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国内除铁器的分类、性能特点及应用选型

2017-04-15 16:54:28 淄博铭熙磁铁制造有限公司 阅读

除铁器是一种产生强大磁场吸引力的设备,它能将混杂在非磁性物料中的铁磁性杂质清除,以保证输送系统中的破碎机、研磨机等机械设备安全正常工作,同时可有效地防止因大、长铁件划裂输送机皮带的事故发生。

除铁器广泛用于冶金、矿山、选煤厂、电厂、陶瓷、玻璃、水泥、建材、化工、食品及饲料加工行业,在新兴的垃圾处理工业中,也需要除铁器回收废物中的钢铁。尤其在煤炭和陶瓷行业中,煤中混有的雷管、铁钉等铁杂质不仅影响安全生产,而且影响出口煤炭的质量和声誉;陶瓷工业生产中使用的石灰石、硅石、白云石、长石等原料,常或多或少含有铁及铁的化合物,铁质对陶瓷产品危害极大,它常使瓷器外表面产生褐色或黑色斑点,影响产品的白度,降低陶瓷产品的等级。因此利用除铁器除铁这一环节就显得非常重要。近年来,为满足工业生产的多种需要,研制开发出了大量的新型除铁器。

除铁器按磁力来源不同,分为电磁除铁器和永磁除铁器。电磁除铁器实质上是一种直流电磁铁,其励磁线圈在通电过程中产生强磁场,将非磁性物料中的铁件吸起。永磁除铁器是以高矫顽力、高剩磁的稀土磁性材料钕铁硼和铁氧体组成磁源,以形成强力磁场,用于吸除铁磁性杂物,整机不通电,无能耗。电磁和永磁除铁器的具体分类和应用如下? 。

1 电磁除铁器

电磁除铁器按卸铁方式可分为自动卸铁和人工卸铁两种;按冷却方式可分为自然冷却式、强迫风冷式、水冷式、油冷式、热管冷却式等;此外还有超导式和振动式电磁除铁器。

(1)自然冷却式。采用内部充填导热硅脂(或柏油、石英砂、桐酸树脂、环氧树脂等),外部可加焊

散热翼片。该种设备体积小、质量轻、结构简单,密封性能好,安装、使用和维修都很方便且价格便宜。能适应各种恶劣环境。其缺点:① 体积较小,励磁导线短,所产生的磁场较小;②散热效果不好,长时通电后.磁感应强度衰减严重;③ 无自卸皮带,间断作业。

(2)强迫风冷式。采用低噪声离心风机或轴流戴惠新等:除铁器应用现状及其发展方向 2007年第9期风机对电磁线圈进行强迫风冷。其优点:① 本体外围有一套冷却线圈系统.其线圈绕组可以较多,散热效果得到改善,能获得较大磁场;② 一般备有自卸皮带清理杂质,可连续作业。其缺点是:① 由于仅靠本体两侧的风扇冷却,对线圈内部散热并不好.整体冷却效果不太理想,内部温升大;② 长时间连续作业,磁感应强度易衰减;③ 由于进出风口水气、灰尘、杂质等易进人造成堆积或积炭,难以清除,从而影响使用效果和寿命;④体积较大,质量大,对安装、场地等要求较高。

(3)水冷式。水冷式电磁除铁器励磁导线中空,通过循环泵使去离子水在空心导线内循环,带走

通电导线产生的热量。由于结构特殊,有以下优点:①采用低电压、大电流方式进行励磁,磁感应强度高;② 内部温升小,长期运行、磁感应强度衰减小。缺点是:①结构复杂,需配备辅助散热系统,如循环泵、散热器、泵压和水温报警装置等,占地面积大,安装工作量大;②磁感应强度大,不易安装自卸皮带,杂质去除需断电;③电器部分结构复杂,维修量大。

④ 成本较高;⑤ 由于其冷却系统靠去离子水循环和风扇散热,而水的冰点又在0℃ ,故如果在我国北方使用,其散热系统无法过冬。若去离子水改成防冻液,又无法避免防冻液对空心导线的腐蚀。

(4)油冷式。励磁线圈全部浸泡在高压绝缘冷却油中。线圈与油充分接触,产生的热量能及时传

导给冷却油,热量不集中。该机内部温升较小,散热均匀,可长时间连续运转;随时间推移,磁感应强度衰减也较小。密封性能好,能在各种恶劣环境中使用。但其缺点是体积大,质量大,成本较高,对安装场地、空间、钢结构等都有较高要求。长期使用后,油中金属离子增多,造成沉积,难以彻底换油,由于受温升限制,磁场强度在额定悬挂高度中心一般在0.1 T以下。

(5)热管冷却式。采用被称为“热超导”的高效热管作为散热元件,其当量导热系数比钢管高

300多倍,传热性能优异,具有均匀的温度特性,冷却效果好,可靠性高,能适应各种恶劣环境,寿命长。在热管散热段安装二次散热翼片,扩大了散热面积,利用气一液相变传热,不需任何外界动力源,节能降耗。并且其结构紧凑,自重小,安装维修方便。其缺点是热管的成本较高,制作工艺要求比较高,化学清洗、机械加工、惰性气体保护焊、管壳的检漏、高真空度的获得及封口测试等,只要有任何一项出现偏差都可能影响其散热性能。

(6)振动式电磁除铁器。该机励磁线圈通人直流电后,在筛料网四周形成不均匀磁场区,当被处理的物料通过筛料网时,混杂在物料中的散铁颗粒被吸留住,而非磁性物料在振动电机的作用下均匀通过筛料网,达到除铁的目的.广泛应用于磨料、化工、耐火材料、玻璃和陶瓷等行业去除小颗粒或粉状非磁性原料(60~400目)中铁磁性杂质,有体积小,质量轻,效率高,安装、维修方便等优点。其主要形式:① 自然冷却振动式除铁器,其冷却方式同上所述自然冷却式电磁除铁器相同,其磁场性能较低;②双液冷却振动式除铁器,采用油冷加水冷方式进行冷

却,其磁场性能较高,热态性能稳定,但价格也较贵。(7)超导式电磁除铁器。该除铁器本体线圈采用铌钛超导线,线圈在一269℃低温环境下,当电流通过铌钛导线时,其电阻为零。电能全部转化为磁能,实现节能、强磁。目前国内尚无厂家生产。

2 永磁除铁器

永磁除铁器是随着我国稀土技术的发展而开发的新型除铁器。我国稀土资源广泛,各种稀土永磁

材料发展应用均十分迅速。永磁除铁器按卸铁方式可分为带式自动卸铁、板式人工卸铁、手动式卸铁和翻板式卸铁4类。另外还有管道式、隔栅式、栅格架式、通道式、永磁滚筒、转筒式等。

(1)带式永磁除铁器。带式永磁除铁器其特点是自动卸铁,磁场恒定,无冷热态变化,故障点少,在1 200 mm带宽以下应用较普遍。由于目前磁屏蔽技术发展还不过关,所以给制造、运输、安装、操作、维修均带来不少麻烦。例如大块铁被吸上磁箱存在着既有可能抛不掉,从而夹死皮带烧毁电机的问题。同时又难以清除,并有可能对磁块造成损坏,因而在大规格的应用上受到一定的限制。

(2)板式人工卸铁式永磁除铁器。在所有除铁器中为简单,价格低,占用空间位置小,制造安装维修方便。按照配置方式大致可分为两种,即悬挂固定式和底部固定式。悬挂固定板式除铁器适于安装在胶带输料皮带机的上方,而底部固定板式除铁器适于装在下料斗或溜槽的下方。这种类型的除铁设备适于含铁杂质较小、较少的场合,而且输送料流厚度好不超过100 mm。该设备工作时,夹杂铁物直接被吸引在磁力板上,需进行定期人工卸铁,较为费力。

(3)手动式永磁除铁器。手动式永磁除铁器卸铁时采用摇手把利用刮板将铁件刮到磁场外的方式

进行除铁,但一般还不能用于有较大铁件的场合。

(4)翻板式永磁除铁器。翻板式永磁除铁器卸铁时将磁系翻转约9O。,使铁磁性物质自动脱落,其外形有提升磁系脱离磁场(抽屉式)的结构,其外形尺寸和带式相比长度较短,高度略高,操作较方便简单。

(5)管道式永磁除铁器。管道式除铁器是一种湿法作业的除铁设备。该设备主要由磁棒插人管道

内构成。该设备适用于浆料中的除铁场合,特别适用于微细颗粒铁物的清除。主要用于水泥、粮食、玻璃、化工等行业除铁,其结构简单,但一般为人工卸铁(也有管道式电磁除铁器)。其结构有①除铁器外置式除铁器附在管道一边或两边(一般管道为矩形);②除铁器内置式除铁器位于管道中央呈圆锥形(一般管道为圆形)。

(6)栅格架式永磁除铁器。这种除铁器采用多根磁棒间隔而成。由于栅格架上方安置了导流板,

它可使物料中的夹杂铁受磁棒吸住的几率增大。为了使该装置适于不同的给料器,该装置可根据用户要求订制成圆形格架和方形格架。该装置适于12.5 mm以下的物料除铁场合。

(7)隔栅式永磁除铁器。一般为管状,采用挤压式磁场布置,既可用于干式除铁,又可制成湿式管道除铁器。主要用于化工原料、纸浆、矿物等原料的除杂,磁场强度高、梯度大,但深度较小,均匀性较差。

(8)通道式永磁除铁器。这种除铁器主要采用两块磁力板由框架组合而构成。该通道框架上方也

设有导流板,可使物料的除铁率达到高。该设备的大优点是可使块料(5O~60 mm)中的机械铁能得到充分和有效清除。

(9)永磁滚筒式除铁器。它主要由一个多极固定磁系和一个由非导磁材料制成的圆筒构成。固定

磁系的包角为180。或者360。,圆筒围绕该磁系转动或者整个磁滚筒转动。一般可用来代替带式输送机主动轮,既可带动皮带输送物料,同时又起到分选的作用,在钢厂钢渣回收利用、矿山铁砂石粗选、非磁性物料除杂中起着重要的作用,操作简单。该设备适于50 mm以下的粗颗粒物料输送过程中的除铁。

(1O)转筒式永磁除铁器。该设备的磁系及转筒构造与上述的滚筒式除铁器的基本一样。不同的

是该转筒是由一个独立的电机来驱动,因而可进行连续且独立除铁。它非常适于物料流中含铁量大的除铁场合。

永磁除铁器的优点:①磁吸力特强、工作性能稳定、结构简单紧凑、能耗小.②质量轻、操作及维修方便。③生产过程中突然停电时,除铁器所吸住的铁质物不会再次排人原料中。缺点有:① 磁感应强度的提高受技术限制;② 运输安装不方便,吸附大的铁件不易卸下;③ 运输和安装过程中的振动,易引起磁结构变化,造成磁力衰减;④ 对温度变化较大的地区,温差对磁感应强度有影响;⑤ 自卸式永磁除铁器由于配备自卸皮带,交流电机所产生的交变磁场对本体磁力有影响;⑥造价高、使用历史短。

3 除铁器的发展方向

目前,随着科技的发展,运输皮带越来越宽(已达2 400 mm)、带速也越来越高(已达5.7 m/s)、料层也越来越厚(已达500 mm)、处理量也越来越大(已达7 200 t/h)、除杂要求也越来越高(除净率要求达98%以上),因而对除铁器提出了更高的要求。因此,未来除铁器的研究发展方向主要有以下几个方面。

(1)精细除铁。由于原料在加工过程中难免混人一些细小铁件和设备磨损产生的细铁粉,有时还混有少量铁钛质矿物,而工业上对除杂要求却越来越高,要除去这部分较细的铁杂质就必须提高除铁器的除铁能力,向精细方向发展。

(2)高磁场、高梯度。根据磁力是磁场强度与磁场梯度的乘积的原理,采用多种聚磁方法和应用更好的材料,使除铁器在额定悬挂高度中心的磁场强度已达到90、120、150 mT,同时梯度也越来越大,所以磁力也越来越大。出现了超强磁除铁器,其磁力指数是常规除铁器的4倍多。

(3)节能方面。电磁除铁器是靠电流产生磁场,在使用过程中会消耗大量电能,而且其散热系统

也需要消耗能量。虽然永磁除铁器不需消耗电能,但是在某些行业电磁除铁器有不可替代的优势(如陶瓷厂),因此节能降耗就成了电磁除铁器的发展趋势。谭昆玲 在分析了电磁除铁器的运行特点后,提出了一种技术方案,即当出现铁件时给激磁线圈加上100%的全额电压;当没有出现铁件,仅需保持已吸起的铁件不坠落阶段,加上10%左右的全额电压,使整个设备运行时基本处于冷态。这样既可解决线圈散热与密封之间的矛盾,也可大大提高出现铁件时的磁吸引力,降低生产厂家的钢材铁材消耗和综合成本,降低使用厂家的成本。

(4)控制自动化_1 。过去除铁器的控制系统多采用断电器一接触器逻辑控制,其可靠性、灵活性、可维护性、自检能力、安全保障能力及通信能力等都不高。现在除铁器的控制系统往往采用PLC进行控制,不仅提高了自身的可靠性,减少维护量,而且可以方便地与其它自动控制系统联网,在上位机的统一管理下,进一步提高整个系统乃至企业生产工序的自动化程度。PLC是一种数字式运算操作的电子系统,专门应用于工业环境下的生产现场,易与工业控制系统形成一个整体,监控能力强、易于扩展。目前控制要求越来越高,如采用以太网等,对PLC的配置也从简单化、小型化向复杂化、中型化发展。

(5)开发大功率除铁器。除铁器除铁能力的判定原来往往以磁场强度来表征。李勇 等人对除铁器的除铁能力进行了研究,认为影响除铁能力的因素除磁场强度外,更重要是除铁器的功率。因此,开发大功率除铁器以提高除铁能力,将是以后的发展方向。

(6)研制新型电磁除铁器电源。电源是电磁除铁器的主要构件之一,其性能决定了除铁器的运行

状态和性能。尽管利用二极管和可控硅制造的除铁器电源具有制造工艺简单、成本低等优点,但其交流谐波分量大、功率因数低、相间容易不平衡和不宜于实现智能控制。高学朋引介绍了利用IGBT和MOSFET设计制造的新型除铁器电源。它具有功率因数高、易于控制、成本低、节能和易于与其它智能设备连接等优点。同时,在设计中充分利用了电磁除铁器的电感量大,直流电阻小的电感特性,省去了中频变压器或滤波电感等一些常规电源必要的元器件,降低了成本,使之成为具有较高性价比的新型电磁除铁器电源。

4 结论

近年来国内外对除铁器研究较少,但是大部分行业对产品的除杂要求却越来越高,所以今后一段时间需要不断寻找新型材料,寻求新方法,研发新型除铁器,以提高除铁器的性能。同时,如何在现有条件下更好的利用除铁器,发展新工艺也是值得研究的方面。

获得临界温度为43 K的铁基超导体

自从层状铜氧化合物高温超导体发现以来,科学家一直都在致力于寻找更高临界温度的新超导体。然而,长期以来,临界温度高于40 K的超导体只有铜氧化合物超导体。中国科技大学微尺度国家实验室陈仙辉教授在国际上首次获得临界温度超过40 K的铁基超导体,相关研究发表在6月5日出版的英国《自然》杂志上[37]。研究人员通过电阻率和磁化率测量表明,该体系的超导临界温度已达到43 K,是除铜氧化物高温超导体之外第一个临界温度超过40 K的非铜氧化物超导体,突破了“麦克米兰极限”(即传统超导临界温度高只能达到39 K),说明该体系是一个非传统的高温超导体。有关专家认为,非铜氧化合物铁基超导体的发现,无论在高温超导的应用以及对高温超导机制的理解方面均有重大的意义。

研制成功首台低温超导除铁器

11月2日,中国自主研制成功的第一台低温超导除铁器通过技术鉴定。低温超导除铁器是重要的大型工业设备,主要用于去除煤炭等原料中的铁性杂质,此前,大型超导磁体生产技术一直为国外所垄断。这台低温超导除铁器是由中国科学院高能物理研究所与山东华特磁电科技股份有限公司联合研制的,其磁体具有0.93 m的大口径,高磁场场强高达56 000 Gs,中心磁场场强30 000 Gs,储能为3.4兆J;在超导状态下(零下269 ℃),其线圈导体无电阻,大电流通过超导线圈产生超强磁场,具有磁场强度高、梯度大,吸铁能力强,重量轻,能耗低,运行节能环保等普通电磁除铁器无法比拟的优点,而其价格仅为美国同类产品的60%。这一设备的诞生被认为彻底打破了中国超导磁体长期以来完全依赖从美国进口的局面[55]。

这类设备能有效地将非金属物料与有色金属实施自动分离,减少劳动力,高效的金属回收,有效增加产值。

特点:

1. 操作简便,金属与非金属自动分离;

2. 可分离金属颗粒跨度大,常规为3mm至100mm之间;

3. 安装方便,可与新建及已有的流水线有效连接;

4. 简单灵活的调节,即可达到佳分选效果;

5. 设备能耗较低,维护方便;

6. 可根据转子的不同转向,可分选不同粒度物料;

7. 多种型号可供选择(料盘宽度可选范围300mm至1500mm);

8. 多种转子设计可供选择。

管道式浆料除铁器