1512

та в ЛИМ сепараторов. Адекватность математической модели, предложенной в работе [6], неоднократно подтверждалась экспериментами.

Представляет интерес сопоставление расчетов по одномерной модели

сучетом поперечного эффекта во ВЭ

спомощью коэффициента kпоп по формуле (7) и расчетов по двухмерной модели. Пример такого сопоставления показан на рис. 4. Для общности оценок параметры приведены в относительных единицах. За базовое значение усилия принято электромагнитное усилие по формуле (2) при значении kF = 1.

Рис. 4. Сравнение расчетов ЛИМ с коротким ВЭ по двухмерной (сплошные линии) и одномерной (пунктир) моделям

Можно отметить хорошее совпадение результатов расчетов в области небольших размеров ВЭ (b < 0,5τ), особенно при малой электромагнитной добротности. Это подтверждает возможность использования при расчетах ЛИМ сепараторов в указанной области параметров коэффициента поперечного эффекта по выражению (7). Как отмечалось ранее, при значениях b > 0,5τ конфигурация вторичных токов уже не может быть представлена одним контуром и использование коэффициента kпоп по выражению (7) приводит к ошибкам в расчетах.

Таким образом, выполненные исследования позволили выявить основные особенности ЛИМ для сепарации измельченных металлосодержащих отходов:

–целесообразность создания ЛИМ с малой электромагнитной добротностью (ε < 1) для обеспечения селективности разделения различных металлов и сплавов;

–возможность представления конфигурации вторичных токов в виде одного контура и использования для учета поперечного краевого эффекта коэффициента kпоп по формуле (7);

–необходимость учета неравномер-

ности распределения магнитного поля в активной зоне сепаратора, в частности обусловленной первичным краевым эффектом в ЛИМ.

Наиболее полный учет указанных особенностей при расчете рассматриваемых ЛИМ возможен при использовании новой версии программного пакета Elcut-5.5, в которой расчет магнитного поля в рамках двухмерного подхода дополняется возможностью учета распределения вторичных токов с помощью цепной схемы, получаемой при разбиении ВЭ на ряд участков. При определении электрического сопротивления таких участков в случае малых размеров ВЭ можно использовать коэффициент kпоп по выражению (7). На рис. 5 показан пример расчета с помощью пакета Elcut- 5.5 распределения электромагнитного усилия по длине двухполюсной ЛИМ, характеризующейся существенной неравномерностью магнитного поля. Лабораторный образец сепаратора на основе двухсторонней ЛИМ имел полюсное деление τ = 52,5 мм, ширину индуктора Lи = 56 мм и воздушный зазор δ = 18 мм. В качестве вторичного элемента использованы алюминиевые пластины с разме-

рами 25×25×5 мм.

Одной из актуальных экологоэкономических задач является утилизация твердых металлосодержащих отходов. Извлечение металлов из таких отходов позволяет получить относительно дешевое сырье для вторичной металлургии и создает предпосылки для полезного использования остальных компонентов отходов. Наиболее быстрорастущей составляющей твердых отходов, содержащих цветные металлы, являются отходы электро- и радиотехники: электронный лом (отслужившие свой срок компьютеры, телефоны, радиотехнические изделия, электронные блоки электротехнических установок), кабельный и проводниковый лом, отходы производства электро- и радиотехнических изделий, отходы электролампового производства и т.д. Такие отходы представляют собой многокомпонентные смеси

различных металлов (медь, алюминий, железо, золото, серебро и др.) и изоляционных материалов (пластмассы, резина, стекло, керамика) [4, 5, 7, 8]. Следует отметить, что существующие технологии переработки электронного лома прежде всего нацелены на извлечение драгоценных металлов. Вместе с тем селективное извлечение сопутствующих металлов (медь, алюминий, железо, олово) не только возвращает эти металлы в хозяйственный оборот, но и способствует более полному и экономичному извлечению драгоценных металлов [4, 5].

Электронный лом характеризуются тем, что в большинстве случаев материалы содержатся в нем в виде сростков. Поэтому на первой стадии переработки необходимо дробление и измельчение отходов для раскрытия отдельных материалов с последующим разделением их

на фракции. Процессы дробления, измельчения, классификации и обогащения электронного лома обеспечивают возможность получения качественного вторичного сырья, но являются дорогостоящими. Поэтому от их совершенствования зависит решение проблемы утилизации электронного лома в целом.

Один из вариантов промышленной технологии переработки электронного лома описан в работе [1]. Технологический комплекс по механической обработке лома включает молотковые дробилки, вибрационные грохоты и каскад- но-гравитационные классификаторы. Комплекс позволяет обрабатывать радиоэлектронные блоки с навесным монтажом печатных плат, с корпусными элементами, содержащими в том числе и стальные детали. На выходе комплекса получаются коллективные концентраты материалов, систематизированные по крупности входящих в них частиц, что облегчает последующую переработку, основной задачей которой является отделение металлов от изоляции. Для удаления ферромагнитных частиц (железо, никель, ферриты) используются магнитные сепараторы – железоотделители шкивного типа. Более легкие изоляционные материалы отделяются от оставшихся металлических частиц с помощью пневмосепарации. В ряде случаев для сепарации цветных металлов при переработке электронного лома применяют электростатическую сепарацию [7, 8].

Как показывает зарубежный опыт [6, 9, 10], для извлечения частиц цветных металлов целесообразно применять электродинамические сепараторы с бегущим магнитным полем, позволяющие в отличие от электростатических сепараторов получить селективные концентраты цветных металлов. Например, в работе [6] описан электродинамический сепаратор на основе двухсторонних

линейных индукторов с подачей сепарируемых материалов по наклонной плоскости, разработанный при участии авторов. Сепаратор предназначен для обра-

лома и сортировки его по крупности с целью отделения алюминия от медных сплавов и изоляции. При этом частицы алюминиевых сплавов перемещались за разделитель потока, частицы медных сплавов не доходили до него, а прочие материалы (прежде всего, изоляция) двигались по линии подачи без отклонения. На рис. 1 показаны зависимости удельных электромагнитных усилий (Н/кг или м/с2), равных отношению усилия к массе извлекаемой частицы (Fm = Fэм/m), от размера частиц b. При установке разделителя потока на расстоянии 100 мм от линии подачи удельное электромагнитное усилие, требуемое для выведения частиц за разделитель, составляет около 12 Н/кг. Как видно из рис. 1, в указанном диапазоне размеров за разделитель выносятся все частицы алюминиевых сплавов (кривая 1), крупные частицы проводниковой меди (кривая 2), а частицы медных сплавов (кривая 3) не извлекаются. Испытания описанного электродинамического сепаратора показали, что степень извлечения алюминиевых сплавов из электронного лома достигала 90–95 % при содержании алюминия в концентрате 80–85 % [6].

Рис. 1. Характеристики сепаратора на основе линейного индуктора для извлечения алюминия из электронного лома

На рис. 1 видно, что при размерах проводящих частиц менее 10 мм удельное электромагнитное усилие существенно снижается и сепарации материалов не происходит. В то же время обработка фракций электронного лома в диапазоне крупности менее 10 мм является наиболее востребованной, поскольку последние поколения электронной техники содержат все меньше крупных деталей.

Например, на выходе описанного в работе [1] комплекса, помимо крупной фракции (10–20 мм), выделяются более мелкие фракции 3–10 мм и менее 3 мм. Как показывают исследования [6, 9, 10], для сепарации измельченных отходов в указанных диапазонах крупности требуется повышение частоты бегущего магнитного поля до нескольких сотен герц и килогерц. Для диапазона 3–10 мм могут применяться электродинамические сепараторы с вращающимся магнитным полем, которое возбуждается индукторами на основе постоянных магнитов или электромагнитов, в которых за счет увеличения скорости вращения ротора достигаются частоты магнитного поля до 500–800 Гц [6, 9]. Для получения бегущего магнитного поля с частотой несколько кГц целесообразно использование электродинамических сепараторов индукторного типа с модуляцией магнитного потока. В лаборатории Уральского федерального университета создан опытный образец такого сепаратора, схематично показанный на рис. 2. За основу конструкции взята машина постоянного тока. Принцип работы электродинамического сепаратора поясняется на рис. 3.

Обмотка возбуждения индуктора 2 сепаратора, питаемая от источника постоянного тока, создает магнитный поток, проходящий по магнитопроводу 1 и замыкающийся через зубчатый ротор 3.

Рис. 2. Схема опытного сепаратора индукторного типа: 1 – магнитопровод; 2 – обмотка возбуждения; 3 – зубчатый ротор; 4 – станина

Рис. 3. Схема сепарации проводящих частиц в опытной установке: 1 – полюс индуктора; 2 – ротор; 3 – желоб для подачи разделяемой смеси; 4 – извлекаемая частица

Индукторная система и ротор закреплены на станине 4. Каждая из катушек обмотки возбуждения имеет по 2570 витков. При последовательном соединении

Рис. 4. Зависимости амплитуды первой гармоники магнитной индукции от положения частицы по ширине рабочего зазора

и размера сепаратора. Например, при увеличении диаметра ротора и уменьшении рабочего воздушного зазора зависимости Bm(х) становятся более пологими, что позволяет расширить зону сепарации.

При том же рабочем зазоре сепаратора δ = 5 мм и частоте бегущего магнитного поля f = 2,2 кГц выполнены расчеты удельных электромагнитных усилий (Н/кг или м/с2) (отношения электромагнитного усилия к массе извлекаемых проводящих частиц Fm = F/m) для проводящих частиц из различных металлов и сплавов, содержащихся в измельченном электронном ломе, при располо-

жении их в центре рабочей зоны (на оси полюса и оси зазора). Данные приведены для частиц с размерами от 0,5 до 2 мм. Результаты расчетов, выполненных по разработанной в УрФУ методике [2, 3], приведены в таблице.

Как видно из таблицы, при одинаковом размере частиц наблюдается существенное различие удельных электромагнитных усилий, действующих на частицы из разных материалов, что обеспечит разные ускорения и отклонения от линии подачи (например, выполняется задача разделения алюминиевых

имедных сплавов). В то же время результаты показывают, что для повышения селективности разделения металлов

иуменьшения взаимозасоренности фракций необходима более тщательная сортировка лома по крупности. Увеличение удельных электромагнитных усилий для сепарации частиц крупностью менее 1 мм достигается с ростом частоты бегущего магнитного поля либо с повышением его амплитуды за счет уменьшения рабочего зазора (например, с 5 до 3 мм).

Введение. Уникальная возможность получения жидкой фазы титанового сплава внутри цилиндрических слитков при индукционном нагреве открывает перспективы разработки принципиально новой технологии безвакуумного литья титановых сплавов.

Такая технология выглядит конкурентоспособной и энергоэффективной по отношению к существующей технологии индукционной плавки в холодном

тигле ввиду того, что в процессе не используется дополнительное оборудование для создания вакуума, а сам процесс получения расплава титана внутри слитка индукционным способом требует значительно меньшего времени и энергозатрат.

Динамику изменения температурного поля по сечению заготовки в процессе индукционного нагрева и получения расплава внутри слитка иллюстрирует рис. 1.