博比巴茨（上海）機(jī)械設(shè)備有限公司

　　摘　要:本文著重闡述磁攪拌器應(yīng)用于熔鋁爐的優(yōu)越性,并對(duì)永磁攪拌器與電磁攪拌器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較。

　　在鋁及鋁合金的熔煉中,攪拌可以增加熔體的對(duì)流,使熔體溫差減小、成分均勻,提高熔化率,減少氧化燒損,提高產(chǎn)品質(zhì)量。在出現(xiàn)磁攪拌器前,通常采用機(jī)械攪拌(全人工攪拌或利用叉車(chē)攪拌),需要開(kāi)啟爐門(mén),熱輻射大、生產(chǎn)環(huán)境差、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大,且浪費(fèi)能源,熔體成分均勻性及溫差因人而異、存在非常大差異。磁攪拌器(電磁攪拌器與永磁攪拌器)的出現(xiàn)及應(yīng)用解決了這些問(wèn)題。本文著重闡述熔鋁爐中應(yīng)用磁攪拌器的優(yōu)點(diǎn)及電磁攪拌器與永磁攪拌器的比較,并希望能與從事相關(guān)工作的同行們進(jìn)行交流。

　　1　熔鋁爐上使用磁攪拌器的優(yōu)點(diǎn)

　　1.1　縮短熔煉時(shí)間

　　在熔化前期,通過(guò)輻射和對(duì)流方式對(duì)鋁錠進(jìn)行加熱。在熔化后期,隨著鋁錠逐漸熔化,料堆軟化下塌,液面下呈固、液混合狀態(tài),鋁液表面溫度上升較快,但由于表層鋁渣傳導(dǎo)系數(shù)小,造成鋁熔體上下溫差非常大,熔化過(guò)程變得緩慢。為了縮短熔煉時(shí)間,提高生產(chǎn)率,此時(shí)有兩種途徑:一是提高爐溫,以此增加傳熱,但提高爐溫的同時(shí)排出的煙氣溫度也會(huì)提高,增加了煙氣熱損失和爐體的散熱損失,浪費(fèi)能源,降低爐子使用壽命,并且易造成鋁熔體過(guò)熱;二是對(duì)熔體進(jìn)行攪拌,增加對(duì)流傳熱,降低熔體的上下溫差,提高熔化率。

　　由此可以看出,攪拌是提高熱傳導(dǎo)效率、縮短熔煉時(shí)間的較佳方法。如果采用機(jī)械攪拌方式,則需要開(kāi)啟爐門(mén),燒嘴停止工作,既增加熱量散失,也增加了熔化時(shí)間;如果采用磁攪拌,則不需要開(kāi)啟爐門(mén),且燒嘴可不間斷工作,因而大大縮短了熔化時(shí)間,提高了生產(chǎn)率。實(shí)際生產(chǎn)表明,采用磁攪拌器相對(duì)于機(jī)械攪拌可以縮短生產(chǎn)周期30%,提高生產(chǎn)率20%。

　　1.2　節(jié)能

　　使用磁攪拌器進(jìn)行攪拌不開(kāi)啟爐門(mén),可減少爐門(mén)的熱損失。此外,由于攪拌后熔體上下溫差減小,促進(jìn)傳熱,縮短了熔化時(shí)間,減少了煙氣和爐體的熱損失,提高了熱效率,降低了能耗。

　　從國(guó)內(nèi)外使用磁攪拌器的熔鋁爐節(jié)能效果來(lái)看,節(jié)能減排是顯而易見(jiàn)的。根據(jù)部分生產(chǎn)企業(yè)提供的數(shù)據(jù)來(lái)看,使用磁攪拌器可以使熔煉溫度降低40～ 50℃ ,電磁攪拌與人工攪拌相比可節(jié)能約15%。

　　1.3　提高成分均勻性

　　攪拌可促進(jìn)合金元素在熔體中的均勻分布。機(jī)械攪拌,受操作工人技能、體能的限制,往往攪拌不充分,影響產(chǎn)品質(zhì)量;而采用磁攪拌器,攪拌更充分,成分更均勻,熔體質(zhì)量更穩(wěn)定,并且非常大限度地降低了人為因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成的影響。表1為在熔鋁爐中用電解鋁液生產(chǎn)鑄造鋁合金時(shí),機(jī)械攪拌和電磁攪拌所取得的合金成分均勻性比較�？梢钥闯�,采用電磁攪拌后合金的成分均勻性明顯優(yōu)于機(jī)械攪拌,合金成分偏差很小,產(chǎn)品質(zhì)量有了顯著提高。

　　1.4　減少氧化燒損

　　機(jī)械攪拌是利用鐵耙進(jìn)行攪拌,破壞鋁液表層的氧化膜,增加鋁液與空氣的接觸面積與時(shí)間,從而增加了鋁液的氧化燒損;而磁攪拌器攪拌時(shí)僅在鋁液內(nèi)部產(chǎn)生流動(dòng),且越靠近底部的熔體流速越快,而表層的氧化膜不被破壞,從而減少了鋁液的氧化燒損,此外,由于大大縮短了熔煉時(shí)間且降低了爐膛溫度,從而進(jìn)一步降低了鋁液氧化燒損。實(shí)際生產(chǎn)表明,磁攪拌相對(duì)于機(jī)械攪拌可以使?fàn)t渣降低20%。

　　1.5　不污染鋁熔液

　　磁攪拌為非接觸式攪拌,攪拌過(guò)程中攪拌工具不接觸鋁液,從而避免了攪拌工具對(duì)鋁液的污染。這對(duì)高純鋁生產(chǎn)及須嚴(yán)格控制有害元素含量時(shí)有著重要的意義。

　　1.6　為熔化過(guò)程的自動(dòng)化控制創(chuàng)造條件

　　磁攪拌器是通過(guò)PLC進(jìn)行控制的,可以與企業(yè)的局域網(wǎng)連接,實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控與操作,從而為熔煉過(guò)程的自動(dòng)化創(chuàng)造了條件。

　　2　電磁攪拌器與永磁攪拌器的比較

　　2.1　攪拌原理及攪拌效果

　　電磁攪拌器的原理類(lèi)似于直線電動(dòng)機(jī)。感應(yīng)器相當(dāng)于電機(jī)的定子,在感應(yīng)器線圈中通以適當(dāng)頻率的低頻電流,感應(yīng)器產(chǎn)生一個(gè)行波磁場(chǎng),這一磁場(chǎng)在鋁液中感應(yīng)電流,感應(yīng)的電流產(chǎn)生反磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)合成,合成磁場(chǎng)與感應(yīng)電流相互作用,產(chǎn)生平移的電磁推力,使液態(tài)金屬產(chǎn)生定向移動(dòng),起到攪拌作用。

　　永磁攪拌器的原理類(lèi)似永磁體電機(jī)原理。感應(yīng)器相當(dāng)于電機(jī)的定子,金屬熔液相當(dāng)于電機(jī)的轉(zhuǎn)子。感應(yīng)器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),從而帶動(dòng)金屬溶液旋轉(zhuǎn),起到攪拌作用。從上述攪拌原理可以看出,電磁攪拌器產(chǎn)生的是平移力,永磁攪拌器產(chǎn)生的是旋轉(zhuǎn)力。永磁攪拌器攪拌時(shí)相當(dāng)于離心機(jī),易使熔體中的重金屬甩到四周,而密度較小的合金則留在中部,因而相對(duì)于電磁攪拌器的攪拌效果而言,熔體成分的均勻性較差。

　　2.2　價(jià)格

　　同噸位的國(guó)產(chǎn)電磁攪拌器的價(jià)格略低于國(guó)產(chǎn)永磁攪拌器,進(jìn)口電磁攪拌器的價(jià)格則要高于國(guó)產(chǎn)永磁攪拌器。就國(guó)產(chǎn)設(shè)備而言,電磁攪拌器較永磁攪拌器有價(jià)格優(yōu)勢(shì),但由于電磁攪拌器耗電非常大,需要對(duì)變壓器增容,如果將變壓器增容的成本也考慮在其中,則永磁攪拌器優(yōu)于電磁攪拌器。

　　2.3　能耗

　　電磁攪拌器是將電能轉(zhuǎn)化成磁能對(duì)熔體進(jìn)行攪拌的,在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中要消耗很多電能,產(chǎn)生大量熱量或無(wú)用功;而永磁攪拌器的能量消耗僅為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的能耗。由表2可以看出,永磁攪拌器的能耗僅為ABB電磁攪拌器能耗的1/5左右。國(guó)產(chǎn)電磁攪拌器耗能非常大,永磁攪拌器能耗為國(guó)產(chǎn)電磁攪拌器能耗的1/5～ 1/10。

　　2.4冷卻方式

　　電磁攪拌器在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中做了大量的無(wú)用功,產(chǎn)生了大量的熱量,如果不及時(shí)將這些熱量排出,較易燒毀電磁攪拌器的線圈。為了降低線圈的溫度,采用了單獨(dú)的水冷系統(tǒng)對(duì)線圈進(jìn)行冷卻。電磁攪拌器線圈采用中空銅線纏繞而成,由于中空銅線孔徑小,無(wú)法通過(guò)大量的冷卻水,故冷卻效率較低,且冷卻水中的化學(xué)物質(zhì)易與銅管發(fā)生反應(yīng),因而對(duì)冷卻水有較高的要求,需使用經(jīng)過(guò)處理的軟化水。由于冷卻效率低,導(dǎo)致電磁攪拌器不能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作,每次允許工作的時(shí)間較短,約為15～ 30min。

　　永磁攪拌器的永磁體對(duì)溫度比較敏感。居里點(diǎn)溫度(磁性材料較久失去磁性的溫度)是衡量磁性材料的重要指標(biāo),一旦環(huán)境溫度超過(guò)居里點(diǎn)溫度,即使時(shí)間很短也會(huì)退磁。因此,永磁攪拌器不僅需要內(nèi)置風(fēng)冷系統(tǒng),對(duì)周邊的環(huán)境溫度及通風(fēng)也有較高的要求,要求通風(fēng)良好、工作環(huán)境溫度上限一般不超過(guò)80～ 180℃。

　　如果爐底隔熱效果較好,攪拌器通道內(nèi)通風(fēng)良好,永磁攪拌器的內(nèi)置風(fēng)冷系統(tǒng)較電磁攪拌器的水冷系統(tǒng)簡(jiǎn)單的多,檢修及日常維護(hù)也較方便,而且每次允許工作時(shí)間不受限制。

　　2.5　設(shè)備組成及日常故障點(diǎn)

　　永磁攪拌器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊,但其永磁體的體積及質(zhì)量非常大,工作時(shí)需作高速旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)易出現(xiàn)故障;電磁攪拌器體積非常大、系統(tǒng)復(fù)雜,故障點(diǎn)較多,檢修及維護(hù)需有經(jīng)驗(yàn)技術(shù)人員。設(shè)備組成見(jiàn)表3。

　　4　結(jié)束語(yǔ)

　　鋁帶箔生產(chǎn)過(guò)程中,軋制油損失的主要途徑為排煙損失、帶材表面夾帶損失、重油污染報(bào)廢損失、含油廢棄物損失和跑冒滴漏損失,其比率分別約為47.5%、27.5%、15.6%、7.0%、2.4%。

　　減少軋制油消耗的有效途徑為油霧回收和廢軋制油更新。采用全油回收裝置和軋制油更新裝置,可使鋁帶箔生產(chǎn)廠軋制油消耗總量降低約56%,不僅有良好的節(jié)能、環(huán)境效益,經(jīng)濟(jì)效益也十分可觀。

　　由于各生產(chǎn)廠家產(chǎn)品品種、尺寸規(guī)格、生產(chǎn)工藝及設(shè)備等的不同,軋制油的消耗量會(huì)有非常大差異,本文中的統(tǒng)計(jì)和分析數(shù)據(jù)僅供讀者參考。