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超导除铁器(SEIS)是安装在煤炭出口码头,用于去除煤炭中细小的雷管、炮线等危险物品的一种强磁场开梯度磁分离装置。它能够在温孔620 mm的范围内,提供3 T的中心磁场,并在离磁体底部0.55米额定标高处的磁轴上提供4000高斯的磁场。通过现场试运行,超导除铁器能有效去除雷管等小质量物体。与传统的永磁和电磁除铁器相比,超导除铁器在精细除铁方面有着不可替代的优越性。
本文详细阐述了3T除铁器超导磁体的研制过程和稳定性分析。主要包括二元电流引线的设计研究,超导磁体的机械应力分析,失超过程分析,交流损耗分析以及磁体的制作及实验过程等。
二元电流引线是除铁器的关键部件之一。与传统的气冷引线相比,二元引线可以减小向低温端的80％的漏热,使除铁器磁体成为零挥发系统的愿望变为现实。实验结果显示,电流引线满足除铁器的使用要求。
本文采用二维有限元接触模型,分析了超导除铁器的机械稳定特性,分析了除铁器线圈在绕线、降温和励磁过程中的应力状态,为除铁器的安全设计提供理论依据。
本文对超导除铁器的动态失超过程进行了分析。通过建立二维有限元失超模拟模型,分析了除铁器在不同保护模式下的失超特性,包括最小失超能量、热点温升、线圈电压变化特性以及线圈在失超过程中的应力特性。
本文还对超导除铁器的交流损耗进行了分析。建立了二维有限元交流损耗计算模型,分析了除铁器在15分钟励磁过程中线圈的交流损耗,包括磁滞损耗和涡流损耗,并在交流损耗计算程序中,考虑了超导线基体的铜阻效应,使得损耗计算更接近实际。
超导除铁器磁体已经于2008年10月研制完成,磁体在没有经过锻炼的条件下,一次试车就达到了其设计指标。磁体在随后的长时间的实验室运行中性能稳定,目前正在港口进行试运行。