电磁过滤A1-Si合金熔体中初生富铁相去除效率的理论分析

采用柱塞流及轨线模型建立了电磁过滤水平流动Al-Si合金熔体中初生富铁相的去除效率模型,并进行理论分析.结果表明,初生富铁相的去除效率随着熔体流速(u)和过滤器的高度(2h)降低而增加;随着电磁力(f)、电磁力作用区长度(x)和初生富铁相的粒径(dp)的增加而增加.采用电磁过滤可有效去除Al-Si合金熔体中粒径大于30 μm的初生富铁相,计算结果与水平流动Al-Si合金熔体的电磁过滤实验结果相吻合.该模型可用来设计过滤器的结构和工艺参数的确定,为电磁去除铝合金中的初生富铁相技术的工业应用提供理论基础.     

电磁过滤Al-Si合金熔体中初生富铁相粒径的研究

经流体力学分析 ,建立了电磁过滤水平流动 Al- Si合金熔体中初生富铁相粒径的数学模型 ,并对电磁过滤器进行了设计 .结果表明 ,当初生富铁相在垂直方向运动的雷诺数 Re<1时 ,去除初生富铁相的粒径 (dp)与熔体流动速度 (u)、过滤器通道高度 ((2 h) 0 .5)成正比 ,与电磁力大小(f)、过滤器长度 (l0 .5)成反比 ;当 1≤ Re<1 0时 ,dp 与 u和 (2 h) 0 .65成正比 ,与 f和 l0 .65成反比 .该模型与实验结果吻合 ,为电磁过滤器的设计和电磁过滤 Al- Si合金熔体中初生富铁相技术工艺参数的确定提供理论依据 .     

电磁力场下初生富铁相在Al—Si熔体中的运动速度

采用物理模拟方法确定了Re=1-10的阻力系数经验公式，经理论分析建立了在电磁力场作用下Al-Si熔体中初生富铁相的运动方程，得出初生富铁相的运动速度随着电磁力（f)和初生富铁相的粒径的增加而增加，在电磁力场下，初生富铁相的运动速度与重力沉降速度比（ζ）随f增加而增加，当f=0.2MN/m2时，ζ=7-10.ζ     

电磁分离降低铝硅合金中铁含量

利用电磁分离法去除铝熔体中初生富铁相,以降低合金中铁含量,并在自制电磁分离实验装置上对A-12%S-1.1F-1.2%Mn熔体进行连续电磁分离,结果表明,经过一次电磁分离使熔体中＞10um的初生富铁相全部去除,铁含量从1．13％降低到0．67％,而处理后的合金重熔凝固后仍然形成大量初生富铁相,再次进行电磁分离处理则使铁含量进一步降低到0．41％,Fe铝熔体中扩散和富铁相的凝固特性决定需要两次以上电磁分离才能有效地降低合金中铁含量,达到了铝硅合金工业生产的需要。     

高频磁场下熔体夹杂迁移行为的研究

本文研究了高频磁场中熔体夹杂的迁移行为,利用感应线圈产生的高频磁场,选取Al-2%Fe、Al-5%Fe合金中的产生的富铁相作为研究对象。颗粒与熔体之间的导电率存在很大的差异,当外加磁场时,产生的电磁力作用于熔体,固相颗粒将向分离器外壁面迁移而除去。通过加入变质剂Mn元素研究其对富铁相形貌的影响,研究表明:在Mn/Fe的摩尔比为1.4～1.5时,针状的富铁相变成了块状或汉字状,减小富铁相再熔体中迁移受到的阻力,使之更利于在熔体中迁移,并进一步探讨了电磁分离过程中各工艺参数对夹杂颗粒迁移行为和实际分离效率的影响。     

电磁搅拌对Al-Si共晶合金凝固组织的影响

研究了在电磁搅拌凝固条件下，Al-Si共晶合金凝固组织中初生Si、共晶Si及初生α相的变化规律，表明电磁搅拌强迫流动具有使小平面-非小平面两相的共协生长中小平面相分枝减少的作用及电磁搅拌所产生的液相成分均匀化的作用是初生Si、初生α相明显减少的主要原因。     

利用交变磁场分离空心圆柱状金属熔体中非金属夹杂的理论研究

对空心圆柱熔体中非金属夹杂的电磁分离过程进行了动力学分析 ,通过解析法计算得出了无量纲数 r1 /δ、磁感应强度 Be、电磁力作用时间 t和颗粒粒径 dp 等与夹杂分离效率 η的关系 .结果表明 ,采用空心圆柱形状 ,可以使实心圆柱熔体大部分区域受力较弱的情况得到改善 ,提高分离效率 ;取频率 f=10～ 15 k Hz、r1 / δ=1.5～ 2时 ,可获得最大电磁分离效率 ;对粒径小于 5μm的夹杂颗粒 ,电磁分离作用不显著 ;磁感应强度和电磁力作用时间的最佳取值范围是 t>5 s、Be>0 .1T.     

铝硅合金在外磁场作用下晶粒组织细化机理研究

从形核动力学的基本原理出发,推导了在外磁场作用下Al-Si合金的初生α-Al相的临界晶核半径,由于磁吉布斯自由能的存在,晶核半径变小;电磁搅拌又使得熔体存在能量涨落和结构涨落,单个Si原子的数目增多,合金中的Si-Si共价键数量减少。也有助于获得细小、均匀的组织。     

天然气用纤维过滤器非稳态性能实验研究

针对天然气工业特点,设计了一套滤芯性能在线检测装置,采用光学粒子计数器OPC对过滤器上、下游粉尘的浓度和粒径分布进行适时测量.使用多分散性粉尘,在实验室内测试了天然气用纤维过滤器的非稳态性能,以及各种操作参数对其性能的影响规律.实验结果表明,纤维过滤器的过滤效率和阻力均随粉尘负荷的增加而增加,根据其变化趋势可分为深层过滤和滤饼过滤两个阶段.过滤速度过高容易导致大粒子穿透,从而使效率下降,纤维过滤器的表观过滤速度应低于0.06 m/s;相对湿度和滤材厚度的增加有利于增大过滤效率,但也会导致阻力的迅速增加.     

铅铋合金中颗粒物对弯管的冲蚀研究

基于流体力学理论研究液态铅铋合金(LBE)中颗粒物对管道壁面的冲蚀作用,采用Fluent中的离散相模型(DPM)对管壁的冲蚀进行数值模拟研究.结果表明,弯管角度和颗粒粒径等对管壁的冲蚀磨损影响较为显著,而温度对冲蚀的影响相对较弱.流动铅铋合金对弯管的冲蚀较为严重,直管段冲蚀较弱.当铅铋合金中夹杂的颗粒物粒径较小(100μm)时,对弯管的冲蚀较弱,大粒径颗粒(100μm)的冲蚀速率则迅速增加.     

低频电磁场对过共晶铝硅合金组织的影响

采用低频电磁半连续铸造技术制备Al-19.2%Si合金铸锭,利用电子光学显微镜对铸锭的显微组织进行分析比较,研究了电磁场强度和频率对初生硅颗粒形貌的影响;利用测温技术对合金的凝固过程进行监测,研究低频电磁场对凝固前沿温度场的影响.实验结果表明:与普通DC铸造相比,采用低频电磁半连续铸造可以明显改变液穴中熔体的温度场,使其温度显著下降,温度分布均匀,液穴降低,初生硅颗粒得到有效细化;改变外加电磁场条件,随着电磁场强度的增加,初生硅颗粒细化;随着电磁场频率的增加初生硅颗粒逐渐变大.在本实验条件下,外加电磁场条件为15 Hz,12000At时,初生硅颗粒最为细小.     

利用超重力富集和分离Sn-3％Fe熔体中的杂质元素铁

在粗锡精炼过程中引入超重力场,运用超重力技术研究Sn-3％Fe(质量分数)熔体中杂质元素铁在超重力场中的定向富集和过滤分离的规律,达到提纯净化粗锡的目的.结果表明,对于超重力场G=500以10℃·min-1冷却速率凝固后的Sn-3％Fe熔体,超重力场极大强化富铁相在粗锡熔体中的沉降运动,使先析出富铁相全部富集到试样的下部区域,上部几乎找不到富铁相颗粒.下部尾锡中的铁质量分数达到4.817％,而上部精锡中的铁质量分数降低到0.036％,精锡中铁的脱除率高达98.78％.在超重力场中过滤的Sn-3％Fe熔体可实现富铁相杂质和精锡液的有效分离,当重力系数大于30时,精锡的回收率随重力系数的增大而提高.在超重力场G=100,240℃条件下,Sn-3％Fe熔体过滤1 min后,精锡液几乎全部被分离到坩埚底部,富铁相杂质被截留在过滤碳毡上部,下部精锡中找不到富铁相杂质的颗粒,精锡中铁质量分数降至0.253％,富铁渣中铁质量分数高达11.528％.精锡中铁的脱除率高达91.44％,超重力场中精锡的回收率高达82.69％.     

电磁相分离法制备自生表层复合材料

采用电磁相分离法制备出以初生富铁相(AlSiFeMn复杂金属间化合物)为增强相,表层硬度为 HB 62.25,基体硬度为HB 59.00的Al-11.70%Si-1.20%Fe-1.50%Mn合金自生表层复合材料.增强相的显微硬度为HV 842.87,大小为20～80 μm.该表层复合材料同基体材料相比,耐磨性提高了57.41%.该方法工艺过程简单、成本低,为解决材料在服役环境中不同部位、不同性能的问题提供了新途径.     

Mn元素对过流冷却过共晶Al-22Si-2Fe-xMn合金显微组织及耐磨性的影响

采用常规铸造和分段式倾斜板过流冷却铸造工艺制备Al-22Si-2Fe-xMn合金,研究表明:过流冷却制备工艺能够改善初生Si形貌及尺寸,但对针状富Fe相作用有限.利用扫描电镜、X射线衍射及透射电镜等手段分析过流冷却条件下Mn元素添加对富Fe相晶体结构的影响,通过摩擦磨损实验研究不同Mn/Fe质量比的过共晶Al-Si合金的硬度及耐磨损性能.结果表明:随着过流冷却铸造过共晶Al-Si合金中Mn/Fe质量比增加,合金中四方结构的长针状富Fe相逐渐减少直至基本消失,当Mn/Fe质量比为0.7时,富Fe相主要为六方结构的块状或鱼骨状α-Al15(Fe,Mn)3Si2相,此时,合金耐磨性较未添加Mn元素时有所提升,磨损机制以磨料磨损方式为主.     

铸造共晶铝硅合金中析出相对断裂行为的影响

通过对铸造共晶Al-Si合金断口及析出相的分析研究了拉伸过程中基体内析出相的断裂特点.结果发现：拉伸过程中基体内初、共晶硅以穿晶断裂为主,这与颗粒内部存在的结构缺陷有关;直径小于2.0μm的初晶硅能够抑制二次裂纹的扩展.块状富铁相表现出穿晶断裂特点,鱼骨状富铁相中的微裂纹沿一次枝晶轴向生长.富铜相对裂纹扩展具有强烈地偏折作用;以富铁相为核心析出的富铜相能抑制富铁相中微裂纹的形成.提高合金中Cu含量可以降低富铁相的有害作用,改善合金的力学性能.     

固液反应球磨制备Al-Cu-Fe与Al-Si-Fe三元合金

利用固液反应球磨技术,采用Fe球球磨液态Al-Cu和A1-Si三元合金,研究了Al-Cu-Fe和Al-Si-Fe三元合金相形成规律.在923 K球磨液态的Al-33.2%Cu共晶合金,球磨48 h后,得到Al13Cu4Fe3的固相粉末;在943 K球磨Al-54%Cu(Al2Cu)合金熔体,球磨24 h后,Al2Cu的液相消失,得到了固相的Al65Cu20Fe15和Al13Cu4Fe3混合粉末;在963 K球磨Al-7%Si亚共晶合金熔体,球磨48 h后,Al-Si液相消失,得到固态的Al8Fe2Si合金粉末;在963 K球磨Al-12.6%Si共晶合金熔体,球磨48 h后,Al-Si的液相消失,得到固态的Al8Fe2Si粉末;在1133 K球磨Al-30%Si过共晶合金熔体,球磨24 h后,Al-Si的液相消失,得到固态的Al3FeSi合金粉末.在上述球磨中,若加入一定量的Fe粉,将加速反应进程.固液反应球磨产物是在打击剥离的过程中制得的.     

翼型绕流电磁力控制效率分析

电磁力可有效对流体流动进行控制,增升减阻,抑制流动分离,制约其推广应用的瓶颈为控制效率问题。为提高其控制效率,需要深入研究电磁与流场的相互作用及其能量传递过程。对电磁力增升减阻的控制效率问题进行了数值研究。根据能量守恒定律,推导电磁力控制能耗,基于升力和阻力计算节省能量。定义电磁力的控制效率为η=能量节省/电磁力控制所需能耗,研究电磁力控制过程,分析其能量损耗,为电磁力控制效率的提升提供理论基础。研究结果显示在控制开始阶段,电磁力控制能量的损耗主要体现流体动能损耗,其最高损耗率可达95%,其次体现在焦耳热上,最高可达28%;随着时间推移,流体动能损耗η2下降,电磁力控制效率η及焦耳热损耗η1增加,控制效率η在控制结束时增加到了33%。其机理为流动动能损耗与边界层速度的改变程度紧密相关,电磁力作用一段时间后,边界层速度剖面图再无明显变化,因此流体动能损耗下降,在控制开始阶段流体动能损耗为主,流体动能损耗为主其损耗的下降会提升电磁力的控制效率。     

浇注温度对合金熔体冷却规律和半固态组织的影响

介绍了一种实验室自主研发的轻合金半固态浆料制备设备--锥桶式流变成形机(TBR),该设备利用刻有凸纹和沟槽的内、外锥桶的相对转动,使合金熔体在凝固过程中受到剧烈的剪切搅拌,从而获得合金半固态浆料.对TBR工艺的传热模型进行了推导,以A356为实验材料得出制备的A356铝合金半固态浆料温度与浇注温度的关系式,同时分析了不同浇注温度下合金熔体的冷却规律和获得的半固态组织形貌.结果表明,适当降低A356合金熔体的浇注温度可以延长初生固相受到的剪切时间和增加剪切次数,从而获得细小、均匀的半固态组织.当浇注温度为640℃时,初生固相平均晶粒尺寸为68μm,形状因子为0.82.     

充型速度对半固态A1Si9Mg组织及性能的影响

采用倾斜冷却剪切流变法制备半固态A1Si9Mg合金熔体,流变压铸标准力学性能试样并进行了力学性能测定,用定量金相技术对力学性能试样的初生固相微观组织特征参数(固相率、晶粒尺寸和形状因子)进行了分析,研究了充型速度对半固态AlSi9Mg合金组织及性能的影响.研究结果表明:随着充型速度的提高,AlSi9Mg合金组织的初生固...     

天然气用纤维过滤器非稳态性能实验研究

针对天然气工业特点，设计了一套滤芯性能在线检测装置，采用光学粒子计数器OPC对过滤器上、下游粉尘的浓度和粒径分布进行适时测量。使用多分散性粉尘，在实验室内测试了天然气用纤维过滤器的非稳态性能，以及各种操作参数对其性能的影响规律。实验结果表明，纤维过滤器的过滤效率和阻力均随粉尘负荷的增加而增加，根据其变化趋势可分为深层过滤和滤饼过滤两个阶段。过滤速度过高容易导致大粒子穿透，从而使效率下降，纤维过滤器的表观过滤速度应低于0．06m／s；相对湿度和滤材厚度的增加有利于增大过滤效率，但也会导致阻力的迅速增加。