ferrite

Quando si parla di ferriti, molti immaginano immediatamente piccoli nuclei nell'elettronica. Ma nel nostro settore, quello delle attrezzature minerarie, la storia è completamente diversa. Qui la ferrite non è solo un materiale, ma spesso un elemento chiave nei sistemi di separazione magnetica. Molte volte ho riscontrato il fatto che gli ingegneri, abituati alle applicazioni ad alta frequenza, sottovalutano i requisiti di stabilità e resistenza meccanica degli elementi di ferrite nelle difficili condizioni di cava. Vibrazioni costanti, sbalzi di temperatura da -40 a +50, polvere abrasiva: tutto ciò crea un ambiente in cui i parametri di laboratorio del materiale passano in secondo piano e la sua "sopravvivenza" viene in primo piano.

Cosa ci aspettiamo veramente dalla ferrite in un separatore?

Se scartiamo la teoria, in pratica tutto dipende da alcuni requisiti semplici ma rigorosi. L'induzione magnetica dovrebbe rimanere stabile, senza cali evidenti, dopo migliaia di ore di funzionamento sotto carico. Questa non è una situazione in cui puoi semplicemente prendere una ferrite con la massima induzione iniziale da un catalogo. Spesso il coefficiente di temperatura è più importante. Ricordo che su uno dei primi progetti installammo un separatore con blocchi di ferrite apparentemente ottimi. In estate, durante i periodi di punta, la temperatura nell'area di lavoro aumentava e l'efficienza di estrazione diminuiva del 15-20%. Si è scoperto che il materiale aveva un TCR di induzione negativa troppo alto. Abbiamo dovuto rivedere l'intero design del sistema magnetico, aggiungendo elementi di compensazione.

Il secondo punto è la resistenza ai campi smagnetizzati. Durante il funzionamento, soprattutto quando un pezzo di roccia è bloccato o durante un'interruzione di corrente, possono verificarsi campi pulsati di direzione inversa. Se la forza coercitiva della ferrite è insufficiente, può verificarsi una perdita irreversibile delle proprietà magnetiche in alcune aree. Ciò non è sempre immediatamente visibile, ma porta gradualmente alla comparsa di “zone morte”. sul tamburo separatore e, di conseguenza, a perdite di prodotto. Lo controlliamo non solo sul cavalletto, ma anche dopo ogni 500-1000 ore di motore su un oggetto reale, misurando il campo con un Teslametro a contatto nei punti di controllo.

E, naturalmente, resistenza meccanica. Le ferriti sono materiali fragili. Le lastre o i segmenti standard possono rompersi a causa di un forte impatto durante l'installazione o di un serraggio eccessivo dei bulloni di fissaggio. Siamo passati da tempo all'utilizzo di elementi in ferrite in speciali cassette in poliuretano ammortizzante. Questa non è solo protezione, ma anche compensazione della dilatazione termica: l'alloggiamento in acciaio e la ferrite hanno coefficienti diversi, senza che nel tempo si manifestino tensioni con uno strato smorzante.

Esperienze ed errori: un caso con un sistema di separazione a secco

Vorrei fare un esempio di un progetto che mi ha insegnato molto. Si tratta di un sistema di separazione magnetica a secco per l'arricchimento del concentrato di minerale di ferro. L'obiettivo era rimuovere tempestivamente le rocce di scarto per ridurre il carico su frantoi e mulini. Il concept prevedeva l'utilizzo di un potente separatore a tamburo con sistema multipolare basato su magneti in ferrite.

Inizialmente è stata scelta una configurazione standard con blocchi di ferrite di stronzio Y30. Sulla carta tutto corrispondeva. Ma durante i test si è scoperto che la polvere minerale fine, che inevitabilmente si forma durante il processo, è magnetizzata e crea una sorta di “lanugine”. sulla superficie del tamburo. Nel corso del tempo, questo strato è diventato più denso, aumentando lo spazio tra la ferrite e il materiale lavorato, riducendo in modo critico il gradiente di campo e l'efficienza di separazione. Abbiamo dovuto fermare la fila per pulire quasi ad ogni turno.

La soluzione non è stata trovata sostituendo la ferrite, ma modificando il design. Invece di un tamburo liscio, ne realizzarono uno nervato, con scanalature longitudinali, dove si sarebbe intasata meno polvere. E gli stessi blocchi di ferrite erano racchiusi in involucri sigillati con soffiaggio forzato di aria a bassa pressione. Ciò ha parzialmente risolto il problema. Ma la conclusione principale è stata questa: quando si lavora con materiali secchi, il calcolo del sistema magnetico non può essere effettuato solo sulla frazione pura; è necessario modellare il comportamento della componente polvere e il suo effetto sul campo magnetico.

A proposito, in questo progetto abbiamo collaborato con gli ingegneri della società LONGI. Stavano semplicemente offrendo la loro visione del design del tamburo, basata sulla loro esperienza nella produzione di attrezzature minerarie. È possibile visualizzare il loro sito Web, https://www.ljmagnet.ru, per comprendere le dimensioni: l'azienda opera dal 1993 e produce migliaia di unità di apparecchiature all'anno. Il loro approccio pratico, quando la teoria viene testata immediatamente in officina o sul campo di prova, spesso aiuta a evitare tali “problemi di polvere”. problemi in fase di progettazione.

Problemi di fornitura e controllo qualità degli elementi in ferrite

Una delle difficoltà non evidenti è garantire l'omogeneità del lotto di ferrite. Diciamo che ordini 200 lastre standard da 100x50x20 mm. I parametri nel passaporto di tutti sono normali. Ma quando si inizia ad assemblare un sistema magnetico da essi, in cui le piastre sono posizionate vicine tra loro, può apparire una dispersione nell'induzione del 5-7%. Per un separatore ad alto gradiente questo è già fondamentale: invece di un campo uniforme si ottengono strisce forti e deboli.

Abbiamo sviluppato la nostra procedura di accettazione. In primo luogo, la misurazione selettiva non rappresenta il 10%, ma quasi il 30% del lotto. In secondo luogo, misuriamo l'induzione non solo al centro del fornello, ma anche negli angoli. Accade che a causa delle peculiarità della pressatura o della sinterizzazione, i bordi abbiano proprietà diverse dal centro. Se la dispersione è ampia, tali lastre vengono inviate alle unità meno critiche o restituite al fornitore. Costoso? SÌ. Ma è più economico che rifare il sistema magnetico di un separatore finito presso la sede del cliente.

Un'altra sfumatura è la geometria. Sembrerebbe che una lastra sia una lastra. Ma se la tolleranza di planarità non viene mantenuta, compaiono dei microgap tra gli elementi durante l'assemblaggio del pacchetto. Nell'aria. E si smagnetizza. Di conseguenza, la forza di adesione calcolata non viene raggiunta. Pertanto, ora nelle specifiche tecniche specifichiamo sempre non solo i parametri magnetici, ma anche rigorose tolleranze sulla geometria, in particolare per gli elementi in ferrite che funzioneranno in sistemi prefabbricati con spazi minimi.

Alternative e sistemi ibridi: esiste vita senza ferrite?

Naturalmente negli ultimi anni si parla molto di magneti in terre rare basati su NdFeB. Il loro prodotto energetico è incomparabilmente più alto. Ma quando si tratta di impianti su larga scala che trattano centinaia di tonnellate di materiale all’ora, il prezzo diventa un fattore determinante. La sostituzione di una tonnellata di ferrite con un magnete al neodimio aumenta il costo dell'unità di parecchie volte, non di percentuali. Pertanto non si prevede nel prossimo futuro un completo abbandono delle ferriti nella separazione magnetica industriale.

La strada dei sistemi ibridi sembra più promettente. Ad esempio, il campo principale viene creato da potenti elettromagneti o elementi di terre rare, mentre i concentratori di ferrite o le espansioni polari vengono utilizzati per formare un gradiente specifico o creare zone di cattura aggiuntive. La ferrite qui non funziona come fonte di campo, ma come suo conduttore e modellatore. Ciò consente di sfruttare il suo vantaggio chiave: stabilità e prevedibilità del comportamento in un ampio intervallo di temperature.

LONGI Corporation, lo stesso produttore con una superficie di 140.000 m2 e un team di oltre 1.200 persone, ha nel suo portafoglio soluzioni in cui gli elementi di ferrite sono integrati in complessi sistemi magnetici di separatori fini. Il loro approccio, quando oltre il 60% dei dipendenti ha un'istruzione superiore, si fa sentire proprio in sviluppi così complessi in cui è necessario combinare scienza dei materiali, elettromagnetismo e ingegneria meccanica. Non si tratta solo di assemblaggio del ferro, si tratta di un lavoro di ingegneria in cui comprendere le capacità e i limiti della ferrite è un'abilità di base.

Guardando al futuro: cosa potrebbe cambiare?

Se parliamo di tendenze, allora, a mio avviso, lo sviluppo principale non sarà nella direzione di un nuovo materiale rivoluzionario, ma nella direzione di ottimizzare l'uso delle ferriti esistenti. Innanzitutto, si tratta di un miglioramento della tecnologia di sinterizzazione per aumentare l'uniformità e la resistenza meccanica dei prodotti di grandi dimensioni. Una lastra di mezzo metro o più che non teme i carichi d'urto è già un serio vantaggio.

In secondo luogo, la copertura e la protezione diventeranno sempre più importanti. Sviluppo di polimeri durevoli o rivestimenti compositi che non si staccano dalla ferrite durante i cicli termici e la proteggono dall'usura abrasiva e dall'atmosfera corrosiva nelle officine. Ciò influisce direttamente sulla durata di tutte le apparecchiature.

E infine, la digitalizzazione. Introduzione di sensori per monitorare in tempo reale la temperatura degli elementi in ferrite e regolare le modalità di funzionamento del separatore. Sebbene al momento ciò possa sembrare eccessivo, quando si tratta di processi continui con elevati costi di inattività, la diagnostica proattiva può far risparmiare enormi quantità di denaro. La ferrite, essendo il cuore del sistema magnetico, richiederà un atteggiamento sempre più attento e intelligente verso se stessa. Non come materiale di consumo, ma come risorsa chiave nella catena del valore.