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应用案例:电磁搅拌技术在铝加工业中的用途

发布时间:2010-11-15 浏览次数:789

 

一、根据电磁搅拌器的应用领域总体上可系统分为如下几类:

1、金属冶炼用电磁搅拌器

        电磁搅拌在黑色金属中的应用历史比较早,目前在有色金属冶炼过程中应用也比较普及,例如在普通铝合金、特种铝合金、高纯铝及其它有色合金中,电磁搅拌可以起到缩短熔炼时间和提高化学成分的均匀性,在某些情况下,可以达到其它搅拌方式所不能达到的效果;采用电磁搅拌可以减少氧化渣,降低化学成分整体偏析,提高熔炉效率等作用;特别是在高纯铝的冶炼过程中,由于电磁搅拌不与铝熔液接触,因此它不会对铝熔液造成污染。

2、金属铸造用电磁搅拌器

3、金属半固态成型用电磁搅拌器

4、废金属回收用电磁搅拌器

5、稀有金属提纯用电磁搅拌器

二、电磁搅拌器的分类      

根据作用的工艺类型,目前的搅拌器可分别成三种类型,即:

  1、交流搅拌器或叫感应型搅拌器;

  2、直流搅拌器或叫传导型搅拌器;

  3、永磁型搅拌器。

  在目前使用的电磁搅拌系统中,交流型搅拌器占的百分比zui大。

三、电磁搅拌在铝加工中的应用效果

     近年来,由于航空航天、汽车、电子等工业的快速发展,轻金属合金铸件的需求急剧上升,其中铝合金铸件更是如此,由于它的铸造性能、加工性能、耐蚀性能、焊接性能良好,质量与强度比高,价格低等优势,在发达国家的工业中的应用十分广泛。但是,任何合金铸件的生产过程,是从合金的熔炼开始的,包括造型,浇注,凝固过程控制等多道工序完成,其中任何一道工序都至关重要,任何问题都会使合金铸件产生不可弥补的缺陷或成为废品。所以,对生产的工艺的不断改进是科学发展的必然要求,国内外的企业,工程技术人员和材料专家们投入大量的人力物力对此进行研究开发出了一系列先进的生产工艺方法,其中电磁搅拌成为了日益普及的主流。

    电磁搅拌是科学发展的结果,是社会进步对产品质量不断高要求的必然。特别是在今天铝高消费的时代,随着汽车工业和其他轻工业对高品质铝材需求的急增,铝生产加工工艺的改革已成必然,至此电磁控制技术日益普及被人们所接受,电磁搅拌技术的应用效果也有目共睹。

(一)电磁搅拌对铝及其合金的宏观作用效果

    电磁搅拌操作简单方便,大幅度降低工人劳动强度的同时与其他搅拌方式比较,电磁搅拌兼容了其他搅拌方式优点的同时,又有自身*的特点。

    以下是在某30吨炉上实施电磁搅拌的几项实验记录:


在电磁搅拌下熔炉温度均匀曲线


合金成分均匀时间比较

    由于电磁搅拌缩短了整体温度均匀时间,降低了金属液面温度,而且基本上是不破坏氧化层实施搅拌,从而可减少金属的氧化损失,在不打开炉门的条件下搅拌,可抑制炉内的热量损失,可缩短熔炼时间的同时提高熔炼效率。经过实验计算有如下结论:

1、大副缩短熔炼时间,节省燃料16.5%;

2、减少炉渣的生成,约30%左右;

3、缩短温度和成分均匀时间,可在2-3分钟内实现温度的均匀,15-30分钟内达到合金的工艺要求;

4、降低劳动强度,提高生产效率,比原效率增加近1/4;

(二)电磁搅拌对铝及其合金的微观作用效果

    电磁搅拌技术在连铸生产中的应用zui早是应用在黑色金属中,而目前在我国有色行业中的电磁搅拌还主要应用于熔炉搅拌,其作用效果是不可忽视的,在熔炼状态下搅拌可将金属溶液中的气泡排除掉,而且,可以使上浮的夹杂物很容易被保护渣吸收掉,提高金属溶液的洁净度的同时促进成分的均匀化,对后期铸造起到至关重要的作用,特别是在原铝和铝合金生产大型铸坯铸棒中,由于尺寸较大,而且在目前大型连铸用电磁搅拌器在铝加工中尚未正式应用的情况下,熔炉搅拌更是*的工艺手段。

1、电磁搅拌对溶液除气的作用

     铝熔体中的气体主要是氢,主要来源于空气中的水蒸气,当熔体中氢含量大时,氢气扩散聚集成气泡,若凝固速度快气泡来不及逸出时就以气孔的形式存在铸锭中;当熔体中氢含量小且分布弥散时,便以针孔形式存在铸锭中。这两种形式的存在都直接破坏了金属组织的连续性,从而大大降低了金属组织的塑性,即所谓氢脆。另外,这些小针孔受到应力时便成了应力源,往往从这些部位首先开裂,因而,熔体中气体的存在是很有危害的。电磁搅拌为关门搅拌,缩短熔体熔炼时间的同时减小了溶液与空气接触的面积和时间。

2、电磁搅拌对铝及其合金显微组织的影响


在没有EMS作用下凝固的ZL101合金的显微组织.白色部分是a(AL)固液体,呈树状结晶;灰色针状和片状为共晶(AL+Si)组织,在0.075T的电磁搅拌作用下快速冷却的合金显微组织,其组织较为圆整均匀的等轴晶,共晶组织也非常小,其原因为电磁搅拌作用打碎了树枝状晶,基本形成了等轴晶组织,并使各区域的晶粒尺寸趋于均匀。

 

L2高纯铝的有无电磁搅拌的宏观组织,溶液的取样部位均在铸轧区,没有电磁搅拌的晶粒粗大,几乎全部是柱状晶,平均晶粒书数为82个/cm2,而电磁搅拌的晶粒细小,平均晶粒485个/cm2。这是由于电磁搅拌可有效的抑制柱状晶的生长,使晶粒等轴细化,改变析出相的形态,减少宏观偏析和显微偏析。


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