王承圣
（山東華特磁電科技股份有限公司 山東 臨朐 262600）
摘 要 ；在煤礦開采、生產(chǎn)運輸環(huán)節(jié)里，會不可避免的混入一些金屬鐵物質(zhì)，這些鐵雜質(zhì)，若不及時處理，極易損壞輸煤系統(tǒng)中傳送皮帶和給煤機、磨煤機等設(shè)備，嚴(yán)重影響輸煤系統(tǒng)的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，所以，除鐵器在煤礦、選煤廠、火電廠、煤炭港口輸煤系統(tǒng)中具有不可替代的保護作用。分析、比較了自然冷卻、風(fēng)冷卻及強迫油循環(huán)冷卻技術(shù)的發(fā)展、原理、優(yōu)缺點及工業(yè)應(yīng)用情況。結(jié)果表明，不同的除鐵器所使用場合是不同的，合理應(yīng)用，可提高設(shè)備的使用壽命，滿足安全生產(chǎn)要求。
關(guān)鍵詞 ; 除鐵器，磁場強度，強迫油冷卻電磁除鐵器
除鐵器是一種能產(chǎn)生強大磁場力的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于煤礦、選煤廠、火電廠、煤炭港口、水泥和化工等輸煤系統(tǒng)，用以除鐵，保護下游設(shè)備。
目前，除鐵器主要有以下幾種，1.永磁型；永磁除鐵器使用時首先考慮安全，超過B=1400mm 時基本很少使用，由于其強大的磁場時刻保持存在，對制造，運輸，安裝，調(diào)試檢修使用等過程存在安全隱患，且材料成本高、磁系裝配難度大，適合小型化的制造和使用。2.自然冷卻式；是利用熱平衡原理制成，除鐵器通電運行6小時以上達到熱平衡，磁場趨于穩(wěn)定，勵磁線圈產(chǎn)生的溫度主要靠殼體表面積自然散熱，效率低，溫升較高，熱態(tài)時磁場下降，適合于中小型以下產(chǎn)品。3.風(fēng)冷冷卻式；利用風(fēng)機直吹裸露的勵磁線圈，冷卻效果較好，但現(xiàn)場的粉塵會吸附在發(fā)熱的線圈上，長期運行時煤粉會進入線圈內(nèi)部和表面，影響散熱，導(dǎo)致煤粉自燃，引起火災(zāi)，適合于工作環(huán)境較干凈的場所。4.普通油冷卻式；原理類似變壓器，線圈發(fā)熱后將熱量傳導(dǎo)給變壓器油，變壓器油靠對流方式自然循環(huán)，靠殼體和四周散熱片散熱，散熱效率較低，不適合制作大型高場強除鐵器。5.強迫油循環(huán)冷卻式；是目前市場上廣泛使用的一種電磁除鐵器，易于制作額定懸掛高度處2500GS大型除鐵器。除鐵器本體采用密封結(jié)構(gòu)，內(nèi)部采用電氣絕緣性能好的變壓器油作為冷卻介質(zhì)，當(dāng)勵磁線圈通電發(fā)熱時，將熱量傳遞給變壓器油，通過變壓器專用油泵循環(huán)，變壓器油進入冷卻器，熱量由風(fēng)機強行帶走，線圈散熱快、溫升低。由于除鐵器線圈一直處于低溫狀態(tài)，磁場變化范圍小，磁力穩(wěn)定。因此在皮帶速度快，輸送量大，煤層厚且不要求防爆的的場合中，宜于使用強迫油冷卻電磁除鐵器。6.低溫超導(dǎo)除鐵器：液氦零揮發(fā)低溫超導(dǎo)除鐵器是利用超導(dǎo)線圈在低溫環(huán)境下（－268.8℃）鈮鈦合金導(dǎo)線電阻為零的特性，通過外部直流電源在超導(dǎo)線圈中通入大電流，使超導(dǎo)磁體中心產(chǎn)生3T（特斯拉）以上的強磁場，用于吸除混雜在煤炭中的各類鐵磁性金屬雜物。具有磁場強度高、透磁深度大、去除雜質(zhì)能力強、重量輕、能耗低、運行節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。但由于制造成本較高，適合于去除細(xì)小雷管、炮線等除鐵要求極高的場合。
目前，強磁場除鐵器主要采用電磁場，高場強的電磁場主要有兩種途徑獲得，一是增大設(shè)備的線性尺寸，其二是增加電磁負(fù)荷。實踐中，線性尺寸的增大往往受到限制，所以，增加電磁負(fù)荷就成為一種比較有效的方法。
電磁負(fù)荷的增加，勢必造成電磁線圈的溫度升高，有時殼體表面溫度超100℃，所以,對大型化高場強的電磁除鐵器，采用合理的冷卻技術(shù)來控制電磁線圈的溫度非常重要。
電磁除鐵器的溫升，對磁場強度影響較大，近而影響除鐵效果。磁場強度與電流成正比，通電線圈的電阻隨溫度的升高而增大，（電阻與溫度的關(guān)系公式為：R=R? (1+α (T-T?))，其中R為溫度為T時電阻值，R?為溫度為T?時電阻值，α為電阻溫度系數(shù)）。通電時間越長，電阻越大，相應(yīng)電流減小，最后達到熱平衡。不管有無冷卻方式，必須考慮散熱系數(shù)、溫升、散熱面積、勵磁功率等諸多因素。無冷卻方式，應(yīng)采用小功率多繞組方式，增大散熱面積。有冷卻方式，應(yīng)控制好散熱通道及散熱速度，合理選擇導(dǎo)線電流密度。所以控制溫升，是實現(xiàn)“高強磁”理論的便捷途徑。
1 除鐵器在煤礦及選煤廠的應(yīng)用
我國是世界煤炭資源大國，也是煤炭生產(chǎn)、消費大國。中國富煤貧油少氣的能源特點和經(jīng)濟發(fā)展階段，決定了煤炭將繼續(xù)充當(dāng)?shù)谝荒茉吹慕巧?。長期以來，煤炭在中國一次能源生產(chǎn)和消費中的比例平均高達70%。煤礦在開采，多環(huán)節(jié)運輸煤炭過程中，不可避免的混入錨桿、刮板、托輥、雷管炮線等，長的錨桿和鋼管容易在轉(zhuǎn)運中，撕裂運輸皮帶，刮板和托輥等鐵件進入破碎機后，就會損壞齒輥。所以在礦井下，除鐵很有必要。對煤礦井下來說必須使用隔爆除鐵器，通常安裝在主皮帶機上方，磁場強度逐漸遞增。防爆除鐵器主要有永磁隔爆除鐵器和電磁隔爆除鐵器兩種，山東華特生產(chǎn)的防爆電磁除鐵器，為解決線圈散熱問題，電磁除鐵器線圈采用多線圈，多通道，小功率多繞組制成 ，有利于散熱，以減少熱態(tài)磁場強度的降低。
附圖一;結(jié)構(gòu)圖
附圖二;磁場分析
附圖三 ；中煤平朔東露天煤礦安裝現(xiàn)場
在洗煤廠，由于選煤工藝中通常需要篩分、物理選煤（有跳汰、重介質(zhì)選煤和浮選三種）兩種工藝，其工藝不可避免的涉及原煤粒度問題。因而在選煤生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，離不開破碎機，進行破碎原煤，而破碎設(shè)備的保護神自然是除鐵器，同時也是選煤廠高效生產(chǎn)的有力保障。
在選煤廠設(shè)計除鐵器的問題上，多數(shù)人認(rèn)為除鐵器是附屬設(shè)備，因而忽略了對除鐵的設(shè)計。而有的選煤廠發(fā)現(xiàn)鐵件損壞破碎機時，想再增加除鐵器時卻因為基礎(chǔ)承重不足及安裝空間狹小等問題難于實現(xiàn)。有的多次改造，加裝多臺除鐵器，但仍不能圓滿解決選煤廠除鐵問題。
在洗煤廠使用除鐵器的成功經(jīng)驗表明：一個選煤廠的生產(chǎn)系統(tǒng)要想取得最佳的除鐵效果，至少需要設(shè)有兩級遞進式磁場除鐵裝置得以實現(xiàn),同樣安裝位置也頗具重要，除鐵器應(yīng)可能安裝在輸煤皮帶機頭部。
第一級除鐵推薦在井下原煤輸送皮帶機以及外來原煤輸送機頭部,在破碎機設(shè)備前部。在除鐵器吸力大小上，因從井下隨煤上來的鐵件有大有小、有長有短，建議選用1500Gs（T3型）。
第二級除鐵推薦在洗精煤皮帶機頭部。此時的較大鐵件已較少，可以使用1800Gs-2000Gs（T4-T5型)磁力較大的自卸式電磁除鐵器，盡可能地吸出一些重量較輕的鐵雜物，以提高煤質(zhì)質(zhì)量。
頭部沒有空間時，可在輸送機中部位置安裝，輸送機械處于除鐵器下方的槽形或加裝的平托輥要求采用非導(dǎo)磁性材料制造。但在來料方向距除鐵器中心300mm處應(yīng)換成直線平托輥，且高出現(xiàn)有槽形托輥50-60mm左右，使物料到了除鐵器底部，提前松散，更有效的吸附鐵件。
附圖四；神華寧煤清水營洗煤廠和新汶礦業(yè)集團
在裝車站除鐵，也是在最后一道生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，此時煤中的鐵雜物已更少，皮帶寬，煤層厚，流量大，安裝一套組合式除鐵器系統(tǒng)---（即金屬探測儀和超強型強油循環(huán)電磁除鐵器，該系統(tǒng)主要對較細(xì)小的鐵雜物，進行除鐵（磁場2000Gs-4000Gs以上），力求提高煤炭質(zhì)量和品質(zhì)。 附圖五
陜西榆林西灣裝車站RCDFJ-20T5(2000Gs) 中煤東露天煤礦RCDFJ-20T7(250)
2 除鐵器在火電廠輸煤系統(tǒng)中的應(yīng)用
火電廠的輸煤系統(tǒng)是輔機系統(tǒng)的一個重要組成部分，是保證火電廠穩(wěn)定運行的重要因素之一。輸煤系統(tǒng)設(shè)備較多，控制過程具有很強的時序性，其中，除鐵器在火電廠輸煤系統(tǒng)與鍋爐制粉系統(tǒng)中起著之關(guān)重要的作用，它除去了煤粉中的鐵塊及其鐵雜質(zhì)，保證了鍋爐制粉系統(tǒng)安全運行。事實上，目前除鐵器的使用效果并不理想。有些電廠為提高除鐵效果，采用了三級或四級除鐵，仍然不能將鐵徹底清除，究其原因，主要是處在煤層底部的鐵雜質(zhì)，受到的電磁吸力過小，再加上上面煤的壓力作用是除鐵失敗的原因。
在火電廠的生產(chǎn)系統(tǒng)除鐵布置型式，通常由三級遞進式磁場除鐵裝置得以實現(xiàn),除了有固定的頭部帶式除鐵器，見下圖
通常還多采用中部的雙機雙皮帶盤式除鐵器交替除鐵，如附圖
大唐托克托電廠現(xiàn)場圖片
隨著火電廠容量及單機容量的增大，輸送皮帶寬度增加，煤層厚度增厚，清除煤中的雜鐵更為困難。尤其是火電廠中速磨和風(fēng)扇磨使用的增多，對輸煤系統(tǒng)的除鐵任務(wù)提出了更高的要求。中速磨和風(fēng)扇磨要求吃“細(xì)糧”，要求煤中無鐵，或只有對設(shè)備無危害的小鐵。在國外，大部分煤都經(jīng)過洗選，容易做到。在國內(nèi)由于燃用的是動力煤、雜鐵很多，大的數(shù)十公斤，小的幾十克，要徹底清除它們也不是件容易的事?；痣姀S設(shè)計規(guī)程規(guī)定，輸煤系統(tǒng)要采用三級除鐵，以保設(shè)備安全。
對于除鐵器的規(guī)格和性能及各級除鐵器之間的配合，設(shè)計規(guī)程沒有明確規(guī)定。在實施過程中，因設(shè)備選型和布置方案不同，造成實際除鐵效果差別較大。有些除鐵器選型不當(dāng)，使用壽命過短，這些問題值得深思。
實踐經(jīng)驗表明，重視增加除鐵級數(shù)是對的，它增加了除鐵的機會。但仍沒有把握通過三級除鐵把對中速磨有危害的鐵件除凈。如何解決這個問題，也值得研究。在我國運行的電磁除鐵器，種類繁多，性能和價格差別很大。90年代，美、英、德、日等國的電磁除鐵器先后被引進，進入21世紀(jì)后，我國自行研制的電磁除鐵器亦紛紛投放市場。國產(chǎn)的電磁除鐵器不僅在數(shù)量上能滿足經(jīng)濟建設(shè)要求，在質(zhì)量上也完全可以和國外產(chǎn)品媲美。
在火電廠中，由于皮帶帶寬大多在800-1600mm范圍內(nèi)，輸送量不大，帶速不快，所以場強一般都在700-1500Gs之間,足以將鐵清除。原則上，每條皮帶機都配備除鐵器，以保證磨煤機正常運行?，F(xiàn)在來看，火電廠所用的除鐵器大部分采用強迫油循環(huán)電磁除鐵器。
3 除鐵器在港口輸煤系統(tǒng)中的應(yīng)用
在2002年以前，沿海港口象秦皇島、曹妃甸、天津港、黃驊港等從美國和日本進口了自然油冷和干式自冷電磁除鐵器，磁場最高可達1200Gs。隨著港口規(guī)模擴大，相繼采購了國內(nèi)生產(chǎn)的風(fēng)冷電磁除鐵器，由于這種除鐵器風(fēng)冷線圈內(nèi)易進入粉塵，且怕潮濕和水沖洗，壽命較短，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了用戶的需要和除鐵要求，磁場最大不超過1500Gs。2004年，以山東華特相繼研制生產(chǎn)出中國第一臺新內(nèi)冷技術(shù)，蒸發(fā)冷卻電磁除鐵器和強迫油循環(huán)電磁除鐵器。這兩種冷卻方式的除鐵器徹底解決了大型化電磁除鐵器在吸力、溫升和適應(yīng)環(huán)境上的三大技術(shù)難題，是一次除鐵器技術(shù)的大突破，該技術(shù)不僅輕而易舉的實現(xiàn)了1500GS的磁場，而且還連續(xù)創(chuàng)造了1800GS、2000GS、2500GS磁場的世紀(jì)神話，填補了國內(nèi)外大型強磁除鐵器的空白，是除鐵器歷史上的一次大飛躍、大突破。
目前，由于技術(shù)的進步，港口運輸帶越來越寬（已達到2400-2800mm）帶速越來越高（已達到6.8m/s），料層越來越厚（已達到600-700mm），處理量越來越達（已達到7800t/h），除鐵要求不斷提高（除鐵率達到95％），像行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提出的磁場強度900Gs、1200Gs、1500Gs,已滿足不了現(xiàn)場需要。因此，需要1800-2500Gs的大型強迫油循環(huán)電磁除鐵器來填補。
現(xiàn)在，秦皇島、曹妃甸、天津港、黃驊港、京唐港等使用低場強的除鐵器十多年了，相繼進入了淘汰更新時期，根據(jù)現(xiàn)場需要，陸續(xù)選擇使用了2000-2500Gs的高端智能化大型強迫油循環(huán)電磁除鐵器,來適合現(xiàn)場進行更高要求的除鐵，目前，這種大型除鐵器已占90％以上。附圖片
2001年，中煤集團引進首臺美國藝?yán)a(chǎn)低溫超導(dǎo)除鐵器應(yīng)用于青島前灣港，2004年開始，神華集團在黃驊港、天津港，中煤集團秦皇島港先后共安裝了9臺低溫超導(dǎo)除鐵器，運行效果良好，除鐵除雜效果明顯，每年都能吸出數(shù)千顆雷管和數(shù)十噸炮線等雜物，為中國的出口煤零雜質(zhì)起到了關(guān)鍵作用，受到了國外客戶的高度贊譽。
低溫超導(dǎo)除鐵器是一種節(jié)能型除鐵器，功率僅有20千瓦左右，它是利用低溫超導(dǎo)鈮鈦線圈(液氦浸泡線圈)，在超低溫下接近零電阻，線圈通過數(shù)千安培的電流時產(chǎn)生了強大的磁場，額定吊高550mm時磁場強度≥4000GS，足以吸出煤層中0.001-6公斤的鐵磁性物質(zhì)。山東華特公司在2008年9月與中科院高能所成功研制出了中國第一臺低溫超導(dǎo)除鐵器，并于2008年11月在北京通過省部級鑒定，目前有3臺山東華特公司生產(chǎn)的超導(dǎo)除鐵器在神華黃驊港安全運行使用，運行穩(wěn)定。附圖片
黃驊港超導(dǎo)前的保護除鐵器RCDFJ-20T4（180mT） 黃驊港裝船線正在使用的超導(dǎo)除鐵器
4 結(jié)束語
近年來，對除鐵器的研究很少，但多數(shù)行業(yè)對除鐵設(shè)備的需求日益增加，因此，在未來時期內(nèi)，必須不斷地尋找新的材料，新的工藝，研發(fā)出更好的除鐵設(shè)備。同時，在目前的情況下，如何更好地利用現(xiàn)有除鐵技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)的除鐵，也是值得深入探討的問題。
參 考 文 獻
[1] 嚴(yán) 威.輸煤系統(tǒng)除鐵器的設(shè)置[J]，硫磷設(shè)計與粉體工程，2014(6):31-34.
[2] 戴慧新，郝先耀，趙志強.除鐵器應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展方向[J].金屬礦山，2007（9）：:90-93.