Использование магнитов для устранения железосодержащих примесей в промышленном оборудовании началось в 1940-х годах как попытка помочь фермерам удалить частицы железа из желобов для зерна. Сегодня в производстве пластмасс и прочих областях промышленности железосодержащие примеси могут повредить оборудование и привести к созданию изделий плохого качества, которые либо попадут в категорию брака, либо будут проданы гораздо дешевле. Загрязнение металлом может произойти по разным причинам. Загружаемый материал может содержать нежелательные примеси, попавшие в него в процессе транспортировки в цистерне или вагоне. Источником загрязнения может быть и сам цех, поскольку в нем перерабатывают материал, производят полировку, дробление или шлифовку. Рабочие в цехе могут случайно уронить металлический предмет в контейнер или поток материала.
Проблемы, вызванные присутствием металлических частиц, могут быть сведены к минимуму благодаря использованию магнитных улавливателей. Магнитные улавливатели имеют большое количество вариантов конструкций, позволяющих удалять гвозди, ржавчину, отложения, болты, сварочные стержни или прочие частицы из твердых или жидких материалов. В этой статье мы также коротко рассмотрим, как подобрать оборудование для улавливания цветных металлов.
Выбор правильного магнитного улавливателя требует понимания магнитных свойств, производственного процесса, характеристик окружающей среды в каждом конкретном случае. Мы рекомендуем производственникам обращаться за консультацией к поставщикам магнитных улавливателей.
Материалы для постоянных магнитов
Материал, из которого сделан конкретный магнит, обычно зависит от того, какой метод используется для создания магнитного поля внутри улавливателя – прессование или литье. Этот материал может быть нарезан и уложен линейно, тогда как другой материал создает магнитную цепь. В зависимости от того, какой эффект нужен в итоге, цепь может излучать плоское широкое магнитное поле, глубокое узкое поле или что-то среднее между ними. Вот почему часто бывает сложно сравнить конкурирующий товар, сделанный из похожих материалов. Как только цепь собрана, ее обычно помещают в корпус из нержавеющей стали, чтобы защитить магнит от механических повреждений, износа, связанного с движением материала, или от примесей в материале.
Начиная с 1940-х годов, когда впервые был создан постоянный магнитный улавливатель, произошли значительные изменения в используемых материалах. Ниже перечислены основные материалы для постоянных магнитов, применяемые последние 60 лет:
- Альнико: один из самых первых материалов, используемых для отделения железосодержащих примесей. Альнико магниты отливаются из алюминия, никеля, кобальта и железа. Обычно они легко узнаваемы по своей форме – подковы. Несмотря на то, что на сегодняшний день они используются редко, поскольку есть более экономичные варианты, альнико магниты все еще применяются иногда в средах, где температура может достигать значения свыше 400˚F (204˚C). Этот материал сопоставим по прочности с керамикой и используется для удаления относительно больших кусков железа, таких как гайки или болты.
- Керамика: в 1960-х – начале 1980-х годов для производства постоянных магнитных улавливателей использовалось прессование ферримагнитной керамики. С керамической штамповкой легко работать, потому что ее можно резать в любых направлениях, собирать в цепь и затем использовать как комплектный узел. Металлокерамические цепи лучше всего показывают себя при удалении относительно больших железных частиц.
- Редкоземельный металл: термин «редкоземельный» используется ошибочно. Этот магнитный материал заимствовал свое название не от слова «редкий», а от слова «земля», потому что частично он изготавливается из 14 лантаноидов периодической таблицы, которые занимают номера от 57 до 71. Они известны как редкоземельные элементы.
Самариево-кобальтовый сплав был впервые использован в начале 1980-х. Следующим материалом на рынке стал неодим. Сегодня магнитные цепи из редкоземельных материалов в 10 раз мощнее, чем металлокерамические цепи, и на 50-66% мощнее своих первых версий. Они обладают чрезвычайно большой поверхностной силой, что позволяет улавливать из потока материала очень мелкие железные частицы или примеси с очень малым содержанием железа, такие как ржавчина, отложения или даже наклепанная сталь. Высокомощные редкоземельные улавливатели используются в сфере переработки пластмасс, там, где требуется высокий уровень чистоты материала.
Условия применения
Ниже перечислены некоторые факторы, которые нужно иметь в виду при выборе магнитного улавливателя:
- Температура: постоянные магниты теряют силу, когда подвергаются воздействию высоких температур. Некоторые потери обратимы, т.е. при снижении температуры до нормальных значений магнитная сила возвращается. Постоянные магниты, нагретые выше определенных температур (какая именно температура – зависит от материала), могут также терять силу необратимо – она не восстанавливается при охлаждении. При определении условий применения магнита важно учитывать внешние условия, а также температуру очистки на месте (СИП-мойки), чтобы выбрать правильную форму магнита и сохранять магнитные свойства в течение длительного времени.
- Скорость движения материала: магнитный улавливатель лучше всего делает свою работу, когда примесь попадает на его поверхность. Лучше всего выбирать такую форму магнитного улавливателя, которая имеет небольшую толщину покрытия над или под магнитом, что увеличивает возможности магнита по улавливанию железистых примесей.
- Свойства движения материала: разный материал демонстрирует разные свойства движения при набирании влаги. Есть ли в материале крупные частицы, которые могут заблокировать отверстия в улавливателе? Будет ли материал свободно проходить через выбранный улавливатель? Например, коричневый сахар даже при небольшом количестве влаги не сможет пройти между трубок магнитной решетки, даже если между ними будет расстояние в 1 дюйм.
- Процесс переработки: в каком виде материал будет попадать на улавливатель? Материал дозируется автоматически или поток направляется вручную? Можно ли остановить систему для очистки или требуется самоочищающийся магнит? Есть ли доступ для проведения очистки? Есть ли черные металлы в радиусе действия магнита, которые могут препятствовать работе улавливателя? Какое количество примесей необходимо убрать? И, наконец, какая чистота материала требуется на выходе?
Типы материала
Оценка материала, который будет перерабатываться, - это ключевой этап при выборе магнитного улавливателя. Традиционно материалы делятся на 3 категории: сухие, влажные и жидкие. Внутри каждой категории находится большое количество подвидов материала – отличающихся, например, по размеру частиц или по вязкости.
Сухой, свободной движущийся, гранулированный материал: если частицы материала имеют малый размер и свободно проходят через магнит, улавливатель в виде решетки будет оптимальным выбором, так как обеспечивает прямой контакт между магнитом и примесями. Решетки хорошо подходят для вертикально движущегося материала, тогда как плоские магниты работают лучше, если материал двигается вниз по желобу. Данные виды улавливателей требуют возможности остановки подачи материала для очистки магнита от собранных железистых частиц.
Для свободно падающего материала подходит магнитная плита или картриджи с радиальным полем. Данные виды улавливателей также требуют приостановки движения материала для очистки.
Барабанные, валиковые и подвесные сепараторы обеспечивают непрерывный автоматический процесс удерживания металлических включений без необходимости останавливать поток и требуют минимальной очистки.
Сухой материал с вероятностью образования закупорок: решетчатые магниты хорошо справляются с удержанием мелких металлических частиц, но они не могут выполнять свои функции, если материал не проходит свободно между магнитными стержнями. Плоские магниты не препятствуют прохождению потока, если они установлены под наклонным желобом.
Магнитная плита выполняет свои функции только если материал свободно падает или подается по наклонному желобу почти в свободном падении. Подвесные и валиковые магниты также работают хорошо, если материал подается конвейером или вибропитателем.
Жидкий или полужидкий материал: материал, находящийся в жидком или полужидком состоянии требует магнитной ловушки. Ловушки могут быть в форме решетки или плоские. Многие ловушки похожи на магнитные решетки в литом корпусе и устанавливаются перпендикулярно потоку для улавливания металлических включений. Подковообразная ловушка использует плоский магнит в плоском корпусе, чтобы минимизировать повреждения проходящего через нее материала. Она идеально подходит для комковатого материала.
Плоский магнит (магнитная плита)
Плоские магниты крепятся в нижней части наклонного желоба или подвешиваются над конвейером или вибропитателем, подающим материал тонким слоем, чтобы устранять случайные кусочки металла.
Некоторые керамические магниты хорошо улавливают относительно крупные металлические включения, такие как гайки, болты, скрепки, сварочные стержни, из сухого материала. Редкоземельные магниты лучше захватывают мелкие или слабомагнитные включения, такие как ржавчина или отложения.
При стандартном расположении желоба металлические включения притягиваются к поверхности магнита во время движения материала по магниту. Магнитное поле притягивает и удерживает железосодержащие частицы до тех пор, пока плита не будет снята для очистки. Магнит обычно висит на петлях, отводится от желоба и очищается вручную.
Улавливатели с круглыми трубками по факту являются плоскими магнитами с установленными переходниками от круглых трубок к прямоугольному корпусу, в котором находится плоский магнит. Данный тип улавливателей состоит из переходника, подходящего к трубкам, резинового дефлектора, направляющего материал к плоскому магниту, и переходника на желоб. Поток материала должен быть остановлен для очистки плоского магнита от металлических частиц.
Магнитные плиты по конструкции похожи на улавливатели с круглыми трубками, однако в них находятся два плоских магнита вместо одного. Дополнительный магнит удваивает шанс уловить железосодержащие частицы. Плита имеет изогнутый желоб, который позволяет материалу падать каскадом с одного магнита на другой по мере движения по желобу. Такие магнитные плиты могут применяться в оборудовании, работающем под давлением, в вертикальных или горизонтальных пневматических установках. Необходимо остановить подачу материала для очистки каждого из магнитов. Можно применять самоочищающиеся магниты для того, чтобы вытащить плоский магнит из потока материала и устройство, автоматически очищающее магнит от собранных примесей.
Магнитные колонки тоже представляют из себя цепь плита-магнит, но помещенную в вертикальный корпус. Они показывают себя хорошо при работе с липким материалом, который затрудненно двигается по наклонному желобу или в случаях, когда высота желоба минимальна. Два больших магнита зафиксированы на противоположных сторонах корпуса из нержавеющей стали. Они притягивают металлические включения по мере движения материала. Магнитная цепь сформирована так, что она проникает глубоко в материал, что делает данный тип улавливателей очень эффективным при удалении крупных, комковатых загрязнений.
Магнитные решетки
Магнитные решетки состоят из магнитных стержней диаметром 1 дюйм. Благодаря форме решетки подаваемый материал проходит между стержнями, магнитное поле равномерно распределяется по площади сечения трубы, желоба или бункера. Как и в случае с плоскими магнитами, керамические магниты более эффективны при улавливании относительно крупных частиц, таких как гайки, болты или скобы, тогда как редкоземельные модели лучше удаляют мелкие или слабомагнитные включения, например, ржавчину и отложения.
Магнитные решетки имеют большое количество вариантов конструкции, подходящих под практически любые нужды. Самый простой вариант – однослойная магнитная решетка, которая устанавливается внутри бункера, таким образом, материал проходит через нее одновременно с прохождением бункера. Многослойные решетки имеют большую эффективность. В некоторых случаях достаточно одного ряда магнитов, объединенных в корпус в форме решетки. В зависимости от требуемой мощности корпуса могут иметь один или несколько рядов решеток со стержнями, расположенными ступенчато. Такой тип обычно используется в вертикальных желобах со свободно падающим материалом.
Улавливатели в форме решеток могут иметь стандартные решетки, которые вручную вынимаются из корпуса для очистки, либо специальные решетки, которые имеют конструкцию, позволяющую очищать стержни от металлического мусора без физического контакта с магнитом. Вращающиеся магниты используют с материалами, склонными к комкованию. Существуют также самоочищающиеся модели, где очистка происходит автоматически.
Магниты для пневматических линий
Картриджи с радиальным полем идеально подходят для пневматических линий, где материал обычно подается с воздухом из кузова грузовика или вагона. Устройство спроектировано так, чтобы подключаться к имеющейся трубе, а затем через переходник соединяться с трубой большего диаметра, внутри которой находится встроенный магнит. Железосодержащие частицы собираются магнитом по мере прохождения материала.
Роликовые и барабанные магниты
Роликовые сепараторы заменяют стандартные ролики конвейера и превращают конвейер в самоочищающийся магнитный улавливатель. Материал проходит через ролик и падает по естественной траектории, магниты отсеивают крупные металлические включения из партии материала. Затем эти включения сбрасываются с обратной стороны валика.
Существует специальная разновидность системы этого типа, предназначенная для разделения многослойного или многокомпонентного вторичного сырья. Магнитная присадка добавляется в один из видов сырья, так же как обычно туда добавляется краситель. Когда вторичка проходит через магнитный редкоземельный ролик, сырье с магнитной добавкой отделяется от материала другого вида. Таким образом, оба вида сырья перерабатываются с минимальным загрязнением.
Барабанные магниты являются самоочищающимися, они удаляют железосодержащие частицы из материала без остановки. Магниты зафиксированы внутри корпуса из нержавеющей стали. Барабан вращается вокруг магнита, пропуская материал через магнитное поле. Очищенный материал каскадом проходит по поверхности барабана, тогда как металлические включения притягиваются к барабану и падают на дно корпуса. Так же как магнитные плиты и магнитные решетки, барабанные сепараторы, использующие цепи из керамических магнитов, хорошо удаляют крупные частицы из сухого сырья, тогда как барабанные улавливатели с редкоземельными магнитами больше подходят для улавливания мелких или слабомагнитных частиц.
Сепараторы цветных металлов
В основе вихревых сепараторов лежит другой принцип магнитного улавливания: они «отталкивают» цветные металлы. Эти мощные сепараторы выталкивают включения из цветных металлов из потока, в то время как остальной материал продолжает движение. Вихревые сепараторы используют высокоскоростные высокопроизводительные редкоземельные магнитные роторы. Конфигурация таких сепараторов может быть различной. Она может включать вибротранспортер, настраиваемый разделитель, высокоскоростной конвейер и даже подвесные магниты для черных металлов, которые тоже могут присутствовать в материале.
Существуют также разные виды сепараторов для всех видов металла. Они распознают алюминий, медь, латунь, мягкую сталь, нержавеющую сталь и прочие металлы (магнитные и немагнитные) и используют различные механизмы для улавливания. Они используют определенным образом расположенные передатчики и приемные катушки (они могут быть объединены в одно устройство), которые охватывают весь поток материала. Передатчики создают низкочастотное магнитное поле, в которое присутствующие металлические частицы вносят помехи, что приводит к поглощению части энергии, излучаемой вихревым током в металлах. Приемные катушки улавливают эти изменения в поле и запускают определенный механизм улавливания этих частиц.
Один вариант установки – прямо над горловиной экструдера или термопластавтомата с пневматическим желобом и отводящим соплом для удаления металлических примесей. Этот тип больше подходит для первичного материала с содержанием вторички не более 15%.
Другой вариант установки – на конвейерную линию для улавливания частиц из свободно падающего материала. Высокочувствительные приемники могут обнаружить металл, даже если он находится внутри пластиковой гранулы. Конвейеры с сепараторами могут быть использованы для защиты шредеров и дробилок от металлических включений в загружаемом сырье.
