко 88193 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601