BRPI0621821A2 - separador eletromagnético, e, método para separar partes ferromagnéticas - Google Patents

Abstract

SEPARADOR ELETROMAGNETICO, E, METODO PARA SEPARAR PARTES FERROMAGNETICAS Refere-se a invenção a um separador eletromagnético incluindo dois ou mais solenóides (6, 7) arranjados dentro de um tambor rotativo (1) e conectados a uma fonte de energia de corrente contínua (8) para gerar um campo magnético adequado para separar partes ferromagnéticas, em que a fonte de energia (8) provê uma corrente sendo substancialmente constante durante um ciclo de trabalho. A invenção também relaciona-se a um método de separação que podeser executado por meio do separador eletromagnético.

Description

"SEPARADOR ELETROMAGNÉTICO, Ε, MÉTODO PARA SEPARAR PARTES FERROMAGNÉTTCAS"

A presente invenção relaciona-se a um separador eletromagnéticoe um método de separação de materiais ferromagnéticos, e particularmente a umseparador e um método permitindo separar partes ferromagnéticas trituradascontendo cobre, assim reduzindo significativamente as operações manuais parasua separação de outras partes ferromagnéticas.

Nos processos de recuperação dos materiais derivando detrituração de veículos, também conhecido como "proler", as partesferromagnéticas sendo trituradas e separadas das não ferromagnéticas por umseparador eletromagnético podem ser reusadas vantajosamente para a produção deaço. No fluxo de material ferromagnético vindo deste separador, é importanteadicionalmente separar partes ferromagnéticas contendo cobre, tais como osrotores dos motores elétricos. Na realidade, como é conhecido, cobre polui o açofundido produtível de materiais ferromagnéticos triturados e por esse meio évantajoso que esteja presente em porcentagens sendo maiores que 0,15%.

Numerosos separadores eletromagnéticos e métodos de separaçãosão conhecidos, por exemplo provendo o uso de tambores eletromagnéticosrotativos arranjados na saída de um triturador a fim de separar partesferromagnéticas de partes não ferromagnéticas. Os tambores geralmente incluemuma carcaça giratória, dentro da qual um setor magnético, sendo fixo com respeitoao eixo de rotação do tambor, e um setor substancialmente não magnético estãopresentes. O campo magnético indutivo é gerado por meio de solenóidesconectados a uma fonte de energia e energizados com corrente contínua. Omaterial é carregado para o tambor por meio de um transportador, por exemplouma correia de transporte, um plano vibratório ou um deslizamento. Quando omaterial passa em correspondência ao tambor, as partes ferromagnéticas sãosujeitas ao campo magnético produzido pelo setor magnético do tambor e sãoatraídas sobre a superfície do tambor rotativo, enquanto as partes nãoferromagnéticas caem pelo seu próprio peso em uma zona de coleta de materiaisinertes. Durante a rotação, o material ferromagnético atraído sobre a superfície decilindro do tambor passa além do setor magnético e cai por gravidade em umazona de coleta diferente.

Exemplos de separadores eletromagnéticos do tipo acimamencionado estão ilustrados, por exemplo, no pedido de patente PCT publicadocomo WO 2005/120714 e nas patentes britânicas GB607682, GB100062 e GB152549.

Apesar dos numerosos tipos de construção e operação das plantasde separação, os processos de separação de partes ferromagnéticas por meio detambores eletromagnéticos não permitem fazer uma seleção entre partesferromagnéticas puras e partes ferromagnéticas contendo cobre. Portanto, oanterior deve ser separado manualmente com custos muito altos devido às grandesquantidades de material tratadas nas plantas de separação. Além disso, é bastantedifícil identificar cobre em pedaços triturados, como, devido à trituração, tem umacor substancialmente cinza e uniforme com a cor do material restante.

Outro problema dos processos de separação por meio deseparadores magnéticos está relacionado à temperatura. No curso de um ciclo detrabalho normal (8-16 horas), a potência absorvida tende a diminuir devido aefeito Joule. Na realidade, o fluxo de corrente elétrica gera calor com umapotência igual ao produto da diferença de potencial a seus terminais e aintensidade da corrente fluindo por isto. Desde que este fenômeno causa oaumento da resistência elétrica e a perda de energia nas linhas de transporte deeletricidade, a força magnetomotriz gerada pelos solenóides diminuiconsideravelmente com perdas conseqüentes de eficiência na coleta de materialferromagnético.

A patente norte-americana US4702825 descreve um magneto deelevado gradiente para um separador eletromagnético tendo uma bobina dematerial supercondutor. Uma fonte de força bipolar é provida para o magnetosupercondutor, de modo que o magneto é magnetizado e desmagnetizado numaforma de rampa rápida. A corrente aplicada à bobina é variada por umtransformador de corrente através de um divisor de corrente com base em umavoltagem ou tensão de controle de referência. De modo a evitar o problema doaquecimento, o separador é provido com um isolamento de calor compreendendovasos de hélio líquido e de nitrogênio líquido e uma câmara de vácuo.

Assim, o objetivo da presente invenção é prover um dispositivo deseparação de materiais ferromagnéticos sendo livre de tais desvantagens. Talobjetivo é alcançado por meio de um separador eletromagnético e um método deseparação, cujas características principais estão especificadas adiante.

Graças à escolha particular e colocação dos parâmetros deoperação dos solenóides de separador, é possível separar as partes ferromagnéticastendo uma porcentagem de cobre desprezível ou nula das partes ferromagnéticastendo uma porcentagem de cobre notável, bobinas de rotor em particular, a fim deexecutar operações manuais só neste fluxo de partes ferromagnéticas.

Adicionalmente, a escolha particular e colocação dos parâmetrosde operação permitem a estabilização do campo magnético e da forçamagnetomotriz, assim permitindo manter as condições de operação ótimas aolongo do ciclo de trabalho inteiro.

Além disso, o separador e o método de separação de acordo com apresente invenção permitem a atração de todos os tipos de partes ferromagnéticasformando o material triturado, incluindo aqueles tendo baixos fatores de forma,isto é, a relação entre altura e diâmetro de seção, tais como rotores, por exemplo.

Vantagens e características adicionais do dispositivo e do métodode separação de acordo com a presente invenção se tornarão evidentes àquelesqualificados na técnica da descrição detalhada seguinte de uma concretizaçãodisso, com referência à Figura 1 do desenho anexo, que mostra uma vista de seçãotransversal esquemática de um separador magnético de tambor.

A figura 1 mostra um separador eletromagnético incluindo umtambor 1 e um transportador 2 carregando o material a ser separado para o tambor.

O tambor 1 inclui uma carcaça cilíndrica 3 e é rotativa ao redor deseu eixo por meio de um motor e um acionamento de corrente, por exemplo. Nafigura 1, seta F indica um modo provável de rotação de tambor 1. A carcaçacilíndrica 3 é provida com uma pluralidade de perfis elevados 4, que sãoarranjados ao longo da direção longitudinal do tambor paralela a seu eixo eajudam a transportar o material ferromagnético atraído por tambor 1 na superfíciede carcaça 3 durante a rotação de tambor. Solenóides 6 e 7 estão arranjados dentrode câmara 5, contida pela carcaça cilíndrica 3 de tambor 1, ditos solenóidesestando conectados a uma fonte de energia de corrente contínua 8 arranjada forado tambor. Estes solenóides 6 e 7, sendo energizados com uma corrente contínua,geram um campo magnético capaz de atrair sobre tambor 1 as partesferromagnéticas formando o material carregado por transportador 2, incluindoaqueles tendo baixos fatores de forma, igual a 2,5 por exemplo. O pólo norte N docampo magnético gerado por solenóides 6 e 7 está perto da extremidade detransportador 2, a uma distância Δ disto incluída entre 10 e 30 cm. O pólo sul Sestá orientado substancialmente perpendicular com respeito ao pólo norte N aolongo da direção de rotação de tambor 1. Portanto, solenóides 6 e 7 definem emcâmara 5 de tambor 1 um setor magnético incluído entre 150° e 180° arranjado emfrente a tambor 1, isto é, perto de transportador 2, e um setor substancialmente nãomagnético incluído entre 180° e 210° arranjado atrás de tambor 1, isto é, longe detransportador 2.

O material carregado para o tambor 1 por meio de transportador 2é separado e coletado em duas zonas AeB arranjadas atrás de tambor 1, debaixodo setor não magnético, e em frente a isto, debaixo da extremidade detransportador 2, respectivamente. As partes de material ferromagnético com umaporcentagem mais baixa de cobre, indicada na figura por meio de um asterisco,aderem à carcaça 3 de tambor 1 e são coletadas em zona A, enquanto as partes dematerial não ferromagnético e/ou material ferromagnético com uma porcentagemmais alta de cobre, indicada na figura por uma elipse, são descarregadasdiretamente em zona B por transportador 2. A fim de deixar uma parte feita dematerial ferromagnético ser atraída pelo campo magnético de tambor 1, uma forçamagnetomotriz específica, ou uma força para volume de unidade, mais alta do queo peso específico médio de aço, substancialmente igual a 78,5 N/dm3, deve sergerada.

As partes de material ferromagnético caracterizadas por um conteúdoadicional de cobre têm, pelo contrário, um peso específico mais alto, dependendoda porcentagem de peso de cobre adicionado. Portanto, em fator de forma igual, afim de selecionar efetivamente partes ferromagnéticas puras sem atrair aquelascontendo cobre, é necessário que a força de atração gerada pela forçamagnetomotriz específica seja mais alta do que o peso específico médio de aço,porém mais baixo do que o peso específico das partes ferromagnéticas contendocobre.

Na realidade, as partes ferromagnéticas tendo uma porcentagem mais baixade cobre serão assim atraídas pelo campo magnético gerado por solenóides 6 e 7 eentão separadas, enquanto aquelas com uma porcentagem mais alta de cobrepermanecerão juntas com as partes não ferromagnéticas que são geralmente umaquantidade desprezível como elas já foram separadas por outro separadorcolocado a montante.

Como explicado acima, está claro que os valores da força deatração, isto é, os valores do campo magnético e seu gradiente, devem seridentificados fixados precisamente. A fim de identificar tais parâmetros, osinventores executaram uma intensa pesquisa e atividade de experimentação. Porexemplo, no caso bastante freqüente que o material triturado saindo de umtriturador contém rotores, a porcentagem de cobre das partes ferromagnéticas quenão devem ser atraídas pelo campo magnético gerado por solenóides 6 e 7 estáincluída tipicamente entre 12% e 20% por peso. O peso específico das amostras derotor contendo cobre está por esse meio incluído entre 87,9 N/dm3 (12% de cobre)e 94,2 N/dm3 (20% de cobre). Os inventores acharam que os valores deintensidade de campo magnético e gradiente de campo sendo efetivos para aseparação das partes ferromagnéticas só são, neste caso, iguais a 47750 ±5% A/mpara a intensidade de campo magnético e igual a 1750 ±5% A/m para o gradiente,respectivamente, assim gerando uma força de atração específica incluída entre 80e 81 N/dm3. Na realidade, uma tal força específica é mais alta do que o pesoespecífico de ferro e mais baixa do que o peso específico das partesferromagnéticas contendo cobre.

A gama dos valores da força de atração específica adequada paraselecionar as partes ferromagnéticas das não ferromagnéticas e/ou as contendouma porcentagem de peso considerável de cobre é bastante estreita, de forma queé muito importante que os desempenhos do sistema sejam constantes ao longo dociclo de trabalho inteiro do tambor eletromagnético. A fim de manter constante osdesempenhos de sistemas ao longo do ciclo de trabalho inteiro de um tamboreletromagnético, é necessário manter constante a força magnetomotriz gerada pormeio do circuito eletromagnético.

A força magnetomotriz produzida pelas bobinasdos solenóides é o produto da corrente e o número de espiras, de forma que,energizando os solenóides 6 e 7 com uma corrente substancialmente constante, épossível manter a força magnetomotriz substancialmente constante. Além disso, épossível escolher e fixar adequadamente os valores de corrente para obter osvalores mais efetivos da força de atração a fim de aumentar a eficiência doprocesso de separação. A fim de manter substancialmente constante a correnteprovida, a fonte de energia 8 regula a tensão de fonte. Conseqüentemente, apotência absorvida pelo sistema variará proporcionalmente ao produto de tensão ecorrente.

A fim de minimizar os problemas de perda de eficiência deoperação devido ao efeito Joule, os solenóides 6 e 7 são providos com condutorestendo uma grande seção transversal. Isto permite obter baixos valores dedensidade de corrente elétrica e por esse meio minimizar os aumentos deresistência elétrica devido ao efeito Joule durante o ciclo de trabalho. Valoresadequados da área de seção transversal dos condutores usados para a fabricaçãodos solenóides estão incluídos entre 70 e 80 mm2, por exemplo. Valoresadequados de densidade de corrente elétrica estão incluídos entre 0,2 e 0,7 A/mm ,por exemplo, e preferivelmente incluídos entre 0,45 e 0,5 A/mm . Ainda noobjetivo para minimizar dissipação de energia devido ao efeito Joule, foi escolhidooperar solenóides 6 e 7 a potências sendo muito mais baixas que aquelas dosseparadores eletromagnéticos da técnica anterior. Valores de potência adequadosestão por exemplo incluídos entre 4 e 6 kW, estando incluídos entre 25% e 40%da potência dos separadores da técnica anterior. Portanto, em estrutura igual desolenóides 6 e 7, haverá uma maior massa para cada kW de potência absorvida.

Em particular, a massa de um solenóide 6 ou 7 para cada kW de potênciaabsorvida é mais alta que 200 kg/kW e preferivelmente incluída entre 380 e 500kg/kW.

Comparando a operação da planta a uma tensão constante, isto é,de acordo com a técnica anterior, com a operação a uma corrente constante, isto é,de acordo com a presente invenção, é notado que ao longo do ciclo de trabalho auma tensão constante, por exemplo a 230V, o aumento de resistência elétricadevido ao efeito Joule resulta em uma diminuição da corrente absorvida durante ociclo (I = V/R), por exemplo de 69,5 para 42 A. Conseqüentemente, potência (W= V.I) e densidade de corrente (δ = I/área de seção transversal de condutor) sãoreduzidas, por exemplo de 16000 a 9600 W e de 0,919 a 0,604 A/mm2,respectivamente. A força magnetomotriz (F = números de espiras . I) gerada pelocampo magnético é reduzida, por exemplo de 163230 ampère-espira para 98642ampère-espira, com uma perda de capacidade de atração de realmente 39,6% e aperda de desempenho conseqüente do separador.

Na operação a uma corrente constante, por exemplo a 35 A, deacordo com a presente invenção, a tensão é aumentada proporcionalmente aoaumento de resistência elétrica devido ao efeito de Joule (V = R.I), por exemplode 115 para 175 V. Conseqüentemente, a potência aumenta (W = V.I), porexemplo de 4000 para 6125 W, no curso do ciclo. Como resultado, a constânciasignificativa dos resultados atuais na constância significativa da densidade decorrente (δ = I/área de seção transversal do condutor), que está incluída, porexemplo, entre 0,45 e 0,5 A/mm2 com condutores tendo uma seção transversalincluída entre 70 e 80 mm , e, em particular, a constância significativa da forçamagnetomotriz (F = número de espiras . I), por exemplo igual a 82200 A porespira para a duração inteira do ciclo.

O separador eletromagnético de acordo com a presente invençãopermite estabilizar a força eletromagnética e, por esse meio, manter uma tal forçadentro da gama estreita de valores adequados para obter a separaçãosubstancialmente das partes material ferromagnético durante o ciclo de trabalhointeiro. A eficiência de separação é assim aumentada notavelmente.

Possíveis variações e/ou adições podem ser feitas por aquelesqualificados na técnica à concretização da invenção descrita e ilustradaanteriormente, enquanto permanecendo dentro da extensão das reivindicaçõesseguintes.

Claims (10)

1. Separador eletromagnético incluindo dois ou mais solenóides(6, 7) arranjados dentro de um tambor rotativo (1) e conectados a uma fonte deenergia de corrente contínua (8) para gerar um campo magnético adequado paraseparar partes ferromagnéticas, caracterizado pelo fato de que a fonte de energia(8) provê os solenóides (6, 7) com uma corrente substancialmente constantedurante um ciclo de trabalho do separador com uma tensão aumentando durante omesmo ciclo.

2. Separador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a fonte de energia (8) provê os solenóides (6, 7) com uma tensão queaumenta proporcionalmente ao aumento da resistência elétrica dos solenóides (6,-7) devido ao efeito Joule.

3. Separador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou-2, caracterizado pelo fato de que os solenóides (6, 7) têm uma massa por potênciaabsorvida unitária maior que 200 kg/kW.

4. Separador de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato de que os solenóides (6, 7) têm uma massa por potência absorvida unitáriaentre 380 e 500 kg/kW.

5. Separador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-4, caracterizado pelo fato de que os solenóides (6, 7) têm uma densidade decorrente entre 0,2 e 0,7 A/mm .

6. Separador de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelofato de que a densidade de corrente está entre 0,45 e 0,5 A/mm .

7. Separador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-6, caracterizado pelo fato de que a força magnetomotriz resultando do campomagnético gerado pelos solenóides (6, 7) é substancialmente constante durante ociclo de trabalho.

8. Método para separar partes ferromagnéticas, compreendendo asseguintes etapas operacionais de:transportar as partes ferromagnéticas por meio de umtransportador (2);arranjar um separador eletromagnético, provido com um tamborrotativo (1), na extremidade do transportador (2);gerar um campo magnético provendo corrente contínua asolenóides (6, 7) inseridos no tambor (1); e,girar o tambor (1),caracterizado pelo fato de se prover os solenóides (6, 7) com umacorrente substancialmente constante durante um ciclo de trabalho do separadorcom uma tensão aumentando durante o mesmo ciclo.

9. Método de separação de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que a tensão provida aos solenóides (6, 7) é aumentadaproporcionalmente ao aumento da resistência elétrica dos solenóides (6, 7) devidoao efeito Joule.

10. Método de separação de acordo com qualquer uma dasreivindicações 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que a força magnetomotrizresultando do campo magnético é substancialmente constante durante o ciclo detrabalho.