电磁搅拌器与熔炼炉控制系统改造
大型熔铝炉中用的永磁搅拌器
１ 大型磁搅拌器研制背景
由于铝的需求量在近几年持续增长，对铝熔炼的生产工艺、产量、能耗、环保等方面提出了 更高的要求。众所周知，如何对大型熔炼炉中的熔体进行有效的搅拌从而使其成分和温度更 均匀，是保证产品质量的重要一环。传统的搅拌一般为机械扒渣搅拌或人工搅拌，两者均为接 触式搅拌。扒渣搅拌由于受熔炉门的限制，搅拌范围小，自动化程度低，搅拌均匀性差。同时 由于搅拌头处在高温下工作，易损坏，更换频繁，使用成本高。而人工搅拌由于人的操作，受人 的技能和劳动态度影响较大，搅拌速度慢，易出现氧化，工作环境恶劣，搅拌均匀性差。而且两 者极易造成熔体的污染。因此，机械扒渣搅拌与人工搅拌已越来越不适应大型熔炉的生产需 要。这促使我们开始对大型熔炉用的磁力搅拌器进行研制。
目前最现代化的铝熔铸车间
目前最现代化的铝熔铸车间93-11〔美国〕G.J.Binczewski崔凤岐译范靖亚校1前言世界铝加工业中最现代化的熔铸车间最近在美国阿拉巴马州雷诺金属公司的李斯特海尔铝薄板厂建成并投入运行。
该车间并非是将原先设备修整或改造实现现代化的，它完全是一个崭新的车间，耗资1.21亿美元。
该车间的设计基于铝加工业发展的经验和教训，集最新技术装备之大成，并考虑了现在及将来市场的开发。
新车间取代了已有50多年历史的李斯特海尔熔铸车间，旧车间曾为雷诺金属公司殷实服役了半个多世纪，其间虽经无数次的改造和维修，但现在仍显得过时了。
新车间扁铸锭的产能为45500吨/月，产能提高了30%。
从图1可知，新熔铸车间中只有5台熔炼炉，但其熔炼能力与旧车间23台相当；5台铸造机担任了原有16台的任务量；只有6台静置炉。
图1 雷诺金属公司铝合金薄板厂熔铸车间示意图2市场变化效应铝薄板市场变化是促使雷诺金属公司淘汰李斯特海尔铝薄板厂旧熔铸车间的主要原因。
市场变化的效应确实加快铝合金薄板厂许多熔铸车间更新进程了吗？答案是明确的。
近20年来，在铝板市场中，铝饮料罐用板异军突起。
一些熔铸车间已面目全非，例如李斯特海尔铝薄板厂的熔铸车间装备已从原先的“配药柜式拥挤排列”(23台熔炼炉、20台静置炉和16台铸造机生产出为数众多的合金、不同规格的铸锭和系列产品)更新到图1的布局，以满足市场对铝饮料罐用板的需求。
而在美国，铝饮料罐用板已占国内铝板市场总占有量的一半以上，并主要集中在极少数几家铝薄板厂生产，而铝饮料罐用板的产量要占其中每一厂家轧制产品总量的2/3以上。
对铝薄板生产厂家来说，市场对饮料罐用板已完全标准化了，即用两种铝合金冷轧出合格厚度和宽度的薄板。
雷诺金属公司审时度势，将精力集中在制定技术标准并从日益增长的重复规格定货量出发，对铸锭规格标准化。
这种做法对雷诺金属公司尤为重要，因为该公司生产的60%铝饮料罐用板完全为自身所属的制罐厂所用。
铝合金熔炼与永磁搅拌技术的研究
个 比较 突 出的问题 。 ２ １ 永磁 搅拌技 术的发展 ．
２ 永磁搅 拌 技 术优 势
永磁搅拌 技术 在 设 计 之 初就 充分 考 虑 到 了 节 能 与 环保 。 目前 ， 全球性 的能 源 和温 室气 体排 放 危机 日
趋 加剧 ， 节 能减 排”， 可持 续 发展 之路 成 为我 们 唯 “ 走
提高熔化效 率 ， 减少燃 料 消耗 ， 降低 金 属烧 损 ； 可 以 ④
收 稿 日期 ：０ ８ ０ —１ ２ ０ －８３
使 熔体在熔 炼过程 中温 度均匀 ， 体 表层 和底 部 温差 熔
第 ６期
有 色 金属 加 工
３ ３
一
般 可 以控制 在 ８℃ 以内 ， 而可 以避 免 熔 体局 部 过 从
械式或 人工搅 拌 ， 者 均 为 接触 式 搅 拌 ， 两 由于受 熔 炉 门 口的限制 ， 拌范 围小 ， 搅 自动 化 程度低 ， 拌均 匀性 搅
２ ２ 永磁搅拌 技术的优 点 ．
永磁搅 拌具 有 以下优点 ： 可 以使被 搅拌 的熔 体 ① 化 学成分快 速 均匀 化 。 由 于永 磁搅 拌 器搅 拌 充 分 且
中。于是永磁 搅拌 技 术 在 这一 大背 景 下 得 到 了快 速
的发 展 。
艺提 出了更高 的要 求 。众所 周知 ， 如何 对 熔炼 炉 中的
熔 体进行 有效 的搅 拌 ， 而使 其 成 分 和 温度 更 均 匀 ， 从
铝熔炼技术现状及进展
熔炼周期内炉料变化过程
矩形铝熔炼炉
蓄热式烧嘴技术
侧井炉
炉底透气砖技术
大大提高铝熔化速度大大提高铝熔化速度（（18~24%）
降低铝液中氢气浓度降低铝液中氢气浓度（（40~60%）
熔体温度均匀
渣量降低30~60%
只允许气体通过只允许气体通过，，阻止铝熔体侵入阻止铝熔体侵入，，即使关掉气源也不例外即使关掉气源也不例外；；可应用于铝熔炼可应用于铝熔炼、、铝精炼铝精炼、、铝运输各个阶段铝运输各个阶段，，固定式及倾动式炉均可安装均可安装，，吹入的气体可采用Ar ，Cl 2和N 2。
优点优点：：
透气砖安装
谢谢!。
熔炉熔炼过程控制与优化考核试卷
13. ABC
14. ABC
15. ABC
第三部分判断题
1. ×
2. ×
3. √
4. ×
5. ×
6. ×
7. ×
8. √
9. ×
10. ×
第四部分主观题（参考）
1.温度控制是熔炼过程中的关键，影响金属熔化速度和质量。方法包括：PID控制（比例-积分-微分控制）、手动调节（依靠操作经验调整）、模糊控制（基于模糊逻辑的控制）。
10.在熔炼过程中，只要金属熔化即可停止加热，无需考虑熔池的保温。（）
第四部分主观题（本题共2小题，每题10分，共20分）
1.请简述熔炼过程中温度控制的重要性，并列举至少三种温度控制的方法及其原理。（10分）
2.在熔炼过程中，如何优化金属成分的均匀性？请从熔炼工艺、设备选择和操作技巧等方面进行分析，并提出至少两条具体措施。（10分）
2.优化均匀性措施：采用电磁搅拌技术提高熔池内金属流动，确保成分均匀；合理设计熔炼工艺，控制熔炼时间和温度，避免成分偏析。
A.调整熔炼温度
B.改变熔炼时间
C.控制炉内气氛
D.添加合金元素
6.下列哪种设备不常用于熔炼过程？（）
A.电炉
B.燃气炉
C.感应炉
D.蒸馏塔
7.在熔炼过程中，为了提高金属的纯净度，可以采取以下哪种方法？（）
A.提高熔炼温度
B.延长熔炼时间
C.增加炉内气氛氧化性
D.降低熔炼温度
8.以下哪种因素不会影响熔炼过程的优化？（）
B.炉内气氛不当
C.熔炼设备不清洁
D.炉渣处理不当
13.熔炼过程中，为了减少金属的氧化，可以采取以下哪些措施？（）
A.降低熔炼温度
钢铁冶炼中的电磁技术研究
钢铁冶炼中的电磁技术研究随着工业化的不断发展，钢铁工业成为了国民经济的重要支柱之一，而电磁技术的应用使得钢铁冶炼过程更加智能化、高效化。
本文将介绍电磁技术在钢铁冶炼过程中的应用及其研究进展。
一、电磁技术在钢铁冶炼中的应用1. 电磁感应加热技术电磁感应加热技术是通过改变磁场强度和频率，在钢铁冶炼场景中加热金属材料，用来加速钢铁材料的熔化过程。
该技术具有加热速度快、能耗低、加热均匀等优点，被广泛应用于钢铁熔炼、热处理等领域。
2. 磁悬浮技术磁悬浮技术是指利用电磁力作用使物体悬浮在磁场中的技术。
在钢铁冶炼中，磁悬浮技术可用于提高钢铁液的纯度和透明度，加速冷却时间，提高钢铁质量和生产效率。
3. 电磁搅拌技术电磁搅拌技术是指利用电磁力作用在钢液中引入电流，强迫金属液体产生对流和搅拌的技术。
该技术可用于改善钢铁内部组织结构，提高钢铁品质，减少非金属夹杂物和气孔等缺陷。
4. 电磁铸造技术采用电磁技术进行钢铁铸造，在铸造过程中对铸造材料加热和搅拌，从而实现更快更高效的铸造过程。
该技术可用于提高铸造件的密度、结合度，在提升生产效率的同时，也能降低铸造件的缺陷率。
二、电磁技术在钢铁冶炼中的研究进展1. 磁悬浮技术在钢铁冶炼领域的应用目前，磁悬浮技术在钢铁冶炼工业领域的应用正变得越来越普遍。
Bechtel公司研制出一种基于磁悬浮技术的新型连铸机，该技术可大大减少钢铁生产过程中的不良因素和废品率，增加了生产效率。
2. 电磁隔渣技术的发展传统的钢铁冶炼过程中，会产生大量的隔渣。
电磁隔渣技术是一种旨在减少隔渣量、减少水污染以及降低成本的新型技术，该技术基于电磁感应、电磁场辅助和动态隔渣理论，可以在传统冶炼中取代高消耗的物理隔渣器，大幅提升钢铁质量，并能将含钢的渣料回收利用。
3. 磁流变技术的应用磁流变技术是一种利用磁场来改变流体的物理性质的技术，其特点是可以自动地控制流体的流量和流动方向，提高工作效率。
在钢铁冶炼过程中，磁流变技术可用于提高炉缸式发动机的热效率，从而降低温室气体排放量。
电磁搅拌器冷却系统改造
的质量提供 了可靠 的保证 。
１ ． 电磁搅拌 器的作用及 系统组成
电磁搅拌 器主要 由变频 电源和感应器组成 ，变频 电源把 ５ ０ ／ ６ ０ Ｈ ｚ 的工频交 流电变成频率为 ０ ． ５ — ３ ． ０ Ｈ ｚ的两相， 三相 低频 电源。该 电源 通人感应线 圈后将 产生一 个行波磁场 ，此行波磁场穿透炉底的不锈钢
有 ３台优利科 电磁搅拌器 ，安装于矩形熔炼炉下部 ，每 两台熔炼炉共 用一 台电磁搅拌器 ，电磁搅拌器不工作时位于两个炉体之 间的检修位 置， 工作时移动到对应炉体的底部 ， 液压系统启动 ， 将感应线 圈升起 ， 然后进行搅拌 。电磁搅拌可 以对熔体进行无接触 有效搅拌 ，使熔体 的
（ 河南豫联能源集团有限责任 公司 河南 中孚铝合金有限公司 ，河南 巩义 ４ ５ １ ２ ６ １ ）
【 摘 要】 本文对优利科 电磁搅拌器在铝熔炼过程中因液压系统 出现故 障而导致设备正常工作的现象进行分析并解决。电磁搅拌器位于矩形炉
子的底部 ，环 境温度过高 ，尤其在 夏季，环境温度有时可达 ８ ０ ￣ Ｃ 以上，位 于电磁搅拌器移动小 车上 的液压 系统油箱温度经常升至 ７ ０ ￣ Ｃ ，甚 至更 高 ，导致设备无法正常工作 ，严重影响了正常的生产秩序。通 过技术改 造后 ，在夏季可保证油箱温度在 ５ ５ ％以下 ，为液压系统 的正常工作提供 了有力保证 ，保证 了电磁搅拌器的正常工作 。 ［ 关键词］ 电磁搅拌器
中图分类号 ：Ｔ Ｋ
冷却系统
温度
液压
文章编号：１ ０ ０ ９ — ９ １ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ８ — ２ ７ ６ － ０ １
电磁搅拌器在铝合金熔炼炉中的应用探讨
１ 、电磁搅拌器的结构
铝合 金电磁搅拌器由感 应器 、低频电源和冷却水系统等组成 。电 磁搅拌器的主要工作部件是由铁芯和线圈绕组构成的感应器 ，线圈绕 组 由绝缘的矩形断面中空铜管组成 ，固定在铁芯周围。低频 电源是 由 变频器产生的三相交流电。搅拌 器冷却水系统包括一个闭环净化水 回 路 、一个热交换器和一个工业水 回路 ，通过闭环净化水回路对线 圈绕 组进行冷却以防止线圈绕组过热损坏。 两台 ６（ ０ 倾动式矩形煤气熔炼炉可只配备 １ 电磁搅拌器 ，每台 套
当电磁搅拌器处于检修位置时 ， 若其中任何一个接近开关信号失灵或误 动作 ， 与之配套的两台熔炼炉均不能倾翻。 同时在操作台上也会出现 “ 接 近开关信号错误”的提示，有利于尽快排除故障。
利 用电磁搅拌 器检修位上 的接近开关 限位来 确定 电磁搅 拌 的位 置 ， 而达到熔炼炉进行倾 翻或 回翻动作时安全生产 ，避免熔炼炉、 从 电磁搅拌器设备伤害事故发生。 ３ ． ２电磁搅拌工作 环境温度 的要求 电磁搅拌器台车 由行 走系统 、液压升降系统和台车本体组 成 ；行 走系统由行走 电机 、减速器、链 条传动 系统组成 ；液压升降系统由油 箱、油泵、油管 、单 向阀、电磁换 向阀、溢流阀 、行程保护阀和液压 油缸等几部 分组成 ； 整体工作温度必须保持在 ０ ７ ￣之间 ， － ０（ ２ 液压油的 最高工作温度：８ ｃ ；液压密封元件 的最高工作温度为 ：１０ ０ｃ ２ ℃。 熔炼炉在实际生产中 ，尤其在夏季季节温度较高时 ，炉内温度保 持在 ７０度左 右，炉底的钢板温度在 ２ ０度左右 ， ４ ０ 造成炉底周围环境 温度在 ６ 度左 右， ０ 临近台车液压油的工作温度上限值。同时，由于炉 底是一个相对比较封 闭的环境 ，空气流通不 畅．因。 ３ 电磁搅拌器 台车液压工作介质 的选择 ． ３ ４ 号液压油虽然有 良好的抗磨损性能，以及 优良的抗乳化性 ，由 ６ 于工作介质温度较低 ，其粘度指数最大 为 ９ 。 ７ 粘度指数是决定抗磨液压油在高温环境下 良好运行 的重要指标之 粘度高于 】Ｏ ７ Ｏ —ｌＯ的抗磨液压油 ， 具有粘温曲线 变化平缓性 和良 好 的粘温性 。 ４ ３ 酯型难燃液压油工作温度在一 ０ ～ ３ ℃ ， 目 为止具有 ６２ ２ ℃ １５ 是 前 低倾 点、高 闪点 、和 良好 的热稳定性能 ；其粘度指数不小于 １０；在 ８ 高温环境运行时 ，它在油中的溶解度增大 ，蜷曲状的线形分子膨胀仲 长， 从而使粘度增 长较大 ，粘度指数越高 ，粘度随温度变化 越小。适
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电磁搅拌器与熔炼炉控制系统改造
[摘要]电磁搅拌技术目前在各种有色及黑色金属熔炼及铸造中被广泛应用，为产品质量的提高提供了有力支持。
但在实际应用中也存在一定的安全隐患，本文主要对安全隐患进行介绍，并通过技术
改造来改善电磁搅拌器的运行环境，达到安全高效稳定的运行效果。
[关键词]铝熔炼炉电磁搅拌器接近开关程序
中图分类号：th 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）08-289-01
0.前言
电磁搅拌器变频电源把 50/60hz 的工频交流电变成频率为
0.5～3.0hz 的两相/三相低频电源，该电源通入感应线圈后产生一个行波磁场，此行波磁场作用于金属熔体，产生电磁力。
通过电磁力来控制炉体中熔体的流动，使熔体产生有规律的移动，达到搅拌的目的，尽而实现合金成分均匀化，是铝合金铸造尤其是熔炼工序必不可少的环节。
我公司的电磁搅拌器安装于可倾翻式熔炼炉下部，为了资源合理利用，每两台炉子共用一台电磁搅拌器，不仅节约而且节能。
1.电磁搅拌器存在的隐患
电磁搅拌器在炉下设计有三个位置，两个熔炼炉炉底正下方是电磁搅拌器的工作位置，在两个熔炼炉之间是电磁搅拌器的检修及停
机位置。
电磁搅拌器工作时需要从检修位运行到工作位，然后靠液压系统升起，使电磁感应线圈贴近熔炼炉炉底，通电后产生行波磁场来实现对熔铝的搅拌。
在搅拌及电磁搅拌器处于炉底升起状态或位置时，熔炼炉不能倾翻也不能回翻，否则将会严重的损坏电磁搅拌器线圈及升降机构，甚至会损坏熔炼炉底部钢结构，因此电磁搅拌器在不工作时必须停放在两台熔炼炉中间的检修位上，这样才不影响两台熔炼炉的正常倾翻。
电磁搅拌器根据整个铸造工艺的要求进行阶段性的搅拌，在实际的操作过程中，因为熔炼炉的倾翻控制台在熔炼炉后，电磁搅拌的操作控制在电磁搅拌控制室内，两台设备的操作台不在同一位置，并且电磁搅拌器处于炉子底部，操作员很难通过肉眼来确定电磁搅拌器位置，况且在最初的设计当中，电磁搅拌器和熔炼炉之间未设计联锁功能，双方在任何位置或有任何动作都不影响对方的操作，这样势必导致在不同位置的操作员因为信息不畅或麻痹大意造成操作上的失误，产生较大的设备安全事故。
事实上，我公司也确实已发生过两次熔炼炉倾翻挤压电磁搅拌器的事故，造成了严重的设备事故，带来巨大的经济损失。
2.解决方案
影响电磁搅拌器安全运行的根本原因在于电磁搅拌器和熔炼炉之间没有联锁，单独操作任何一台设备都无法准确了解到另一台设备的运行状态，从而无法做出正确的指令。
从这一点考虑，我们只需要让两台设备的运行状态随时能让操作员准确掌控就能解决这
个大隐患。
为了方便操作员同时最直观的掌握电磁搅拌器和熔炼炉的运行
状态，本方案最终确定在熔炼炉操作系统中加入电磁搅拌器的运行状态，使操作员在控制熔炼炉倾翻或回翻时能及时掌握电磁搅拌器的状态。
2.1硬件的安装
在电磁搅拌器检修位两侧分别安装两个光电开关，作为电磁搅拌器本体位于检修位的信号源，通过信号线将光电开关的闭合信号分别引入到对应的两台熔炼炉的倾翻控制线路中，经过中间继电器给熔炼炉plc提供电磁搅拌器在检修位置或在工作位置的信号。
2.2软件的调试
利用编程软件将光电开关的闭合信号引入熔炼炉倾翻控制系统中，使熔炼炉的倾翻和电磁搅拌器的位置形成联锁，只要电磁搅拌器不在检修位，熔炼炉就不能形成倾翻回路，如图a所示：
通过专业软件设计出电磁搅拌器的运行状态图，然后加入到熔炼炉的运行状态人机界面中，使操作员能在同一个界面中同时看到熔炼炉和电磁搅拌器的运行状态，然后编辑电磁搅拌器运行状态图并赋值；同时编辑“电磁搅拌器不在检修位，请勿操作”的报警信号，使其能够根据电磁搅拌器是否在检修位显示在操作界面中，提醒操作员及时将电磁搅拌器停放在检修位，并且在程序中锁定相应的倾翻或回翻输出信号。
如果电磁搅拌进入熔炼炉下工作时，检修位上的相应限位信号将会自动禁止熔炼炉的倾翻动作，同时熔炼炉的操
作显示屏上将会出现相应的提示。
引入两个限位的作用是为了提高系统的稳定性，不会因为其中一个限位的感应失常造成信号误报，当一个限位信号不正常时系统在相应的屏幕上做出提示，以便及时维修。
3.结束语
通过改造，我公司再未发生过熔炼炉倾翻挤压电磁搅拌器的事故，解决了电磁搅拌器安全运行的隐患，提高了生产效率和经济效益。
但是由于熔炼炉炉底温度高、粉尘多等恶劣环境，需要我们定期对电磁搅拌器轨道及限位开关进行清扫和维护，避免信号失灵，提高安全系数。
参考文献：
《平板式电磁搅拌器原理与应用》作者：朱晓鹰（《北方工业大学学报》 1990年01期）。