磁控电渣重熔技术研究进展

电渣重熔作为生产特殊钢等高端装备材料的重要环节,是一种集去除夹杂物和优化凝固组织于一体的二次精炼技术。然而,随着锭型尺寸的增加,大型特殊钢电渣锭普遍存在纯净度低、均质性差、凝固组织/碳化物粗大等共性问题。近年来,利用外加磁场对电渣精炼以及凝固过程进行调控,得到了众多研究者的广泛关注。文章主要结合课题组近些年的研究成果,围绕磁控电渣重熔多级强化去除夹杂物、磁控电渣重熔凝固组织/碳化物细化、磁控电渣重熔技术工业实践等方面,阐述了外加磁场提升电渣锭纯净度和均质性的作用机制,并提出未来的思考方向和研究重点。

行波磁场连续净化铝合金液实验

采用行波磁场进行了电磁连续净化铝合金液实验 ,并采用电磁净化金属熔体的轨线模型 ,对实验中的夹杂物去除率进行了理论预测。结果表明 ,含夹杂的铝合金液连续流经电磁力作用段时 ,夹杂物被阻隔 ,形成电磁过滤效应 ,而夹杂物聚集区域夹杂物面积分数趋于某一常数。轨线模型预测与实验结果吻合良好。

行波磁场净化液态金属时矩形管及三角形管内夹杂物去除效率的理论解析

采用活塞流及轨线模型，对行波磁场净化液态金属时，三角形及矩形管中夹杂物的去除效率进行了理论分析，找出了提高夹杂物去除效率的途径；对两种形状管的夹杂物去除效率进行了比较；

电磁场中金属凝固界面前沿颗粒的推斥/吞没行为

对电磁场作用下金属凝固界面前沿颗粒行为进行了考察.通过分析颗粒受力平衡,推导出颗粒行为发生改变时所需的临界电磁力.采用模拟体系,对电磁力改变凝固界面前沿颗粒行为的三种典型过程进行了直接观察,采用金属液实验证明了施加电磁力可以改变颗粒在金属凝固体中的分布.

交变磁场净化金属液时金属液紊流的形成及其控制

使用金属镓液对交变磁场作用下的金属液紊流现象进行了直接观察 ,并对相应的成因进行了探讨 ,结果发现交变磁场中磁场分布不均匀是引起紊流的根本原因。提出采用磁场分布不均度参数来衡量磁场不均匀性 ,该参数的提出为电磁净化器的设计和提高净化效果提供了理论依据。为了探讨控制紊流的方案 ,还采用了模拟体系 ,研究了不同截面形状的管型及不同磁感应分布不均度下颗粒的迁移规律 。

行波磁场净化液态金属的电磁力参数

对影响液态金属所受电磁力大小的因素进行了研究， 对电磁力作用下的导电流体中的非金属颗粒的迁移速度进行了测定。结果表明： 金属液回路的几何尺寸、行波磁场发生器的气隙大小以及发生器中通过的电流等对电磁力参数产生很大的影响； 行波磁场能使微细非金属夹杂物（５ ～１００ μｍ）

旋转磁场净化钢液的实验研究

对旋转磁场净化钢液技术进行的实验研究表明，钢液在磁场下旋转速度的增加能加速夹杂物的向心迁移和聚合，但过高的转速将导致液面的卷流，降低分离效果。在同样的磁场强度下，不锈钢液由于粘度大，因而其转速比碳钢液的转速约低20％～30％。旋转磁场的施加使钢液中全氧含量迅速降低，在80～120r／min的转速下，碳钢可以获得约70％、不锈钢可以获得38％以上的全氧含量去除效率。

电熔剂去除金属熔体中夹杂物的机理及效率分析

提出了电熔剂净化金属熔体技术,利用电流通过细束金属流时产生的电磁挤压力去除非金属夹杂物。采用活塞流模型,对夹杂物净化效率进行了理论计算。结果表明,增加电流强度、降低金属液流速、降低流束直径可以提高夹杂物去除效率,而降低流束直径还可以缩短夹杂物迁移距离,因此对提高夹杂物去除效果更为有利。采用含碳化硅铝熔体进行了验证实验,证明施加电流能使非金属夹杂物迁移至铝熔体表面。理论计算和实验证明夹杂物的电磁迁移是电熔剂净化技术中的主要机理。

磁场对纳米MnZn铁氧体前驱体形貌的影响

采用SEM,XRD,TEM,TG等手段研究了磁场对共沉淀法制备纳米MnZn铁氧体前驱体形貌及晶态结构的影响。结果表明,随着磁感应强度增大并达到某一临界值时,纳米颗粒形貌由球状向链状转变,继续增加磁感应强度将获得针状、棒状或纤维状的颗粒,10T强磁场下获得棒状颗粒呈现单晶结构。热重分析表明10T磁场下获得的纳米颗粒由于单维尺寸增加而导致活性降低。根据晶体生长理论,讨论了磁场影响纳米颗粒形核和长大过程的机理。

强磁场对锰锌铁氧体前驱体纳米颗粒形貌的影响

在共沉淀制备非铁磁性锰锌铁氧体前驱体纳米颗粒的过程中,分别施加零磁场、弱磁场(0.1～0.7 T)和强磁场(10 T),探讨磁场对非铁磁性锰锌铁氧体前驱体纳米颗粒形貌的影响规律.结果表明,当磁感应强度超过某一临界值时,非铁磁性纳米颗粒由球形颗粒向链状颗粒,然后向棒状或者纤维状颗粒转变.在10 T的强磁场下,纳米颗粒长成长径比很大的纤维状,能谱分析结果表明,纤维状颗粒主要为复合铁氧体,而非单一的沉淀产物.随着反应温度增加、溶液滴加时间延长将使纤维直径降低.

硫化法脱除铜电解废液中As,Sb,Bi的试验

对硫化沉淀法净化铜电解废液进行了条件试验和扩大试验．结果表明，控制适当的条件，采用硫化法能同时将铜电解废液中绝大部分的As，Sb，Bi除去，而对Ni的回收不产生影响．此外，还对硫化渣中的杂质分离方案进行了讨论，从实践的角度证实了硫化法净化铜电解废液的可行性．

离心中间包净化钢液的物理模拟

采用物理模拟的方法,对离心中间包净化钢液的动力学进行了考察。采用低熔点金属液,分别考察金属液柱高度、锥度、磁感应强度、电阻率、磁场分布、屏蔽等对金属液旋转运动的影响。结果表明,增加磁感应强度、提高金属液柱深度、适当增加金属液旋转腔的锥度将有助于获得更高的金属液转速;金属液旋转速度与金属液的电阻率成反比关系。当磁感应强度为14.4mT时,钢液的转速预计可达80r/min;采用活塞流模型计算的夹杂物去除效果表明,100 r/min的钢液转速和钢液1t/min的流量下,直径20μm以上的夹杂物去除效率可以达到70%以上。

金属电磁净化技术中金属液流动的成因分析

本文对行波磁场净化液态金属技术中金属液流动现象的产生进行了模拟试验和理论分析，指出流动产生的根本原因是金属液受力不均匀。对影响电磁力均匀化的几个参数进行了测定和讨论，并提出了相应的抑制流动的措施。

金属净化技术的一种革命性方法——电磁净化法

对目前冶金过程中的新技术———电磁净化技术的原理及发展现状进行了综述对当前的各种电磁净化方案进行了对比分析。

强磁场对电沉积镍铁合金膜显微组织的影响

在电沉积镍铁合金膜过程中施加了不同强度的纵向强磁场,研究了磁场强度对电沉积镍铁合金膜的微观形貌、晶粒取向和成分的影响。结果表明:随着磁感应强度增加,镀层表面晶粒先粗化,然后细化为数百纳米的颗粒层;同时样品截面组织经历了由层状生长转为树枝晶、脊状晶和条状晶的一系列变化;在12 T强磁场下条状晶沿外磁场方向破碎为球状微晶组织;强磁场使样品(111)晶面择优取向,并进一步促进了Fe2+的优先沉积,使样品中铁含量随外加磁场强度的增大而增加,而膜的饱和磁化强度也线性提高。

软接触结晶器电磁连铸中磁场的均匀化

研究了屏蔽片对软接触结晶器中磁场分布的影响，通过对磁场的测定和液态金属成形实验，找出了屏蔽片的不同尺寸对磁场分布影响的定量规律。结果表明，在不改变结晶器切缝数和宽度的条件下，通过加适当的屏蔽片，可使结晶器中磁场分布均匀化。

梯度强磁场下Al-18％Si合金中初晶硅的细化

实验研究了梯度强磁场下Al-18％Si(质量分数)合金中偏聚初晶硅的形貌及晶粒尺寸的变化．无磁场时初晶硅为粗大的板条状或五星状;施加梯度磁场时偏聚初晶硅呈弥散分布的等轴多边形,初晶硅显著细化．当磁化力维持不变时,偏聚初晶硅晶粒尺寸随磁场强度的增大而减小,晶粒数密度随磁场强度的增加而增大．实验结果预示,强磁场影响Si原子扩散．对磁场抑制扩散及初品硅颗粒的受力进行了分析,较好地解释了实验结果．

强磁场下过共晶铝硅合金凝固过程中初晶硅的迁移行为

研究了在磁场梯度约为25T/m条件下不同磁场强度以及磁场强度约为5T时不同磁场梯度对半熔态Al-18Si合金凝固过程中初晶硅迁移行为的影响。结果表明:当磁场强度大于2.3T时,初晶硅开始迁移,但没有偏聚;当磁场强度达到6.6T时,初晶硅发生迁移并聚集,产生明显的聚集层;且随着磁场强度的进一步增大(磁场强度分别增至7.7和9.9T),聚集层的厚度基本保持不变;当磁场强度不变,随着磁场梯度的增大,初晶硅的偏聚量增加,晶粒尺寸变小。并对磁场强度影响初晶硅迁移的机制进行了探讨。

旋转磁场对高硅铝合金凝固过程中相组织演变的影响

研究旋转磁场的励磁电流和旋转频率对高硅铝合金凝固组织的影响,并利用高速摄像机、SEM和EDS对高硅铝合金中硅相及其他金属间化合物形貌的演变进行分析。结果表明,旋转磁场可以抑制高硅铝合金的宏观偏析,细化初晶硅颗粒,形成类共晶组织;随着励磁电流和旋转频率的增大,初晶硅转变方式为长棒状-块状-大块块状团簇,共晶硅转变方式为长针状-蠕虫状-针状:旋转磁场还可以改善A1_2Cu相和A1-Si-Fe相的形貌,使其依附甚至包覆在Si相周围生长,抑制合金熔体中Si相的长大,有助于改善合金的力学性能。

液态金属流速的测量技术

液态金属的非透明性和相对较高的温度,给流速的测量带来了众多困难。为此介绍了几种液态金属的流速测量技术,分析了各种流速测量技术的特点,为在研究和实验中正确地选择和使用合适的测量设备提供依据和参考。