铝熔体中夹杂物和气体的行为

分析了铝熔体中夹杂物和气体的行为，提出了寄生机制，并通过对废争化的研究加以论证，认为气寄生于杂，杂吸附着气，除气必排杂，排杂是除气的基础；采用熔剂过滤净化技术效果显著，应予重视。     

提高铝熔体净化效果的理论基础及途径

铝熔体中Al2O3夹杂与氢的行为及相互作用关系的实质，是改善和提高铝液净化效果的理论基础，对于铝液净化工艺的合理设计极为重要。从定关键入手进行了分析讨论，提出杂与气相互作用的“寄生机制”观点；同时针对目前净化方法主要从除气角度进行设计，忽视杂气相互关系及对净化效果的影响等现状，在杂气关系分析的基础上，突破传统净化思路的束缚，首次明确提出了“排杂是除气的基础，排杂为主、除气为辅”的铝液净化原则，据此研究开发出熔剂过渡净化方法及相应的高效排杂净化熔剂，并指出了提高铝熔体净化效果的技术途径。     

铝熔体中夹杂物与气体相互作用的关系

分析了夹杂物（Ａｌ２Ｏ３等）的结构特性和气体（氢）在铝凝固过程中的行为,阐述了铝熔体中夹杂与氢的相互依存关系,提出了夹杂与氢相互作用的“寄生机制”观点。指出了夹杂的存在是气体难以除净的关键限制因素,排杂是除气的基础,并通过实验得到证实,对铝液净化实践具有实际指导作用,是提高铝材冶金质量的关键。     

铝熔体高效净化的理论及净化处理技术的现状分析

在杂气关系分析的基础上,提出"排杂是除气的基础,排杂为主,除气为辅"的铝液净化原则,根据此研究开发出熔剂过滤净化方法及相应的高效排杂净化熔剂,分析讨论国内、国外净化处理技术的发展现状及存在问题,提出提高铝熔体净化效果的技术途径.     

熔炼温度与静置时间对A356铝合金净化效果的影响

在对比不同熔剂对A356铝合金净化效果的基础上,研究了熔炼温度与保温静置时间对净化效果的影响。结果表明,排杂熔剂具有较好的除气除杂效果,随着净化处理温度的升高,排杂熔剂净化处理后的铝合金含杂量与含气量变化比较平稳,保持在一个较低水平;随着保温静置时间的延长,铝液中的含杂含气量保持比较稳定。     

铝熔体中夹杂物与氢相互关系的分子动力学模拟探索

运用分子动力学模拟方法对铝熔体中夹杂物与氢气关系进行研究,从径向分布函数、均方位移、配位数等方面分析Al_2O_3对铝熔体中氢扩散行为的影响。模拟结果表明,Al_2O_3夹杂物会破坏铝熔体中铝原子的有序排列,形成空位,大量的氢在空位上聚集,为氢气泡的形成创造条件,且在一定范围内,铝熔体中Al_2O_3原子含量越高,氢的聚集程度越大。A356铝屑再生试验进一步表明杂气是相互依存和作用的,排杂是除气的基础。     

透气砖底吹净化铝熔体的除气效率分析

在线测量了透气砖底吹净化装置的除气效果,从除气动力学方程出发建立了除气效率的计算模型,计算了气泡尺寸,并考虑气体受热膨胀和合泡的影响对其进行了修正.试验结果表明,除气效率随N2流量的增加而增大,当采用N2作为净化气体时,除气效率在40%以内,而采用N2-Cl2混合气体时,除气效率提高约10%.修正后计算得出通过透气砖吹入铝液中的气泡尺寸约为4 mm,除气效率计算值与试验结果较吻合.除气过程中气泡利用效率为50%～70%.从动力学角度分析得出了提高除气效率的主要途径.     

铝熔体的除气方法

铝及铝合金的除气方法,现在实用的有氯气、惰性气体及卤族溶剂除气法。但这些除气方法仍存在产生有害气体和除气不充分等问题。针对以上问题,本文就现场适用的一种简便除气法进行了探讨。讨论了该方法的除气效果,即将内部减压的瓷管插入熔体中,利用管内气体分压与熔体中气体分压之差,除去熔体中的气体(本文称为局部减压除气法)。为了肯定该方法的除气效果,将它与再熔化法进行了比较。     

旋转喷吹水模拟镁合金熔体除气

在镁合金旋转喷吹除气模型基础上,利用水模拟确定气泡总表面积,研究转速、气体流量及喷头和坩埚直径比对除气效率的影响.结果表明,转速和气体流量对除气效率影响较大,通常条件下高气体流量和高转速除气效率较高;喷头和坩埚直径比例在1:3到1:5之间变化时除气效率变化不显著.     

田口设计优化的铝合金旋转叶轮除气技术

利用田口实验优化法配合水模拟实验法设计了铝合金旋转叶轮除气技术.选用L9田口正交表分析旋转叶轮除气技术的3个控制因子,包括转速、气体流量及叶轮设计.研究结果显示,使用水模拟实验法配合田口实验法,可有效的减少设计优化旋转叶轮除气技术的实验数.通过田口实验法,得出旋转叶轮除气技术的最佳参数组合,其中最重要的控制因子为转头的叶轮数目、转速和气体流量,最佳参数分别为6个叶轮片、转速500 rpm及除气气体流量2L/min.     

中间包气幕挡墙的夹杂物行为研究

介绍了中间包气幕挡墙的工作机理,分析了气幕挡墙对中间包内钢水流场和夹杂物的影响,气幕挡墙的位置和吹气量等对其冶金效果会产生显著的影响,认为设计合理的气幕挡墙可以改善中间包内钢水的流场,延长钢水停留时间利于夹杂物的上浮。另外,通过微气泡的吸附作用50μm以下的夹杂物去除概率明显增加。     

气幕挡墙对中间包流场和夹杂物去除的影响

为了减轻高钛含量下钢水连铸过程夹杂物产生的不利影响,建立了中间包流场、夹杂物运动及去除模型,考虑了气泡对夹杂物的吸附,重点研究了气幕挡墙及其安装位置对流场和夹杂物的影响。结果表明,小粒径颗粒在钢水带动下跟随性好,且自身浮力小,在无吹气情况下,1～10μm粒径的夹杂物去除率较低。当吹气流量为5 L/min时,Al₂O₃和TiN夹杂物的去除率均明显提高,在粒径范围1～10μm内,Al₂O₃的去除率为21.7%～34.6%,TiN的去除率为22.7%～33.14%。当气幕挡墙位于湍流抑制器和上挡墙之间时,由于钢液形成的回流速度大,夹杂物和气泡碰撞的概率增加,进而被气泡捕获的概率增加,更有利于夹杂物的去除。本研究为高钛钢连铸过程夹杂物去除提供了理论指导。     

Mechanism to remove oxide inclusions from molten aluminum by solid fluxes refining method

A novel flux charging method and a crucible quenching method were employed to study the mechanism of solid fluxes refining method regarding the removal of oxide inclusions (Al2O3) from molten aluminum.Electrochemical polishing method was adopted to prepare surfaces of the samples.Through experiments,the morphology of the residual solidified flux in the solidified samples as well as the wetting action of the molten flux during refining were observed for the first time.Three wetting regimes denoted by absorbing regime,engulfing regime and penetration regime correlating with the removal of oxide films (the most typical and common oxide inclusions in molten aluminum) were proposed in terms of different types and distributions of oxide films and different size ratios of the molten flux to oxide films.Particularly,from a thermodynamic point of view,for the first time,the penetration regime provided concrete evidence that the practical oxide inclusions can be wet by molten flux under ambient fluid of molten aluminum.A spreading model was proposed,according to which ingredients and size parameters of practical solid fluxes can be optimized.     

交变磁场分离铝熔体中Fe、Si的金属间化合物

根据含Fe、Si杂质和铝熔体的导电性之间的差异．应用电磁场将其从铝熔体中分离出来。测量和分析了自制设备所产生的电磁场。将Mn加入到铝溶液中。把针状和树枝状的金属间化合物颗粒改变为块状和含角状的结晶体。并且在不同的试验条件下，利用电磁场净化预先配制好的合金。试验结果表明，变形后的杂质的分布会随着磁感应强度的改变而变化，加入Mn可以显著提高杂质颗粒的迁移效率。     

Molecular mechanics and dynamics simulation of hydrogen diffusion in aluminum melt

The main impurities in aluminum melt are hydrogen and Al_2O_3,which can deteriorate melt quality and materials performance.However,the diffusion process of H atoms in aluminum melt and the interactions among Al atoms,Al_2O_3 and hydrogen have been studied rarely.Molecular mechanics and dynamics simulations are employed to study the diffusion behaviors of different types of hydrogen,such as free H atoms,H atoms in H_2 and H~+ions in H_2O using COMPASS force field.Correspondingly,force field types h,h1h and h1o are used to describe different types of hydrogen which are labeled as H_h,H_(h1h) and H_(h1o).The results show that the adsorption areas are maximum for H_(h1o),followed by H_(h1h) and H_h.The diffusion ability of H_(h1o) is the strongest whereas H_h is hard to diffuse in aluminum melt because of the differences in radius and potential well depth of various types of hydrogen.Al_2O_3 cluster makes the Al atoms array disordered,creating the energy conditions for hydrogen diffusion in aluminum melt.Al_2O_3 improves the diffusion of H_h and H_(h1o),and constrains H_(h1h) which accumulates around it and forms gas porosities in aluminum.H_(h1o) is the most dispersive in aluminum melt,moreover,the distance of Al-H_(h1o) is shorter than that of Al-H_(h1h),both of which are detrimental to the removal of H_(h1o).The simulation results indicate that the gas porosities can be eliminated by the removal of Al_2O_3 inclusions,and the dispersive hydrogen can be removed by adsorption function of gas bubbles or molten fluxes.     

流动控制结晶器内磁场和吹氩对夹杂物粒子群运动的影响

利用数学模型求解包含电磁力项的Navier-Stokes方程得到流场的速度分布，以流场为基础，建立夹杂物粒子群运动的计算模型，利用水模型实验检验单一球体运动轨迹的计算结果。没有磁场作用时，所有粒子分两组分别进入上下回旋区作螺旋线运动，部分粒子在回流区内作螺旋线运动后又进入水口射流区，然后再进入反向回流区，处于上部回流区的夹杂物具有去除的可能性，吹入氩气能增加夹杂物粒子进入上部回流区的机会，从而提高夹杂物粒子的去除率，施加磁场后，夹杂物粒子的螺旋运动消失，同时粒子的运动速度明显降低，吹入氩气和施加磁场两者均能有效地控制夹杂物粒子群的运动。     

电熔剂去除金属熔体中夹杂物的机理及效率分析

提出了电熔剂净化金属熔体技术,利用电流通过细束金属流时产生的电磁挤压力去除非金属夹杂物.采用活塞流模型,对夹杂物净化效率进行了理论计算.结果表明,增加电流强度、降低金属液流速、降低流束直径可以提高夹杂物去除效率,而降低流束直径还可以缩短夹杂物迁移距离,因此对提高夹杂物去除效果更为有利.采用含碳化硅铝熔体进行了验证实验,证明施加电流能使非金属夹杂物迁移至铝熔体表面.理论计算和实验证明夹杂物的电磁迁移是电熔剂净化技术中的主要机理.     

大型钢锭表面夹杂物分布模拟研究

采用基于热焓-多孔介质法、湍流模型、动量和质量守恒方程建立了36 t大型钢锭锭模内钢液流动、传热和凝固的数学模型。采用Lagrange方法通过跟踪单个夹杂物在钢液中的运动,探明表面夹杂物在大型钢锭中的规律性分布,讨论了不同冒口保温条件对夹杂物的去除效果。结果表明,凝固早期,钢液流动强烈,夹杂物容易被先凝固的固相区域捕捉。随着凝固过程的进行,钢液流动减弱,夹杂物以上浮运动为主。加强冒口处保温可大大提高夹杂物的去除率。     

铝合金熔体处理技术

介绍了铝合金熔体中气体和非金属夹杂物的形成原因，综述了常用铝合金熔体净化技术的原理，阐述了铝合金变质和晶粒细化的机理，分析了常用变质剂和晶粒细化剂的特点。     

稀土元素对硬线钢中夹杂物的变性处理

提出了利用稀土元素对硬线钢进行净化钢液、变性夹杂的设想,对稀土元素脱氧的热力学数据进行了计算,认为稀土元素是很强的脱氧剂,其脱氧能力要强于铝;并对钙处理和稀土处理夹杂物的两种方法进行了比较.计算结果认为:稀土元素可以与钢液中的氧化铝作用生成塑性的稀土铝酸盐夹杂物,有望成为高品质硬线钢变性处理的一种方法.