何向問

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

1 鋁熔體凈化技術(shù)

鋁及鋁合金熔體內(nèi)氫含量、堿金屬含量和氧化鋁含量的多少對產(chǎn)品質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。人們?yōu)榱藦脑搭^上提高鋁及鋁合金產(chǎn)品的質(zhì)量，必須對鋁熔體進(jìn)行凈化處理，目的是除去其中的氣體(主要是游離態(tài)的氫)、堿金屬(主要為鈉離子、鉀離子等)和非金屬夾雜物(主要為氧化鋁等)。其中以除渣為主要目的的過濾技術(shù)主要有陶瓷板過濾技術(shù)、管式過濾技術(shù)和深床過濾技術(shù)，另外，最近又涌現(xiàn)出一些新型的過濾技術(shù)如電磁凈化技術(shù)和超聲波凈化技術(shù)，以下著重介紹電磁凈化技術(shù)。

2 在線電磁凈化技術(shù)及設(shè)備

在線電磁凈化設(shè)備是屬于爐外在線過濾的一種，應(yīng)用電磁技術(shù)對鋁熔體和其中的氧化鋁進(jìn)行分離，從而達(dá)到在線凈化鋁熔體的目的。在線電磁凈化主要用于去除氧化鋁夾雜,屬于非吸附凈化方法。因鋁熔體導(dǎo)電，而氧化鋁不導(dǎo)電，在電磁場的作用下，鋁熔體有偏向一方、排擠氧化鋁偏向另一方的趨勢，使氧化鋁偏聚而被推向吸附的陶瓷管，從而實(shí)現(xiàn)鋁熔體的凈化。

2.1 設(shè)備基本組成

在線電磁凈化設(shè)備由中頻感應(yīng)電源(含智能控制系統(tǒng))、電磁流槽以及陶瓷管分離器組成。其中電磁流槽主要是由感應(yīng)線圈、磁軛、隔熱層、流槽預(yù)制件等幾部分組成。陶瓷分離器置于感應(yīng)線圈內(nèi)，形成鋁熔體的流通通道，可方便地拆卸更換。該分體式流槽有效地集成了電磁凈化技術(shù)的關(guān)鍵部件，設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)見圖1。

1-中頻感應(yīng)電源；2-連接銅牌；3-流槽；4-帶磁軛感應(yīng)線圈；5-陶瓷管分離器圖1Fig. 1

2.2 工作原理

在線電磁凈化設(shè)備的工作原理主要由電磁分離、流動(dòng)傳輸和過濾吸附3步組成。

(1)電磁分離。當(dāng)鋁熔體連續(xù)通過陶瓷管分離器時(shí)，通過感應(yīng)線圈施加交變磁場B，熔體內(nèi)感生出渦流J，熔體受到指向中心的電磁力F的作用，而其中不導(dǎo)電的非金屬夾雜物受方向相反的“電磁斥力”作用，向壁面定向遷移。電磁分離原理圖見圖2。

圖2Fig. 2

(2)流動(dòng)傳輸。在陶瓷管橫截面內(nèi)由于電磁力分布不均勻，將誘發(fā)熔體的二次流動(dòng)，該流動(dòng)可以加速陶瓷管中心處的夾雜向壁面的遷移，有效彌補(bǔ)該區(qū)域由于磁場“集膚效應(yīng)”導(dǎo)致的電磁分離作用微弱的不足。

(3)過濾吸附。利用多級(jí)蜂窩狀陶瓷管的表面吸附作用捕捉遷移至內(nèi)壁面附近的夾雜物，同時(shí)多孔管的整流效應(yīng)避免了紊流的發(fā)生，有效防止已捕獲的夾雜物被釋放至液流中。陶瓷管表面吸附效果見圖3。

圖3Fig. 3

3 電磁凈化設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)

電磁凈化設(shè)備屬于爐外在線過濾設(shè)備的一種，而常見的此類設(shè)備主要有管式過濾裝置、深床過濾裝置和陶瓷板過濾裝置。為了綜合和全面的對比這幾種過濾裝置，我們主要從過濾效果、一次費(fèi)用、維護(hù)成本、可靠性和適用性5個(gè)方面對其進(jìn)行比對。

表1 各過濾設(shè)備比對表

注：1.表中的過濾效果是參考了國內(nèi)多家具有代表性的鋁加工廠家的技術(shù)保證值得到的；2.表中一次費(fèi)用投資因設(shè)備廠家的不同和國產(chǎn)化程度的不同相差較大，故表中只能在要求相對一樣的情況下定性的說明

從表1中可以看出，目前應(yīng)用最廣也最多的是陶瓷板過濾裝置，但其獨(dú)立應(yīng)用在高端產(chǎn)品上有較大的局限性，一般需要配合其他過濾裝置，如深床或管式過濾裝置；而管式和深床過濾裝置在高端的鋁加工產(chǎn)品上目前基本上平分秋色，兩者一起占據(jù)了大部分產(chǎn)業(yè)化的高端鋁熔體凈化市場。然而隨著人們對鋁加工產(chǎn)品中氧化物控制精度的要求越來越高，電磁過濾將成為一個(gè)新的趨勢。因其不同于管式和深床依靠吸附作用過濾氧化鋁夾雜物的方式，電磁分離可以通過調(diào)整電磁頻率選擇性地分離出鋁熔體中的夾雜，在除去有害氧化物的同時(shí)仍可以保留有用的顆粒(如晶粒細(xì)化的TiB2顆粒等)。這一特征如果能加以強(qiáng)化，那么在其他很多金屬熔體的凈化中都將引發(fā)一場革命。

4 結(jié)束語

鋁熔體的在線電磁過濾裝置屬于爐外在線過濾的一種，利用鋁熔體和氧化物之間不同的導(dǎo)電性分離鋁熔體和氧化鋁顆粒。這種裝置目前適用于高端鋁合金產(chǎn)品，在30t/h以下小通過量時(shí)已經(jīng)應(yīng)用較多，30t/h以上的大通過量設(shè)備理論上已經(jīng)成熟，目前正在工廠化推廣階段。雖然目前電磁過濾裝置的優(yōu)勢并未完全顯現(xiàn)，但隨著人們對鋁加工產(chǎn)品中夾雜物含量和有用顆?？刂埔蟮倪M(jìn)一步提高，其特有的工作機(jī)理將為未來的熔體凈化技術(shù)帶來變革性的發(fā)展。