CC BY
22
Притягательный магнетизм «Феррита»
На столе у директора Объединенного института физики твердого тела и полупроводников Национальной академии наук Беларуси доктора физико-математических наук Валерия Федосюка — три небольших магнита, размером с полспичечной коробки, скрепленные друг с другом.
— Попробуйте сдвинуть с места хотя бы один, — предлагает Валерий Михайлович и после моей неудачной попытки поясняет: — Это новые магнитные материалы на основе неодим-железа-бора, разработанные учеными института, на базе которых можно изготавливать высокоэффективные сепараторы на постоянных магнитах с колоссальной энергоемкостью и небольшими габаритами. Их производство освоено на опытном предприятии ОИФТПП «Феррит», причем специалисты подразделения способны оснастить различными конструкциями любую отрасль промышленности в зависимости от стоящих перед ней задач.
эксклюзивы для промышленных гигантов
К примеру, наиболее актуальная проблема для машиностроения — очистка формовочного песка от продуктов литья. В основном это мелкие частицы стали, чугуна, оксидов железа (ржавчина), а также крупные магнитные примеси в виде случайно попавших металлических предметов. Традиционно на большинстве отечественных предприятий от них избавляются с помощью малопродуктивных электромагнитных сепараторов, которые отличаются высоким энергопотреблением, небольшими напряженностью и градиентом магнитного поля. Эти устаревшие технологии во многом определяют значительную ресурсоемкость производственных процессов
и готовых изделий, а также их невысокое качество. Выпускаемые «Ферритом» сепараторы на постоянных магнитах позволяют получить существенное снижение не только энергопотребления, но и эксплуатационных расходов. Об этом свидетельствуют данные, полученные учеными института (см. табл.).
Согласно сравнительному анализу, при примерно одинаковой стоимости обоих типов сепараторов экономия, которую сулит новое оборудование, весьма значительна: если затраты на заработную плату обслуживающего персонала, ремонт электромагнитных конструкций и потребление электроэнергии составляют около 10 тыс. долл., то сепараторы на постоянных магнитах вовсе не требуют расходов на их содержание.
Как отмечает директор «Феррита» Виктор Шамбалев, основное отличие производимых на опытном предприятии сепараторов состоит в том, что в каждом конкретном случае поставляется именно то изделие, в котором нуждается заказчик. После обследования проблемного участка с помощью компьютерного моделирования делается расчет наиболее эффективной конфигурации магнитного поля, его индукции и градиента. Он производится таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность обогащения продукта или его очистки. В последующем конструкторы готовят необходимую документацию, а инструментально-механический цех изготавливает нужную модель. От согласования эскиза до отгрузки сепаратора проходит не более месяца. Поэтому практически каждое изделие эксклюзивное — сделано под определенного потребителя.
Приводной электромагнитный сепаратор (ЭМШ) Приводной сепаратор на основе постоянных магнитов (ПБС)
Ориентировочная стоимость — 20 млн руб. Ориентировочная стоимость — 20 млн руб.
Технические параметры: диаметр барабана 500 мм, длина барабана 950 мм, масса 630 кг Технические параметры: диаметр барабана 500 мм, длина барабана 950 мм, масса 450 кг
Затраты: • заработная плата дежурного электрика (постоянный контроль — 3 смены), средняя по стране — 700 тыс. руб; • потребление электроэнергии — 2,18 кВт/час; • в силу особенности конструкции и работы электромагнитной системы сепаратора ремонт неизбежен Затраты: • заработная плата дежурного электрика — не потребуется; • потребление электроэнергии — отсутствует; • ремонт магнитной системы — не требуется
Итого эксплуатационных затрат в год: не менее 20 млн руб. Итого эксплуатационных затрат в год: нет
Таблица.
Сравнение сепаратора на основе постоянных магнитов с электромагнитными сепараторами
Для нужд ОАО «Слуцкий комбинат хлебопродуктов» на «Феррите» разработали и поставили просыпные сепараторы на постоянных магнитах. Они представляют собой конструкцию из труб или пластин, образующих магнитоактивную систему, сквозь которую направляется поток продукта. При этом проходящий материал разрыхляется, увеличивается площадь контакта между ним и установкой, и как следствие, эффективно извлекаются примеси из всего объема продукта. Созданная учеными Объединенного института физики твердого тела и полупроводников усиленная высокоградиентная магнитная система и совершенное инженерное решение, найденное ферритовцами, позволяют улавливать и удерживать посторонние частицы и обеспечивать высококачественную очистку продуктов от магнитных примесей.
Характерно, что после поставки изделий сотрудничество с предприятиями продолжается, так как специалисты ОИФТТП решают не только локальную проблему, но и проводят комплекс мероприятий по магнитной защите на всех участках технологических линий.
На Минском моторном заводе хорошо зарекомендовал себя валковый магнитный сепаратор. Это отдельный модуль, состоящий из вращающейся тонкостенной трубы, внутри которой собрана неподвижная высокоградиентная магнитная система. В модуле происходит подготовка материала к подаче, его разделение, а затем съем. Основные преимущества данного сепаратора — глубокая очистка веществ от магнитных примесей и самоочистка. В отличие от просыпных в валковых сепараторах обеспечивается надежная защита технологического оборудования.
Положительный опыт замены электромагнитных шкивов на сепараторы на постоянных магнитах есть на РУП «Беларуськалий», где проблема энергосбережения становится достаточно актуальной. В настоящее время заключен договор с Минским тракторным заводом на поставку магнитных сепараторов. В случае его реализации только установленная мощность превысит 100 кВтчас, не считая иных эксплуатационных расходов.
отделить зерна от плевел
Истощение минерально-сырьевой базы диктует настоятельную потребность повышать эффективность извлечения и обогащения добываемого сырья. За годы выработки месторождений накоплено огромное количество отвалов с колоссальным содержанием полезных материалов. Ведь в большинстве случаев отходы производства являются смесью различных продуктов, каждый из которых в отдельности представляет собой ценное сырье. Возможность отделить зерна от плевел предоставляет метод сепарации, основанный на различии в поведении материалов в магнитном поле. Производство мощных постоянных магнитов, освоенное на ОПРУП «Феррит», позволило поставить магнитную сепарацию на новый, более качественный уровень. Кроме значительного увеличения добычи необходимого продукта из руды, стало возможным обогащение самой руды до более высоких показателей.
В Объединенном институте физики твердого тела и полупроводников в течение многих лет занимаются созданием сепараторов на основе постоянных магнитов, применяемых для обогащения
рудных и нерудных материалов для горно-обогатительных комбинатов, стекольно-керамических заводов, предприятий переработки вторичного сырья. По словам директора ОИФТТП Валерия Федосюка, расчет и собственное производство магнитных систем позволяют специалистам института подбирать оптимальное сочетание градиента и напряженности магнитного поля под каждый продукт, что выгодно отличает конструкции от других аналогов.
В лаборатории магнитной сепарации ОПРУП «Феррит» проводится пробное магнитное обогащение различных веществ на магнитные, слабомагнитные и немагнитные фракции до результатов, устраивающих заказчика. Задача данных исследований — подобрать оборудование и технологии для того, чтобы дать «вторую жизнь» отвалам, шлакам и другим «хвостам» деятельности предприятия. Как правило, вывоз и складирование отходов производства и впоследствии рекультивация территории ложатся дополнительной материальной нагрузкой на производителя. Избежать лишних затрат и получить доход за счет обогащения вторичного сырья можно с помощью сепараторов на постоянных магнитах.
В стекловарении одним из основных критериев качества шихтовых материалов принято считать содержание в них красящих оксидов железа, влияющих на светопрозрачность стекла. Поэтому существуют определенные требования к чистоте производных компонентов — кварцевого песка, доломита, соды, мела, пегматита и т.п. Для стекольных заводов, имеющих участки по изготовлению оснастки из огнеупорной керамики для основного производства, важно также качество используемого керамического сырья. Содержание в нем оксидов выше допустимых норм приводит к образованию в огнеупорных изделиях «выплавов» железа и их выбраковке.
На «Феррите» были разработаны и внедрены в промышленную эксплуатацию установки для очистки сырья и материалов стекольной и керамической отраслей от железосодержащих примесей. На первой стадии производства используются мокрые методы обога-
j 1
Магнитный сепаратор колонкового типа (СМК)
56
НАУКА И ИННОВАЦИИ №12(46)_2006
щения кварцевых концентратов: промывка глинистых составляющих, оттирка, обесшламливание. Дообогащение песков проводится с помощью сухой магнитной сепарации. На ряде предприятий для этого традиционно используют электромагнитные сепараторы серии ЭВС. Однако у них есть ряд недостатков: они громоздки, энергозатратны, дорогостоящи. Например, электромагнитный сепаратор 2ЭВС 36/100 производительностью до 10 т в час весит около 8 т и потребляет 30 кВтч электроэнергии, а его стоимость составляет 50 тыс. долл.
В прошлом году по инициативе ферритовцев был разработан магнитный сепаратор для обогащения кварцевых песков Гомельского горно-обогатительного комбината. Результаты химических анализов свидетельствуют о получении сырья с низким содержанием оксида железа. При этом установка имеет в 1,5 раза большую производительность, потребляет всего около 4 кВтч электроэнергии и весит в 10 раз меньше электромагнитного сепаратора.
Для РУП «Беларуськалий» специалисты «Феррита» создали промышленный сепаратор на постоянных магнитах производительностью 10 т в час для получения из технической соли пищевой. Это высокоэффективная конструкция нового поколения для отделения глинистых остатков от соли, которая по ряду показателей существенно превосходит электромагнитные сепараторы. В основу сухого магнитного обогащения был заложен барабанный принцип. Продукт, содержащий магнитные примеси, поступает на барабан. Инородные частицы притягиваются к его поверхности и двигаются к зоне разгрузки, где заканчивается действие магнитной системы. «Немагнитная» фракция под действием центробежной силы и силы тяжести сходит с барабана по другой траектории. Степень обогащения может варьироваться специальной регулируемой заслонкой, разделяющей потоки чистого обогащенного материала и примеси — «хвостов».
В настоящее время, по словам директора ОПРУП «Феррит» Виктора Шамбалева, ученые и инженеры института работают над проблемой дальнейшего повышения эффективности сепараторов на постоянных магнитах для глубокого обогащения кварцевого песка и других материалов. Решается задача, как при тех же временных и энергетических затратах перевести низкокачественное сырье в другой ценовой сегмент, обеспечив тем самым дополнительные дивиденды предприятию. Эти разработки заинтересовали потенциальных зарубежных партнеров. Подписан договор с представителями обогатительных фабрик Ирана о поставке модернизированных магнитных сепараторов.
модернизация «магнитной» силы
В основе принципа магнитной сепарации лежит эффект взаимодействия материалов с магнитным полем. Повысить результативность этого процесса можно с помощью существенно неоднородного магнитного поля высокой напряженности.
В разработках ОИФТТП использованы наиболее мощные сконфигурированные системы из постоянных магнитов собственного изготовления. Их высокая остаточная индукция дает возможность оптимизировать существующие конструкции, повышать их эффек-
тивность и производительность. К примеру, модернизация сепаратора ПБМ на обогатительной фабрике Старооскольского рудоуправления (Россия) привела к увеличению напряженности магнитного поля до 400 кА/м. Такое усиление способствует 10-кратному росту «магнитной» силы, прижимающей продукт к поверхности барабана, и предоставляет возможность за счет увеличения числа оборотов вращения умножать центробежную силу и существенно улучшать параметры сепарации.
Для эффективной работы необходимо, чтобы «магнитная» сила изменялась в узких пределах в зоне сепарации и плавно уменьшалась при сходе продукта. Для этого был проведен подбор оптимальной геометрии модернизированного сепаратора ПБМ методом компьютерного моделирования. Специалисты «Феррита» варьировали напряженность магнитного поля на поверхности барабана, скорость его вращения и дополнительно изменяли периодику магнитной системы. Новые данные сопоставляли с результатами, полученными на обычном барабанном сепараторе, и обнаружили, что оптимальная напряженность магнитного поля на поверхности барабана составляет примерно 160 кА/м. Ее можно было бы повысить, увеличив скорость, и улучшить результаты сепарации, но конструкция ПБМ не позволяет работать при больших оборотах. Поэтому ферритовцы усовершенствовали процесс путем полной переделки барабанов. И эффект не замедлил себя ждать: использование модернизированного сепаратора дало возможность увеличить содержание железа в концентрате с 43,5 до 48%, а в «хвостах» — снизить с 14,8 до 13,8%.
Продукция, выпускаемая «Ферритом», хорошо известна в республике. Предприятие зарекомендовало себя как надежный поставщик, способный в сжатые сроки разработать и произвести качественные и конкурентоспособные изделия. Все они выпускаются по лицензии и под контролем Проматомнадзора, с гигиеническими сертификатами. Более того, ферритовцы способны выдавать ее в необходимых количествах. Но, к сожалению, реакция потребителей на их предложения замедленная, белорусские промышленники не спешат модернизировать устаревшее оборудование. По словам директора института Валерия Федосюка, они закупают для своих нужд отжившие свой век дорогие изделия, поэтому наряду с научной работой специалистам приходится быть и пропагандистами собственных изобретений. Эти усилия не пропадают зря — аргументы ученых, что их продукция экономичнее, надежнее и дешевле, как правило, завершаются заключением хозяйственных договоров.
В текущем году, например, только магнитные системы были поставлены на Минский моторный завод, Красносельскцементоши-фер, Щучинский ремонтный завод, Витебский мотороремонтный завод, Брестский, Минский, Слуцкий, Барановичский комбинаты хлебопродуктов, УП «Дарида», минские гормолзаводы и другие предприятия. Коллектив института решает важнейшую на сегодня задачу — разрабатывает и производит энергоэкономичную и высококачественную продукцию, способную конкурировать с лучшими зарубежными производителями.
Ирина ЕМЕЛЬЯНОВИЧ
