而由日本著名的磁技术教授高桥谦三先生(杭州高桥磁电设备有限公司董事长)提出永磁搅拌后,在全世界铝行业上引起了搅拌工艺的技术革命,由杭州高桥磁电公司生产的世界上第一台ZMAG永磁搅拌也终于在04年底在上海新格正式投产,随着实际应用技术的不断成熟,ZMAG永磁搅拌已经成为许多知名铝合金生产企业在新建项目投产前必备的生产设备之一,也为企业获得了可观的经济效益。随着永磁技术不断升级,性价比更高的永磁搅拌器将陆续推出,因此永磁搅拌将成为在我国铝行业最值得关注的搅拌设备。
1. 发展史
1. 发展史
电磁搅拌机的出现在上世纪40年代,正如同电动机的发展过程,在遵循同一个原理的基础上为了在使用成本上获得更好的效益,人们一直致力于永磁电机的研发那样,行业里一直致力于永磁铝液搅拌机的研发。但由于磁材料的研发的滞后,永磁搅拌机的研发也一直停滞不前,直到近年,磁材料有了突破性的发展,随着永磁材料才电机中的应用愈来愈广泛,永磁搅拌机在材料上的技术难关也获得了突破,国内多所大学和研究机构相继开发出了永磁搅拌机,并把它以极快的速度应用到了工业中,为企业获得了可观的经济效益。使国内铝加工企业在搅拌机的普及中出现了跨越式的发展。
2. 设备的配置
配置组成比较
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永磁搅拌机
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电磁搅拌机
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感应器
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永磁感应器
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电磁感应线圈
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隔离变器
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变频器
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冷却系统
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风冷机
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水冷机组
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水泵
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蓄水池
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散热器
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控制系统
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1个控制箱1050*670*280
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1个控制柜1800*1000*650
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自重
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2T
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6.5T
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感应器体积
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1000*1000*800
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3000*1400*800
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维护性
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系统几乎不需要维护、无易损件
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需要专业技术人员维护设备易出故障
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占地面积
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2平米
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40平米
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以15t炉所需配置的搅拌机为例
3. 使用性能
两种设备跟工作环境的关系
正如同线圈电动机最害怕的是烧线圈一样, 耗能极大的电磁搅拌机的大量能耗是在做无用功,以产生大量的热量这种形式消耗掉了,如不及时的排掉这些热量将会造成感应先前的烧毁。所以,为控制线圈温度,电磁搅拌机采用了庞大的水冷系统来降温,并对感应线圈的缠绕线采用中空铜线通水的方法冷却。该冷却方法的两个缺点是a.中空铜线由于孔径小,无法通过大流量的冷却水,冷却效率低,b.由于冷却水中的化学物质和水不可避免的会跟铜管发生反应,产生的衍生物附着在管壁内阻碍冷却水的通过,降低冷却效果。所以,目前国内的搅拌机的实际允许工作时间都比较短,在半个小时到15min之间。
传统上永磁体也怕高温,高温会导致退磁,这也是永磁搅拌机迟迟未能研发出来的瓶颈。但近年磁钢技术突飞猛进,国内生产出来的磁钢已经能在150℃的温度下正常工作。确底的解决了磁钢退磁的难题,因为一般搅拌机的工作环境最高不超过温度100℃,这也是永磁搅拌机只采用风机通风冷却的原因。
搅拌方式的区别
电磁搅拌机以水平旋转磁场和垂直旋转磁场的两种线圈结构来实现铝液在炉内的正反转和上下搅拌。
对产品品质的影响
在传统的铝合金溶液搅拌工艺中,配置电磁搅拌机对铝合金溶液搅拌个十几分钟达到成分均匀的目的就认为达到了搅拌要求。这种观点对永磁搅拌机来说只是其搅拌目的的一部分。
铝合金产品品质的提高表现在材料的力学性能的提高
要提高材料的力学性能有两大前提:
1、化学成分要均匀
2、金属晶体结构要细小
一、 实现化学成分的均匀性只要采用磁搅拌(永磁或电磁)设备搅拌十几分钟基本上就可以满足需求。
二、 要达到金属晶体结构细小,在晶体的凝聚过程中,通过搅拌对晶体凝聚力施加阻力,阻止晶体的长大,提高晶核的形成率,形成大小均匀的晶体。这必须要通过高强度的磁场长时间的搅拌才能实现。
目前两种磁搅拌设备对品质的不同影响
电磁搅拌机的应用出现在20世纪40年代,国内的应用出现在20世纪60年代,利用从苏联引进的电磁搅拌机,国家相关科研单位对该技术进行了消化吸收,试制出了国产的设备。但真正投入到大规模的生产应用却是80年代一后的事情了。国产设备的出现打破了进口设备的垄断地位,让国内厂家用上了相对便宜的设备,电磁搅拌开始了在国内的推广普及。但由于目前国内做这一设备的企业只有一两家,多年以来一直没有竞争对手的压力,在研发上投入不多,相对于国外的电磁搅拌机制造同行的技术已经落后了很多。在设备的使用稳定性,连续工作的时间长度,能耗指标等几个方面已经大大的落后于国际同期水平了,如今只剩下一个价格优势了。
由于国产电磁搅拌在设备的使用稳定性,连续工作的时间长度,能耗指标等几个指标落后于国际同行,自然也就无法实现国外电磁搅拌提出的磁搅拌新指标——化学成分的均匀和细化金属晶体。特别是后一指标,要求设备必需具备长时间的连续运行能力,和具备高场强高频率的磁场,这一点正是国产设备的软肋。这也是在这几年国内一些大厂进口国外同类设备的主要原因。
永磁搅拌机在使用成本上由于实现低能耗和可以适应长时间(可以24小时不间断工作)的特点,为实现通过搅拌达到铝合金化学成分均匀和促进晶体细化的双重目的,为进一步提高铝合金的力学性能创造了条件。
5.两种搅拌机在实际应用中的一些经验
改变了熔解工艺实现了双室炉的效果
在各种搅拌机的资料上都有使用搅拌机能降低百分之十几以上的能耗宣传,如仅凭十几分钟的搅拌来实现这种效果这是不可能的,只有对熔解炉进行长时间的搅拌,在熔解过程中通过铝液的流动提高熔解速度才可能实现。要实现这种效益也只有低能耗的永磁搅拌机的长时间搅拌才能实现具有经济价值的效益。在许多配置了永磁搅拌机的厂家,改变了传统的铝锭熔解工艺,在搅拌机的配合下,铝锭在铝液中的快速熔解,有效的降低了能耗和铝烧损,实现了国外价值几百上千万的双室炉的熔解效果。
改变了熔Si工艺
高Si合金(A356) 的冶炼过程中,电磁搅拌是在Si扩散(溶解)到铝液中以后才开始启动搅拌,让Si的分布更均匀。永磁搅拌就可以在S i开始溶解时就启动搅拌机,加速Si的溶解速度,降低能耗提高生产率,这对能耗极低的永磁搅拌机来讲是非常具有经济价值的。
配合搅拌机的新的加硅工艺在低温铝液的前提下大幅的提高了Si的扩散(熔解)速度,降低了Si的烧损和铝烧损和节约了能耗。
提高了高粘度合金的搅拌效果
低合金成分合金(6063)由于铝液的粘稠度比高Si合金(A356)要高的多,铝液搅动所需的能耗就要相对的高一些。目前国内在做A356上用电磁搅拌还是比较成功的,但在6063上就有些困难了(以致有些单位有电磁搅拌在做6063时也不用),其原因就是铝液搅拌速度跟不上。在磁场强度一定的情况下,磁场交变频率决定搅拌速度。电磁搅拌机的磁交变频率跟磁场强度成反比,要提高速度就需牺牲磁场强度,目前国内电磁的磁交变频率最高可达3Hz,实际一般在1.5Hz左右。永磁搅拌机的磁场强度跟磁交变频率是互不干涉的,磁场强度是由永磁体的配置和组合决定的,磁交变频率有驱动电机的功率决定,在保证磁场强度的前途下,磁交变频率可以轻易的达到几十赫兹,让炉内的铝液搅拌速度达到要求,保证搅拌的均匀性。
永磁铝水搅拌机是利用特定组合的ZMAG永磁体运动后产生的交变磁场对金属液体进行非接触搅拌。永磁搅拌器相当于一个气隙很大的使用永磁体磁场的电机,感应器相当于电机的定子,铝熔液相当于电机的转子。永磁铝水搅拌机内置的多极磁场在电机的带动下产生行波磁场。磁场和熔池中的金属液体相互作用产生磁力,从而推动金属液体做定向运动,起到搅拌的作用。由此可知,永磁搅拌是对金属液进行非接触搅拌,不会污染铝业。熔池底部的铝液所受的搅拌力较大,顶部铝液所受搅拌力较小。
永磁铝水搅拌机是利用特定组合的ZMAG永磁体运动后产生的交变磁场对金属液体进行非接触搅拌。永磁搅拌器相当于一个气隙很大的使用永磁体磁场的电机,感应器相当于电机的定子,铝熔液相当于电机的转子。永磁铝水搅拌机内置的多极磁场在电机的带动下产生行波磁场。磁场和熔池中的金属液体相互作用产生磁力,从而推动金属液体做定向运动,起到搅拌的作用。由此可知,永磁搅拌是对金属液进行非接触搅拌,不会污染铝业。熔池底部的铝液所受的搅拌力较大,顶部铝液所受搅拌力较小。