电磁净化技术在液态金属中非金属夹杂物分离中的应用（打印版）

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1、电磁净化技术在液态金属中非金属夹杂物分离中的应用化工11-4班创新班：于婷婷2011010980张亚宁20110110420专业背景液态金属分为两种，一种是金属单质的液态，常温下为汞；另一种是不同金属熔融后的混合物，即合金。合金在传统的化工领域——铸造方面发挥着不可替代的作用：司母戊鼎、四羊方尊（铜锡合金）在历史的长河中闪耀着点点星光；倚天屠龙叱咤江湖，所向披靡；奥运领奖台上孙杨调皮地用牙咬着金牌（实为合金）...合金在现代化工生产中也有着非常重要的用途，如蒙乃尔合金（镍合金）因其优良的耐蚀性和良好的力学性能而被用于氟化工生产，锆合金被用于制造耐腐蚀的化工设备，哈氏合金用于制造

2、高压消解罐，合金作催化剂载体...总之，以合金为代表的液态金属在化工生产中的作用不可小觑。然而，由于种种原因，不同金属熔融后的合金总是含有一些缺陷，包括气体类缺陷和非金属夹杂物缺陷，除此以外还有裂纹、偏析、缩松等。非金属夹杂物缺陷一方面是由于所用的金属本身不纯，带有非金属杂质，另一方面是由于熔融过程中条件控制的不够严格，如仪器不干净表面附有非金属或工厂中空气里的大颗粒物落入反应器，再者便是合金在熔炼过程中表现出吸气、氧化的特性导致其中含有气体或非金属夹杂物。虽然在某些应用领域，夹杂物对金属的性能存在有利的一面，如弥散的夹杂物能使金属液凝固时自发形核，起到细化晶粒的作用，然而在大

3、多数情况下夹杂物是有害的，如夹杂物破坏金属基体的连续性，降低了金属材料的强度、韧性和塑性等，因此，分离出液态金属中非金属夹杂物也是一个重要的课题。从液态金属中分离出非金属夹杂物的办法有很多，主要分为三种，即吸附精炼法、非吸附精炼法和过滤净化三大类。吸附净化主要有惰性气体吹洗、活性气体吹洗、混合气体吹洗和溶剂法净化等工艺。气体吹洗即往合金中通气体，产生大量的气泡，增加夹杂物聚集的几率从而使夹杂的尺寸变大，促进夹杂物碰撞上浮，进而分离。按照气体溶剂的导入方式可分为以下几类：单管吹气法、多空吹头吹气法、喷嘴吹气法和旋转喷头吹气法。非吸附净化主要有真空净化法、超声波净化法和电磁净化法。

4、真空净化法是将液体金属置于接近真空条件的密闭保温炉内，利用气体在液体金属中和气氛中的分压差，使液体金属中的气体不断生成气泡并上浮逸出液面，从而被除去。过滤净化法主要是利用过滤器进行净化，普遍采用的过滤器有玻璃纤维过滤器、陶瓷板、泡沫陶瓷过滤器等。本文就是介绍电磁净化技术在液态金属中非金属夹杂物分离中的应用。1电磁净化技术原理电磁净化的主要影响因素是磁场和电流。电流按产生方式可分为由外加电源和电磁感应产生，也可以分为直流和交流；磁场可以分为感生磁场和超强磁场，水磁场和电磁场，还可以分为稳恒磁场和交变磁场（行波磁场）。用不同的方式组合这两个因素，可以得到多种电磁净化方法,如：直流电

5、场正交稳恒磁场、交流电场、交流磁场、行波磁场、旋转磁场、强磁场和高频磁场等。但它们净化的基本原理都是一样的：根据导电率不同的物质在磁场中受到的电磁作用力大小不同，利用金属熔体与非金属熔体的电导率的差别，实现纯金属和非金属夹杂物的分离。通电导线在磁场中受力原理如图所示。其中，F为电磁力方向，I为导体中电流方向，磁场方向垂直纸面向内。不同形式的电磁净化方案有：a、直流电场正交稳恒磁场净化在容器的两端插入电极，往液态金属中通入直流电流，液态金属将受到一个电磁力的作用(F=JB,电流与磁场方向垂直)，液态金属中的非金属颗粒将收到一个相反力的作用，并在此力的作用下发生迁移而去除，示意图如

6、下。该方法的不足之处是电流的施加是在熔融金属中插入电极，对高熔点金属（如钢等）而言，这将引起电极浸渍污染金属的问题；用常规手段如直流电电磁体或永磁体对大体量金属施加如此大的磁场可行性很低，永磁体必须在居里点下冷却，这样的技术问题就很难处理。由于磁场和电场不可能是绝对均匀的，从而得到的电磁力也不均匀，这导致液体金属中产生对流运动，分离的夹杂物又重新进入金属液中，大大降低了除杂效率，最终使电磁分离夹杂物的方法失去意义。日本的朴梭杓等采用了减小管径的方法来抑制金属熔体的对流，试验结果发现，管径越小，则对流涉及范围越小，对夹杂物分离效果的影响也就越小。在合适尺寸（3—4mm）的管道中，

7、对流基本被抑制掉，夹杂物在电磁力的作用快速移向管壁。2000年疏达等人对铝熔体中夹杂物形状与取向对电磁分离的影响进行了分析计算，认为不同形状与取向的夹杂物均受到一个与熔体所受的电磁力方向相反的斥力作用，而在其他方向上不受力。电磁斥力的大小不仅与夹杂的形状有关，还受其取向的影响，当夹杂的形状奇异程度越大时，取向对电磁斥力的影响也越大，即当夹杂物在磁场方向的主轴长度较大，并且在电磁力方向的主轴长度较小时，夹杂物所受电磁斥力不显著。b、交变电场净化在圆形或矩形管中装有液态金属，往液态金属中施加强大