郭庆涛[1]2007年在《金属熔体高频电磁净化的研究》文中指出电磁净化作为一种新兴的净化技术，由于其具有的洁净、高效，以及对夹杂物的去除与密度差关系不大等特点，近年来已成为研究的热点之一。外加高频磁场的电磁净化方法更因为具有施加方便等特点而成为电磁净化领域的主要研究对象。本文从电磁场的基本原理出发，建立了高频磁场电磁净化计算模型，通过离散求和的方法对电磁净化时间、效率等进行计算，依靠此模型可以分析非金属夹杂物尺寸、细管直径、金属熔体表面磁感应强度等试验参数对电磁净化时间、效率的影响，并对最佳分离频率进行了计算。结果表明：金属熔体表面磁感应强度为0.06T时，对尺寸在10μm的非金属夹杂物在细管中进行电磁分离，20s后距离表面4mm处的非金属夹杂物在电磁积压力的作用下可以到达熔体表面，按照面积比计算，净化效率可以达到96％。而30μm的夹杂物在分离5.7s以后分离效率可以达到99％，100μm的夹杂物在0.56s左右分离效率即可达到99％以上。当f=1／(4πσμx~2)时在熔体内某位置处的电磁体积力取得最大值；在一定范围内，频率的增加将缩短电磁分离时间，而当频率值大于1／(4πσμx~2)时，电磁分离所需的时间将增加通过有限元计算及试验研究分析了磁感应强度的大小和施加时间长短对金属熔体流动的影响，结果表明磁感应强度越大，施加电磁场的时间越长，则细管内的金属熔体流动越剧烈；多管电磁分离的模拟结果表明，多管间的缝隙对内部的金属熔体内的磁感应强度有明显的影响，对多管电磁分离试验的结果表明利用多管进行电磁分离是可行的。通过试验研究了高频磁场电磁净化过程中非金属夹杂物尺寸、分离时间以及磁感应强度等对分离效果的影响。试验研究结果表明，对铝熔体中弥散分布的直径在5～15μm的氧化铝颗粒，依靠本试验条件很难对其实现分离，但对于铝熔体中的直径为30～200μm的氧化铝颗粒的试验研究结果表明，当金属熔体直径在10mm，施加表面磁感应强度为0.04T的磁场1s时，在熔体的边部就有明显的氧化铝颗粒偏聚层，分离时间大于3s时，在铝熔体内部已经很少有直径在30μm以上的氧化铝颗粒。当金属熔体表面磁感应强度在0.06T时，仅施加电磁场1s即可对氧化铝颗粒实现有效的电磁分离。通过试验获取了利用高频磁场分离Al-18wt％Si合金中初晶硅的最佳温度范围。试验结果表明，在600～620℃时施加0.04T的高频磁场5s，可以得到较好的分离效果。为了研究高频磁场电磁净化技术的实用性，本文采用泡沫陶瓷过滤器作为过滤器件，设计了泡沫陶瓷外加高频磁场的复合连续净化试验装置。利用该装置对Al-10wt％Mg合金的连续净化结果表明，外加高频磁场磁感应强度为0T时，经过两次过滤后将合金中的氧含量从0.0009％降低为0.0004％，净化效率为55.6％；当施加0.04T的高频磁场进行净化时，合金中的氧含量从0.0014％降低为0.0003％，净化效率达到78.6％，净化效率提高了23.6％。对含有30～200μm的氧化铝颗粒的铝熔体的净化结果表明，在泡沫陶瓷过滤器外施加0.04T的高频磁场时，对铝熔体中氧化铝颗粒的平均净化效率为96.9％；当施加0.06T的高频磁场时，平均净化效率为97.3％，后者比泡沫陶瓷单独净化的效率高了1.15％。本文同时针对流动状态对泡沫陶瓷过滤效率的影响进行了试验研究，结果表明紊流会明显降低泡沫陶瓷过滤器的净化效率。
秦学智[2]2004年在《铝熔体高频电磁净化效率研究》文中进行了进一步梳理由于电磁净化技术的夹杂去除效率比传统的净化技术，如泡沫陶瓷过滤技术等要高得多，甚至能对钢中约2μm的非金属夹杂物产生显着的作用，因此有着诱人的发展前景。可是，电磁净化技术如果不能实现在线连续处理，就无法用于工业生产。近年来，有关电磁连续净化的研究很多，却未见有任何突破性进展。本文用浇注法对各个净化参数与净化效率的关系进行了研究，在此基础上，为电磁连续净化的发展方向指出了一条理想的道路。 本文考查了圆形分离管管径、分离时间和功率等参数对净化效率的影响，优化出了在本实验条件下既能保证较好分离效果，又能保证较高生产效率的分离参数，并结合实验，研究了螺线管内部轴向与径向的净化效率分布。 比较了圆形、方形和叁角形分离管的净化效率，指出，在本实验条件下，圆形管分离效率最大，叁角形和正方形管相差不大，效率均较低。叁角形和正方形分离管的净化效率受时间和功率的影响不大。 利用电子探针，研究了电磁净化过程中试样径向夹杂物的迁移和分布规律，进一步证实了电磁净化使非金属夹杂物向分离管边缘聚集的现象。而且通过测量心部初晶硅颗粒的大小，证明了在本实验条件下，净化30s时，试样中心区初晶硅颗粒粒径最大约8μm；当净化时间延长到60s时，中心区初晶硅颗粒粒径可达1μm左右，这比泡沫陶瓷过滤法只能滤去10μm以上夹杂物颗粒要好得多。 最后，设计了一套理想化的电磁连续净化方案。在设计电磁连续净化方案时，计算比较了各种形状分离管对金属液粘滞阻力的大小，解释了净化效果沿轴向呈“周期性”分布的原因并提出相应改善措施。为了提高生产效率，分离线圈中须放置多个分离管，同时应联接多个线圈以增加分离管的数目。在所设计的理想净化方案中，创造性地使分离出的非金属夹杂物与被净化的洁净金属液连续不断地从不同的通道排出，避免了反复更换分离管，实现了在线净化的真正连续性。
郭庆涛[3]2005年在《铝合金高频磁场电磁净化试验研究》文中提出电磁净化作为一种新兴的净化技术,由于其具有的洁净、高效,以及夹杂物的去除与密度差关系不大等特点,近年来已成为研究的热点之一。外加高频交变磁场的电磁净化方法更因为具有施加方便等特点而成为电磁净化领域的主要研究对象。 本文从电磁场的基本原理出发,根据金属熔体内部电磁体积力的数学表达式,建立了电磁净化时间计算模型,依靠此模型可以计算用电磁力去除理想金属熔体中的不同尺寸的非金属夹杂物所需的时间,以及圆管中的净化效率等。 为了验证电磁力对铝合金中不同尺寸的非金属夹杂物的电磁净化效果,配制了含硅量为18%、12.6%和10%的叁种铝硅合金,其中,18%的铝硅合金又分为加磷、不加磷两种情况。在不同的凝固条件下,分别生成了尺寸为100μm、30μm和10μm的硅块,进而进行电磁净化模拟试验研究。试验结果证明,初生硅块可以较好地模拟铝熔体中的非金属夹杂物,在磁感应强度达到0.03T时,直径为100μm左右的非金属夹杂物可以在10s内被去除,单个尺寸在10μm的非金属夹杂物也可以依靠电磁挤压力去除。 针对去除小尺寸非金属夹杂物是净化过程中的难点问题,本文采用定点加入5μm氧化铝颗粒的方法,分别进行了如下验证性试验: 1.0.7mm铁芯外用铝箔包裹氧化铝颗粒,定点加入铝熔体中,检验在电磁力作用下细小陶瓷管内金属熔体的流动; 2.2mm铁芯外用铝箔包裹氧化铝颗粒,定点加入铝熔体中,模拟空心圆管电磁净化试验; 3.铝熔体中弥散分布有氧化铝颗粒后,取出铁芯,检验在细管中电磁净化去除铝熔体中细小非金属夹杂物的可行性。 试验结果表明,在磁感应强度达到0.03T以上时,铝熔体中的流动严重影响小尺寸非金属夹杂物的去除,即使利用空心圆管进行电磁净化试验,当磁感应强度为0.06T,净化时间达到120s,直径在5μm的氧化铝颗粒也不能完全去除。
陈文斌[4]2012年在《高频磁场电磁净化铝合金的研究》文中进行了进一步梳理随着科学技术的发展，有着诸多优点的铝合金在社会中扮演的角色越来越重要。航空航天、汽车制造、高速轨道客车等都是其重要的应用领域。这使得对铝合金材料的质量提出了更高的要求。但是铝合金在生产的过程中极易产生氢气孔和非金属夹杂等缺陷，影响合金的综合性能。利用高频电磁净化技术净化铝合金熔体，与传统的净化方法相比有净化效率高、不污染合金熔体、施加磁场方便、净化效果好等优点。本文对铝合金中的过共晶铝硅合金进行了高频磁场净化研究。本文首先优化设计了高频感应线圈，在此基础上测量和分析了空载和有负载时磁感应线圈内的轴向径向磁场强度分布。采用铝合金中的Al-18%Si合金研究了合金熔体温度、高频磁场净化时间、分离器管径及高频磁感应强度大小对夹杂物分离效果的影响规律。实验结果表明：净化熔体温度为620～640℃时的净化效果最好，温度过低，熔体粘度高；温度过高，过共晶铝硅合金熔体的电导率下降使电磁驱动力变小都影响净化效果；随着高频电磁净化时间延长电磁净化效果越好，电磁净化时间长，熔体中的非金属夹杂物有充足的时间从熔体中分离；分离器管径的大小会显着影响净化效果，在本实验条件下，分离器管径小的高频电磁净化效果更好。随着管径加大需更长的电磁净化时间或更高的磁感应强度才能有效地去除夹杂物；随高频磁感应强度增加，净化效果越好，但是过大的磁感应强度会使铝硅合金熔体感应热大，且磁场分布不均匀，使熔体发生紊流，降低了高频电磁净化效果。通过对净化后的Al-18%Si合金试样进行能谱分析和显微硬度测量，结果表明，经过高频电磁净化后的合金试样其硅元素在试样心部含量很低。直到试样的偏聚区硅元素的含量才显着提高，偏聚区的初生硅尺寸也较大。试样显微硬度值呈中间低边缘高的趋势。最后对含有2%Al2O3颗粒的共晶铝硅合金进行了净化实验，取得了良好的净化效果。
王义海[5]2003年在《利用高频磁场去除铝合金中的非金属夹杂》文中指出电磁净化技术作为材料电磁加工技术的一个分支，已经逐渐发展成为具有广 阔应用前景的新型金属熔体净化工艺。在各种电磁力施加方式中，外加高频交变 磁场方式有其特有的优点：只需通过提高电磁力密度就可以去除熔体中微米级的 夹杂，而无需添加任何净化介质，熔体流经置于磁场中的分离器就可以达到分离 的目的，因此不会对合金造成污染，而且夹杂的去除效率受夹杂物颗粒粒径的影 响小，比较适合于微小夹杂物的去除。 针对高频线圈感生磁场作用下分离铝熔体中非金属夹杂的特点，本文在已有 的相关研究基础上，进一步研究了，静止状态下，铝熔体中非金属夹杂物的运动 和分离规律，推导得到了实心圆柱熔体中球形夹杂物颗粒在高频磁场中所受电磁 排斥力的计算公式。并就实心圆柱状熔体在静止状态下的各工艺参数对电磁净化 效率进行了分析和讨论，结果表明，在熔体静止状态下，rl／6值对分离效率的影 响与频率有关，频率高，则rl／6的取值范围也宽，一般的在r1／6=2．6左右可得 到分离效率的最大值。 在现有的实验设备条件下分别以TM(电气石)、SiC、A1203和Si作为铝合 金中的夹杂物进行了实验，结果表明，在频率为30～40kI-Hz、电流强度为4A时， 分离效果比较好；但是TM颗粒的分离效果比较差，由于结晶水的存在，试样的 表面存在很多气孔。分离器中初生Si相的迁移行为与电磁作用时间、分离器管 径、磁场频率等参数有关；对SiC来说，颗粒尺寸的影响非常明显；另外，对 A1203的分离也取得了一定的效果，而且感应线圈内不同径向位置分离通道内夹 杂物颗粒的电磁分离效果差别很小，不同轴向位置的电磁分离效果差别则比较明 显。 理想的有限长螺线管线圈通电流后会产生中心对称的磁场，磁场在线圈端 部、特别是靠近线圈内壁处会产生急剧变化，增大长径比b／a可使磁场强度在轴 向和径向分布得更均匀些。用小线圈法测定的实际线圈中磁场强度的分布比理论 计算结果稍微偏小。
孙迪[6]2010年在《铝熔体除铁研究》文中研究说明杂质元素铁已成为困扰有色金属铝业发展的国际性难题,它的去除对于扩大金属铝原料的应用和提高铝产品品质非常关键。本实验设计了两种方法去除杂质元素铁,以净化铝熔体。第一种是利用硼化物添加剂化学方法除铁。在对含杂质铁的铝合金净化时,硼化物中的B元素能够与熔体铝中的杂质铁反应生成高熔点的化合物,这种化合物的密度较大可以沉降到炉底进而随炉渣一起除掉,使铝熔体得到净化。在一定反应时间下,在A1-5%Fe合金中加入少量的硼化物(B203或硼砂),Fe的浓度有一定程度的降低,当B203添加量为7wt%或硼砂添加量为7.5%时,Fe的浓度降低幅度最大,且随反应时间的增加,90min时最大除铁效率可达60%。继续添加硼化物,Fe的浓度不再有明显变化。另一种是利用电磁净化技术去除富铁相。杂质铁在铝熔体中大多数以第二相富铁相的形式存在。依据富铁相与金属铝液导电率的差异使微米级的富铁相在电磁挤压力的作用下从熔体中去除,从而实现熔体净化的目的。研究了含杂质铁的铝合金圆柱试样在不同分离时间下富铁相的迁移情况。结果表明,随着分离时间的增加,越来越多的富铁相从中心区迁移到边部,当时间达到60秒时,绝大部分的富铁相都迁移到试样的边缘,均匀的分布在表层。当超过60秒时,由于感应热的迅速增加,熔体发生的紊流把已经分离出去的富铁相又重新带回试样的心部影响了分离效果。所以净化时间60秒为最佳分离时间。本文还利用电磁净化技术对铝熔体中的其他非金属夹杂物进行了分离实验,达到了理想的净化效果。
陈东风[7]2006年在《电磁分离法去除铝熔体中富铁相的研究》文中研究指明作为一种新兴的净化技术，电磁净化具有清洁、高效的特点，近年来一直是研究的热点之一，已经逐渐发展成为具有广阔应用前景的新型金属熔体净化技术。本实验采用外加高频磁场的方法，利用富铁相颗粒与熔体导电性的差异，使微米级的富铁相在电磁挤压力的作用下从熔体去除，从而实现了熔体净化的目的。 本文从电磁场的基本原理出发，根据金属熔体内部电磁体积力的数学式，分析了固相颗粒在金属熔体中的运动速度计算模型，并对影响电磁分离效率的各项参数进行了分析，包括磁场强度、作用时间、管径大小等因素。采用Al-2％Fe合金初生的富铁相来模拟熔体中的夹杂，通过加入变质剂来改变富铁相的形貌，从而改善其在熔体中的迁移，考察夹杂形貌对电磁分离效率的影响，利用电磁分离工艺制备了Al-5％Fe颗粒增强复合材料。 通过对实验合金组织和成分的分析，优化出最佳的工艺参数，当分离管径为10mm时，磁场强度0.04T，作用时间30s时可以获得最佳的分离效果；Mn作为变质剂加入合金熔体中能改变富铁相的形态，当锰与铁的摩尔比为1.5时，富铁相从针状变成块状或汉字状，这样更有利于其在熔体中迁移，Mn结合电磁过滤可以更加有效地去除合金中的富铁相，使铁相含量降低，净化熔体，提高合金的延伸率，延伸率可以从4.0％提高到29.2％；电磁分离制备的Al-5％Fe合金颗粒增强复合材料，近表面偏聚区铁的含量可以达到8％～8.5％，硬度最高可达到80 HV，并且中心区域和表层之间形成了很好的过渡层，这样可以使表面的耐磨层和基体之间有足够的结合强度。
陶应龙[8]2004年在《电磁分离铝合金夹杂物及其数值模拟》文中指出铝合金材料具有质量轻、强度高、耐腐蚀、耐疲劳等优异性能，在航天航空、机械制造、IT业等领域得到了越来越广泛的应用。然而，铝合金材料中的金属夹杂物和非金属夹杂物等缺陷，严重影响材料质量和使用安全。传统的过滤净化技术虽然能有效地清除微米级大小的夹杂物，但存在过滤效率随时间下降的问题。电磁净化方法，可以从根本上克服上述方法的不足。电磁净化方法的基本原理是液态金属中杂质颗粒的电导率与金属液的电导率不同，夹杂颗粒在电磁场中受到电磁力的作用而产生定向迁移，与金属液分离，从而达到金属净化的目的。本文在实验研究基础上，对影响电磁净化效果的工艺参数进行了分析，为提高电磁净化效率提供理论依据。 本文在电磁流体力学基本理论的基础上，运用积分方程法建立了分离器气隙的电磁场数学模型。对磁场的分布情况进行了模拟计算，并对计算结果进行了分析讨论，实验结果表明计算结果与实际测量结果基本一致。气隙中磁场分布是稳恒的，可以用来分离铝熔体中的夹杂颗粒。 实验表明：熔体温度显着影响电磁净化效果。当熔体温度过低时，粘度大，流动性差，不易于杂质颗粒流动分离；当熔体温度过高时，熔体的导电率降低，杂质颗粒受到的电磁力或电磁挤压力减小，分离效果则下降。 增大磁场强度能够有效地提高铝熔体的净化效率。但过分增大磁场强度可能导致涡流的产生，分离的杂质颗粒又重新进入熔体，从而降低净化效率。 通过增大外加直流电流和延长保温静置时间，可以提高电磁净化效率。实验结果表明，杂质粒径越大，其所受到的电磁力或电磁挤压力就越大，迁移速度也越大，也就越易于从铝熔体中分离出来。
余荣华[9]2007年在《合金熔体在多通道分离器中电磁分离的实验研究》文中研究说明本文针对高频电磁场对处于垂直、倾斜和水平状态下的(Al-Si)合金熔体中的硅相从合金熔体中的电磁分离过程进行了实验研究。主要的研究内容是：在高频磁场中，各种工艺过程参数如合金成分，分离器管径，磁场强度，磁场作用时间，合金熔体在磁场中的倾角状态，单管和管束分离器，静态及合金熔体处于流动状态等对电磁分离效果的影响进行了实验研究。此外，还对在低频和高频电磁场作用下，在(Al-Si)、(Al-Si-Fe)合金熔体中具有磁性的析出相的电磁分离的趋势进行了实验研究。取得了如下的主要研究成果：1．在保证分离器半径(α)与集肤层深度(δ)的比值α／δ=2～3的条件下，电源功率和磁场作用时间的优化配合，不仅使电磁压力及感应加热效应得到较好的配合，而且可有效地消除二次扰流所带来的不利影响，有助于高频电磁分离效率的提高。2．在保证α／δ=2～3的前提下，采用管束分离器，在过程参数优化组合的高频电磁场作用下，无论合金熔体处于垂直、倾斜或水平状态下，无论合金熔体处于静置或流动均可获得好的电磁分离效果，解决了电磁分离效果与合金熔体处理量之间存在的矛盾，这为高频电磁分离的实际应用提供了依据。3．合金熔体中，磁性析出相粒子在高频电磁场作用下呈现向熔体试样边缘迁移的趋势，而在低频电磁场中则有向熔体内部迁移的趋势。因此，采用高频电磁场进行电磁分离不仅可使无磁性的氧化夹杂粒子而且可使具有磁性的夹杂粒子向熔体试样边缘迁移，进而使合金熔体得到净化。4．应用高频电磁分离技术的基本原理，为制备梯度功能材料提供一个新的途径。本文对在交变电磁场作用下进行凝固时析出相所受到的电磁力进行了分析与讨论。
张磊, 焦万丽, 尉海军, 姚广春[10]2004年在《铝合金电磁净化过程中关键问题的探讨》文中进行了进一步梳理介绍了有关电磁净化的原理和几种主要的净化方式,结合现在使用的电磁净化设备,总结出了电磁净化过程中的几个关键问题。指出待净化熔体中的杂质颗粒的状态和净化过程中熔体内产生的二次扰流现象直接关系到最终的净化结果和净化效率。
参考文献：
[1]. 金属熔体高频电磁净化的研究[D]. 郭庆涛. 大连理工大学. 2007
[2]. 铝熔体高频电磁净化效率研究[D]. 秦学智. 大连理工大学. 2004
[3]. 铝合金高频磁场电磁净化试验研究[D]. 郭庆涛. 大连理工大学. 2005
[4]. 高频磁场电磁净化铝合金的研究[D]. 陈文斌. 吉林大学. 2012
[5]. 利用高频磁场去除铝合金中的非金属夹杂[D]. 王义海. 大连理工大学. 2003
[6]. 铝熔体除铁研究[D]. 孙迪. 大连理工大学. 2010
[7]. 电磁分离法去除铝熔体中富铁相的研究[D]. 陈东风. 大连理工大学. 2006
[8]. 电磁分离铝合金夹杂物及其数值模拟[D]. 陶应龙. 武汉理工大学. 2004
[9]. 合金熔体在多通道分离器中电磁分离的实验研究[D]. 余荣华. 兰州理工大学. 2007
[10]. 铝合金电磁净化过程中关键问题的探讨[J]. 张磊, 焦万丽, 尉海军, 姚广春. 铸造. 2004