Устройства электродинамической сепарации для обработки лома и отходов цветных металлов

Интенсивное развитие вторичной цветной металлургии обусловливает необходимость разработки и создания для нее технологического оборудования, и прежде всего оборудования для первичной обработки металлолома при подготовке его к металлургическому переделу [1,2]. Например, одной из важных подготовительных операций, требующих механизации, является сортировка металлолома, в ходе которой решаются следующие задачи:

• сортировка лома цветных металлов по сортам, в том числе сплавов, отличающихся только содержанием легирующих добавок;
• очистка металлолома от неметаллических включений;
• cортировка лома по крупности (например, отделение кускового лома от стружки);
• отделение металлических фракций от неметаллических при обработке лома и отходов электро- и радиотехнической промышленности (кабельного лома, отходов электролампового производства, фольгированных пластиков, электронного лома и т. п.).

Сортировка цветного металлолома по сортам и крупности способствует повышению качества выплавляемых из вторичных металлов сплавов, уменьшению потерь легирующих добавок, снижению потерь основного металла, которые при плавке несортированного лома достигают 20 %. Благодаря очистке металлолома от неметаллических включений (в первую очередь от электроизоляционных материалов) значительно улучшаются экологические показатели металлургических агрегатов, снижаются длительность и энергоемкость металлургических процессов.

Существенным резервом вторичной цветной металлургии является возможность вовлечения в переработку металлолома, содержащегося в смешанных отходах производства и потребления (прежде всего в твердых бытовых отходах). Например, по данным [I], более 60 % безвозвратно теряемых лома и отходов алюминия приходится на металл, содержащийся в твердых бытовых отходах. Задача создания оборудования для извлечения цветных металлов из твердых металлосодержащих отходов актуальна и потому, что отделение металлов - необходимое условие как для реализации любой технологии последующей переработки отходов, так и для полезного использования продуктов такой переработки [З].

С целью решения указанных технологических задач в мировой практике используются электродинамические сепараторы, работа которых основана на взаимодействии магнитного поля индукторов с вихревыми токами, наведенными им в металлических предметах [3, 4]. Наиболее часто применяются электродинамические сепараторы с бегущим магнитным полем, создаваемым трехфазными линейными индукторами, либо с перемещаемыми магнитами (электромагнитами). К сожалению, в нашей стране до настоящего времени при осуществлении рассматриваемых операций преобладает малоэффективный ручной труд.

Учитывая вышеуказанное, АО "Уралэнергоцветмет" при научно-техническом содействии Уральского государственного технического университета с середины 90-х годов ведет разработку и создание установок электродинамической сепарации, использующих бегущее магнитное поле. При изготовлении трехфазных линейных индукторов пригодился 20-летний опыт создания линейных асинхронных двигателей для электроприводов перемешивающих устройств, накопленный в АО "Уралэнергоцветмет".

К настоящему времени создано несколько промышленных установок электродинамической сепарации для теплоэнергетического комплекса Пятигорска и мусороперерабатывающих заводов Москвы. Сепаратор, предназначенный для Пятигорского теплоэнергетического комплекса, служит для извлечения металлических предметов из золошлаковых отходов на выходе мусоросжигательной печи. Очищенная золошлаковая смесь реализуется как сырье для промышленности строительных материалов. Сепараторы типа КМ-203М, изготовленные для мусороперерабатывающих заводов Москвы, предполагается использовать для извлечения лома цветных металлов из твердых бытовых отходов на технологических линиях их предварительной сортировки.

Индукторы рассматриваемых сепараторов устанавливаются под конвейерной лентой, переносящей разделяемые материалы. Частицы, попадающие в зону действия бегущего магнитного поля, созданного трехфазным линейным индуктором, перемещаются за пределы конвейерной ленты в сторону этого поля. Сила, действующая на проводящий предмет, определяется из следующего выражения [3, 5]:

(1) 
где B," - амплитуда бегущей составляющей магнитной индукции, Тл; / - частота бегущего магнитного поля, Гц; у - удельная электропроводность предмета. Ом o м; А и а - его толщина и ширина, мм; т - полюсное деление, мм;
kp - коэффициент, учитывающий ограниченность размеров вторичного элемента (извлекаемого предмета). 

Из выражения (1) видно, что повысить эффективность сепарации можно прежде всего путем изменения амплитуды и частоты магнитного поля.

Схема и основные конструктивные элементы установки электродинамической сепарации показаны на рис. 1, где приняты следующие обозначения: 1 - индуктор бегущего магнитного поля; 2 - несущая рама; 3 - защитный кожух; 4 - защитная крышка; 5 - встроенная панель выводных концов; 6 - штуцер кабельного ввода; 7 - воздуховод; 8 - элементы для подъема и монтажа. В состав установки входят трехфазные линейные индукторы, система принудительного воздушного охлаждения, конденсаторные батареи для компенсации реактивной энергии и шкаф управления сепаратором. На рис. 2 показана установка, подготовленная к испытаниям.

Питание сепараторов осуществляется от стандартной сети трехфазного тока (380 В, 50 Гц). Потребляемая мощность - не более 40 кВ o А, активная - не более 10 кВт. Производительность установок - 7-8 т/ч (при ширине ленты конвейера 1 м). Сепаратор обеспечивает извлечение из отходов до 80 % алюминия. При производительности мусороперерабатывающего завода 500 тыс. м (около 100 тыс. т) отходов в год с помощью электродинамической сепарации можно получать до 500 т алюминия. Отметим, что созданные сепараторы по своим технико-экономическим показателям превосходят все известные аналогичные установки, применявшиеся в странах СНГ до настоящего времени. 

Промышленные испытания показали, что сепараторы типа КМ-203М надежно извлекают металлические предметы крупностью более 40 мм. Основные потери металла приходятся на мелкую фракцию (до 40 мм). Эти данные в целом соответствуют зарубежному опыту. При необходимости эффективность электродинамической сепарации может быть повышена. Например, в случае разделения отходов по крупности на два потока (с размерами частиц до и выше 50 мм) процент извлечения металла может быть увеличен до 90 - 95 % путем установки дополнительного сепаратора, специально спроектированного для переработки мелкой фракции.

В настоящее время выполняются научные и опытно-конструкторские работы, направленные на повышение эффективности электродинамических сепараторов и совершенствование технологий и установок для конкретных технологических задач. В частности, разработаны математическая модель и методика расчета электромагнитных процессов, позволяющие оптимизировать основные геометрические размеры индукторов и частоту бегущего магнитного поля [5, б]. 

В результате исследований определены оптимальные частоты бегущего магнитного поля для металлических частиц и предметов, отличающихся электропроводностью и крупностью. На основе полученных данных создаются установки с регулируемой частотой поля, имеющие широкие технологические возможности. Повышение эффективности электродинамических сепараторов возможно также путем увеличения индукции магнитного поля в рабочей зоне, однако использование данного способа ограничивается предельно допустимыми тепловыми нагрузками индукторов. Поэтому большое значение уделяется исследованиям способов снижения потерь мощности в индукторах (особенно работающих на повышенных частотах), а также оптимизации системы охлаждения сепараторов.

Учет факторов, влияющих на эффективность работы электродинамических сепараторов, позволяет создавать установки с оптимальными технологическими параметрами.

Список литературы

1. Колобов Г. А., Бредихин В. Н., Чернобаев В. М.
Сбор и обработка вторичного сырья цветных металлов. - М.: Металлургия, 1993.
2. Аракчеев М. Д, Проблемы научно-технического прогресса во вторичной цветной металлургии. - Цветная металлургия, 1993, № 5.
3. Коняев А. Ю., Юрченко М. В. Электродинамические сепараторы для извлечения цветных металлов из твердых отходов. - Промышленная энергетика, 1992, № 10.
4. Абросимов А. С., Бондаренко Ю. А., Фролов А. П. Подготовка отходов цветных металлов к металлургическому переделу (зарубежный опыт). - Цветные металлы, 1989, №8.
5. Коняев А. Ю., Назаров С. Л. Особенности расчета электродинамических сепараторов с бегущим магнитным полем. - Электротехника, 1995, № 10.
6. Коняев А. Ю., Назаров С. Л. Исследование характеристик электродинамических сепараторов на основе двумерной модели. - Электротехника, 1998, №5.