CN1320139C - 金属液多级电磁净化方法 - Google Patents

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Abstract

一种铸造技术领域的金属液多级电磁净化方法，采用多级分离器替换原有的单级分离器，多级分离器由两个或两个以上多通道直孔分离器通过无机高温粘结剂粘结在一起，各级分离器的配置应使得前一级分离器每个通道的中心线位置在后一级分离器中被分离器壁面所占据，而前一级分离通道的中心区域在后一级分离器的相应位置成为临近壁面的区域。本发明通过采用多级分离器替换原有的单级分离器，消除电磁分离的“盲区”，并实现电磁分离的“弱区”向“强区”的转化，大幅度提高感应磁场作用下大体积熔体内夹杂的去除效率。

Description

金属液多级电磁净化方法
技术领域
本发明涉及的是一种铸造技术领域的方法，特别是一种去除金属液中非金属夹杂物的金属液多级电磁净化方法。
背景技术
非金属夹杂物对金属材料的力学性能、结构完整性、加工性能和外观质量都有极大的损害，因此需要在铸造前加以去除。普通的泡沫陶瓷过滤器虽易于使用，但过滤效率不高、效果不稳定；深床过滤或陶瓷颗粒过滤器比泡沫陶瓷过滤器过滤效果好，但运行成本高、维护困难。各种过滤器要想较好地捕获细小夹杂物，必须减小其孔隙尺寸，但带来的问题是过滤器透过率低、金属液流动阻力大、过滤器易于堵塞。电磁净化是一种新型的去除夹杂物的方法，它利用夹杂物和金属液的导电性差异，通过直接或感应的方式施加电磁力场促使夹杂物迅速分离至分离器壁面，然后通过分离器的捕获和固定作用实现夹杂的去除。由于电磁场的高效分离作用，分离器通道尺寸可以远大于过滤器孔隙尺寸而仍能有效捕获微细夹杂物，因此电磁净化方法具有比过滤器更高的夹杂去除效率，同时电磁分离器流动阻力小、不易堵塞、使用寿命长。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利ZL 01142619.5，该专利公开了一种去除铝熔体中非金属夹杂物的方法，采用高频感应线圈和方形孔陶瓷分离器，利用方形分离器横截面内非均布电磁力诱发的熔体二次流动促进内部区域夹杂向外部集肤层传输，弥补交变磁场“集肤效应”的不足，在增大分离器尺寸的同时仍能保持对微细夹杂的高去除效率，提高熔体流量，降低流动阻力，减少分离器堵塞的可能，延长其使用寿命。但该方法中分离器为单级直通孔型，即在流通方向上分离器通道的横截面形状和尺寸没有变化。而对于感应分离装置，由于感应电流的集肤效应，金属液内部电磁力分布很不均匀，从分离器外壁面沿径向到中心的单位体积电磁力大小呈指数衰减。因此单级直通孔分离器的内部区域是电磁分离的“弱区”，处在这一区域内的夹杂向壁面的迁移速度非常缓慢，这在大尺寸分离器的情形下尤为突出。此外，处在分离器轴线上的金属液理论上不受电磁力的作用，此处的夹杂也根本得不到分离，因此分离器内部还存在电磁分离的“盲区”。由于单级直通孔分离器内存在电磁分离的“弱区”和“盲区”，极大地影响了大体积熔体内夹杂电磁分离效率的进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种金属液多级电磁净化方法，使其通过采用多级分离器替换原有的单级分离器，消除电磁分离的“盲区”，并实现电磁分离的“弱区”向“强区”的转化，以大幅度提高感应磁场作用下大体积熔体内夹杂的去除效率。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用多级分离器替换原有的单级分离器，分离器采用与非金属夹杂润湿性较好并能抗金属熔体腐蚀的陶瓷材料制作。多级分离器由两个或两个以上多通道直孔分离器通过无机高温粘结剂粘结在一起。各级分离器的配置应使得前一级分离器每个通道的中心线位置在后一级分离器中被分离器壁面所占据，而前一级分离通道的中心区域在后一级分离器的相应位置成为临近壁面的区域。
上述多级分离器的配置方式既可以是采用相同结构和尺寸的多通道直孔分离器通过旋转一定的角度而使得前后级分离器的通道形成交错分布，也可以通过改变后一级分离器的通道尺寸使得前一级分离器的单个通道在后一级分离器细分为多个通道来实现。
通过采用多级分离器，处在前一级分离器通道中心位置的夹杂在后一级分离器中直接被壁面捕获，而处在前一级分离器通道内部区域的夹杂在后一级分离器中由于处在壁面附近区域从而可以迅速得到分离。由此消除了单级分离器电磁分离的“盲区”，并实现电磁分离的“弱区”向“强区”的转化。
本发明采用的感应磁场既可以是通过螺线管线圈施加的与金属液流动方向一致的轴向交变磁场，也可以是通过线性电机施加的移动方向与金属液流动方向垂直的行波磁场。
本发明具有实质性特点和显著进步，在磁场频率、磁感应强度、金属液流通时间等工艺参数不变的情况下，当金属液连续流过电磁分离器时，采用多级分离器替代单级分离器，可使其中非金属夹杂的电磁分离效率提高20％以上。
附图说明
图1为相同结构和尺寸的多通道方孔分离器通过旋转一定的角度形成的三级分离器的纵截面结构示意图
图2为单级分离器的横截面剖面图
图3为改变分离器通道尺寸形成的两级分离器的纵截面结构示意图
图4为第二级分离器的横截面剖面图
图5为本发明方法原理图
具体实施方式
为更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图及具体的实施例作进一步描述。
实施例1：如图1、图2所示。由3个相同的多通道方形直通孔分离器组成一个三级分离器，其中第二级分离器顺时针旋转45°后与第一级、第三级分离器连接。每个方形通道的横截面尺寸为10mm×10mm。第一级分离器的长度为200mm，第二级、第三级分离器的长度均为50mm。当金属液以20mm/s的速度通过分离器时，相比于长度为300mm的单级多通道方形直通孔分离器，可使其中非金属夹杂的电磁分离效率提高30％。
实施例2：如图3、图4所示。第一级分离器和第二级分离器每个方形通道的横截面尺寸分别为10mm×10mm和5mm×5mm，第一级、第二级分离器的长度均为150mm。当金属液以20mm/s的速度通过分离器时，相比于长度为300mm的单级多通道方形直通孔分离器，可使其中非金属夹杂的电磁分离效率提高20％。
本发明原理如图5所示。假定金属液进入第一级分离器时夹杂物的分布是随机的，在电磁分离作用下，外部区域夹杂很快就迁移至壁面，而内部区域夹杂迁移缓慢，到金属液离开第一级分离器时夹杂的分布将呈现如下特点：内部区域仍含有较多夹杂，而壁面附近夹杂含量较低。此时金属液流入第二级分离器，由于第一级分离器每个通道的中心位置现在被壁面占据，而原本处于分离“弱区”的夹杂在第二级分离器内恰恰处在靠近壁面的“强区”。由此可以预期，夹杂的电磁分离效率将得到大大提高。

Claims (4)

1、一种金属液多级电磁净化方法，其特征在于，采用多级分离器替换原有的单级分离器，多级分离器由两个或两个以上多通道直孔分离器通过无机高温粘结剂粘结在一起，各级分离器的配置应使得前一级分离器每个通道的中心线位置在后一级分离器中被分离器壁面所占据，而前一级分离通道的中心区域在后一级分离器的相应位置成为临近壁面的区域。
2、根据权利要求1所述的金属液多级电磁净化方法，其特征是，多级分离器的配置方式，采用相同结构和尺寸的多通道直孔分离器通过旋转一定的角度而使得前后级分离器的通道形成交错分布，或者通过改变后一级分离器的通道尺寸使得前一级分离器的单个通道在后一级分离器细分为多个通道来实现。
3、根据权利要求1或者2所述的金属液多级电磁净化方法，其特征是，通过采用多级分离器，处在前一级分离器通道中心位置的夹杂在后一级分离器中直接被壁面捕获，而处在前一级分离器通道内部区域的夹杂在后一级分离器中由于处在壁面附近区域从而迅速得到分离。
4、根据权利要求1所述的金属液多级电磁净化方法，其特征是，采用的感应磁场，是通过螺线管线圈施加的与金属液流动方向一致的轴向交变磁场，或者是通过线性电机施加的移动方向与金属液流动方向垂直的行波磁场。
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