Modeling and Experiments on Electromagnetic Separation of Inclusions from Aluminum Melt under Combined Magnetic Field

复合磁场是金属电磁净化的一种新方法,通过实验和数值模拟,研究由旋转磁场和行波磁场组成的复合磁场电磁净化的效果。装置模型由2组三相交流线圈组构成,通过有限元法分别计算旋转磁场、行波磁场及其复合磁场作用下的电磁体积力、流场分布。结果显示,旋转磁场电磁力使得流场水平转动,下行波磁场电磁力分布驱动外壁容易向下运动,在中心形成向上束流;而复合磁场则兼具两者效果。数模拟数据与实验结果吻合度较好。为了探讨复合磁场电磁净化的机理,计算熔体中第二相夹杂物的体积分布和模拟颗粒在熔体中的运动轨迹。分析结果表明:流场和阿基米德力是影响颗粒运动的2个主要因素;复合磁场相对于单一磁场具有更优越的净化效果。     

高频磁场电磁净化模拟

为了更准确地分析高频交变电磁场对金属熔体中的非金属夹杂物的去除效果,分别利用硅含量为18%、12.6%和10%3种铝硅合金所生成的尺寸为100、50和10μm的硅块来模拟非金属夹杂物以进行电磁净化实验研究.实验证明:生成的硅块可以更好地模拟金属液中单个的非金属夹杂物;施加电磁场后发现,电磁挤压力对单个尺寸在100和50 μm的非金属夹杂物的去除效果明显,同时也可以去除10 μm左右的非金属夹杂物.     

高频磁场电磁净化试验研究及净化时间的计算

为了更准确的分析高频交变电磁场对金属熔体中的非金属夹杂物的去除效果,本文采用定点加入的方法进行了电磁净化试验研究.结果表明,在磁场频率为20000Hz的试验条件下,当磁感应强度达到0.1T时,尺寸在5 μm的非金属夹杂物在电磁排斥力的作用下从距离熔体表面3 mm位置处开始运动,30 s后可以运动到达熔体表面;对铝合金中非金属夹杂物电磁净化时间进行了计算.     

交替复合磁场去除铝熔体中夹杂物的研究

铝硅过共晶合金凝固过程中析出的初生硅颗粒被视为铝熔体中的夹杂物颗粒。研究了由交替旋转磁场和下行波磁场组成的交替复合磁场对铝熔体中夹杂物的去除效果。结果表明,在交替复合磁场作用下,夹杂物颗粒发生了明显的聚合并迁移至顶部被除去。对比发现,交替复合磁场的除杂效果要优于单向旋转磁场和下行波磁场组成的单向复合磁场。随着交替复合磁场中的交替旋转磁场的频率和电流的增加,磁场除杂效果显著上升。交替时间为10 s时磁场除杂效果最佳。     

镁熔体净化技术的研究进展

镁作为新兴轻质材料在汽车、3C和航空航天领域的应用逐渐普及,伴随行业节能减排的要求提升以及材料行业的迭代更新,镁及其合金所涉及的产业领域将会进一步扩大。而镁及其合金在铸造与变形加工前,镁熔体纯净度会对其性能产生巨大影响,如熔体纯净度低会显著降低合金的抗拉强度、伸长率等力学性能,导致合金出现炸裂、破损现象。为此,镁熔体的高效除气除杂净化技术成为研究热点。镁熔体净化作为镁熔炼过程中的重要环节,一直是科研工作者不断改进优化的研究课题。本文在简要介绍镁熔体中夹杂物来源的基础上,归纳了适用于镁熔体的熔剂净化、无熔剂净化、复合净化法及其净化效果,且对真空蒸馏法净化镁熔体的相关研究进行了探讨,系统综述了镁熔体净化技术研究进展,展望了该技术的未来研究方向。     

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.     

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。     

电磁净化中间包内流场的数值模拟

采用数值模拟的方法对电磁净化中间包内钢液的流动特征进行了模拟研究。结果表明：旋转室内的钢液在电磁力作用下产生水平旋转流动,促进了夹杂物的碰撞、聚合及上浮;旋转室的旋转切向出流以一定角度进入分配室内,所形成的偏流引起钢液流动的非对称性,易在分配室内形成水平环流状流动特征。分配室内设置T形坝控流装置可减轻流场结构的非对称性,分配室内的流动更为均匀。     

全幅一段电磁制动钢液流主夹杂物轨迹的数值模拟

本文利用电磁流体力学（ＭＨＤ）的基本理论,给出板坯结晶器内全幅一段电磁制动的数学模型,并利用ＣＦＸ软件进行了数值模拟,结果表明,全幅一段水平磁场 能有效地改变结晶器内的流场分布,并在该区域的下部呈现活塞状态;电磁制动有利于非金属夹杂物的上浮;磁场位置影响着弯月面的稳定,并对从出口处不同位置出来的非金属夹杂物的运动轨迹产生不同的影响。     

电磁场对镁合金熔体的净化作用

对无磁场与静磁场作用下AZ61镁合金的凝固组织进行了研究.结果发现,静磁场作用下的镁合金凝固组织中夹杂物明显减少或呈球状分布,说明静磁场对AZ61镁合金熔体具有净化的作用,因此,静磁场可以改善镁合金的性能.     

镁合金熔体中夹杂物的表征及净化研究进展

综述了镁合金中主要夹杂物的形貌、特征、成分及形成原因,简要归纳了夹杂物净化的方法,总结了熔铸工艺和净化因素对于夹杂物形貌控制、去除效果的影响规律,包括熔剂因素、精炼温度和静置时间,并指出应加强镁合金夹杂物的研究.     

电磁铆接电磁场数值模拟

为了分析电磁铆接电磁场的变化规律,采用数值模拟方法,以ANSYS软件为平台建立了电压激励的电磁场耦合模型.通过电阻分流器测最线圈放电电流,验证建立耦合模型的正确性.研究结果表明:驱动片主要受轴向磁场力作用,沿驱动片径向分布不均匀,在驱动片半径一半附近轴向磁场力最大;磁场力沿驱动片厚度方向呈梯度分布.在线圈与驱动片之间,磁场主要沿径向分布,渗入驱动片的磁场呈衰减分布.     

不锈钢连铸中间包内夹杂物去除行为数值模拟

针对中间包连铸过程中夹杂物的存在易导致铸坯出现质量缺陷的问题,以不锈钢连铸中间包为研究对象,通过数值模拟方法研究了控流装置、夹杂物密度以及夹杂物尺寸等参数对中间包内夹杂物去除行为的影响规律。研究结果表明,在设置堰坝和湍流控制器中间包内,密度为2 700 kg/m3,粒径为5 μm的夹杂物去除率为63.32%,而150 μm的大尺寸夹杂物去除率可达到89.04%。当夹杂物粒径为10~50 μm,密度为2 700~4 500 kg/m3时,夹杂物密度对夹杂物去除率影响较小。无控流装置中间包时,夹杂物在顶渣层呈以中心纵截面对称的分布;设置堰坝中间包时,挡渣堰坝两侧出现了70 μm以上夹杂物密集区;设置堰坝组合湍流控制器中间包时,夹杂物主要被限制在中间包第一腔室自由液面,研究结果对于进一步发挥不锈钢连铸过程中的中间包冶金功能具有指导意义。     

脉冲磁致振荡对纯铝熔体电磁力和流场影响的数值模拟

在金属熔体周围的环绕线圈中,通入窄脉宽高频交变脉冲电流可以细化其凝固组织,这种组织细化方法称为脉冲磁致振荡.采用ANSYS有限元软件研究脉冲磁致振荡对纯铝熔体电磁力和流场的影响,主要包括线圈脉冲电流峰值,铸件直径及线圈尺寸位置等参数.模拟结果显示,脉冲电流峰值增加,熔体感应的电磁力也随着增大,振荡效果增强.铸件直径增大,电磁力驱使的内部流动效果会减弱.线圈尺寸增大,感应电磁力和熔体流动均增强.线圈下部的电磁力与流动分布导致晶粒的细化效果会优于上部.     

利用行波磁场的驱动流去除液态铝合金中的夹杂物(英文)

为了去除铝合金中的夹杂物,考察行波磁场对金属净化的一种新应用。实验中的行波磁场是交流电通入感应线圈中产生的,改变电流可以精确控制磁场强度。此外,将铝硅过共晶合金在凝固过程中析出的初生硅颗粒视为夹杂物,进行系列实验来观察行波磁场条件下初生硅在合金中的分布情况。结果表明,利用行波磁场引起的强制流动可以将初生硅颗粒从铝合金中有效去除。而且,初生硅颗粒的去除效率也随着磁场电流的增大而提高。由此说明行波磁场引起的强制流动是一种新的有效的金属净化方法。     

铝熔体中超声声流的数值模拟

研究了超声声流在铝熔体中作用的基本原理,利用粘性可压缩流体的流体动力学理论,在4个假设条件下推导出超声声流在铝熔体中的数学模型。通过Matlab对数学模型进行数值计算,得到超声声流在铝熔体中的速度分布、应变速率以及剪切力分布,定量的分析了超声声流对铝熔体凝固过程的影响,为铝合金的超声连铸提供了理论依据。     

熔体凝固速度场的ANSYS数值模拟

用ANSYS有限元软件对脉冲磁场作用下，LY12铝合金凝固过程中的速度场作了数值模拟，模拟结果和实验现象相吻合，通过数值模拟发展，用数值模拟方法不仅可以初步了解凝固过程中熔体的运动状态，而且还可以了解凝固组织细化和产生缺陷的原因，是一个值得注意的研究方向，因此有较大的实用价值。     

旋转磁场净化钢液的实验研究

对旋转磁场净化钢液技术进行的实验研究表明,钢液在磁场下旋转速度的增加能加速夹杂物的向心迁移和聚合,但过高的转速将导致液面的卷流,降低分离效果。在同样的磁场强度下,不锈钢液由于粘度大,因而其转速比碳钢液的转速约低20％～30％。旋转磁场的施加使钢液中全氧含量迅速降低,在80～120r／min的转速下,碳钢可以获得约70％、不锈钢可以获得38％以上的全氧含量去除效率。