去除铝熔体中非金属夹杂物的方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN01142619.5	申请日：	2001.12.11
公开号：	CN1363699A	公开日：	2002.08.14
当前法律状态：	终止	有效性：	无权
法律详情：	未缴年费专利权终止IPC(主分类):C22B 9/02申请日:20011211授权公告日:20041006终止日期:20100111\|\|\|授权\|\|\|公开\|\|\|实质审查的生效
IPC分类号：	C22B9/02	主分类号：	C22B9/02
申请人：	上海交通大学;
发明人：	疏达; 孙宝德; 李克; 王俊; 周尧和
地址：	200030上海市华山路1954号
优先权：
专利代理机构：	上海交达专利事务所	代理人：	王锡麟
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内容摘要

去除铝熔体中非金属夹杂物的方法具体如下:(1)、将大孔径、非圆形的直通孔陶瓷过滤器沿轴向置于轴对称感应线圈内;(2)、开启高频电源,通过感应线圈施加交变磁场,磁场频率为15kHz－20kHz,磁感应强度的有效值为0.06－0.2T;(3)、待处理的铝熔体连续地流过陶瓷过滤器,在流经过滤器通孔的过程中,熔体中的非金属夹杂被过滤器壁面捕获,控制熔体的流速,夹杂在过滤器内的平均停留时间,即电磁处理时间为5－20s。本发明具有实质性特点和显著进步,在外加磁感应强度为0.1T、频率为20kHz的磁场中,可以在过滤器单个通孔横截面面积为100mm2左右时,只需大约5s的时间,即可去除熔体中90%以上大于10μm的非金属夹杂。

权利要求书

1、一种去除铝熔体中非金属夹杂物的方法，其特征在于：
(1)、将大孔径、非圆形的直通孔陶瓷过滤器沿轴向置于轴对称感应线圈内；
(2)、开启高频电源，通过感应线圈施加交变磁场，磁场频率为15kHz-
20kHz，磁感应强度的有效值为0.06-0.2T；
(3)、待处理的铝熔体连续地流过陶瓷过滤器，在流经过滤器通孔的过程中，
熔体中的非金属夹杂被过滤器壁面捕获，控制熔体的流速，夹杂在过滤器内的平均
停留时间，即电磁处理时间为5-20s。

说明书

去除铝熔体中非金属夹杂物的方法

技术领域：本发明涉及的是一种铝熔体净化的方法，特别是一种去除铝熔体中
非金属夹杂物的方法，属于金属冶炼专业领域。

背景技术：铝合金中非金属夹杂物的存在有很大的危害性，如破坏基体的连续
性、为疲劳裂纹的萌生提供核心，损害铸件的力学性能，降低熔体的流动性，促进
疏松的形成，形成硬质点、恶化加工性能等。随着铝合金在汽车、电子、包装及航
空航天等领域的应用日益扩大，在铝制品及原材料生产厂家，去除10μm以上夹
杂、提高熔体洁净度水平已成为提高铝合金材料冶金质量的必要环节和关键内容。

传统的熔体净化方法存在着夹杂去除效率不高、稳定性不足、污染环境等缺
点，在净化效果和可靠性方面都有待提高。如重力沉降一般只对大于90-100μm的
夹杂有效；气泡浮选只对大于30-40μm的夹杂的去除较为可靠；过滤技术难以去
除小粒径夹杂(小于10μm)，且过滤效果变化大、过滤器容易堵塞。近年来，电磁
分离技术得到了广泛的研究，其实质是利用外加电磁力场的作用大大提高夹杂的分
离速率，并结合了过滤器捕捉夹杂的能力，因而可以有效、稳定地去除熔体中微米
级的细小夹杂物。经文献检索发现：山尾文孝，佐佐健介，岩井一彦等，固定交流
磁埸を利用した溶融金属中の非金属介在物除去，铁と鋼，1997，vol.83(1)：
30-35。山尾文孝等提出利用螺线管线圈施加高频磁场，采用细圆管束作为分离器
的方案。虽然采用细管可以缩短夹杂到管壁的运动距离、提高分离效率，但却大大
限制了熔体通过圆管的流量，增加了流动阻力，且细管在使用中容易堵塞，因此不
利于实现工业规模的连续处理；但若采用大管径的分离器，又由于高频磁场的集肤
效应，电磁场仅集中在圆管内靠近管壁附近的区域，而在中心区域内电磁作用很
弱，处在这一区域内的夹杂的分离效率受到很大影响。

发明内容：本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，利用分离器横截面内熔
体的二次流动促使中心区域的夹杂向外部区域输运，提供一种去除铝熔体中非金属
夹杂物的方法，在进一步提高夹杂去除效率的同时，可以增大分离器孔径，提高熔
体的流量，降低流动阻力，减少分离器堵塞的可能，延长其使用寿命。

本发明具体方法如下：

(1)、将大孔径、非圆形的直通孔陶瓷过滤器沿轴向置于轴对称感应线圈内；

(2)、开启高频电源，通过感应线圈施加交变磁场，磁场频率为15kHz-
20kHz，磁感应强度的有效值为0.06-0.2T；

(3)、待处理的铝熔体连续地流过陶瓷过滤器，在流经过滤器通孔的过程中，
熔体中的非金属夹杂被过滤器壁面捕获，控制熔体的流速，夹杂在过滤器内的平均
停留时间，即电磁处理时间为5-20s。

本发明通过高频电源和轴对称感应线圈施加交变磁场，采用大孔径、非圆形的
直通孔陶瓷过滤器，并将其沿轴向置于线圈内。待处理的铝合金熔体连续地从过滤
器一端流入，在流经过滤器通孔的过程中，熔体会受到由外部指向孔中心方向的电
磁箍缩力作用，而非金属夹杂由于与熔体存在导电性上的差异，会受到相反方向的
电磁挤压力作用，并向过滤器壁面运动直至被壁面捕获，而从另一端流出的将是洁
净的熔体。计算表明，由于非圆形孔横截面内作用于熔体的电磁力分布不均匀，导
致熔体除沿过滤器通孔的轴向流动外，在横截面上还会产生二次流动，施加的磁场
强度越大、频率越高、孔径越大，二次流动的强度也越大。而理想的圆形孔则不会
产生二次流动。在二次流动的影响下，夹杂的运动轨迹发生了明显的改变，尤其是
对于中心区域的夹杂，由于交变磁场的集肤效应，中心区域电磁力弱，因此仅仅依
靠电磁挤压力的作用很难使其快速运动到外部区域；而在二次流动的作用下，这些
区域的夹杂则可以容易地“跟随”熔体运动到电磁力强的靠近壁面的区域，再在电
磁场的作用下迅速为壁面捕获。由于二次流动的作用，中心区域的夹杂运动到壁面
的时间可以大大缩短，因而分离效率得到显著的提高。

利用和夹杂润湿性较好的陶瓷过滤器作为分离器，可以有效地捕捉运动到分离
器壁面的夹杂，同时在电磁挤压力的作用下，也可以防止夹杂物被二次流动重新卷
入到熔体中。这样通过复合电磁分离、流动传输和过滤吸附等作用，可以在分离器
流通大体积熔体的过程中有效地捕捉其中的微小夹杂，满足工业化连续生产对高质
量铝材的需求。

本发明具有实质性特点和显著进步，在外加磁感应强度为0.1T、频率为20kHz
的磁场中，可以在过滤器单个通孔横截面面积为100mm²左右时，只需大约5s的
时间，即可去除熔体中90％以上大于10μm的非金属夹杂。

附图说明：图1方形孔1/4横截面内作用于熔体的电磁力分布示意图

图2方形孔1/4横截面内熔体的二次流动(速度矢量图)示意图

图3方形孔1/4横截面内中心区域的夹杂在不考虑二次流动作用(虚线)和考
虑二次流动作用(实线)时不同的运动轨迹及到达壁面所需时间(计算结果)示意
图

具体实施方式：如图1、图2、图3所示，结合本发明的内容描述以下实施
例：

采用混有2％体积分数Al₂O₃颗粒的Al-Si合金进行电磁连续处理，其中Al₂O₃的
平均粒径为6μm。采用方孔陶瓷过滤器，其长度为120mm，每个方孔的大小为
10×10mm²。

实施例1：磁感应强度为0.06T，磁场频率为15kHz，平均停留时间为12.5s，
电磁处理后69.6％的夹杂得到去除。

实施例2：磁感应强度为0.12T，磁场频率为17.5kHz，平均停留时间为20s，
电磁处理后96.5％的夹杂得到去除。

实施例3：磁感应强度为0.175T，磁场频率为20kHz，平均停留时间为5s，电
磁处理后98.5％的夹杂得到去除。