CN113755891A - 利用脉冲电流密度梯度实现金属熔体净化的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用脉冲电流密度梯度实现金属熔体净化的方法及装置，涉及金属熔体净化技术领域；该方法通过向金属熔体中施加具有10⁴‑10¹⁰A/m³之间的电流密度梯度的非均匀电场，使得熔体中同一非金属夹杂物两端的电流密度差值很大，具有更大的电驱动力，从而实现金属夹杂物的定向迁移，达到净化金属熔体的目的；非均匀电场为脉冲电流电场，平均电流密度为10²‑10⁶A/m²，频率为10Hz‑50kHz，脉宽为1‑500μs，电压为1‑36V，作用时间5min‑24h。本发明提供的技术方案适用于金属熔体净化的过程中。

Description

利用脉冲电流密度梯度实现金属熔体净化的方法及装置

技术领域

本发明涉及金属熔体净化技术领域，尤其涉及一种利用脉冲电流密度梯度驱动金属熔体中非金属夹杂物定向迁移实现熔体净化的方法及装置。

背景技术

随着我国军事及民用科技领域快速发展，对高品质金属材料的需求量越来越大。钢铁作为全球需求量最大的金属材料，被广泛应用于各种领域。钢材的性能和质量与非金属夹杂物直接相关，这些非金属夹杂物会破坏基体的连续性和完整性，降低钢材的塑性、韧性及抗疲劳性。严重时，还会使钢材在热处理过程中萌生裂纹甚至在使用过程中发生断裂。在连铸过程中，钢液中的Al₂O₃夹杂物会严重影响中间包钢液的流动性，在水口附近结瘤堆积，甚至造成水口堵塞。在工业生产中，通过向钢液中添加钙会使Al₂O₃夹杂物变性，生成低熔点且易于上浮的液态夹杂物，能够缓解水口结瘤和堵塞。但是，钙处理方法需要精确控制钙线喂入量和喂入时机，若钙线添加量控制不当，则容易生成CaO·6Al₂O₃，加剧水口结瘤和堵塞。另外，向钢液中添加稀土元素使其与Al₂O₃反应生成稀土氧化物，稀土变质处理后夹杂物会细化、球化，同样能达到降低Al₂O₃夹杂物危害的目的。但由于稀土氧化物尺寸小、数量多、熔点高、密度接近钢液，导致稀土氧化物在钢液中聚集、上浮困难，难以去除，会加剧水口堵塞，阻碍浇注连续性生产。高效率去除小尺寸夹杂物是一个世界性难题，尽管在不计成本的情况下可以将小尺寸夹杂物有效去除，但相关工艺成本过高，这也是高端金属材料价格昂贵的原因之一。以高品质轴承钢为例，钢液在精炼炉中需要长时间静置，严重延缓生产节奏，限制产量。综上所述，针对小尺寸夹杂物，传统熔体净化手段由于驱动力不足和密度差小(ρ_熔体和ρ_夹杂物)的限制难以达到超洁净化生产的目的，且操作复杂，对配套工艺要求严格，因此，探寻一种简便、高效、绿色的去除金属熔体中非金属夹杂物的技术手段就显得尤为重要。

目前，工业中常用的净化金属熔体的技术手段主要包括气体搅拌法、渣洗法、过滤法等。其中,气体搅拌法能够快速地去除大尺寸夹杂物，但对于50μm以下的夹杂物去除效果较差；渣洗法通常需要结合气体搅拌才能达到去除效果；过滤法能够去除尺寸大于20μm的夹杂物，但对设备要求较高且去除效率较低。上述传统方法仅仅对尺寸大于20μm夹杂物作用明显，对20μm以下的夹杂物去除效果并不理想。

对于熔体净化领域，降低夹杂物有效去除尺寸范围是广大冶金工作者一直关注的问题。近几十年来，电流逐渐被应用于改善金属材料结构性能，控制金属熔体中夹杂物迁移与形态演化。专利(CN 102140583 A)公开了一种功率超声场与电场组合作用净化金属熔体的方法，该方法主要是向待净化的金属熔体同时施加功率超声场和直流电场，利用超声波所具有的超声净化效应和电场的电净化效应协同作用,实现金属熔体的高效率快速净化。该方法能够去除多个尺度量级的金属类夹杂和非金属类夹杂，但该方法需要耦合超声场和电场，设备复杂，操作繁琐，且直流电场能耗较高，不契合当前工业绿色发展规划的要求。专利(CN 109732072 A)公开了一种施加同性电荷抑制浸入式水口内壁结瘤的方法，该方法在浸入式水口内壁施加稳定的正向电流，通过电荷间同性相斥的作用力，使夹杂物在浸入式水口内壁的烧结与粘附行为得到限制，进而抑制水口结瘤行为。该方法施加的是直流电场，能耗较高，不符合当前工业绿色发展规划的要求。该方法仅涉及钢液中的氧化铝夹杂物，且仅对铸坯内10μm以上的夹杂物起到显著效果。专利(CN 111906266 A)公开了一种利用脉冲电流抑制稀土钢液浇注水口堵塞的方法，该方法通过施加脉冲电流干预水口内壁与稀土钢液界面的侵蚀反应，提升水口内壁耐稀土钢液腐蚀性，并进一步阻碍钢液中夹杂物粘附水口内壁，抑制水口堵塞行为。该方法仅涉及脉冲电流能够诱发稀土钢液水口表面形成非晶相，保护水口样品表面，减弱稀土元素的腐蚀，未涉及脉冲电流对稀土氧化物的净化效果。文章(“脉冲电流调控金属熔体中的非金属夹杂物”DOI10.11900/0412.1961.2019.00391)总结了电流控制夹杂物的研究现状，分析了未来的研究趋势。该文章仅对采用脉冲电流去除微小夹杂物、净化中间包钢液，抑制水口堵塞的双联操控技术进行展望，并未提及脉冲电流净化钢液和抑制水口堵塞的具体方法。文章中涉及电脉冲抑制铝镇静钢水口堵塞机理，在浇注过程中，钢液中Al₂O₃夹杂物带正电荷，与钢液摩擦后的水口带负电荷，Al₂O₃-C质水口与钢液界面产生电势差提高了钢液与水口的润湿性，加上夹杂物在静电力作用下向水口迁移，结果造成堵塞。施加电脉冲可以降低水口内壁电荷、减弱水口与钢液之间的相互作用，从而抑制浸入式水口堵塞。同时，文章中还涉及利用脉冲电流在均匀电流场下净化镁合金熔体中的非金属夹杂物，仅能够有效去除5μm以上的夹杂物。

通常电流驱动夹杂物定向迁移的研究大部分都基于均匀电流密度的情况，对于非均匀电流密度情况下，夹杂物的迁移却很少被关注。文章(“Electric current-drivenmigration of electrically neutral particles in liquids”DOI 10.1063/1.4869465)研究了脉冲电流对熔体中的电中性夹杂物的净化效果，结果显示，均匀电流场下，电流密度达到10⁶A/m²时，能够有效净化10μm以上夹杂物，净化效率达到90％。文章(“Mathematicalmodeling of electromagnetic separation of inclusions from magnesium melt in arectangular channel”DOI 10.1016/j.matlet.2006.08.012)通过数值计算研究了直流电对熔体中夹杂物去除效率的影响，结果表明，电流密度达到10⁷A/m²时，能够完全去除10μm以上的夹杂物。经过文献调研总结发现，若要求电流对金属熔体中20μm以下的夹杂物起到较好的净化效果，需要电流密度大于10⁵A/m²。尽管增大电流密度能够去除更小尺寸的夹杂物，但依然难以去除10μm以下的夹杂物，并且更高的电流密度必然导致更多的焦耳热，造成更大的能量损耗。

因此，有必要研究一种利用脉冲电流密度梯度驱动金属熔体中非金属夹杂物定向迁移实现熔体净化的方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种利用脉冲电流密度梯度实现金属熔体净化的方法及装置，能够通过在金属熔体中施加特定的脉冲电流，产生具有高电流密度梯度的电场，使得熔体中同一非金属夹杂物两端的电流密度差值很大，具有更大的电驱动力，从而驱动非金属夹杂物定向迁移、聚集，尤其能够去除0.5-3.5μm小尺寸夹杂物，实现净化金属熔体的目的。

一方面，本发明提供一种利用脉冲电流密度梯度实现金属熔体净化的方法，其特征在于，所述方法通过向金属熔体中施加具有10⁴-10¹⁰A/m³之间的电流密度梯度的非均匀电场，促使熔体中的非金属夹杂物在该高电流密度梯度的作用下发生定向迁移，从而达到净化金属熔体的目的。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述非金属夹杂物的尺寸范围在0.5-3.5um之间。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述非均匀电场具体为：在金属熔体中设置两组电极，通过向电极施加脉冲电流的方式获得非均匀电场；脉冲电流的平均电流密度为10²-10⁶A/m²，脉冲频率为10Hz-50kHz，脉宽为1-500μs，电压为1-36V。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述脉冲电流的施加时间为5min-24h。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在熔池固定的情况下，通过调整电极的自身参数以及电极插入熔体的位置、角度和深度实现对电流密度梯度的调整。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述金属熔体为钢液、镁合金和铝液中的任意一种。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述非金属夹杂物为氧化铝、氧化镁、硫化钙、稀土氧化物和复合夹杂物中的任意一种或多种。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，对所述金属熔体进行净化之前先对所述金属熔体进行加热和保温，以保证所述金属熔体处于净化温度且各位置温度均匀。

另一方面，本发明提供一种利用脉冲电流密度梯度实现金属熔体净化的装置，其特征在于，所述装置能够实现如上任一所述的方法；

所述装置包括设于金属熔体内的两组电极，所述两组电极分别与脉冲电源的正、负极连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，每组所述电极均包括若干棒状电极；所述棒状电极的外周缠绕有金属导线。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述棒状电极为铁棒或石墨棒，所述金属导线为铜导线。

与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：与工业中现有的净化金属熔体中非金属夹杂物的方法相比，能够去除密度接近熔体的小尺寸夹杂物。

上述技术方案中的另一个技术方案具有如下优点或有益效果：本发明与其他利用脉冲电流净化金属熔体的方法相比，本发明通过脉冲电流密度梯度驱动小尺寸夹杂物定向迁移。本发明基于电自由能理论，根据非金属夹杂物与金属熔体之间的电导率差异，通过外加脉冲电流在金属熔体和非金属夹杂物之间产生脉冲电场。通过设置在金属熔体端部的两个电极，使金属熔体内产生不均匀分布的电流场，在金属熔体的水平面内产生电流密度梯度，使非金属夹杂物受到垂直于电流方向且指向低电流密度区域的驱动力，借助电流密度梯度驱动小尺寸的非金属夹杂物定向迁移，实现净化金属熔体的目的。

上述技术方案中的另一个技术方案具有如下优点或有益效果：本发明与通过交流电、直流电净化金属熔体的方法相比，脉冲电流为间歇性放电，能耗比直流电更低，脉冲电流电场方向比交流电场更稳定；此外，脉冲电流密度梯度净化技术还具有操作便捷，绿色节能的优点，这有助于提高金属熔炼的效率，实现高品质金属材料的高效生产和规模应用。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一个实施例提供的利用脉冲电流密度梯度实现金属熔体净化的装置结构示意图；

图2是本发明实施例1中提供的实验装置示意图以及不同位置稀土夹杂物的数量密度：(a)插入坩埚的两个电极产生不均匀的电流场，(b)观察样品的位置，(c)未施加脉冲电流，(d)施加脉冲电流；

图3是本发明实施例2中提供的钢液中施加脉冲电流后Al₂O₃夹杂物的分布图。

其中，图中：

1、金属熔体；2、电极棒；3、金属导线；4、坩埚。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

研究表明，在均匀电流场下，金属熔体内的非金属夹杂物两侧存在电流密度差值，这是非金属夹杂物定向迁移的动力来源。实验结果显示，均匀电流场下，脉冲电流对10μm左右的非金属夹杂物去除效率达到90％以上，而对于5μm左右的非金属夹杂物去除效率仅为60％。对于本发明的非均匀电流场，金属熔体内部由于存在升降幅度较大的电流密度梯度，使得非金属夹杂物两端的电流密度差值要比均匀电流场下的高出两个数量级以上，这使得非均匀电流场下夹杂物受到的电驱动力更大，小尺寸夹杂物更容易被电流密度梯度驱动。本发明的实验结果显示，电流密度梯度达到10⁸A/m³,脉冲电流对0.5-1.5μm的夹杂物去除效率达到35％，对1.5-2.5μm的夹杂物去除效率达到71％，对2.5-3.5μm的夹杂物去除效率达到86％；而电流密度梯度达到10¹⁰A/m³时，脉冲电流对0.5-1.5μm的夹杂物去除效率达到59％，对1.5-2.5μm的夹杂物去除效率达到82％，对2.5-3.5μm的夹杂物去除效率达到100％。

因此，本发明基于电自由能理论，根据非金属夹杂物与金属熔体之间的电学性能差异高效去除与熔体密度差小的小尺寸非金属夹杂物。本发明的重点是根据数值计算结果设置电极在金属熔体中的具体位置，使金属熔体中产生特定分布的电流线，使得金属熔体中特定位置处的电流密度梯度达到最大，从而使非金属夹杂物在非均匀电流场下，被电流密度梯度驱动实现定向迁移，进而净化金属熔体。本发明方法高效节能、绿色环保，装置操作简单、灵活便捷，并且对于0.5-3.5μm的小尺寸夹杂物的净化效果明显，这很好地弥补了工业中其它常用的净化金属熔体技术的不足，其在金属熔体净化领域具有巨大的潜在价值。

本发明针对多种金属熔体中非金属夹杂物破坏基体连续性，造成金属材料韧性、塑性、耐蚀性等性能下降的问题，提出一种利用脉冲电流密度梯度驱动金属熔体中非金属夹杂物定向迁移及净化的方法，提高金属材料性能。该方法的内容包括：将指定电极插入金属熔体中并连接脉冲电源，通过数值计算结果设置电极在金属熔体中的具体位置，使金属熔体中产生特定分布的电流线，根据金属熔体与非金属夹杂物电导率的差异，利用脉冲电流密度梯度驱动金属熔体中非金属夹杂物定向迁移，从而达到净化金属熔体的目的。其中，数值计算指的是依据电自由能理论，采用有限差分法，计算金属熔体与非金属夹杂物所构成的体系的电流密度分布。体系的电流密度分布与电极的位置以及坩埚的形状尺寸相关，主要包括电极截面形状(圆形、方形)、电极插入方式(左右平行插入、上下竖直插入)、电极插入的深度、电极倾斜角度、坩埚形状(圆柱形、方形、异形)。本发明所述坩埚形状与真实工况下盛放金属熔体的耐材容器具有一致性，针对不同金属制品熔炼过程中的不同尺寸、形状耐材容器需要进行先期数学建模，计算不同电极放置方式所产生的电流密度梯度分布，进而选择最合适的参数和电极介入方式。理论上，针对体量较大的金属熔体，电极截面形状对电流密度梯度的影响并不明显，但当采用小尺寸耐材容器冶炼稀有高端金属材料时，电极截面形状的影响则不能被忽略。进一步地，电极的插入方式、插入深度、倾斜角度均需根据熔体体量和容器形状进行特殊设计，通常来说，电极周围的电流密度最高，正负电极之间电流密度略低，距离正负电极无限远处电流密度为零。正负电极间距越近，二者之间的电流密度越高，则与无限远处存在更大的电流密度梯度。针对不同体量和形状的熔体，数值模拟计算是前提，可以为后续电极介入提供理论支持，避免不必要的试错工作，提高生产效率。

装置的基本结构如图1所示。

对金属熔体进行净化的具体步骤包括：

(1)将所熔炼的金属切割成相应尺寸的块状，在惰性气体气氛保护下预热。金属熔体1包括钢液、镁合金、铝液等。

(2)采用纯铁棒(或石墨棒)作为电极，电极棒2通过金属导线3分别与脉冲电源正负极连接，金属导线3与铁棒(或石墨棒)的连接方式为金属导线3缠绕铁棒(或石墨棒)并紧固，并通过金属导线3与脉冲电源正、负极连接。金属导线3可以是铜导线。

(3)将金属试样置于坩埚中加热至实验温度，保温一定时间，使金属熔体温度均匀。

(4)将电极棒2插入金属熔体置于坩埚4中，通过调节电极棒2插入金属熔体1的深度，可以实现金属熔体纵截面不同的电流密度分布。接通脉冲电流电源对金属熔体1施加脉冲电流，其脉冲电流的平均电流密度在10²-10⁶A/m²之间，电流密度梯度在10⁴-10¹⁰A/m³之间，脉冲频率为10Hz-50kHz，脉宽为1-500μs，电压为1-36V，脉冲电流的施加时间为5min-24h。

非金属夹杂物包括氧化铝(Al₂O₃)、氧化镁(MgO)、硫化钙(CaS)、稀土氧化物、复合夹杂物等，非金属夹杂物尺寸范围为0.1-50μm。

本发明通过设置电极在金属熔体中的位置，调节金属熔体中脉冲电流线分布，利用电流密度梯度驱动夹杂物在非均匀电流场下定向迁移，实现净化金属熔体的目的，能够有效去除1-3μm的小尺寸夹杂物。其次，通过电流密度梯度驱动夹杂物去除更适合真实工况下对不同体量和形状的熔体进行处理，比如金属熔体连铸工艺中中间包碗口与塞棒之间的异形空间以及各种模铸工艺涉及到的各尺寸及形状的模具。传统的未涉及利用电流密度梯度的除杂方法无法完成上述情况下的洁净化处理，而本发明在考虑熔体体量及形状的前提下，在规则形状或异形熔体中安置一组甚至多组脉冲电极，在其中形成有利于非金属夹杂物去除的多尺度、多维度电流密度梯度分布，促进金属熔体除杂，这与背景技术中所提及的方法存在本质区别。

实施例1：

第一步：选用轴承钢GCr15和稀土金属(Ce:60％～65％，La:30％～35％)。将轴承钢GCr15切割成45mm×45mm×45mm的正方体样品。样品采用2000目砂纸打磨使表面平整，并用丙酮清洗表面油污。

第二步：采用石墨棒作为电极，石墨棒电极尺寸φ10×400mm。石墨棒分别与电脉冲电源的正负极链接，连接导线采用良好电导率的铜线。

第三步：将轴承钢放入尺寸为100mm(长)×45mm(宽)×45mm(深)的矩形坩埚中，并将坩埚置于电阻炉中加热至1550℃，保温60min，使钢液内部温度均匀。在钢液中加入镧、铈稀土金属，其中Ce成分范围为60％-65％，镧La成分范围为30％-35％，添加量为1000ppm。采用压入法将稀土金属块压入钢液中，进行搅拌。

第四步：将电极插入稀土钢液，分别置于坩埚内部两侧，接通脉冲电流电源，脉冲频率为500Hz，脉宽为200μs，平均电流密度为1×10⁵A/m²，电流密度梯度为1.3×10⁹A/m³，电压5V，使电极在钢液中产生不均匀的电流分布，如图2(a)所示，脉冲处理10min。完成脉冲处理后，关闭脉冲电流电源。然后关闭电阻炉，钢水随炉冷却凝固。

第五步：从钢锭不同位置选取15个试样，如图2(b)所示。采用场发射枪扫描电子显微镜(FEG-SEM)进行自动夹杂物分析，对样品中每平方毫米范围内尺寸大于0.5μm的夹杂物进行计数。

如图2(c)所示，未施加脉冲电流，钢液中稀土夹杂物分布相对均匀，数量密度差异不大。图2(d)所示，施加脉冲电流后，夹杂物数量密度从左侧向右侧逐渐递增，最左侧夹杂物数量密度减少了70％左右，最右侧夹杂物数量密度增加了80％左右。脉冲电流密度梯度可以有效驱动1-3μm左右的小尺寸夹杂物定向迁移。

实施例2：

第一步：将铝脱氧钢切割成长度为22mm×22mm×22mm的样品。样品采用2000目砂纸打磨使表面平整，并用丙酮清洗表面油污。

第二步：采用石墨棒作为电极，石墨电极尺寸φ10×400mm。石墨电极分别与电脉冲电源的正负极链接，连接导线采用良好电导率的铜线。

第三步：将样品放入石墨坩埚中，并将石墨坩埚置于感应炉中加热至金属熔化，将铝丝加入到金属熔体中，并搅拌均匀。

第四步：将石墨电极插入钢液，分别置于坩埚内部两侧，接通脉冲电流电源，脉冲频率为1Hz，脉宽60μs，电流密度为1.6×10⁶A/m²，电流密度梯度为1.6×10⁸A/m³，脉冲处理8min。完成脉冲处理后，关闭脉冲电流电源，然后关闭感应炉，钢液随炉冷却凝固。

第五步：炉冷后的样品经过纵向切片和抛光后进行金相检查，采用场发射枪扫描电子显微镜(FEG-SEM)进行自动夹杂物分析，研究颗粒在试样中的分布。

图3(a)和(b)显示了脉冲电流处理前后不同位置Al₂O₃夹杂物的数量与分布，未施加脉冲电流，Al₂O₃夹杂物在样品中几乎均匀分布。施加脉冲电流处理后，样品中部Al₂O₃夹杂物数量显著减少，底部和顶部夹杂物数量明显增加，且能够有效去除3μm以上的Al₂O₃夹杂物。

以上对本申请实施例所提供的一种利用脉冲电流驱动金属熔体中非金属夹杂物定向迁移实现熔体净化的方法及装置，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种利用脉冲电流密度梯度实现金属熔体净化的方法，其特征在于，所述方法通过向金属熔体中施加具有10⁴-10¹⁰A/m³之间的电流密度梯度的非均匀电场，促使熔体中的非金属夹杂物在该高电流密度梯度的作用下发生定向迁移，从而达到净化金属熔体的目的。

2.根据权利要求1所述的利用脉冲电流密度梯度实现金属熔体净化的方法，其特征在于，所述非金属夹杂物的尺寸范围在0.5-3.5μm之间。

3.根据权利要求1所述的利用脉冲电流密度梯度实现金属熔体净化的方法，其特征在于，所述非均匀电场具体为：在金属熔体中设置两组电极，通过向电极施加脉冲电流的方式获得非均匀电场；脉冲电流的平均电流密度为10²-10⁶A/m²，脉冲频率为10Hz-50kHz，脉宽为1-500μs，电压为1-36V。

4.根据权利要求3所述的利用脉冲电流密度梯度实现金属熔体净化的方法，其特征在于，所述脉冲电流的施加时间为5min-24h。

5.根据权利要求3所述的利用脉冲电流密度梯度实现金属熔体净化的方法，其特征在于，在熔池固定的情况下，通过调整电极的自身参数以及电极插入熔体的位置、角度和深度实现对电流密度梯度的调整。

6.根据权利要求1所述的利用脉冲电流密度梯度实现金属熔体净化的方法，其特征在于，所述非金属夹杂物为氧化铝、氧化镁、硫化钙、稀土氧化物和复合夹杂物中的任意一种或多种。

7.根据权利要求1所述的利用脉冲电流密度梯度实现金属熔体净化的方法，其特征在于，对所述金属熔体进行净化之前先对所述金属熔体进行加热和保温，以保证所述金属熔体处于净化温度且各位置温度均匀。

8.一种利用脉冲电流密度梯度实现金属熔体净化的装置，其特征在于，所述装置能够实现如权利要求1-7任一所述的方法；

所述装置包括设于金属熔体内的两组电极，所述两组电极分别与脉冲电源的正、负极连接。

9.根据权利要求8所述的利用脉冲电流密度梯度实现金属熔体净化的装置，其特征在于，每组所述电极均包括若干棒状电极；所述棒状电极的外周缠绕有金属导线。

10.根据权利要求8所述的利用脉冲电流密度梯度实现金属熔体净化的装置，其特征在于，所述棒状电极为铁棒或石墨棒，所述金属导线为铜导线。

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