МАГНИТНАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ План 1 Технологические свойства

МАГНИТНАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ

План 1. Технологические свойства и проявления магнитного поля. Области применения магнитных полей в СХП. 2. Электромагнитные семяочистительные машины, магнитные сепараторы. Силы, действующие на частицу в магнитном поле. 3. Расчет обмотки электромагнитного сектора семяочистительной машины. 4. Магнитная обработка воды, растворов. 5. Применение магнитных полей в семеноводстве, селекционной работе, ветеринарии. 6. Магнитоимпульсная обработка металлов.

1. Технологические свойства и проявления магнитного поля. Области применения магнитных полей в СХП. Магнитное поле (МП) - одна из компонент электромагнитного поля, оказывающая определенные физико-химические и биологические воздействия на объекты. § Физико-химические воздействия проявляются как деформация материалов, их перемещение в пространстве, изменение химических и физических свойств сред.

§ Биологические воздействия магнитного поля обусловлены следующим. Земля представляет собой естественный магнит. Значение вертикальной составляющей напряженности его магнитного поля изменяется от 0 у экватора до 53 А/м у магнитного полюса (не совпадающего с географическими), а горизонтальной составляющей - в меньшей степени (в районе Москвы равно примерно 32 А/м).

Биологические объекты формировались и развивались под влиянием магнитного поля, и поэтому искусственное (направленное) и естественное (стихийное) его изменение может вызвать непростое и еще недостаточно изученное изменение жизнедеятельности.

Области использования МП Применяют физико-химические воздействия магнитного поля на объекты для: § очистки семян и кормов; § магнитной обработки воды; § магнитоимпульсной обработки металлов. Биологические воздействия применяют в: § селекции (отбор, диагностирование животных); § ветеринарии (лечение маститов, снижение воспалительных процессов, борьба с бесплодием, изменение генетического кода клеток).

2. Электромагнитные семяочистительные машины, магнитные сепараторы. Силы, действующие на частицу в магнитном поле. Установки магнитной очистки семян просты по устройству и успешно используются для отделения семян сорняков с шероховатой поверхностью (повилика, плевел, подорожник, смолевка, василек, горчак розовый и др. ) от семян клевера, люцерны, льна и других, имеющих гладкую поверхность.

Принцип разделения заключается в том, что семена сорных растений в результате предварительной обработки смесей покрываются слоем магнитного порошка (окиси железа) и притягиваются к постоянному или электромагниту. Семена культурных растений не удерживают порошок, и с ними магнитное поле не взаимодействует.

Промышленность выпускает машины ЭМС-1 А и К 590 А. Для лабораторных исследований изготавливают установки К 295 с электромагнитами и СМЦ-0, 4 с постоянными магнитами.

Установка магнитной очистки семян

Схема действия сил

3. Расчет обмотки электромагнитного сектора семяочистительной машины При расчете магнитных семяочистительных машин и большинства аппаратов, основанных на воздействии магнитного поля, определяют магнитную индукцию, при которой семена удерживаются в нижней части барабана, и параметры устройств, создающих ее. Должно быть выполнено условие:

- сила магнитного поля, удерживающая семя, покрытое порошком, Н Учитывая небольшие размеры частицы, принимают - центробежная сила, Н - сила тяжести, Н

Напряженность магнитного поля Исходя из габаритных размеров устройства, определяемых его производительностью, и считая магнитную проницаемость близкой к магнитной проницаемости воздуха, находят требуемый магнитный поток, Вб,

Диаметр сердечника Суммарная МДС намагничивающей катушки — напряженность магнитного поля в секторе, определяемая по кривым намагничивания, А/м; - коэффициент рассеяния МДС

Число витков катушки и длина обмоточного провода, м Активное сопротивление катушки в рабочем состоянии, Ом,

Необходимое напряжение на зажимах катушки, В Недостаток устройств для разделения семян - потребность в специальном магнитном порошке.

Параметры Производит. , кг/ч - по клеверу - по льну Расход магн. порошка (в % к массе семян Чистота очистки, % Магнитная система Типы установок ЭМС-1 А СМЦ-0, 4 (К 590 А) К 295 180… 200 - 400 500 10 15 1… 2, 5 0, 3… 1, 3 95… 96 98 96… 98 Эл. магнит, Постоянный напряж. до магнит 64 В, ток до 12 А Потребляема 2, 5 2, 6 Эл. магнит, от встроен. выпр-ля, напряж. 220 В 0, 27

Магнитные и электромагнитные сепараторы используют для удаления металлических примесей из сыпучих и жидких продуктов. Основу таких установок составляют машины типа «магнитная шайба» и «магнитный шкив» , работающие по принципу извлечения примесей из слоя сепарируемого материала.

Разработаны установки с концентраторами магнитного поля, создающие неоднородное магнитное поле с высокой магнитной индукцией в межполюсном пространстве.

Классификация магнитных сепараторов § по способу создания магнитного поля - постоянными магнитами, - электромагнитами, - комбинированные; § по конструкции магнитной системы - - разомкнутая, - замкнутая;

• по принципу сепарации - на извлечение, - на удержание металлических примесей - и комбинированные; • по степени автоматизации - с ручным - или автоматическим съемом металлических включений; • по мобильности - передвижные, - стационарные.

Установки магнитной очистки кормов очень важны при кормоприготовлении, так как металлические включения вызывают поломки измельчающих машин, а также, проникая в организм животных, приводят к травмам, снижению продуктивности и даже гибели. Общие элементы магнитных сепараторов: - дозирующий транспортер - и постоянный магнит или электромагнит подвесного типа.

При расчете сепаратора нужно определить магнитную индукцию В в зазоре или напряженность Н магнитного поля, при которых изменилась бы траектория движения ферромагнитной частицы, что позволило бы отделить ее от массы корма. Магнитная пондеромоторная сила, действующая на частицу, помещенную в поле сепаратора,

Пондеромоторная сила в рабочей зоне электромагнита изменяется по закону - магнитная пондеромоторная сила, действующая у поверхности полюсов, Н - коэффициент неоднородности магнитного поля; - расстояние до поверхности полюсов, м.

Динамика движения частицы в магнитном поле сепаратора

Уравнение движения частицы может быть получено при решении системы уравнений баланса сил в проекциях на оси и

Решив систему уравнений относительно Н, получают выражение для определения магнитной пондеромоторной силы Зная пондеромоторную магнитную силу, по аналогии с вышеизложенным расчетом электромагнита семяочистительной машины определяют параметры обмотки и напряжение питания.

В сепараторе, разработанном МГАУ, использован электромагнит М-22 В постоянного тока с установленной мощностью 2, 2 к. Вт, подключенный к сети через выпрямительный мост. При скорости транспортерной ленты конвейера 1, 5 м/с, угле наклона магнитной системы 45°, зазоре между немагнитным барабаном и полюсами электромагнита 0, 2 м можно полностью (100%) извлечь ферромагнитные примеси из стебельчатых кормов при их подаче 40 т/ч.

Электромагнитный сепаратор А 1 -ДЭС устанавливают перед дробилками в технологических линиях комбикормовых предприятий, а также применяют для удаления металломагнитных примесей из некоторых легкосыпучих продуктов. В корпусе сепаратора размещены питающий бункер, вращающийся барабан, электромагнитная система, устройство для вывода сырья и металломагнитных примесей; к корпусу прикреплен привод.

Основные технические данные электромагнитных сепараторов Марка ЗМ-101 А 1 -ДЭС Пропускная способность, т/ч: зерно 10 20 мука 5 комбикорм - 9… 12 Ширина магнитного поля, мм 1080 Размеры эл. магнитного барабана, мм: рабочая ширина - 510 диаметр - 410 Напряж. магн. поля, к. А/м 150 80 Установл. мощность, к. Вт: электропривода 1 0, 60 электромагнитов 0, 8 0, 46

4. Магнитная обработка воды, растворов При работе водогрейных и паровых котлов, кормозапарников, электрокотельных и других электрических установок на поверхности нагрева образуется накипь. При ее толщине 1, 5 мм расход топлива увеличивается на 8… 11%, мощность двигателей внутреннего сгорания снижается на 6%, расход смазочных материалов возрастает на 30%.

Методы обработки воды с целью уменьшения образования накипи можно разделить на: § химические § и физические. Физические методы (магнитный, ультразвуковой) дают значительный эффект при больших капиталовложениях и эксплуатационных расходах.

Магнитная обработка воды основана на остаточных изменениях в ее структуре под воздействием магнитного поля. Соли, содержащиеся в воде, в основном теряют способность кристаллизоваться на рабочей поверхности аппарата и выпадают в виде взвешенных частиц (шлама), легкоуносимых потоком воды и улавливаемых шламоотделителем. Если накипь все же образуется, то при более рыхлой структуре и значительно меньшей толщине ее легко удалить.

Эффективность магнитной обработки воды зависит от напряженности магнитного поля, числа магнитных зон, пересекаемых потоком, скорости движения воды в рабочем зазоре и ее состава. Оптимальные параметры обработки, установленные опытами: длина пути воды в магнитном поле 0, 15. . . 0, 35 м, ее скорость 0, 4. . . 1, 0 м/с, напряженность магнитного поля 120. . . 150 к. А/м. Наблюдается ослабление приобретенных водой свойств в течение 18. . . 24 ч.

Магнитная обработка воды: § ускоряет коагуляцию; § усиливает все адсорбционные процессы; § изменяет процесс кристаллизации солей.

Наилучшие результаты получают при воздействии на воду с преобладающей карбонатной жесткостью. Некоторые ученые связывают эффективность магнитной обработки с концентрацией в воде углекислого газа. Известно много различных конструкций магнитных противонакипных устройств. По способу получения магнитных полей различают аппараты: § с электромагнитами § и постоянными магнитами.

Среди аппаратов с постоянными магнитами наибольшее распространение получили устройства ПМУ-1 с внутренним магнитным полем и ПМУ-2 с внешним. Аппарат ПМУ-1 рекомендуется применять в контуре холодной воды, ПМУ-2 - горячей. Кольцевой зазор между постоянными магнитами и корпусом 2, 5 мм, производительность 0, 0005. . . 0, 002 м 3/с, скорость воды 1. . . 2 м/с, напряженность магнитного поля 88. . . 143 к. А/м.

Аппараты для магнитной обработки воды

Для сельскохозяйственного производства представляет интерес противонакипный аппарат, предназначенный для котельных. В отличие от существующих он работает на переменном токе, что упрощает обработку воды, повышает срок его службы и надежность. Внутри алюминиевой трубки расположен стальной сердечник, а снаружи размещено шесть намагничивающих катушек с магнитопроводами. Между сердечником и алюминиевой трубкой имеется кольцевой зазор шириной 3 мм, по которому пропускают воду.

Противонакипный аппарат на переменном токе

Каждая намагничивающая катушка подключена к сети переменного тока напряжением 220 В. Технические характеристики аппарата: - производительность 4. . . 10 м 3/ч; - скорость воды в зазоре 1, 5. . . 2, 5 м/с; - напряж. магн. поля 47, 7 к. А/м; - потребляемая мощность 1, 6 к. В∙А; - длительность обработки 0, 06 с. Электромагниты аппарата рассчитывают так же, как устройства для очистки кормов и семян.

Применение магнитной обработки воды: § борьба с накипеобразованием; § орошение (урожай возрастает на 6. . . 40%); § предпосевное замачивание семян (для сахарной свеклы и риса урожайность возрастает на 7. . . 16 %); § рассоление почв (расход промывочной воды сокращается на 30. . . 50%, вымывание солей увеличивается в 1, 2. . . 2 раза)

§ § 5. Применение магнитных полей в семеноводстве, селекционной работе, ветеринарии. очистка семян и кормов; магнитная обработка воды; селекция (отбор, диагностирование животных); ветеринария (лечение маститов, снижение снижения воспалительных процессов, борьба с бесплодием, изменение генетического кода клеток).

Воздействие магнитного поля на солеотложения Основано на следующем принципе: магнитное поле оказывает влияние на кинетику кристаллизации, обуславливающее увеличение концентрации центров кристаллизации в массе воды, водная система выводится из относительно стабильного состояния, возрастает скорость образовании осадков и формируется множество мелких кристаллов практически одинакового размера.

Воздействие магнитного поля на эмульсии Проблема разделения высокостойких водонефтяных эмульсий связана с недостаточно эффективным воздействием деэмульгаторов. Применение магнитного поля вызывает поляризацию капелек воды и их взаимное притяжение, что приводит к значительному ускорению коагуляции и коалесценции капель воды, их быстрому отстою. Наиболее эффективна магнитная обработка эмульсии после добавления в нее деэмульгатора.

6. МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила, определяемая по закону Ампера. При значениях тока 105. . . 106 А, напряженности магнитного поля 109 А/м и магнитной индукции около 80 Тл возникают значительные силы - порядка 109 Па (10 т/см 2).

Такие силы могут вызывать пластическую деформацию металлов. Чтобы предотвратить термическое разрушение проводников, воздействия должны быть кратковременными. Большие значения плотности тока и индукции магнитного поля получают при разряде конденсаторов.

Индуктивно-импульсная обработка заключается в пропускании через индуктор кратковременного импульса тока большой амплитуды, создающего вокруг индуктора мощный импульс магнитного поля. Пересекая заготовку, магнитное поле наводит в ней вихревые токи. Взаимодействие магнитного поля и вихревых токов создает давление на поверхности заготовки.

Схема индуктивно-импульсной обработки

Электродинамическая обработка происходит при пропускании импульса тока большой амплитуды по двум проводникам, один из которых является заготовкой, а второй матрицей. Возникает сила электродинамического взаимодействия, приводящая к деформации заготовки

Схема электродинамической обработки

Для магнитно-импульсной обработки выпускают установки типов МИУ и МИУА с напряжением на индукторах 5. . . 20 к. В, установленной мощностью 3. . . 25 к. Вт и производительностью 60. . . 1200 операций в час.

Преимущества магнитно-импульсной обработки: § возможность точно регулировать электродинамические силы, изменяя электрические параметры установки; § возможность полностью автоматизировать процессы, выполнять операции в контролируемой газовой среде или вакууме через изоляционные стенки; § простота технологической оснастки.

Олимпиада по дисциплине

1 Сущность электрохимической технологии. Электрохимические явления в электролитических средах с током. Схема установки электродиализа воды. 2. Особенности электроимпульсной технологии, области применения в СХП. Электроимпульсная обработка растительного сырья (схемы процессов). 3. Сущность электронно-ионной технологии. Способы зарядки частиц. Силы, действующие на заряженные частицы в электрическом поле (привести формулы сил электрической природы). 4. Природа и характеристики ультразвуковых колебаний, области применения в СХП. Ультразвуковые преобразователи, принцип устройства и работы.