收藏本站
《上海大学》 2000年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

电磁力场作用下液态金属中非金属颗粒迁移规律及其应用研究

钟云波  
【摘要】:电磁场在冶金中的应用是近年来冶金工作者致力研究的重要领域之一。利用电磁场的力能和热能效应,可以对熔融金属进行非接触性加热、搅拌、传输和形状控制,而采用其他手段则较难实现。因此,电磁与冶金过程的结合往往意味着新技术的产生。电磁搅拌、电磁铸造等已在工业中发挥着越来越重要的作用。作为冶金领域中又一潜在的新技术-液态金属中颗粒电磁迁移,近年来受到日、法、美等发达国家冶金工作者的广泛关注。 本文在简单回顾该领域的发展历史、对比相关研究的基础上,对交变电磁力场(行波磁场产生)及恒定电磁力场作用下液态金属中颗粒的电磁迁移行为进行了基础和应用研究。采用电解液-氧化铝空心球、铝液-富硅颗粒及铝液-氧化铝夹杂物三种体系,围绕金属液中颗粒迁移规律、液态金属电磁净化及金属液凝固过程中颗粒分布行为三个主题依次展开。 本文的第一部分围绕液态金属中颗粒迁移规律进行研究。针对前人对电磁力场(尤其是交变场)作用下刚性颗粒迁移速率研究不够充分的问题,本文采用行波磁场和电解液模拟体系进行了探讨。通过颗粒速率测量值与理论计算值的对比,发现当雷诺数大于5.8,Hartman数接近或大于1时,随着颗粒直径的增加,颗粒的迁移速率与理论值偏差增大,实验值与理论值比值趋近某一常数0.50,这一现象表明此种条件下颗粒受力低于前人的理论分析值0.75,但当颗粒直径小于1mm时,由于雷诺数 2000年上海人学博士学位论文 及Hartl二an数降低,该比值接近于!。根据实验结果对理论公 式的应用条件进行了补充。 采用过共晶铝硅合金液,使凝固过程中析出的富硅颗粒在 行波磁场作用下发生迁移的实验表明,金属液流道形状、大小 对颗粒迁移效果产生重要的影响:当采用圆形流道时,颗粒难 以稳定迁移,而采用矩形或三角形流道则能取得较好的效果。 基于紊流造成颗粒难以偏聚的原因,对上述现象进行了模拟实 验及分析,结果发现圆形管道之圆弧壁面对不均电磁力导致的 金属液紊流抑制作用较弱,而矩形及三角形管由于具有平直壁 面,比圆形管的比表面积要大14%一24%,因而能有效抑制紊 流的扩展。 紊流的产生主要是由于金属液受到不均匀电磁力的作用, 但是,至今,对紊流的形成、电磁力均匀性等方面都没有提出 合适的评价方法,因而对颗粒电磁迁移规律的应用产生阻碍作 用。本文通过对影响电磁力均匀性的因素进行考察,发现当金 属液流道截面尺寸远小于磁通渗透深度时,电流分布及次生磁 场的影响较小,而磁感应强度的不均匀分布是造成电磁力不均 匀的主要原因。为了考察磁感应强度的影响,本文提出了采用 磁感应强度不均匀度来衡量磁场均匀性的方法。当磁场分布不 均度小于5%且采用矩形或三角形管道时,金属液中紊流较弱 甚至基本消失,颗粒能进行稳定的定向迁移;当磁感应强度分 布不均度大于9%时,紊流强烈,颗粒定向迁移行为被打乱, 导致颗粒电磁迁移行为失去意义。这一规律在金属嫁液的模拟 实验中得到了证实,因此,利用磁感应强度分布不均度来衡量 磁场分布以及由此而导致的紊流的强弱是可行的。进一步对行 波磁场中磁感应强度分布的测定发现,齿面上方磁场不均度最 电磁力场作用下液态金属中非金属颗粒迁移规律及其应用研究 大不超过5%,适合用于电磁迁移,而齿槽面上方只有在水平 中分面附近区域磁场不均度才符合颗粒电磁迁移的要求。另外, 在上述的磁感应强度分布均匀度下,采用比前人所用管径大5- 10倍的管道进行颗粒电磁迁移,效果良好,从而证明在较大管 截面积下也能实现颗粒的稳定迁移。 颗粒电磁迁移现象最重要的应用之一是去除金属液中氧化 物夹杂物,因此采用氧化铝夹杂含量较高的铝液进行了电磁迁 移实验.结果表明,行波磁场能使铝液中粒径大于20似m的三 氧化二铝夹杂物发生明显的迁移,发生迁移后的铝液中夹杂物 含量大大降低,残余夹杂物粒径不但与电磁力大小有关,而且 与流道形状有关,如采用三角形流道中残余夹杂物的最大粒径 要低于矩形流道。 基于上述的电磁迁移实验结果,本文第二部分对行波磁场 净化金属液进行了理论和实验研究。根据本文提出的行波磁场 净化金属液装置,采用活塞流和轨线模型,对夹杂物去除效率 进行了理论分析。结果表明:夹杂物去除效率受电磁力、夹杂 物迁移距离、夹杂物粒径、金属液流动距离、管道形状等因素 的制约,其中减小夹杂物迁移距离对提高除杂效率最为有效, 因而对矩形管而言,采用长宽比较大的板状管更合适;理论分 析还解释了管形之所以对除杂效率产生影响,是因为不同管中 流速分布以及颗粒迁移距离发生改变的缘故;当电磁力场密度 达到重力场密度15倍以上时,重力场对夹杂物去除的贡献可忽 略不计。上述结果为净化器的结构设计及优化提供了理论依据。 在理论分析的基础上,本文进一步对行波磁场净化金属液 过程进行了实验研究。结果表明,随金属液流速的减小,夹杂 物去除效率增加,在合适的电磁力密度及金属液流速下,金属 2000年上海人学博士学位论文 液中氧含量能去除80%左右,氧含量的降低即表明夹杂物含量 的降低。金
【学位授予单位】:上海大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2000
【分类号】:TG111

手机知网App
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 曹光明;刘均波;李惠琪;于洪爱;;等离子束感生磁场对表面冶金的影响[J];潍坊学院学报;2007年06期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 郭庆涛;金属熔体高频电磁净化的研究[D];大连理工大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 方莹;磁流体自由表面流动及传热特性的数值研究[D];南京航空航天大学;2007年
2 王东莉;油气田高含氯离子污水电磁处理机理研究[D];西南石油大学;2007年
3 卢学山;液态金属(GaInSn)流在故障电流限制器中的数值模拟[D];南京理工大学;2008年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 高允彦,贾光霖,史玉升,孙庆新,张树功;线性电磁搅拌时金属运动规律的数学模型[J];东北工学院学报;1991年03期
2 魏成富,李静媛;洁净钢与零夹杂物钢[J];钢铁研究学报;1996年05期
3 傅杰,马廷温,王平,兰德年;特殊钢冶炼技术的近期进展[J];钢铁研究学报;1996年06期
4 吴人洁;金属基复合材料的现状与展望[J];金属学报;1997年01期
5 李廷举,佐佐健介,浅井滋生;间断高频磁场作用下连铸铸型内金属液的运动和铸坯的表面质量 Ⅰ.液体金属弯月面运动对铸坯表面质量的影响[J];金属学报;1997年05期
6 李廷举,佐佐健介,浅井滋生;间断高频磁场作用下连铸铸型内金属液的运动和铸坯的表面质量Ⅱ.金属液的运动特性[J];金属学报;1997年09期
7 吴树森,中江秀雄;铝基复合材料中颗粒在凝固界面的行为[J];金属学报;1998年09期
8 谢国宏,厉松春,王务献,吴人洁;颗粒增强Al-4%Mg复合材料在等轴晶凝固过程中的颗粒推挤[J];金属学报;1995年18期
9 韩青有;凝固过程中的颗粒推斥[J];金属学报;1996年04期
10 任忠鸣,周月明,张春源,蒋国昌;水平电磁连铸中金属磁悬浮行为[J];金属学报;1996年06期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张劲松;晶粒细化用铝钛硼线杆的对比分析[J];四川有色金属;2001年02期
2 何亮;巴力登;;智能涡流转速计的设计[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2009年03期
3 耿继双,李万象,赵素华,王立来,原丽君,潘玲;LF精炼及后道工序钢中氮、氧含量控制技术研究[J];鞍钢技术;2004年03期
4 隋晓红;敖列哥;杨静;;冷轧电工钢板表面夹杂物的测试分析[J];鞍钢技术;2005年06期
5 黄耀生;铸铁中石墨形成机理的再探讨[J];鞍钢技术;1998年08期
6 许玲,孙宇峰;铝液内部直接氧化法制备Al/Al_2O_3复合材料[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2003年03期
7 刘海啸;张国栋;郑丽君;;预熔型精炼渣发泡性能实验研究[J];鞍山科技大学学报;2005年06期
8 吴梦军,连晋兴,黄伦海,邱长林;连拱隧道围岩稳定性模型试验[J];地下空间;2004年04期
9 毛洁非;ZL203铝铜合金中N相的分析[J];兵器材料科学与工程;1991年05期
10 刘玲霞;用于复合防弹衣的铝合金面板的改进[J];兵器材料科学与工程;2003年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 林波;程佩;汪先送;张卫文;;Mn对挤压铸造Al-5.0Cu-0.5Fe合金组织和性能的影响[A];第十二届全国铸造年会暨2011中国铸造活动周论文集[C];2011年
2 郑小平;程佩;林波;张卫文;;连铸工艺参数对层状金属复合铸锭成形缺陷的影响[A];第十二届全国铸造年会暨2011中国铸造活动周论文集[C];2011年
3 洪涛;龚园平;田妮;赵刚;于福晓;左良;;固溶温度对新型Al-12.7Si-0.7Mg合金挤压材组织性能的影响[A];中国有色金属学会第十四届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2011年
4 孙振宇;冯彦波;聂波;赵刚;田妮;李瑞峰;;2A12铝合金均匀化处理工艺研究[A];中国有色金属学会第十四届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2011年
5 胡明;费维栋;周刚;姚忠凯;王德尊;;基体成分对晶须增强铝基复合材料强化行为的影响[A];复合材料的现状与发展——第十一届全国复合材料学术会议论文集[C];2000年
6 马宏昊;沈兆式;陈志军;;水不耦合装药理论在深孔爆破中的应用[A];第七届全国爆轰学术会议论文集[C];2006年
7 周晓君;郭庆斌;;牛顿流体在充满多孔介质圆管内的结构流特征[A];第九届全国渗流力学学术讨论会论文集(一)[C];2007年
8 吕超;梁小平;高永扬;王剑臣;岳雪梅;辛少波;;氧化铝功能纤维的制备及其应用[A];第六届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2006年
9 赵晓娣;顾振亚;;防污自洁PVC建筑膜材的设计思路[A];第六届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2006年
10 翟彦博;刘昌明;王开;;离心铸造制备Mg_2Si颗粒增强铝基梯度自生复合材料气缸套的组织与性能研究[A];2009重庆市铸造年会论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 母丽华;煤矿安全预警系统的方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张洁;SiCp/Cu基复合材料的研制及性能研究[D];江苏大学;2010年
3 黄芳;高镁磷尾矿回收利用磷、镁的应用基础研究[D];昆明理工大学;2010年
4 周灵初;红柱石的浮选分离技术及机理研究[D];武汉科技大学;2010年
5 何环宇;LF废渣硫赋存相及亚临界水浸出去硫研究[D];武汉科技大学;2010年
6 起华荣;A356合金熔体调控对流动性的影响机理研究[D];昆明理工大学;2009年
7 刘丹;高结合率混合铜矿选冶新工艺试验研究[D];昆明理工大学;2010年
8 赵越;化学方法制备硫族化合物纳米薄膜的研究[D];山东大学;2010年
9 范云场;离子液体在色谱样品前处理中的应用[D];浙江大学;2009年
10 车欣;Al-Si-Cu-Mg-(RE)系铸造铝合金的疲劳行为及其损伤机理[D];沈阳工业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周阵阵;基于细观力学方法的脆性基体短纤维复合材料性能预报[D];安徽工程大学;2010年
2 李含建;SiC_p/AZ91D复合材料真空气压浸渗机理及界面结构研究[D];南昌航空大学;2010年
3 王东成;ZL114A合金组织与力学性能的综合优化[D];南昌航空大学;2010年
4 赵火平;原位合成TiB_2/Al-4Cu复合材料组织和性能的研究[D];南昌航空大学;2010年
5 孙超;氟醇化合物的分离及相平衡研究[D];山东科技大学;2010年
6 李媛乐;高压电子铝箔组织结构和性能的对比研究[D];郑州大学;2010年
7 易成;退火工艺对铸轧5052铝合金组织和性能的影响[D];郑州大学;2010年
8 杨永昌;哈兹列特连铸连轧铝合金板带组织和性能研究[D];郑州大学;2010年
9 易昌;采油中心的设计与动力学分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 徐飞飞;整体薄壁结构件残余应力预测与铣削加工变形研究[D];大连理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 温宏权;双辊薄带连铸电磁侧封磁场的计算与分析[J];宝钢技术;2002年04期
2 王燕京;电磁场数值分析方法[J];北京建筑工程学院学报;2003年03期
3 钟云波,任忠鸣,邓康,蒋国昌,徐匡迪;金属净化技术的一种革命性方法——电磁净化法[J];包头钢铁学院学报;1999年S1期
4 张邦文,任忠鸣,钟云波,邓康;金属液单电流电磁净化的理论分析[J];包头钢铁学院学报;2002年03期
5 张邦文,任忠鸣,邓康,钟云波;感应磁场对金属液电磁净化的影响[J];包头钢铁学院学报;2002年03期
6 傅高升,钱匡武,康积行,陈文哲;提高罐用铝材冶金质量的重要性及其途径[J];材料导报;2000年01期
7 王晓东,李廷举,金俊泽;电磁分离技术在金属净化中的应用研究进展[J];材料导报;2002年06期
8 王强,王恩刚,赫冀成;静磁场在材料生产过程中的应用研究评述[J];材料科学与工程学报;2003年04期
9 郭连杰;日本废铝再生利用简介[J];世界有色金属;1996年11期
10 余东梅;国内外废铝回收及再生利用概况[J];世界有色金属;1998年11期
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 曹海峰;电磁成形过程中三维流场的数值模拟[D];西北工业大学;2002年
2 陶应龙;电磁分离铝合金夹杂物及其数值模拟[D];武汉理工大学;2004年
3 王义海;利用高频磁场去除铝合金中的非金属夹杂[D];大连理工大学;2003年
4 牟进发;时变电磁场电磁力及其效果分析[D];燕山大学;2005年
5 牛晓武;基于ANSYS的强脉冲磁场及温度场有限元分析[D];西北工业大学;2006年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 刘丽莉;电磁场驱动下的液体流动实验与模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
2 陈文斌;高频磁场电磁净化铝合金的研究[D];吉林大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 桂满昌,王殿斌,张洪,颜鸣皋,李昊,周彼德;颗粒增强铝基复合材料的制备及应用[J];材料导报;1996年03期
2 谢国宏;搅拌铸造法制造颗粒增强铝基复合材料的研究与发展[J];材料工程;1994年12期
3 李正邦;周文辉;李谊大;;电渣重熔去除夹杂的机理[J];钢铁;1980年01期
4 李正邦;周文辉;王庆和;;自耗电极原始夹杂物成分对电渣重熔精炼效果的影响[J];钢铁;1983年05期
5 向大林;王克武;朱孝渭;;三相双极串联200吨级电渣炉炉内启动技术[J];钢铁;1989年08期
6 向大林;朱孝渭;王克武;;200吨电渣炉的低氢控制及氢的行为[J];钢铁;1991年07期
7 周德光,徐卫国,王平,傅杰,徐君浩,王昌生,徐明德;轴承钢电渣重熔过程中氧的控制及作用研究[J];钢铁;1998年03期
8 桂满昌,王殿斌,张洪;颗粒增强铝基复合材料在汽车上的应用[J];机械工程材料;1996年06期
9 王仁智,汝继来,李向斌,姚枚,李金魁,王声平,邵培革;疲劳裂纹萌生的微细观过程与内部疲劳极限理论[J];金属热处理学报;1995年04期
10 李忆莲,崔振铎,吴秉民;弹簧低温渗氮层组织与疲劳性能研究[J];金属热处理;1994年09期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王强,陆坤权,李言祥;液态纯锑电阻率随温度的反常变化[J];科学通报;2001年12期
2 刘忠泽;;液态金属对钽的腐蚀[J];稀有金属与硬质合金;1984年03期
3 宋新南;;液态金属容器的保温特性与评价方法[J];河北冶金;1986年06期
4 于海;国外液态金属直接检测分析综述[J];上海钢研;1988年06期
5 王勇;预成型件加压液态金属熔铸提高零件强度[J];兵器材料科学与工程;1990年05期
6 StavrosA.Argyropoulos ,PanagiotisG.Sismanis ,康淑媛;利用微处理机测量液态金属中的热对流[J];兵器材料科学与工程;1990年06期
7 吴孟怀,周尧和;液态金属热扩散研究[J];西北工业大学学报;1992年01期
8 刘利;;新型液态冷却剂[J];机械制造;1993年01期
9 刘让苏,李基永;液态金属高温结构转变特性的模拟研究[J];物理学报;1995年10期
10 郑采星,刘让苏,董科军,彭平,刘海蓉,徐仲榆,卢小勇;液态金属急冷过程中原子团簇结构形成与转变特性模拟[J];中国科学(A辑);2001年08期
中国重要会议论文全文数据库 前9条
1 李东刚;;利用慢中子散射测量液态金属扩散系数[A];第三届散裂中子源多学科应用研讨会论文集[C];2006年
2 王红艳;唐婵;毕小龙;;液态金属内部氚气泡的输运和流动的数值模拟[A];第十四届全国核物理大会暨第十届会员代表大会论文集[C];2010年
3 周洪强;孙海权;张凤国;王裴;;液态金属的层裂破碎[A];第七届全国工程结构安全防护学术会议论文集[C];2009年
4 周月明;潘胜波;瞿雪元;浅井兹生;佐佐健介;;电磁场下液态金属保持的实验研究[A];2007中国钢铁年会论文集[C];2007年
5 朱志强;黄群英;章毛连;高胜;吴宜灿;FDS团队;;中国DRAGON系列液态金属锂铅回路及实验研究[A];第三届反应堆物理与核材料学术研讨会论文集[C];2007年
6 朱志强;黄群英;章毛连;高胜;吴宜灿;FDS团队;;中国DRAGON系列液态金属锂铅回路及实验研究[A];第三届反应堆物理与核材料学术研讨会论文摘要集[C];2007年
7 凌新圳;黄群英;高胜;朱志强;陈雅萍;宋勇;陈云龙;吴宜灿;FDS团队;;液态金属锂铅合金与CLAM钢润湿行为的初步研究[A];第四届全国反应堆物理与核材料学术研讨会论文集[C];2009年
8 刘保林;李建;彭燕;李然;赵凌志;许玉玉;李雪临;沙次文;;液态金属磁流体发电机性能分析[A];中国可再生能源学会海洋能专业委员会第三届学术讨论会论文集[C];2010年
9 王红艳;杨锦;柯严;刘晓平;吴宜灿;何晓雄;;FDS包层液态金属磁流体的计算机数值模拟[A];全国第十五届计算机科学与技术应用学术会议论文集[C];2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 陈丹;美用液态金属构建无支撑3D结构[N];科技日报;2013年
2 南方日报记者 王腾腾 张婧 实习生 任浩;液态“终结者” 不再是纯幻想[N];南方日报;2014年
3 医学院;刘静小组可变形液态金属新发现为研制柔性机器开启全新途径[N];新清华;2014年
4 本报记者 李波;液态金属印刷解决3D打印发展瓶颈[N];中国证券报;2013年
5 本报记者 杨博;苹果新手机或使用液态金属外壳[N];中国证券报;2013年
6 本报记者 杨博;苹果延长与液态金属公司排他性协议[N];中国证券报;2014年
7 记者 朱贤佳;A股公司打造储能“独门秘籍”[N];上海证券报;2013年
8 医学院;刘静团队提出液态金属神经连接与修复技术引起国际广泛关注[N];新清华;2014年
9 郑瑞;iPhone6将采用液态金属材料[N];人民邮电;2014年
10 陈丹;液态金属天线可实现自我修复[N];科技日报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 马坤全;液态金属芯片散热方法的研究[D];中国科学院研究生院(理化技术研究所);2008年
2 张月红;钛合金TiH_2分解法液态置氢技术基础研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 周丽丽;液态金属铅凝固过程中微观结构演变特性的模拟研究[D];湖南大学;2012年
4 郑采星;液态(943K)Al快速凝固为非晶态过程中微观结构的分子动力学模拟研究[D];湖南大学;2001年
5 钟云波;电磁力场作用下液态金属中非金属颗粒迁移规律及其应用研究[D];上海大学;2000年
6 谷廷坤;合金熔体局域结构的实验及从头算研究[D];山东大学;2005年
7 徐敬尧;先进核反应堆用铅铋合金性能及纯净化技术研究[D];中国科学技术大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘传宝;液态金属电阻率快速检测方法及装置的研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
2 张明晓;电磁感应式液态金属电阻率测量装置的研制与应用[D];山东大学;2009年
3 王红艳;聚变反应堆包层中液态金属磁流体动力学效应研究[D];合肥工业大学;2003年
4 贾燕;Cu系及Sb系二元合金液态及过冷态结构的研究[D];山东大学;2012年
5 林艳;液态金属锌凝固过程中微观结构演变的模拟研究[D];湖南大学;2008年
6 张爱龙;液态金属镍凝固过程的分子动力学模拟研究[D];湖南大学;2005年
7 王金照;深过冷液态金属热物性的分子动力学模拟[D];清华大学;2002年
8 李欣欣;几种Zn基二元及三元合金液态结构研究[D];山东大学;2013年
9 叶竞;方管流道内低流速液态铅锂MHD效应实验研究[D];中国科学技术大学;2014年
10 陈东明;几种材料的液态结构和动力学性质的第一性原理研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026