电磁和永磁搅拌器在熔炼炉保温炉上使用的误区

jiaobanqi,2011年9月14日

近几年来，电磁和永磁搅拌器在熔铝炉上使用有逐渐增加趋势，但是据卖仪器网了解，目前国内多数熔炉生产厂家在搅拌器的设计上技术并不成熟，存在着一些误区。另外，一些熔铝加工行业在使用搅拌器上也存在着盲目追捧现象。

要正确使用电磁和永磁搅拌器就必须首先理解其搅拌的原理，但是这些熔炼炉、精炼炉的生产厂家并没有真正理解，只是买来成型产品，按照搅拌器生产厂家要求直接使用。在使用过程中又出现了新的误区。

今年年初，卖仪器网专门就这类搅拌器到国内一些使用单位和熔炉生产厂商那里做过一次调查，大家一致反映侧磁式搅拌器比底置式或者叫底磁式搅拌器效果要好，并且许多厂商不推荐使用磁性搅拌器，认为磁性搅拌器功率大、出力小、发热严重，必须增加一套水冷系统为它冷却，一旦冷却水出现故障电磁搅拌器立刻烧毁，永磁搅拌器立刻退磁。

以苏州某再生金属设备成套有限公司在上海一家专业从事再生铝废铝熔化的公司成套设计的双室炉为例，这家公司选用的是杭州某电磁设备有限公司经营的日本侧置式永磁泵，遗憾的是经过精心设计精心计算的搅拌器却丝毫搅不起铝液。我和这家公司的总工程师探讨了一下他的设计过程，他是这样设计的：废铝熔铝炉是一台矩形双室炉，搅拌器设在主室和辅室之间，主室有烧嘴用于升温，辅室没有烧嘴用于投废料。搅拌器设在两室之间的侧壁，通过密封流槽连接两室，流槽与炉体之间有一个U型腔，搅拌器就放在这个腔里，磁钢周围是水冷系统管路，铝液高度700mm，电磁铁高度1100mm，U型槽内外壁是钢板。

从以上结构看，该公司设计上犯了三个错误，
其一，电磁铁的高度选择不正确，因为，这种搅拌器的工作原理是异步电动机原理，只不过电磁铁相当于定子磁场，铝液就是转子。我们知道一台电动机如果因为轴承安装不到位，或者使用与定子长度尺寸不配套的转子，电机功率将大大降低，而这家公司恰恰犯了这个错误，转子磁场长度1100mm，远远大于定子铝液长度，造成大部分磁泄露，没有用于出力，实践也证明了这一点，据上海这家公司的工人介绍，如果把一个板子放在搅拌器附近就会被吸到搅拌器上。因此，在搅拌器选择时，应尽量考虑在同等磁感应强度的基础上让搅拌器磁钢或者线圈低于铝液高度，并且在设计时应尽量让铝液包围磁性材料，包围的范围越大越好。

其二，定子与转子不匹配还体现在磁隙大上，产生大量的漏磁通上，一般厂家认为，电磁搅拌器是另一个厂家生产的，出力功率已经在出厂时设定好了，生产炉子的厂家只要使用就行了，就像自己家买来的电冰箱一样，其实不然，搅拌器生产厂家提供的只是出力能力和同等功率的电产生磁感应强度的效率，就像电厂电站不关心你家使用它的电能是用于带动火车还是用于点亮15W白炽灯。而作为使用者应该考虑影响出力能力的诸多因素。磁隙损耗就是必须考虑的因素之一，在搅拌器设计时，应该尽量考虑到磁钢或者电磁线圈到铝液之间的距离，距离越小漏磁通越小出力能力越强，就像我们平时用的三相异步电动机的定子和转子之间的配合间隙越小越好，因此在水冷系统设计时应该考虑尽量使管路设计的最薄，U型槽内壁也应该尽量设计的越薄越好，因此这部分浇筑料推荐选择特种高强度浇筑料和特种高热阻系数保温材料。

其三，没有考虑清楚磁阻对搅拌力的影响，这一点已是目前国内各家磁性搅拌器使用者的一个瓶颈，值得各家熔铝炉或者说金属炉生产厂家高度重视。从上面的例子我们看出，这家公司在U型槽内外壁使用材料上丝毫没有考虑磁阻的存在，居然采用了最不该采用的钢材，因此造成严重的磁屏蔽，使旋转磁场大量用于给钢制的内外壁发热，这就是为什么搅拌器不搅拌，而一旦水冷系统损坏立刻出现不可挽回的损失的最关键原因。

既然钢材不可用，那么，不锈钢等非励磁材料可不可以用呢？就这个问题，我也曾经和目前国内一家最大的熔炉生产厂家设计部的一名设计师探讨过这个问题，他认为这样就可以避免磁阻损耗，但我以为这样做一点意义也没有，其结果是一样的。从另一方面说效果会比使用高磁通的铁磁材料更差。这一点要从根源上说起。电磁搅拌器或者永磁搅拌器工作原理是什么呢？很简单，电动机原理，那么它的工作过程呢？首先，磁场在搅拌器腔内旋转，产生旋转磁场，而铝作为一种导体，在磁场中切割磁力线，产生电流，电流方向根据右手定则可以判断是上下流动的，（前提是磁钢水平方向旋转）而电流在磁场中切割磁力线又产生了运动，根据左手定则可以判断运动方向与磁场运动方向一致，这就是铝液旋转的原理。从这个原理我们可以看出，U型槽壁不一定非要是导磁材料，只要是导体，就会产生电流，只要产生电流本身就必然发热，而恰恰槽壁不可能产生运动，因此相当于电机的堵转，在堵转情况下发热是非常严重的。这也是我前面所说没有考虑清楚磁阻对搅拌力的影响是磁性搅拌器使用者的瓶颈的原因。这样一来矛盾就出现了，一方面槽壁要有很高的强度，保证不会因耐火材料支撑力不够导致铝液外泄，另一方面又必须消除环流影响。难道真的没有解决办法了吗？当然不是，办法肯定是有的。怎么解决呢？从上面的原理分析中我们完全可以得出结论：选用锡钢片把槽壁做成碟片式，并且一定要浸漆保证相互间绝缘。加固碟片的穿钉螺栓要加上绝缘保护套，保证与锡钢片之间绝缘。如果能这样做，我相信我们没必要用水冷却，风冷足够了。搅拌器出力水平会双倍甚至几倍增加。不但内壁要这样做，外壁也一样。顺便再提醒一句，冷却水管路一定要做成水平方向的螺旋形，并且螺旋间要用绝缘纸隔开。

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