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應用案例:電磁攪拌技術在鋁加工業中的用途

發布時間:2010-11-15 瀏覽次數:371

 

一、根據電磁攪拌器的應用領域總體上可係統分為如下幾類:

1、金屬冶煉用電磁攪拌器

        電磁攪拌在黑色金屬中的應用曆史比較早,目前在有色金屬冶煉過程中應用也比較普及,例如在普通鋁合金、特種鋁合金、高純鋁及其它有色合金中,電磁攪拌可以起到縮短熔煉時間和提高化學成分的均勻性,在某些情況下,可以達到其它攪拌方式所不能達到的效果;采用電磁攪拌可以減少氧化渣,降低化學成分整體偏析,提高熔爐效率等作用;特別是在高純鋁的冶煉過程中,由於電磁攪拌不與鋁熔液接觸,因此它不會對鋁熔液造成汙染。

2、金屬鑄造用電磁攪拌器

3、金屬半固態成型用電磁攪拌器

4、廢金屬回收用電磁攪拌器

5、稀有金屬提純用電磁攪拌器

二、電磁攪拌器的分類      

根據作用的工藝類型,目前的攪拌器可分別成三種類型,即:

  1、交流攪拌器或叫感應型攪拌器;

  2、直流攪拌器或叫傳導型攪拌器;

  3、永磁型攪拌器。

  在目前使用的電磁攪拌係統中,交流型攪拌器占的百分比zui大。

三、電磁攪拌在鋁加工中的應用效果

     近年來,由於航空航天、汽車、電子等工業的快速發展,輕金屬合金鑄件的需求急劇上升,其中鋁合金鑄件更是如此,由於它的鑄造性能、加工性能、耐蝕性能、焊接性能良好,質量與強度比高,價格低等優勢,在發達國家的工業中的應用十分廣泛。但是,任何合金鑄件的生產過程,是從合金的熔煉開始的,包括造型,澆注,凝固過程控製等多道工序完成,其中任何一道工序都至關重要,任何問題都會使合金鑄件產生不可彌補的缺陷或成為廢品。所以,對生產的工藝的不斷改進是科學發展的必然要求,國內外的企業,工程技術人員和材料專家們投入大量的人力物力對此進行研究開發出了一係列先進的生產工藝方法,其中電磁攪拌成為了日益普及的主流。

    電磁攪拌是科學發展的結果,是社會進步對產品質量不斷高要求的必然。特別是在今天鋁高消費的時代,隨著汽車工業和其他輕工業對高品質鋁材需求的急增,鋁生產加工工藝的改革已成必然,至此電磁控製技術日益普及被人們所接受,電磁攪拌技術的應用效果也有目共睹。

(一)電磁攪拌對鋁及其合金的宏觀作用效果

    電磁攪拌操作簡單方便,大幅度降低工人勞動強度的同時與其他攪拌方式比較,電磁攪拌兼容了其他攪拌方式優點的同時,又有自身獨特的特點。

    以下是在某30噸爐上實施電磁攪拌的幾項實驗記錄:


在電磁攪拌下熔爐溫度均勻曲線


合金成分均勻時間比較

    由於電磁攪拌縮短了整體溫度均勻時間,降低了金屬液麵溫度,而且基本上是不破壞氧化層實施攪拌,從而可減少金屬的氧化損失,在不打開爐門的條件下攪拌,可抑製爐內的熱量損失,可縮短熔煉時間的同時提高熔煉效率。經過實驗計算有如下結論:

1、大副縮短熔煉時間,節省燃料16.5%;

2、減少爐渣的生成,約30%左右;

3、縮短溫度和成分均勻時間,可在2-3分鍾內實現溫度的均勻,15-30分鍾內達到合金的工藝要求;

4、降低勞動強度,提高生產效率,比原效率增加近1/4;

(二)電磁攪拌對鋁及其合金的微觀作用效果

    電磁攪拌技術在連鑄生產中的應用zui早是應用在黑色金屬中,而目前在我國有色行業中的電磁攪拌還主要應用於熔爐攪拌,其作用效果是不可忽視的,在熔煉狀態下攪拌可將金屬溶液中的氣泡排除掉,而且,可以使上浮的夾雜物很容易被保護渣吸收掉,提高金屬溶液的潔淨度的同時促進成分的均勻化,對後期鑄造起到至關重要的作用,特別是在原鋁和鋁合金生產大型鑄坯鑄棒中,由於尺寸較大,而且在目前大型連鑄用電磁攪拌器在鋁加工中尚未正式應用的情況下,熔爐攪拌更是必不可少的工藝手段。

1、電磁攪拌對溶液除氣的作用

     鋁熔體中的氣體主要是氫,主要來源於空氣中的水蒸氣,當熔體中氫含量大時,氫氣擴散聚集成氣泡,若凝固速度快氣泡來不及逸出時就以氣孔的形式存在鑄錠中;當熔體中氫含量小且分布彌散時,便以針孔形式存在鑄錠中。這兩種形式的存在都直接破壞了金屬組織的連續性,從而大大降低了金屬組織的塑性,即所謂氫脆。另外,這些小針孔受到應力時便成了應力源,往往從這些部位首先開裂,因而,熔體中氣體的存在是很有危害的。電磁攪拌為關門攪拌,縮短熔體熔煉時間的同時減小了溶液與空氣接觸的麵積和時間。

2、電磁攪拌對鋁及其合金顯微組織的影響


在沒有EMS作用下凝固的ZL101合金的顯微組織.白色部分是a(AL)固液體,呈樹狀結晶;灰色針狀和片狀為共晶(AL+Si)組織,在0.075T的電磁攪拌作用下快速冷卻的合金顯微組織,其組織較為圓整均勻的等軸晶,共晶組織也非常小,其原因為電磁攪拌作用打碎了樹枝狀晶,基本形成了等軸晶組織,並使各區域的晶粒尺寸趨於均勻。

 

L2高純鋁的有無電磁攪拌的宏觀組織,溶液的取樣部位均在鑄軋區,沒有電磁攪拌的晶粒粗大,幾乎全部是柱狀晶,平均晶粒書數為82個/cm2,而電磁攪拌的晶粒細小,平均晶粒485個/cm2。這是由於電磁攪拌可有效的抑製柱狀晶的生長,使晶粒等軸細化,改變析出相的形態,減少宏觀偏析和顯微偏析。


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