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、生產運輸環節里，會不可避免的混入一些金屬鐵物質，這些鐵雜質，若不及時處理，極易損壞輸煤系統中傳送皮帶和給煤機、磨煤機等設備，嚴重影響輸煤系統的穩定運轉，所以，除鐵器在煤礦、選煤廠、火電廠、煤炭港口輸煤系統中具有不可替代的保護作用。分析、比較了自然冷卻、風冷卻及強迫油循環冷卻技術的發展、原理、優缺點及工業應用情況。結果表明，不同的除鐵器所使用場合是不同的，合理應用，可提高設備的使用壽命，滿足安全生產要求。
關鍵詞 ; 除鐵器，磁場強度，強迫油冷卻電磁除鐵器
除鐵器是一種能產生強大磁場力的設備，廣泛應用于煤礦、選煤廠、火電廠、煤炭港口、水泥和化工等輸煤系統，用以除鐵，保護下游設備。
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，磁場趨于穩定，勵磁線圈產生的溫度主要靠殼體表面積自然散熱，效率低，溫升較高，熱態時磁場下降，適合于中小型以下產品。3.風冷冷卻式；利用風機直吹裸露的勵磁線圈，冷卻效果較好，但現場的粉塵會吸附在發熱的線圈上，長期運行時煤粉會進入線圈內部和表面，影響散熱，導致煤粉自燃，引起火災，適合于工作環境較干凈的場所。4.普通油冷卻式；原理類似變壓器，線圈發熱后將熱量傳導給變壓器油，變壓器油靠對流方式自然循環，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構，內部采用電氣絕緣性能好的變壓器油作為冷卻介質，當勵磁線圈通電發熱時，將熱量傳遞給變壓器油，通過變壓器專用油泵循環，變壓器油進入冷卻器，熱量由風機強行帶走，線圈散熱快、溫升低。由于除鐵器線圈一直處于低溫狀態，磁場變化范圍小，磁力穩定。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.低溫超導除鐵器：液氦零揮發低溫超導除鐵器是利用超導線圈在低溫環境下（－268.8℃）鈮鈦合金導線電阻為零的特性，通過外部直流電源在超導線圈中通入大電流，使超導磁體中心產生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、去除雜質能力強、重量輕、能耗低、運行節能環保等優點。但由于制造成本較高，適合于去除細小雷管、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，一是增大設備的線性尺寸，其二是增加電磁負荷。實踐中，線性尺寸的增大往往受到限制，所以，增加電磁負荷就成為一種比較有效的方法。
電磁負荷的增加，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）。通電時間越長，電阻越大，相應電流減小，最后達到熱平衡。不管有無冷卻方式，必須考慮散熱系數、溫升、散熱面積、勵磁功率等諸多因素。無冷卻方式，應采用小功率多繞組方式，增大散熱面積。有冷卻方式，應控制好散熱通道及散熱速度，合理選擇導線電流密度。所以控制溫升，是實現“高強磁”理論的便捷途徑。
1 除鐵器在煤礦及選煤廠的應用
我國是世界煤炭資源大國，也是煤炭生產、消費大國。中國富煤貧油少氣的能源特點和經濟發展階段，決定了煤炭將繼續充當第一能源的角色。長期以來，煤炭在中國一次能源生產和消費中的比例平均高達70%。煤礦在開采，多環節運輸煤炭過程中，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，以減少熱態磁場強度的降低。
附圖一;結構圖
附圖二;磁場分析
附圖三 ；中煤平朔東露天煤礦安裝現場
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。因而在選煤生產環節中，離不開破碎機，進行破碎原煤，而破碎設備的保護神自然是除鐵器，同時也是選煤廠高效生產的有力保障。
在選煤廠設計除鐵器的問題上，多數人認為除鐵器是附屬設備，因而忽略了對除鐵的設計。而有的選煤廠發現鐵件損壞破碎機時，想再增加除鐵器時卻因為基礎承重不足及安裝空間狹小等問題難于實現。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驗表明：一個選煤廠的生產系統要想取得最佳的除鐵效果，至少需要設有兩級遞進式磁場除鐵裝置得以實現,同樣安裝位置也頗具重要，除鐵器應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，以提高煤質質量。
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磁性材料制造。但在來料方向距除鐵器中心300mm處應換成直線平托輥，且高出現有槽形托輥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集團
在裝車站除鐵，也是在最后一道生產環節中，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---（即金屬探測儀和超強型強油循環電磁除鐵器，該系統主要對較細小的鐵雜物，進行除鐵（磁場2000Gs-4000Gs以上），力求提高煤炭質量和品質。 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中的應用
火電廠的輸煤系統是輔機系統的一個重要組成部分，是保證火電廠穩定運行的重要因素之一。輸煤系統設備較多，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與鍋爐制粉系統中起著之關重要的作用，它除去了煤粉中的鐵塊及其鐵雜質，保證了鍋爐制粉系統安全運行。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，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。
在火電廠的生產系統除鐵布置型式，通常由三級遞進式磁場除鐵裝置得以實現,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扇磨使用的增多，對輸煤系統的除鐵任務提出了更高的要求。中速磨和風扇磨要求吃“細糧”，要求煤中無鐵，或只有對設備無危害的小鐵。在國外，大部分煤都經過洗選，容易做到。在國內由于燃用的是動力煤、雜鐵很多，大的數十公斤，小的幾十克，要徹底清除它們也不是件容易的事。火電廠設計規程規定，輸煤系統要采用三級除鐵，以保設備安全。
對于除鐵器的規格和性能及各級除鐵器之間的配合，設計規程沒有明確規定。在實施過程中，因設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，使用壽命過短，這些問題值得深思。
實踐經驗表明，重視增加除鐵級數是對的，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世紀后，我國自行研制的電磁除鐵器亦紛紛投放市場。國產的電磁除鐵器不僅在數量上能滿足經濟建設要求，在質量上也完全可以和國外產品媲美。
在火電廠中，由于皮帶帶寬大多在800-1600mm范圍內，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。現在來看，火電廠所用的除鐵器大部分采用強迫油循環電磁除鐵器。
3 除鐵器在港口輸煤系統中的應用
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。隨著港口規模擴大，相繼采購了國內生產的風冷電磁除鐵器，由于這種除鐵器風冷線圈內易進入粉塵，且怕潮濕和水沖洗，壽命較短，遠遠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出中國第一臺新內冷技術，蒸發冷卻電磁除鐵器和強迫油循環電磁除鐵器。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、溫升和適應環境上的三大技術難題，是一次除鐵器技術的大突破，該技術不僅輕而易舉的實現了1500GS的磁場，而且還連續創造了1800GS、2000GS、2500GS磁場的世紀神話，填補了國內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％），像行業標準提出的磁場強度900Gs、1200Gs、1500Gs,已滿足不了現場需要。因此，需要1800-2500Gs的大型強迫油循環電磁除鐵器來填補。
現在，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，根據現場需要，陸續選擇使用了2000-2500Gs的高端智能化大型強迫油循環電磁除鐵器,來適合現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利產低溫超導除鐵器應用于青島前灣港，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臺低溫超導除鐵器，運行效果良好，除鐵除雜效果明顯，每年都能吸出數千顆雷管和數十噸炮線等雜物，為中國的出口煤零雜質起到了關鍵作用，受到了國外客戶的高度贊譽。
低溫超導除鐵器是一種節能型除鐵器，功率僅有20千瓦左右，它是利用低溫超導鈮鈦線圈(液氦浸泡線圈)，在超低溫下接近零電阻，線圈通過數千安培的電流時產生了強大的磁場，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。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的超導除鐵器在神華黃驊港安全運行使用，運行穩定。附圖片
黃驊港超導前的保護除鐵器RCDFJ-20T4（180mT） 黃驊港裝船線正在使用的超導除鐵器
4 結束語
近年來，對除鐵器的研究很少，但多數行業對除鐵設備的需求日益增加，因此，在未來時期內，必須不斷地尋找新的材料，新的工藝，研發出更好的除鐵設備。同時，在目前的情況下，如何更好地利用現有除鐵技術，服務于各行各業的除鐵，也是值得深入探討的問題。
參 考 文 獻
[1] 嚴 威.輸煤系統除鐵器的設置[J]，硫磷設計與粉體工程，2014(6):31-34.
[2] 戴慧新，郝先耀，趙志強.除鐵器應用現狀及其發展方向[J].金屬礦山，2007（9）：:90-93.