基本介紹
- 中文名：永磁攪拌器
- 外文名：Permanent magnetic agitator
永磁鋁水攪拌器的介紹
一、 概述
隨著鋁合金材料的廣泛使用，特別是在一些對其質量有特定要求的如汽車、家電等製造行業的需求量持續增長，對鋁合金的質量及生產工藝提出了更高的要求。眾所周知，如何使精煉爐中的鋁液進行有效攪拌是保證產品質量的重要一環，為此，機械式攪拌、手工攪拌和電磁攪拌等方法相應而生。熔爐磁攪拌技術是在20世紀30年代提出的，但在以後的很長一段時間裡，在產品的開發中一直在電磁攪拌的概念里徘徊，多年以來由於電磁攪拌的本身諸多缺陷（設備投資巨大，設備體積龐大、耗電量大、維護不易），限制了磁攪拌技術在金屬冶煉行業的推廣與套用（在中國的推廣和套用更是緩慢），而機械式攪拌、液壓式攪拌直接接觸高溫鋁液，設備壽命短，攪拌不徹底，也已慢慢退出歷史舞台。而由日本著名的磁技術教授高橋謙三先生（杭州高橋磁電設備有限公司董事長）提出永磁攪拌後，在全世界鋁行業上引起了攪拌工藝的技術革命，由杭州高橋磁電公司生產的世界上第一台ZMAG永磁攪拌也終於在2004年底在上海新格正式投產，隨著實際套用技術的不斷成熟，ZMAG永磁攪拌已經成為許多知名鋁合金生產企業在新建項目投產前必備的生產設備之一，也為企業獲得了可觀的經濟效益。隨著永磁技術不斷升級，性價比更高的永磁攪拌器將陸續推出，因此永磁攪拌將成為在我國鋁行業最值得關注的攪拌設備。
二、 工作原理和安裝方式
2.1 工作原理：
永磁鋁水攪拌機是利用特定組合的ZMAG永磁體運動後產生的交變磁場對金屬液體進行非接觸攪拌。永磁攪拌器相當於一個氣隙很大的使用永磁體磁場的電機，感應器相當於電機的定子，鋁熔液相當於電機的轉子。永磁鋁水攪拌機內置的多極磁場在電機的帶動下產生行波磁場。磁場和熔池中的金屬液體相互作用產生磁力，從而推動金屬液體做定向運動，起到攪拌的作用。由此可知，永磁攪拌是對金屬液進行非接觸攪拌，不會污染鋁液。熔池底部的鋁液所受的攪拌力較大，頂部鋁液所受攪拌力較小。
2.2 安裝方式
永磁鋁水攪拌機是由特殊永磁鐵組成的交變磁場發生器，具有高效簡練的風冷卻系統、自動移動提升系統以及電氣控制系統。永磁攪拌機的安裝方式有兩種：底置式和側置式，如下圖：
圖 1 底置式攪拌機安裝示意圖 | 圖 2側置式攪拌機安裝示意圖 |
如圖1所示，底置式永磁鋁水攪拌機置於鋁熔爐底部，由於感應器至於熔鋁爐底部，熔池底部的鋁熔液所獲得的攪拌力相對較大，頂部的攪拌力相對較小，合理設定攪拌強度和攪拌角度，即可獲得在水平和垂直方向的複合攪拌，實現充分均勻的攪拌效果，又不破壞熔體表面的氧化膜，並可減少燒損、減少熔體吸氣，從而獲得高質量熔體。底置式攪拌機另一個優點是如果設計合理一台攪拌機可以用於多台爐子，節省設備的投資，更高效利用現有設備，所以新建熔鑄項目推薦用底置式。
如圖2為側置式永磁攪拌器，其研發思路非常巧妙，充分利用流體力學，使流道內鋁液可以每小時3000噸以上的流量高速沖刷爐內固體鋁塊，最大程度上實現鋁合金低燒損、快速熔解的目的，適合舊爐改造採用，改造過程中需要著重考慮側面流道及選材，防止浮渣堵流道，而影響攪拌效果。
三、 設備組成結構和相關參數
ZMAG永磁鋁水攪拌機由永磁體感應器、風冷系統、升降移動系統和控制系統四大部分組成。如圖：
² 重量：3T-6T ² 功耗：15-45KW/台 ² 磁場強度：5000Gs（高斯） ² 適用範圍：5-10T反射爐 ² 長*寬*高：3.8*1.6*1.38(M) ² 工作溫度： -10－60(℃) ² 磁場交變頻率：0-20HZ ² 升降行程：0－450(mm) |
四、 永磁攪拌機特點
1 、可以使被攪拌的熔體化學成分均勻。由於永磁攪拌器攪拌充分且攪拌力強勁，因而一般情況下攪拌20分鐘即可達到預期效果。避免了在機械、人工攪拌條件下，因操作條件、技能、體力或勞動態度等原因，人為引起的化學成分均勻程度存在的差異。
2 、攪拌時實現了非接觸性攪拌，避免了對熔體的“二次污染”。特別是為生產高純鋁等需要嚴格控制微量元素的合金時提供了可靠的技術保證。
3 、由於永磁攪拌在爐內有1/3液體時即可進行攪拌，從而加速了液體和未熔化爐料間的熱交換。加速了爐料的熔化速度，一般可以提高熔化效率15%，減少能耗10%，相應減少了金屬燒損1－2%。
4 、可以使熔體在熔煉過程中溫度均勻，熔體表層和底部溫差一般可以控制在5℃以內，從而可以避免熔體局部過熱和過燒現象的發生。
5 、在攪拌過程中由於熔體處於動態，從而有利於其中的非金屬夾雜物和氣體的逸出，提高了熔體的純潔度。
6 、可以減少氧化渣的生成，因為當熔體達到760℃以上時，金屬的氧化和吸氣加劇，用永磁攪拌器攪拌可以使熔體內的溫度均勻，縮短了熔體在760℃以上溫度的時段，改善了氧化渣的生成條件，一般可減少20%。由此也減少了爐渣的形成，可以減少了清爐的次數，有利於延長爐齡。
7 、永磁攪拌的定向流動，有利於氧化渣在熔體表面的聚集，便於扒渣，從而減輕了工人的勞動強度與條件。
8 、設備堅固耐用、使用壽命長，經過耐高溫、耐老化工藝處理的永磁體使用壽命可達10 年以上。
9 、在強有力的磁力攪拌下，迫使熔體流動，增加了液相中晶粒的形核能和形核的同時性，使晶核增加分布均勻，有利於合金的組織細化。
10 、產品結構簡單、可靠性強，基本處於免維護狀態，能耗低，無污染源。
五、 永磁攪拌經濟效益分析
企業可以通過使用永磁攪拌後，對產品的質量、燒損情況、能源消耗、設備使用壽命等幾個方面來統計分析其經濟效益，如下是我們針對客戶實際生產使用的情況對上述幾個方面作的分析介紹：
1. 質量：攪拌後的熔體化學成分均勻、無二次污染、偏析小、次品少，這也是永磁攪拌最主要的作用，特別是為生產高純鋁等需要嚴格控制微量元素的合金時提供了可靠的技術保證，它對鋁合金企業走品牌化路線奠定堅實的基礎，所以其品牌效益遠遠超過所帶來的經濟效益。
2. 燒損：可以加速液體和未熔化爐料間的熱交換，加速了爐料的熔化速度，一般可以提高熔化效率15%，減少能耗10%，相應減少了金屬燒損。以廣州堅美鋁型材25噸的熔煉爐為例，每爐次可以減少燒損約80kg的鋁錠，以目前均價13000元/噸計算，即可減少約1000元鋁錠成本的燒損。若每天三爐的工作量，一年僅僅燒損成本就能減少約100多萬的成本；
3. 能耗：再加上永磁攪拌在熔煉爐熔化過程中有1/3鋁水產生的時候就可以開始工作，這個時候的工作能快速對高溫鋁液與鋁錠進行熱交換，大大加速鋁錠的熔化，減少加熱時間，從而降低了能耗。以瑞典薩帕（上海）30噸熔煉爐實測數據顯示，使用永磁攪拌使每爐節省熔解時間22分鐘，也就是說僅僅能耗成本又可以節省10%，其經濟效益也是相當可觀。
4. 壽命：設備堅固耐用、使用壽命長，經過耐高溫、耐老化工藝處理的永磁體使用壽命可達10 年以上，而且其工作能減少氧化渣的，更能降低氧化渣對爐體的傷害，從而也提升熔煉爐壽命，我們僅從設備壽命上來考慮其成本，每天分攤不到200多元的成本。
六、 杭州高橋ZMAG永磁攪拌的優勢
★公司實力及品牌：中日合資企業，董事長是著名的磁力技術教授高橋謙三先生，他也是研發永磁攪拌技術的第一人，在國內創辦杭州高橋磁電公司近五年來，始終堅持ZMAG品牌質量及售後服務是企業生存發展的關鍵，企業也因此保障了產品質量的穩定性，從而贏得了國內外知名鋁合金企業的認可。
★工藝整體設計： 日本審核， 結構緊湊 ，維護方便 ，電器化控制操作簡單。
★設備選材： 特殊配方材料， 緻密的磁力線組合， 穩定磁能參數(磁能積、矯頑力、剩磁等)， 耐高溫能力強 我們承諾磁鋼主體質保十年。
★生產裝配：新購置了先進生產設備，搬進了寬敞、整潔的流水線生產車間，保障了磁能設備能安全、高效的生產，並擁有創始永磁攪拌期間培養出的最具價值的高級技工，他們豐富的裝配經驗，是保障高新技術能發揮到最佳狀態的功臣。
★售後服務： 專業的售後團隊 24小時回響服務，， 保質期內無償提供服務 超過保質期也同樣免費享受的遠程技術支持。
★套用客戶：2004年世界第一台永磁攪拌機問世以來，由該公司設計生產已近百台，擁有上海新格、瑞典薩帕、廣東堅美、宜都東陽光、山東鋁等眾多國內外知名鋁合金企業的大力支持，所以如今在國內外享有較好的口碑 (詳細套用客戶詳見附錄)
七、 永磁攪拌的其他效果
1、 提高了高粘度合金的攪拌效果：
低合金成分合金 (6063) 由於鋁液的粘稠度比高 Si 合金 (A356) 要高的多，鋁液攪動所需的能耗就要相對的高一些。目前國內在做 A356 上用電磁攪拌還是比較成功的，但在 6063 上就有些困難了（以致有些單位有電磁攪拌在做 6063 時也不用），其原因就是鋁液攪拌速度跟不上。在磁場強度一定的情況下，磁場交變頻率決定攪拌速度。電磁攪拌機的磁交變頻率跟磁場強度成反比，要提高速度就需犧牲磁場強度，目前國內電磁的磁交變頻率最高可達 3Hz ，實際一般在 1.5Hz 左右。永磁攪拌機的磁場強度跟磁交變頻率是互不干涉的，磁場強度是由永磁體的配置和組合決定的，磁交變頻率有驅動電機的功率決定，在保證磁場強度的前途下，磁交變頻率可以輕易的達到幾十赫茲，讓爐內的鋁液攪拌速度達到要求，保證攪拌的均勻性。
2、 改變了熔 Si 工藝：
高 Si 合金 (A356) 的冶煉過程中，電磁攪拌是在 Si 擴散（溶解）到鋁液中以後才開始啟動攪拌，讓 Si 的分布更均勻。永磁攪拌就可以在Si開始溶解時就啟動攪拌機，加速 Si 的溶解速度，降低能耗提高生產率，這對能耗極低的永磁攪拌機來講是非常具有經濟價值的。
配合攪拌機的新的加矽工藝在低溫鋁液的前提下大幅的提高了 Si 的擴散（熔解）速度，降低了 Si 的燒損和鋁燒損和節約了能耗。
3、 改變了熔解工藝實現了雙室熔解爐的效果：
在各種攪拌機的資料上都有使用攪拌機能降低百分之十幾以上的能耗宣傳，如僅憑十幾分鐘的攪拌來實現這種效果這是不可能的，只有對熔解爐進行長時間的攪拌，在熔解過程中通過鋁液的流動提高熔解速度才可能實現。要實現這種效益也只有低能耗的永磁攪拌機的長時間攪拌才能實現具有經濟價值的效益。在許多配置了永磁攪拌機的廠家，改變了傳統的鋁錠熔解工藝，在攪拌機的配合下，鋁錠在鋁液中的快速熔解，有效的降低了能耗和鋁燒損，實現了國外價值幾百上千萬的雙室爐的熔解效果。
