铝熔体在线电磁过滤技术及设备

何向问

(中色科技股份有限公司，河南 洛阳 471039)

1 铝熔体净化技术

铝及铝合金熔体内氢含量、碱金属含量和氧化铝含量的多少对产品质量有着至关重要的影响。人们为了从源头上提高铝及铝合金产品的质量，必须对铝熔体进行净化处理，目的是除去其中的气体(主要是游离态的氢)、碱金属(主要为钠离子、钾离子等)和非金属夹杂物(主要为氧化铝等)。其中以除渣为主要目的的过滤技术主要有陶瓷板过滤技术、管式过滤技术和深床过滤技术，另外，最近又涌现出一些新型的过滤技术如电磁净化技术和超声波净化技术，以下着重介绍电磁净化技术。

2 在线电磁净化技术及设备

在线电磁净化设备是属于炉外在线过滤的一种，应用电磁技术对铝熔体和其中的氧化铝进行分离，从而达到在线净化铝熔体的目的。在线电磁净化主要用于去除氧化铝夹杂,属于非吸附净化方法。因铝熔体导电，而氧化铝不导电，在电磁场的作用下，铝熔体有偏向一方、排挤氧化铝偏向另一方的趋势，使氧化铝偏聚而被推向吸附的陶瓷管，从而实现铝熔体的净化。

2.1 设备基本组成

在线电磁净化设备由中频感应电源(含智能控制系统)、电磁流槽以及陶瓷管分离器组成。其中电磁流槽主要是由感应线圈、磁轭、隔热层、流槽预制件等几部分组成。陶瓷分离器置于感应线圈内，形成铝熔体的流通通道，可方便地拆卸更换。该分体式流槽有效地集成了电磁净化技术的关键部件，设备的主要结构见图1。

1-中频感应电源；2-连接铜牌；3-流槽；4-带磁轭感应线圈；5-陶瓷管分离器图1Fig. 1

2.2 工作原理

在线电磁净化设备的工作原理主要由电磁分离、流动传输和过滤吸附3步组成。

(1)电磁分离。当铝熔体连续通过陶瓷管分离器时，通过感应线圈施加交变磁场B，熔体内感生出涡流J，熔体受到指向中心的电磁力F的作用，而其中不导电的非金属夹杂物受方向相反的“电磁斥力”作用，向壁面定向迁移。电磁分离原理图见图2。

图2Fig. 2

(2)流动传输。在陶瓷管横截面内由于电磁力分布不均匀，将诱发熔体的二次流动，该流动可以加速陶瓷管中心处的夹杂向壁面的迁移，有效弥补该区域由于磁场“集肤效应”导致的电磁分离作用微弱的不足。

(3)过滤吸附。利用多级蜂窝状陶瓷管的表面吸附作用捕捉迁移至内壁面附近的夹杂物，同时多孔管的整流效应避免了紊流的发生，有效防止已捕获的夹杂物被释放至液流中。陶瓷管表面吸附效果见图3。

图3Fig. 3

3 电磁净化设备的优缺点

电磁净化设备属于炉外在线过滤设备的一种，而常见的此类设备主要有管式过滤装置、深床过滤装置和陶瓷板过滤装置。为了综合和全面的对比这几种过滤装置，我们主要从过滤效果、一次费用、维护成本、可靠性和适用性5个方面对其进行比对。

表1 各过滤设备比对表

注：1.表中的过滤效果是参考了国内多家具有代表性的铝加工厂家的技术保证值得到的；2.表中一次费用投资因设备厂家的不同和国产化程度的不同相差较大，故表中只能在要求相对一样的情况下定性的说明

从表1中可以看出，目前应用最广也最多的是陶瓷板过滤装置，但其独立应用在高端产品上有较大的局限性，一般需要配合其他过滤装置，如深床或管式过滤装置；而管式和深床过滤装置在高端的铝加工产品上目前基本上平分秋色，两者一起占据了大部分产业化的高端铝熔体净化市场。然而随着人们对铝加工产品中氧化物控制精度的要求越来越高，电磁过滤将成为一个新的趋势。因其不同于管式和深床依靠吸附作用过滤氧化铝夹杂物的方式，电磁分离可以通过调整电磁频率选择性地分离出铝熔体中的夹杂，在除去有害氧化物的同时仍可以保留有用的颗粒(如晶粒细化的TiB2颗粒等)。这一特征如果能加以强化，那么在其他很多金属熔体的净化中都将引发一场革命。

4 结束语

铝熔体的在线电磁过滤装置属于炉外在线过滤的一种，利用铝熔体和氧化物之间不同的导电性分离铝熔体和氧化铝颗粒。这种装置目前适用于高端铝合金产品，在30t/h以下小通过量时已经应用较多，30t/h以上的大通过量设备理论上已经成熟，目前正在工厂化推广阶段。虽然目前电磁过滤装置的优势并未完全显现，但随着人们对铝加工产品中夹杂物含量和有用颗粒控制要求的进一步提高，其特有的工作机理将为未来的熔体净化技术带来变革性的发展。