富铁相杂质形态对电磁净化铝熔体效果的影响

——试验研究——特种铸造及有色合金

关键词富铁相；变形；净化；规则化

２００５年第２５卷第３期

富铁相杂质形态对电磁净化铝熔体效果的影响

摘要采用加入金属锰来改善铝熔体中富铁相杂质的形态，并研究了ｈｈ的加入量对富铁相形态的影响，确定了当Ｍｎ和Ｆｅ的摩尔比为１．４一１．５时，富铁相的形态变成了较规则的块状形态。并对不同Ｍｈ的加入量的铝合金进行了静态电磁净化试验，试验结果表明富铁相杂质的存在形态直接影响到净化效果，经过形态规则化的富铁相杂质净化效果有明显改善。

中图分类号７巧７７７；代笏

文献标志码Ａ文章编号

１００ｌ一２２４９（２００５）０３—０１３１—０２

电磁净化是一种新型的净化方式，它以其洁净、连形式加入，当茹（Ｍｎ）／石（Ｆｅ）＝０．５～２．０时，每次试验

续、经济和净化范围广等优点受到各国冶金工作者的关注¨叫ｊ。电磁净化利用电磁力驱使金属熔体中的杂质

作定向运动，富集在分离器上从而达到净化的目的。杂

石（Ｍｎ）／菇（Ｆｅ）数值增加０．１，合金在７００℃下保温３

相显微镜下观察，确定变形效果。

ｈ，

以促使富铁相的改变，制得的样品经打磨、抛光后在金

将取得不同变形效果的铝合金作了静态的电磁净化试验以验证其效果。电磁场以工频电流激励，试验开始时温度８００℃，磁感应强度０．２Ｔ，分离时间３

ＩＩｌｉｎ。

质颗粒的运动状态成为研究工作者的研究重点，而杂质本身的形态是影响运动状态的首要因素。现阶段所研

究的电磁分离的各种运动模型、速度模型以及分离效率模型都假设杂质颗粒的形态为球形Ｌ５础ｊ，此类模型对于

氧化物杂质颗粒比较适用，理论计算和试验结果吻合。

对于金属杂质现在还没有普遍适用的模型。熔体中杂

２结果与分析

从显微镜的观察中，发现随着锰铁比例的增加，样品中杂质形态有了很大变化，Ｍｎ加入量的变化对杂质颗粒形态的改变起了关键的作用。当石（Ｍｎ）／戈（Ｆｅ）＝０．５～０．６时，杂质颗粒大部分以长针状和文字状的形

质颗粒在电磁分离过程中受到电磁分离驱动力№Ｊ，在其　余条件都相同的情况下，越不规则的杂质受到的分离力

越小，分离效果越差旧Ｊ。这在分离铝熔体中的富铁相杂质过程中尤为明显。

本试验采用Ｍｎ作为添加剂，通过调节加入量和铝

熔体中铁杂质的相对含量，改善富铁相杂质的形态，改善电磁净化效果。１

态存在，这部分杂质的形态基本上未发生改变，样品中未发现由于成分不均而引起的锰偏析现象，说明锰和富铁的杂质颗粒会结合在一起，此时Ｍｎ含量低，针状铁

相结合Ｍｎ元素共同生长，熔体中原有的针状铁相是富铁相生长的最主要核心，Ｍｎ主要也是依附于此进行生长，但还未等到富铁相起变化，就消耗完毕，并未起到改

试验

采用ｍ一１．０Ｆｅ一０．５Ｓｉ合金为原料，锰以中间合金的

变杂质颗粒形态的作用（见图１ａ）。

收稿日期：２００４—１２—１８

基金项目：国家重点基础研究发展规划项目（Ｇ１９９９０姗一４）

第一作者简介：张磊，男，１９ｒ７７年出生，博士研究生，东北大学１１７信箱，沈阳（１１０００４），电话：０２４—８３６８“６２，Ｅ—ｒＩｌａｉｌ：ｊｗｌ２１７７＠１６３．ｃ∞

Ａ１．ＮｉＡＵｏｙｓ．Ａｃｔａ

Ｍａｔｅｒ．，１９９７，４５（５）：２１５５～２１６２

４结论

（１）常规凝固下Ｎｉ．灿系３种包晶合金在包晶转变时均出现了约３０℃的过冷，包晶反应受到很大程度的

２巴发海，沈宁福．快速凝固Ｎｉ．Ａｌ合金中的组成相．金属学报，２００１，３７

（８）：８４６～８５ｌ

３

ｓｈｅｎ

Ｎ

Ｆ，７ｒ蚰ｇＹ

Ｌ，Ｌｊ卸ｇＣＨ

ＡＵｏｖｓ

ｅｔ

ａ１．ＰＩｌａｓｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅ

ｏｆｍＩｐｉｄｌｙＳｏｌｉｄｉｆｉｅｄ灿一

ｒｉｃｈＮｉ．ＡｌＰｒｅｃｕｒｓｏｒ

ｆ矗Ｃａｔａｌｖ啦．Ｐｒｏｃ．ｔＩｌｅ‘Ｉｈｉｒｄ腿ＩＣＭ咖ＡｄｖａＩｌｃｅｓ

４０５～２４１２

Ｍａｔｅｒｉａｌａｒｌｄ

ＰｌＤｃｅｓｓｉＩ壤．Ⅵ‰ｍ即ｄａｌｅＵＳＡ，１９９８：２

Ｈ，“ＪＮｉ—ｍ

抑制，而共晶反应却与平衡凝固相同。

（２）常规凝固条件下的包晶反应影响了凝固进程，

造成了最终的凝固组织中先初生相、包晶相、富Ａｌ相和

４ｓｈｅｎ

ＰＩｌａｓｅ

ＮＦ，“ａＩＩｇＣＱ

ｅｔ

ａ１．Ｅ任＆ｔｓ

０ｆ

Ｓ０ｌｉｄｉｆｉｃａＩｉｏｎＩ（ｉｎｅｔｉｃｓ伽ｔｈｅ

ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

Ｃ０Ⅱ岬ｉｔｉｏｎｉｎ

Ｈ，ＢａｔＩｌ

Ｓｙｓｔｅｍ．Ｊ埘ｌｍａｌ０ｆ珏ｅｎｇｚｈｏｕ

ａ１．Ｋｉｎｅｔｉｃ０ｆ

ｏｆ

ｋｈ

ｎｏｌｏ鼾，２０００，２１（２）：１～８

５

ＡｓｓｉｄｉＭ，ＧｒｅｅｒＡＬｅｔ

Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉ伽ｏｆＩｎｔｅⅡｒｌｅｔａｌｌｉｃ

共晶相４种组织共存的现象。

参考文献

ｌ

Ｐ０ｌｅ

ＣｏｒｒＩｐｏｌｍｄｓｉｎｔｌＩｅＮｉ—ＡｌＳｙｓｔｅｍ．ＡｃｔａＭ砒ｅｒ．，１９９８，４６（２）：４９１～４５４

（编辑：刘

ｉｎ

卫）

ｃ，Ｄｙｄｅｒ

Ｐ

Ｌ．ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅａｎｄＱｕａｓｉｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＰ｝ｌａｓｅｓＲ叩ｉｄｌｙ鲥ｉｄｉｆｉｅｄ

万方数据

１３１

——特种铸造及有色合金２００５年第２５卷第３期

随着Ｍｎ含量的进一步增加［石（Ｍｎ）／菇（Ｆｅ）＝０．７。ｏ．９］，杂质颗粒的形态出现改变，长针状的杂质形态有

粗化现象出现（见图ｌｂ）。有些文字状富铁相中间的空

过多的加入锰［ｚ（Ｍｎ）／名（Ｆｅ）＝１．６～２．ｏ］，富铁相晶体的长宽比加大，开始出现不规则的现象（见图１ｄ）。

当算（Ｍｎ）／∞（Ｆｅ）＝２．０时，则出现了大量Ｍｎ偏析，同时

隙出现填充现象，它们分布均匀，可见一定量的锰的加入会使富铁相杂质颗粒的形态发生根本性的变化，富铁

相的形态开始出现规则化的趋势。

伴有大量文字状富铁相（见图１ｅ）。说明一味提高Ｍｎ的加入量，不但不能使剩余的针状铁相变化，反而会使富铁相变得异常粗大和不规则，此时不仅没有改变富铁相杂质颗粒的形态，反而增加了杂质总量。从以上观察分析可知，过多、过少地加入Ｍｎ都不会起到改善杂质颗粒形态的作用，以髫（Ｍｎ）／戈（Ｆｅ）＝１．４～１．５为宜。这种改变会提高电磁分离的效果。

对戈（Ｍｎ）／ｘ（Ｆｅ）为０．５、１．０、１．５和２．０的合金样品进行了静态电磁分离试验，分别在分离通道的外侧和内侧取样分析成分，结果见表１。

当Ｍｎ的加入量多于杂质铁的含量时［菇（Ｍｎ）／戈（Ｆｅ）＝１．ｏ一１．５］，长针状的富铁相杂质相基本消失，取而代之的是较规则的块状、球团状晶体，而且随着锰含量的增加，这种趋势更加明显。当戈（Ｍｎ）／茗（Ｆｅ）＝

１．４或１．５时，块状和球团状的晶体大量出现（见图１

ｃ）。同时伴有少量的文字状晶体，分布均匀，尺寸细小。说明通过加人金属锰来改变富铁相杂质颗粒形态的方

法是可行的。但是不能根本抑制不规则富铁相的出现。

（ａ）ｚ（№）／ｘ（Ｆｅ）＝Ｏ．５

（ｂ）ｘ（ＭｒＩ）／ｘ（Ｆｅ）＝Ｏ．８

图１

（ｃ）ｚ（Ｍ１１）／ｚ（Ｆｅ）＝１．５

（ｄ）ｘ（Ｍ１１）／ｚ（Ｆｅ）＝１．７

（ｅ）ｘ（Ｍ１１）／ｘ（Ｆｅ）＝２．Ｏ

不同石（Ｍｎ）／并（Ｆｅ）值富铁相的形态

％

表１不同加№量合金分离结果

相关。对于铝熔体中的富铁相杂质来说，加入锰可以改善其析出形态，但是过多或过少的加入量都会影响杂质的变形效果，调节茹（Ｍｎ）／茹（Ｆｅ）为１．５左右，此时富铁

相的形态以规则的块状和球团状为主。电磁分离试验结果表明当ｘ（Ｍｎ）／名（Ｆｅ）为１．５时，富铁相的分离效果

Ｏ１ｌ２

５

Ｏ５０

０ＯＯＯ

Ｏ０１

０ＯＯ

０Ｏ

孵∞加帅

１

∞ｇ｛ｕ盯Ｏ

趵鼹弱船

ｌｌ

Ｏ０

ｍ殂＝８抖

２

研ｍ卯挖

Ｏ

ｍ酡甜矾

最好，这和改善杂质颗粒形态试验的结论是一致的。

参考文献

１康积行．铝液净化的关键限制因素．特种铸造及有色合金，２００２（４）：３１

～３４２

当ｚ（Ｍｎ）／戈（Ｆｅ）＝０．５时，富铁相的电磁分离效果不明显，很明显针状和文字状的形态不利于运动，不规则的形态导致不良的分离效果。当戈（Ｍｎ）／戈（Ｆｅ）＝１．０时，富铁相形态有所改善，电磁分离的效果也有所提高。

３

Ｍ肿ｄＧ．ＥｌｅｃｔＩｍｎａ印ｅｔｉｃ

１９９０，（３０）：１～８

Ｐｒｏｃ髑ｓｉｎｇ

０ｆＬｉｑｕｉｄ

Ｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎ

Ｅｌｌｍｐｅ．ＩＳＵ，

当并（Ｍｎ）／戈（Ｆｅ）＝１．５时，大部分富铁相的形态变得比

较规则，此类形态在金属熔体中运动阻力小，电磁分离的效果比较明显。当ｚ（Ｍｎ）／戈（Ｆｅ）＝２．０时，富铁相形

态转而恶化，变得异常粗大，成片状，文字状形态的杂质

４

ＫｏＪ跚ｌｉｃｈｅｆｋｏ．ＥＩ∞咖艘ｌ舯ｅｔｉｃｎｏｃｅ鹳ｉｎｇｉｎＬｉｑｔｌｉｄＭａ￡鲥ｄｉｎｔＩｌｅＵ豁ＲａｎｄＥ鹪ｔＥⅢｏｐｅａＩｌＣｏ呻研器．ＩＳＵ，１９９０（３０）：８—２６

ＸｕＺＭ，ⅡＴＸ，ＳｌｌｕＤｅｔａ１．日ｅｃ啪ｍ蟒烈ｉｃＦｉｌｔｒａ６伽ｏｆＰｄｍａｗ阽ｒｉｃｈＰｈａｓｅｆｍＩｎ灿一Ｓｉ

ＡＵ０ｖＭｅｌｔ．Ｊ．Ｍｄｔｅｒ．ｓｅｉ．‰ｌｌＩｌ０１．，２００ｌ，１７（３）：３０６—３ｌＯ

颗粒又大量出现，直接降低了分离效果。可见电磁分离效果和杂质颗粒的形态密切相关，将不规则的杂质颗粒进行改形，使其规则化，是电磁净化的前提条件。否则，需要大幅加强磁场强度，这会大大增加电磁场发生设备

的体积和能源的消耗。３

５蒋海燕，孙宝德，倪红军等．铝合金熔体净化工艺．特种铸造及有色合

金，２００ｌ（２）：４８～４９６Ｅｌ—Ｉ（ａｄｄａｌＩＮ．舢ｌｐａｒａｔｕｓ∞ｄＭｅｔｈｏｄｆｏｒＩｒＩ】ｐｍｖｅｄＦｉｌｔ嘣ｉ∞０ｆＩＩｌｃｌｕｓｉ０｜Ｉ瓜ｍ

ＭｏｌｔｅｎＭｅｔ８１．Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅ呲４９０９８３６．

７

Ｋｅｎ吼ｌｋｅ

Ｓ，‰ｔａ【ａＹ．Ｓｅ∞珀ｌｉ∞０ｆ

Ａ

ＩｎｃｌｕｓｉｏｎＲＩｒｔｉｃｌｅｓｆｈｎ

ＩｊｑＩｌｉｄ

Ｍｅ“．

０ｆＮｅｌｌ．

８

砌蹦ｃｌ∞．晒ｅｎｃｅｓ，１９５３，１１７（６）：１３４～１３７

ＥＬＫａｄｄａＮ，Ｐａｔｅｌ

ｎｅＳｅｖｅｎｔｌｌｓｙＩｌ聊商ＩｌＩＩｌｏｆⅡＷ．ＰａＩｒｉｓ，１９９７．

ＫｏｈＡ．ＡｎⅡｅｃｔｌｏｍ珊ｅｔｏｌ【ｉ衄ｅｔｉｃｓＰｈｅｎ鲫料啪ｈｌｖｏｌｖｉｎｇ

Ｍｉ耐ｉ０Ｉｌ

９

Ｄ，１１ｌｉｎｉ啪ＴＮ．７Ｉｈｅ日ｅｃｔｒｏｍ岬鲥ｃ

ｏｆＭ０ｌｔｅｎＡｌｕ—

ＩＴｌｉｎ岫Ｕｓｉｎｇ

ａｌｌ

Ｉｎｄｕｃｅｄ．ｃｕⅡ∞ｔＳｅｐａｍｔｉ∞．ＪｏＭ，１９９５（５）：４６—４９

结论

电磁分离效果和金属熔体中杂质颗粒的形态密切

１３２万方数据

【编辑：陈渭臣）

内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看

富铁相杂质形态对电磁净化铝熔体效果的影响

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

张磊， 焦万丽， 蔚海军， 姚广春， Zhang Lei， Jiao Wanli， Wei Haijun， YaoGuangchun东北大学

特种铸造及有色合金

SPECIAL CASTING & NONFERROUS ALLOYS2005,25(3)5次

参考文献(9条)

1.Kensuke S;Humitata Y Separation of Inclusion Particles from Liquid Metal 1997

2.El-kaddah N Apparatus and Method for Improved Filtration of Inclusion from Molten Metal3.蒋海燕;孙宝德;倪红军 铝合金熔体净化工艺[期刊论文]-特种铸造及有色合金 2001(02)

4.EL-Kadda N;Patel A D;Thinium T N The Electromagnetic of Molten Aluminum Using an Induced-currentSeparation 1995(05)

5.Kolin A An Electromagnetokinnetics Phenomenon Involving Migration of Neutral Particles 1953(06)6.Xu Z M;Li T X;Shu D Electromagnetic Filtration of Primary Fe-rich Phase from Al-Si Alloy Melt[期刊论文]-Journal of Materials Science and Technology 2001(03)

7.Kolesnicherko Electromagnetic Processing in Liquid Material in the USSR and East EuropeanCountries[外文期刊] 1990(30)

8.Marcel G Electromagnetic Processing of Liquid Materials in Europe 1990(30)9.康积行 铝液净化的关键限制因素[期刊论文]-特种铸造及有色合金 2002(04)

引证文献(5条)

1.葛维燕.疏达.孙宝德 再生铝合金除铁述评(续)[期刊论文]-资源再生 2009(4)

2.葛维燕.疏达.高建卫.曹新乐.刘俊东.崔华清.孙敏.王俊.孙宝德 再生铝合金除铁述评[期刊论文]-铸造 2008(3)3.尤晶.王耀武.冯乃祥.杨明生.武小雷.狄跃忠.杜金晶 稳恒电磁场对铸造用共晶铝硅合金中铁相的影响研究[期刊论文]-稀有金属与硬质合金 2008(1)

4.张磊.焦万丽 Al-Si合金熔体中磁性杂质颗粒的电磁分离[期刊论文]-特种铸造及有色合金 2006(1)5.郭庆涛 铝合金高频磁场电磁净化试验研究[学位论文]硕士 2005

本文链接：http://wendang.chazidian.com/Periodical_tzzzjyshj200503002.aspx