铝熔体的电磁相分离

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1、上海交通大学博士学位论文一铝熔体的电磁相分离铝熔体的电磁相分离摘要铝熔体电磁相分离原理是根据铝熔体中的相与熔体导电性的差异，在电磁力场作用下，熔体将对导电性差的相产生电磁斥力，使这些相运动方向与电磁力方向相反，并与熔体分离。目前，在电磁力场下非导电相(导电性远小于铝熔体的相)的运动规律和连续条件下电磁相分离的研究不够深入和系统。本文在现有研究的基础上，通过物理模拟和理论分析研究铝熔体中非导电相在电磁力场(稳恒磁场正交直流电场)作用下的运动规律，从流体动力学出发，建立了相分离模型和电磁相分离判据。并利用自制的电磁分离设备，实现了铝熔体水平流动条件下连续分离微米级非金属夹杂物和初生富

2、铁相，为铝熔体电磁相分离的工业应用提供理论依据和实验基础。由相似原理和在电磁力场作用下铝熔体中非导电相的运动方程，得到两个相似准则，Re：垒!!鱼：删盯∥颦：co珊f，一⋯1，，，，一甜p根据相似准则相等和几何相似要求，选用5％HCl模拟铝熔体、聚苯乙烯珠粒和橡胶颗粒模拟铝熔体中的非导电相，研究电磁力场作用下铝熔体中非导电相的运动行为。f研究发现，在相同实验条件下，相同截面积的矩形管、方形管和圆形管内导电液扰动的剧烈程度依次增加、扰动范围逐渐扩大；大截面圆管内的扰动比小截面圆管内剧烈；扰动只发生在磁极边缘附近的磁场不均匀区内，磁场分布不均匀是导致电磁分离中导电液体扰动的主要原因。

3、由此提出了增加磁场均匀区、减小分离器截面积、采用大宽高比的矩形截面或板状分离器可有效抑制扰动。通过物理模拟确定，雷诺数在0．2—10范围内，在电磁力场作用下非导电相的阻力摘要系数与粒子雷诺数之间的经验关系式为：。37．8～一萨·从而修正了雷诺数在O．2．10范围内非导电相的运动方程，得到了运动速度的经验关系式：”o．046茄J删‘85一，、采用活塞流法和轨迹法建立了非导电相粒子雷诺数在O．10范围内的电磁分离效率模型。‘结果表明，分离效率随电磁力和电磁力作用距离的增加而增加，随熔体流速和分离器高度的增加而减小。由此建立了分离微米级非导电相的电磁分离判据：K≥挚．《式中，K为工艺参

4、数的组合参数。此判据为电磁相分离的分离器设计和工艺参数的确定提供理论依据。j7d根据轨迹法得出的夹杂物运动与在分离器底面的分布特征，提出了电磁分离动态过程物理模型f在分离过程中分离通道逐渐被分离相充填、变窄，分离器内熔体流速下降，熔体受到的电磁力增大，加速分离过程。电磁分离水平流动铝熔体中的Al：0，颗粒实验表明，6．Opm的Al：0，颗粒的分离效率达85．7％。电磁分离去除A1．9．6％cu合金中的夹杂物后，使合金强度比只除气的合金提高了6．99％，比除气后过滤的合金提高了4．80％。因此，电磁分离可以有效去。除微米级夹杂物。在电磁分离水平流动A1—12．2％si．1．13％F

5、e一1．22％Mn合金熔体中初生富铁相时，发现电磁分离可使铝熔体中大于20岫的初生富铁相全部去除，从而使合金中的铁含量降低到O．41％。·”了7利用电磁相分离原理制备出具有硬度高且耐磨的初生富铁相或初生硅增强的自生表面复合材料及梯度材料。由此，提出了制备自生表面／梯度复合材料的新方法。关键词：铝熔体，电磁相分离，非金属夹杂物，富铁相，物理模拟II●呈璧：!塑：：!!：当：!：璺：：!!坠呈三!!：：竺竺墼：!：：!：g丝!：!!!!竺：：!：垒!竺!：：尘竺：!ELECTR0凇GNETICSEPARp汀10NOFPHASESINALUMINUMM匠IJABSTRACTThepri

6、ncipleofelectromagnetics印amtionofphasesinaluIllinummeltis亡hattheelectromagneticforceexertedonalumin啪meltisla娼erthanmaton协ephaseswhjchelectricalconductiv时is1esst11a11tllatofa1啪inummelt，buta11electmmagneticrepulsiveforce印pliedbyaluminummeltexertsonmephaseswhenmemovementofthemeltinthedirectionof

7、electromagneticforceislimited．Asaresult，thelessconductivephasesarepushedtomoVeinthedirectionoppositetomatoftlleelectromagneticforceandareremoVedfromtllemelt．MoVingbehaviorofnon—conductivephaSes(phaseswhjchconductivit)rismuchlesst11anmatofcond