一种高温超导电磁除铁器，包括超导磁体、程控电源、磁场控制计算机（１）。垂直向和水平向两个超导磁体（４、５）的螺管线圈轴线相互垂直，分别由两台程控电源（２、３）供电；在磁轴平面内构成空间工作磁场。液态氮容器（１２）位于低温容器（１７）和热辐射屏（１６）之间，液氮容器（１２）安装在热辐射屏（１６）盖板上，热辐射屏（１６）吊装在低温容器（１７）内部，固氮容器（１５）吊装在热辐射屏（１６）内部，饼式线圈（１４）安装在固氮容器（１５）内部。磁场控制计算机（１）串口与两个程控超导电源（２）和（３）的串口连接，磁场控制计算机（１）调整程控电源（２）和（３）电流的大小，从而控制工作空间磁场的方向和大小。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于港口码头煤、火力发电厂或其他材料中清除铁磁材料的电磁除铁 器，尤其涉及一种利用固氮保护的传导冷却高温超导电磁除铁器。技术背景在煤炭运输领域，随着煤炭资源的减少，其开采难度加大，造成其中所含杂物的增加。 而国际上对于出口煤炭纯净度的要求不断提高，使得各大煤炭生产及运输企业对于煤炭中 铁性杂质去除率不断提高。例如在清除料厚达到500mm左右的煤层中所含雷管、导火线等 极细小的物件(出口煤中对此有严格的要求其中雷管的含量不得超过3个/万吨煤，超 过的按1000美元/个处以罚款，如果不能有效清除其造成的经济损失是极为巨大的)，要 有效地清除这样的物件其所要求的远距离磁场需达到或超过4000G以上，使用常规的磁体 无论在电能消耗还是磁体本身的散热处理上都存在较大的问题，如果引入超导磁体则可以 较好地解决这样的问题，在我国己经在秦皇岛港、青岛等港口投入了实际工业应用。目前的电磁除铁器大多数采用常规线圈，采用水冷、油冷、风冷、蒸发冷却、热管等 冷却方式，磁场方向大多数为单一方向，磁场方向不可控制。相关专利很多，比较有代表 性的有下述几种中国专利200710013332.3采用常规线圈，为单一方向的电磁除铁器，由上 部磁轭、侧部导磁板及底板相互焊接在一起构成除铁器本体内腔，线圈内部采用导热液体 强迫冷却。专利89212992.1是一种油冷式电磁除铁器，磁体采用外方内八角的磁系结构，常 规线圈，磁场单方向。专利01257542.9是一种新型风冷自卸式电磁除铁器。200410036257.9 是一种蒸发冷却式电磁除铁器。专利02263425.8采用常规线圈和导磁铁轭结构，内部安装由 云母片和热管组成的散热板散热。专利88105470.4是一种内部安装热管散热、单方向、常 规线圈的电磁除铁器，悬挂于输送带中部或者头部上方。常规电磁除铁器具有能耗高、磁 场强度较低的缺点，常规线圈可能利用的磁场梯度有限，因此将煤或其他物质中较弱磁性 的材料从中清理出来铁效果较差。为了解决常规线圈的不足，出现了采用超导磁体方案的超导除铁器。到目前为止，超 导除铁器的方案都见于国外的相关专利。U.K. Patent Application of Cohen和U.S. Pat. No. 2,064,377(1985)使用一对超导线圈在水平方向产生强磁场和磁场梯度进行除铁。U.S Patent 4，609，109 (1986)的采用一个或一对超导线圈磁体，在垂直方向产生梯度磁场进行除铁。 PCT/US96/15455采用脉冲超导磁体方案，可以在一个方向上产生较强磁场，但是工作区在 磁体封闭的空间内，工作区较为狭小。United States Patent 5,004,539、 4,609,109 3,942,643, 4,153,542， 4，668，383等这些超导线圈都工作在4K左右，采用低温超导材料绕制，用液氦冷 却，产生单一方向的磁场和磁场梯度。目前的超导除铁器广泛采用低温NbTi超导体产生4-5T的中心高磁场，在离磁体550mtn 的距离范围获得4000G的磁场来吸引弱磁材料。这种方法虽然可以产生较高的磁场，但是存 在的主要问题是低温超导磁体的临界温度较低，磁体不能实现快速充放电，磁体吸引铁磁 材料后到卸下这些材料所要求的时间较长，因此除铁效率较低。此外低温超导磁体在极快 充放电情况下，非常容易失超，其恢复时间长度20天到一个月，严重影响系统的正常工作。 同时使用液氦冷却的超导磁体系统通常运行和维护较为复杂，运行费用较高，因此在实际 的工业应用中面临，运行和维护成本较高，系统的可靠性较差等许多的技术问题。目前低温超导线NbTi/Cu临界温度和临界磁场较低，因此电流的变化引起的交流损耗 将产生超导线圈的失超，这对于工业应用一港口码头运行的电磁除铁器是相当不利的。传 统的超导磁体， 一般是将超导磁体浸泡在低温液体中。正是由于使用了低温液体来冷却超 导磁体系统，使得超导磁体的结构复杂、运行成本高，系统操作极其困难。使用这样的系 统运行和操作非常不便。单一磁场方向除铁器的缺点是作用在弱磁材料上的力只是单一方向，例如如果弱磁 性物质被压在较大煤块下面，即使在某一方向使用较大磁场强度有可能也很难将其清除出 来。
技术实现思路
为了克服现有的电磁除铁器的磁场方向单一且不可控、常规线圈磁场提供的磁力较低 等不足，本专利技术提出一种采用固态氮保护的传导冷却高温超导电磁除铁器。 本专利技术具有以下特点1、 两个超导磁体独立安装，磁体轴线正交，提供开放的工作空间，适用的领域更广泛。2、 本专利技术两个超导磁体分别供电，通过改变两个方向线圈电流产生合成的不同方向的 磁场，在计算机的控制下可以实现区域的磁场扫描，实现高效率的除铁。3、本专利技术利用高温超导体具有较高的临界参数特点，采用最先进的周态氮保护低温技术，超导磁体稳定性较高，超导磁体充放电速度较快，从而使该除铁器适合于复杂工业环境运 行。4、 本专利技术采用传导冷却方式，采用GM制冷机提供冷量，冷却固态氮和超导线圈。5、 本专利技术使用高饱和的铁磁材料作为铁芯，能够提供较高磁力,.同时能够进一步减小 磁体端部的径向磁场和高温超导带材的最大磁场，从而减小大口径超导线圈的环向应力和 应变，进一步提高磁体的电流传输特性及磁体的稳定性，运行更加可靠。本专利技术的高温超导除铁器由两个独立的超导磁体、两个程控超导电源、磁场解算及状 态监测计算机组成。每个超导磁体包括高饱和磁场的导磁铁轭、低温制冷系统、低温容器、 高温超导线圈、高温超导电流引线、热辐射屏、液氮容器、固氮容器以及位于高温超导磁 体系统内部的失超检测与保护结构组成。本专利技术固态氮保护的高温超导电磁除铁器的核心部件是两个方向布置的超导磁体。两 个超导磁体的线圈轴线相互正交，磁场区为开放空间。磁体除了线圈放置方向和低温容器 形状不同，结构基本是相同的。水平向超导磁体的导磁铁轭呈E形结构包围磁体，垂直向超导磁体的导磁铁轭呈M 形结构包围磁体，导磁铁轭中间部分插入磁体室温孔径，其余部分将磁体包围起来，用于 收集发散的磁场。导磁铁轭的制作材料选择饱和磁密高、磁导率高的材料， 一般选择坡莫 合金复合软磁材料。低温系统包括低温容器、内热辐射屏、液氮容器和固氮容器。低温容器采用无磁不锈 钢材料制作。热辐射屏置于低温容器内，由凿有通气孔的多层铝箔制作而成。超导磁体内 部的失超检测与保护结构位于热辐射屏上端盖之下。液氮容器位于低温容器和热辐射屏之 间，液氮容器的上部通孔分别接室温液氮注入和排出孔，液氮容器的下部通孔连接固氮容 器的液氮注入和排出孔。固态氮容器位于热辐射屏内。高温超导线圈和线圈支持结构位于 固氮容器内，由低温固态氮保护。本专利技术的低温制冷系统采用两级GM制冷机提供低温冷量。磁体的冷头法兰外接GM制 冷机，GM制冷机的一级冷头冷却热辐射屏，二级冷头通过导热带超导线圈相连。 一级冷头 冷却温度在77K, 二级冷头温度为4K，磁体的工作温度为4.2K 30K。 GM制冷机的冷头和 超导线圈的低温系统之间采用高纯铜导冷线软连接以减小线圈和制冷机二级冷头之间的温 差。高温超导线圈和低温超导NbTi线圈相比具有较高的临界温度和磁场，因此超导磁体系 统具有较大的抗干扰能力，避本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高温超导电磁除铁器，包括超导磁体、程控电源、计算机（１），每个超导磁体包括高饱和磁场的导磁铁轭（１８）、低温制冷系统、低温容器（１７）、高温超导线圈、高温超导电流引线、热辐射屏（１６）以及位于高温超导磁体系统内部的失超检测与保护结构，其特征在于垂直向和水平向两个超导磁体（４、５）的螺管线圈轴线相互垂直，分别由两台程控电源（２、３）供电；在磁轴平面内构成空间工作磁场；垂直向超导磁体（４）外部由“Ｍ”形导磁铁轭（１８）包围，导磁铁轭（１８）插入低温容器（１７）的室温孔中；水平向超导磁体（５）外部由“Ｅ”形导磁铁轭（１８）包围，水平向超导磁体（５）下部的水平圆柱体结构中间的室温孔放置导磁铁轭（１８）；低温容器（１７）为圆柱形，低温容器（１７）有室温通孔，用于放置导磁铁轭（１８）；液态氮容器（１２）位于低温容器（１７）和热辐射屏（１６）之间，液氮容器（１２）安装在热辐射屏（１６）盖板上，热辐射屏（１６）吊装在低温容器（１７）内部，固氮容器（１５）吊装在热辐射屏（１６）内部，饼式线圈（１４）安装在固氮容器（１５）内部；磁场控制计算机（１）串口与两个程控超导电源（２）和（３）的串口连接，磁场控制计算机（１）调整程控电源（２）和（３）电流的大小，从而控制工作空间磁场的方向和大小。...
【技术特征摘要】
1、一种高温超导电磁除铁器，包括超导磁体、程控电源、计算机(1)，每个超导磁体包括高饱和磁场的导磁铁轭(18)、低温制冷系统、低温容器(17)、高温超导线圈、高温超导电流引线、热辐射屏(16)以及位于高温超导磁体系统内部的失超检测与保护结构，其特征在于垂直向和水平向两个超导磁体(4、5)的螺管线圈轴线相互垂直，分别由两台程控电源(2、3)供电；在磁轴平面内构成空间工作磁场；垂直向超导磁体(4)外部由“M”形导磁铁轭(18)包围，导磁铁轭(18)插入低温容器(17)的室温孔中；水平向超导磁体(5)外部由“E”形导磁铁轭(18)包围，水平向超导磁体(5)下部的水平圆柱体结构中间的室温孔放置导磁铁轭(18)；低温容器(17)为圆柱形，低温容器(17)有室温通孔，用于放置导磁铁轭(18)；液态氮容器(12)位于低...
【专利技术属性】
技术研发人员：王秋良，王春忠，王厚生，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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