磁性材料與
電磁閥鐵芯材料在現(xiàn)代能源中的應(yīng)用
能源是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的物展基礎(chǔ)，沒(méi)有能源人類(lèi)是無(wú)法生存的。所謂能源，就是人類(lèi)取得能量的來(lái)源，它分為1次能源——經(jīng)開(kāi)采或收集后未經(jīng)任何改變或轉(zhuǎn)換的能源，如原煤、原油、河流的水等；2次能源——經(jīng)過(guò)加工轉(zhuǎn)換后獲得的1次能源，如油料、電力、沼氣、核能等；終端能源——1次、2次能源經(jīng)過(guò)輸送、儲(chǔ)存和分配，供給用戶(hù)使用的能源，如用于炊事、照明、運(yùn)輸?shù)臒崮芎碗娔艿取?
現(xiàn)在，能源危機(jī)是1個(gè)世界性的問(wèn)題。由于目前人類(lèi)的90％以上工業(yè)性能源是來(lái)自煤、石油、天然氣等天然資源，它們是用之有竭的。所以節(jié)約能源、開(kāi)發(fā)新能源就顯得十分重要，磁性技術(shù)在其中擔(dān)當(dāng)著重要的角色，也是確保人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的有效措施之一。
2 磁性技術(shù)在節(jié)約能源方面的應(yīng)用
2.1 節(jié)能的永磁材料
降低現(xiàn)有
磁性材料的損耗，研發(fā)更低損耗的新材料，便可以在使用
磁性材料的各種電機(jī)和電器中節(jié)約能源。例如，用永磁體代替電流在空間形成1個(gè)靜磁場(chǎng)（如永磁電機(jī)中的定子磁場(chǎng)或轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，揚(yáng)聲器和儀器儀表中的氣隙磁場(chǎng)等），這樣，不但節(jié)省了電能，降低了溫度，而且省去1部分電源及控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)。利用沒(méi)有勵(lì)磁線(xiàn)圈的鐵芯，不發(fā)熱的稀土永磁電機(jī)來(lái)代替常用電動(dòng)機(jī)，可縮小體積，減輕重量，提高效率。如在汽車(chē)中用永磁電機(jī)替代傳統(tǒng)的電機(jī)，可使體積和重量減小40％～70％，效率提高50％以上，并可節(jié)省銅材和電力。將電氣設(shè)備中大量使用的電磁開(kāi)關(guān)、電磁閥的電磁鐵換成永磁體，可節(jié)電90％以上。
在人類(lèi)活動(dòng)中，大量的能源消耗在克服摩擦力的做功上。利用永磁體之間的排斥力和吸引力，做成各種磁懸浮系統(tǒng)，如果再將系統(tǒng)中的空氣抽出，則摩擦力幾乎按近于零。例如，利用磁懸浮原理制成新型磁軸承，其能源可降低90％以上，轉(zhuǎn)速可達(dá)每分鐘幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)。又如，應(yīng)用磁耦合的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以做到不嚙而合，隔而不斷，從而大量節(jié)約能源。再如，有1種在100大氣壓高壓室內(nèi)工作的機(jī)構(gòu)，僅用以克服從動(dòng)軸與高壓室壁間所設(shè)置的軸封摩擦即要消耗25kW的功率，如應(yīng)用磁耦合減速器，用1kW電動(dòng)機(jī)便可操縱高壓室內(nèi)的機(jī)構(gòu)工作。同時(shí)，磁性軸承和磁性傳動(dòng)器均無(wú)需直接接觸，不必潤(rùn)滑，沒(méi)有污染。
用永磁體在空間建立1個(gè)磁場(chǎng)，除了在制作該永磁體時(shí)消耗一定能源外，長(zhǎng)期使用過(guò)程中不再另外消耗能源，顯然，利用永磁體能夠取得節(jié)約資源、節(jié)省能源的顯著效果。
2.2 奇特的非晶態(tài)磁性合金
非晶態(tài)磁性合金就是磁性玻璃。這種非晶態(tài)合金材料是將熔融的金屬用每秒近100萬(wàn)℃的超急冷方法直接噴在高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪上，使熔化的液態(tài)合金立即凝固成薄帶，來(lái)不及結(jié)晶而形成非晶態(tài)。
非晶態(tài)合金具有鐵芯損耗小、電阻率高、頻率特性好、磁感應(yīng)強(qiáng)度高、抗腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)。在漏電保護(hù)器、電感濾波器、電力配電變壓器和開(kāi)關(guān)電源等方面已獲得廣泛應(yīng)用。由于非晶態(tài)材料的厚度只有0.03mm，所以鐵芯的占空系數(shù)較小，約在0.4～0.7之間，其鐵芯損耗也僅為硅鋼片的1/3，用作變壓器鐵芯，不但具有優(yōu)良的高頻電磁性能，而且與常規(guī)產(chǎn)品相比，體積可縮小30％，總能量損耗減少40％～60％。據(jù)資料顯示，由于鐵芯發(fā)熱，日本每年要損耗60億度電，相當(dāng)于2000億日元的價(jià)值。據(jù)估計(jì)，我國(guó)變壓器的總損耗占系統(tǒng)發(fā)電量的10％左右，損耗每降低1％，每年可節(jié)約上百億度電，其節(jié)能效果十分顯著。
2.3 磁性節(jié)能器件
磁水器在鍋爐和熱交換系統(tǒng)中的使用，不但提高了熱效應(yīng)，節(jié)約了能源，而且還減少了管道和設(shè)備的除垢工作。根據(jù)美國(guó)商業(yè)部和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局的資料，鍋爐的水垢厚度為0.4mm～9.6mm，平均效率損失為4％～48％，每千升（或每千加侖）燃油浪費(fèi)40升～480升（或加侖）。按照美國(guó)的運(yùn)行情況，某些鍋爐在進(jìn)行酸洗除垢之前，其積垢厚度有的可達(dá)8mm左右，其燃油的浪費(fèi)相當(dāng)嚴(yán)重。其它國(guó)家和地區(qū)，因水質(zhì)和維護(hù)水平不同，嚴(yán)重者會(huì)造成更大損失。如果采用磁力除垢器或磁水器均可節(jié)約能源并提高維護(hù)保養(yǎng)水平。我國(guó)某油田用磁水器處理石油，使石油除蠟降粘，熱洗周期由12天增加到140天，單井年節(jié)電達(dá)1.4萬(wàn)度，年節(jié)約天然氣1.8萬(wàn)m3，年增產(chǎn)原油180噸，多獲利2萬(wàn)元。
將磁化節(jié)油減煙器，燃油增能器或磁力強(qiáng)化節(jié)能器用于以碳?xì)浠衔铮ㄓ汀猓槿剂系娜紵O(shè)備中，其節(jié)能效果明顯。例如煉鋼爐、鍋爐、電站、各種發(fā)動(dòng)機(jī)等設(shè)備均可裝設(shè)此類(lèi)節(jié)能器，令其燃料在使用之前進(jìn)行磁化，使油、氣分子鍵斷裂霧化，使其充分燃燒，提高燃燒效率，從而省油、省氣5％～15％。由于燃燒室溫度升高，發(fā)動(dòng)機(jī)（引擎）輸出增加，可防止積垢，可使CO、NO等有害氣體的排放降低25％～65％，同時(shí)還可使廢氣中的含塵量降低25％～40％。在開(kāi)采或煉制石油的輸油管道中，采用此類(lèi)設(shè)置，也可取得有利于油氣輸送、除蠟降粘的效果。
用于石油鉆井7km深處打撈作業(yè)的稀土鈷永磁強(qiáng)磁力打撈器，可將掉落井里的鉆頭、齒輪、軸承、工具、碎片及其它雜物打撈干凈，確保鉆井速度，并保護(hù)油井不致報(bào)廢。我國(guó)研制成功的60kVA永磁副勵(lì)磁機(jī)，選用釤鐠鈷稀土永磁體裝在切面磁路的轉(zhuǎn)子上，電機(jī)功率等級(jí)是原型機(jī)的2.45倍，軸長(zhǎng)縮短了1半，稀土永磁的用量?jī)H為鋁鎳鈷副勵(lì)磁的47％，成本只有電磁副磁機(jī)系統(tǒng)總成本的1/3左右。
2.4 綠色節(jié)能磁冰箱
利用“絕熱去磁”（給1種
磁性材料施加磁場(chǎng)時(shí)發(fā)熱，去掉磁場(chǎng)時(shí)冷卻）全新原理工作的磁冰箱，其致冷工作效率為常規(guī)氣體致冷機(jī)的2倍～4倍，能耗低，可節(jié)電50％。由于使用固體工質(zhì)，故而體積小、重量輕，又無(wú)壓縮機(jī)，很少有零件磨損和擠壓現(xiàn)象。即使有運(yùn)動(dòng)部件，其轉(zhuǎn)速也十分緩慢，故而省電、便于維護(hù)、壽命長(zhǎng)、無(wú)振動(dòng)噪音，沒(méi)有氟里昂對(duì)環(huán)境的污染，可保護(hù)臭氧層，因此被稱(chēng)為綠色冰箱。
近來(lái)美國(guó)埃姆茲實(shí)驗(yàn)室制成1臺(tái)以釓顆粒為致冷材料的樣機(jī)，其循環(huán)系統(tǒng)較復(fù)雜，要求的工作磁場(chǎng)較高（5T），這樣高的磁場(chǎng)只有超導(dǎo)磁體才能達(dá)到。我國(guó)包頭稀土研究院與包頭鋼鐵學(xué)院共同承擔(dān)的“稀土磁致冷技術(shù)開(kāi)發(fā)”課題，已制成1種采用釹鐵硼永磁磁場(chǎng)裝置，其強(qiáng)度為1.3T～2.0T，使室溫磁致冷技術(shù)向?qū)嵱没较蜻~進(jìn)一大步。
2.5 其它節(jié)能實(shí)例
電子鎮(zhèn)流器只需傳統(tǒng)式鎮(zhèn)流器的70％的電功率便能令螢光燈發(fā)出同樣的光度。由于使用較小的磁性電感器，不需要啟動(dòng)器，可節(jié)能30％，具有快速、重量輕、噪音低的特點(diǎn)，效率高達(dá)65％～85％。小損耗的開(kāi)關(guān)電源必須使用的變壓器，扼流圈，雜波濾波器、飽和電抗器等4種磁性元件，全部可由磁性材料制造。
不用水和色漿的磁性染色工藝就是利用磁力和分散染料升華作用的1種連續(xù)染色法，可用于染素色和圖案印花。它無(wú)需使用水、溶劑和印花紙，且能耗大大減小。
沒(méi)有火患的安全灶——電磁爐，是1種新型“冷加熱”電氣灶具。這是通過(guò)高頻交變磁場(chǎng)與鐵鍋（或不銹鋼鍋）相互作用來(lái)加熱的，其熱效率高，節(jié)省電力。同樣是1.2kW，一般加熱器的熱效率只有56％，而電磁爐的熱效率卻達(dá)到83％，燒沸同量水的時(shí)間可縮短1/3。溫度可調(diào)，安全衛(wèi)生，與微波爐相比，還具有價(jià)格低、宜炒菜特別是做中餐的特點(diǎn)，目前在我國(guó)已經(jīng)實(shí)用化、商品化。
利用磁場(chǎng)制作的水泥，具有松散，不結(jié)塊的特點(diǎn)。由于磁場(chǎng)的作用使水泥旋轉(zhuǎn)，只要在水泥中添加1種可與水泥吸附在一起的
電磁閥鐵芯材料，使之具有韌性和彈性。因無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，磨損極小，耗能少。磁性水泥混凝土的形狀和大小不受限制，具有良好的持久性，在水中和海洋工程方面，可用于磁性定位；在危險(xiǎn)地區(qū)可作成磁性地段，便于檢測(cè)；在路面上作磁性標(biāo)記以引導(dǎo)盲人步行，使汽車(chē)通行無(wú)阻。
