1、電磁場在冶金中的應用是近年來冶金工作者致力研究的重要領域之一，利用電磁場，可以對熔融金屬進行非接觸性的加熱、攪拌、傳輸和形狀控制，作為冶金領域中的一項潛在新技術——電磁凈化，近年來已經(jīng)受到日、美等發(fā)達國家的重視。本文在總結前人相關研究的基礎上，對交變電磁力場和穩(wěn)恒磁力場作用下的鋁熔體中富鐵相雜質(zhì)顆粒的遷移行為進行了理論研究和試驗應用研究。 對自制電磁場發(fā)生器，進行了理論分析和計算，建立了磁感應強度分布模型和電磁力體積模型。對雜質(zhì)

2、顆粒在電磁場中的受力情況進行了分析，建立了其在電磁力和磁場力作用下的運動模型，計算了理論分離效率。計算出了在電磁力和磁場力作用下雜質(zhì)顆粒的運動速度，采用柱塞流模型和軌線模型得出了雜質(zhì)顆粒的分離效率。確定了影響電磁分離效率的因素，包括分離通道寬度、金屬熔體流速、分離通道長度、電磁力體積密度和磁感應強度。分離效率隨分離通道寬度和金屬熔體流速的減小而提高；隨分離通道長度的增加、電磁力體積密度、磁感應強度的提高而提高。在電磁力的作用下，雜質(zhì)顆粒

3、的粒徑對分離效率的影響最大；在磁場力的作用下雜質(zhì)顆粒的粒徑和磁感應強度對分離效率的影響最為明顯。 結合試驗室的條件，自行設計了采用了工頻電流激勵，閉合磁路設計的交變磁場發(fā)生器和穩(wěn)恒磁場發(fā)生器。整套設備投資少，工作穩(wěn)定，幾乎不需要人工維護，而且氣隙中的磁感應強度分布均勻。尤其在電路中采用串聯(lián)電容器的設計，大大降低了電路的總阻抗(減少90％以上)，降低了無功功率，減少能耗。 富鐵相雜質(zhì)是鋁合金產(chǎn)品中的一類主要雜質(zhì)，其存在形態(tài)

4、多種多樣，但都具有運動阻力大的特點，電磁場對其的分離效果不理想，本文首次采用聯(lián)合添加劑和預先熱處理的方法使其形態(tài)規(guī)則化。試驗結果表明，對于鋁硅合金來說，單純加入Mn元素的方法不能從根本上抑制針狀鐵相的出現(xiàn)，Mn可以從一定程度上改變富鐵相的形態(tài)，適宜的加入量為Mn/Fe=1.1左右。經(jīng)過熱處理的Al-Si合金熔體，加入Mn后富鐵相以規(guī)則的多邊形形態(tài)析出，幾乎完全抑制針狀鐵相的出現(xiàn)，適宜的加入量為Mn/Fe=0.5～1.1。多邊形富鐵相粒徑

5、的大小和Mn的加入量密切相關，通過控制Mn(Mn/Fe=0.5～1.1)的加入量，可以使大部分富鐵相以一定粒徑(10～40μm)析出。對于含硅較少的鋁來說，Mn的加入可以改善富鐵相的形態(tài)，合適的加入量為Mn/Fe＞1，以Mn/Fe=1.4～1.5為宜，但不能完全抑制不規(guī)則富鐵相的出現(xiàn)。證明了Mn-Fe-Si-4Al和Mn-Fe-6Al在800℃是順磁性物質(zhì)，可以被磁場磁化，從理論上講，磁場力可以分離鋁熔體中的富鐵相雜質(zhì)。 對鋁熔

6、體和鋁硅合金熔體中的富鐵相雜質(zhì)顆粒進行了靜態(tài)和動態(tài)電磁分離試驗，在試驗過程中分別考察了電磁力和磁場力對雜質(zhì)顆粒的分離作用，研究了磁感應強度、富鐵相雜質(zhì)顆粒形態(tài)、擾流現(xiàn)象、分離通道寬度、分離通道的截面形狀和金屬液環(huán)流面積大小等因素對分離效果的影響。靜態(tài)試驗的結果表明，穩(wěn)恒磁場產(chǎn)生的磁場力對富鐵相雜質(zhì)顆粒有分離作用，800℃是比較適宜的分離溫度。交變磁場產(chǎn)生的電磁力和磁場力對鋁熔體中的富鐵相雜質(zhì)顆粒都有分離作用，當磁感應強度小于120mT時

7、，磁場力的作用明顯，雜質(zhì)顆粒富集在分離器的側(cè)面；當磁感應強度大于145mT時，電磁力的作用較明顯，雜質(zhì)顆粒富集在分離器的內(nèi)側(cè)。添加金屬錳可以改善鋁熔體中富鐵相雜質(zhì)的分離效果，適宜的加入量為Mn/Fe=1.5；采用預先熱處理和添加金屬錳相結合的方法可以提高鋁硅合金熔體中富鐵相雜質(zhì)的分離效率，適宜的加入量為Mn/Fe=1.1?？s短分離通道的寬度可以有效提高分離效率。 動態(tài)試驗的結果表明，增加磁感應強度可以提高分離效率，對于A1-1w

8、t％Fe-1.1wt％Mn-10wt％Si合金，F(xiàn)e元素的分離效率可以達到65％；對于A1-1wt％Fe-1.5wt％Mn-0.5wt％Si合金，F(xiàn)e元素的分離效率可以達到30％，在提高磁感應強度的同時，也對分離器提出了更高的要求。采用矩形截面分離通道的分離效率最高，采用三角形截面分離通道的分離效率次之，采用圓形截面分離通道的分離效率最低。對于以上兩種合金，增加1倍的金屬液回路面積，采用矩形截面的分離通道可以提高12％和10％的分離效率