铝熔体中磁性杂质颗粒的电磁分离

11 51 11 49 01 66
外侧
Fe
Mn
Si
1121 11 22 01 54
1122 11 22 01 55
1113 11 12 01 54
1108 11 05 01 52
1102 11 01 01 51
0195 01 94 01 49
侧面
Fe
Mn
Si
11 40 11 39 0159
11 43 11 43 0161
表示.
fm = L0mg ra dH, N 式中: L0 为真 空磁导率, H /m; m 为颗粒 的总磁 矩, A# m2; H 为颗粒的背景磁场强度, A /m.
若颗粒的体积不大, 则这就是一个磁力通式.
不仅适合于稳恒磁场, 也可以用于交变磁场, 假设
颗粒是匀质的, 则有
m = VKH 式中: V为颗粒的体积, m3; K 为颗粒的磁化系数,
本文中按照富铁相杂质颗粒的成分配置了两 种合金, 测量了磁化率, 分析了电磁力和磁场力的 作用, 并用静态电磁分离试验验证分析结果.
1 磁性杂质颗粒的受力分析
磁性杂质颗粒在电磁场中受到重力、浮力、粘 滞阻力、电磁力和磁场力的共同作用. 铝熔体中的
第 5期
张 磊, 等: 铝熔体中磁性杂质颗粒的电磁分离
的流体, 称为电磁挤压力, 在匀质的流体中 (尤其
指导电率 ), 这两个力平衡. 但如果此微小单元的
导电率与周围环境的导电率有差异, 平衡就被破
坏, 就会引起相对周围流体的运动.
在金属熔体中电流密度 J和磁通密度 B相互
垂直, 两者相互作用产生电磁力 f= J @B, 由于金
属熔体在电磁力的方向上的运动受到限制, 在熔
对于其中两种典型的杂质颗粒以电子探针分
析其化学成分结果如表 1 所示. 成分分析结果表 明这两种杂质颗粒的成分符合 MnFeA l6 和 MnF e2 S iA l4 这两种物质. 通过自行配置这两种成分的物 质, 并用磁平衡法来测量它们的磁化率. 磁化率测 量结果如图 3所示.
从图 3所示 结果可以 看出, MnF eA l6 和 Mn2 F eSiA l4 这两种金属间化合物在 800 e (电磁净化 的处理温度 )是顺磁性物质, 可以被磁场磁化, 在 磁场力的作用下可以产生定向运动; 铝也是顺磁 性物质, 但是铝的磁化率比 MnFeA l6 和 MnF eSiA l4 的磁化率小 3~ 4个数量级 [ 8] , 被磁场磁化所受到 的磁场力可以忽略不计. 另外, 铝熔体充满整个分 离器, 运动受到限制, 不会有类似其中磁性杂质颗 粒的定向运动.
3 2
R - Rp 2R + Rp
Pd3p 6
f
式中: R、和 dp 分别是金属熔体的电导率、杂质颗
粒的电导率和杂质颗粒的粒径.
112 磁场力分析
磁场中的磁性颗粒被磁化, 并与磁场相互作
用而受到转磁力矩和平动磁力. 通常能够使磁性
颗粒产生定向移动的是平动磁力, 即为磁场力, 可
以不考虑转磁力矩的作用. 平动磁力 fm 可以用颗 粒磁化后的总磁矩与空间磁场梯度的作用结果来
在众多金属净化方法中, 电磁净化法以其高 效、经济、环保的优点越来越引起各国冶金工作者 的重视 [ 1~ 3 ]. 电磁净化是利用洁净的电磁能作用于 净化器中流动的金属熔体, 由于夹杂颗粒和金属熔 体之间存在着导电率和磁化率的差异, 金属熔体会 受到电磁力和磁场力 (驱动力 )的作用, 熔体在受 到驱动力的方向上的运动受到限制, 会在熔体内产 生一定的压力梯度, 而杂质颗粒就会在压力梯度的 作用下产生定向移动, 最终到达净化器壁并富集, 达到净化的目的.
11 16 11 16 0152
11 16 11 16 0154
11 17 11 18 0154
11 20 11 26 0155
4结 论
1)磁性杂质颗粒在电 磁场中受到电 磁力和 磁场力的共同作用.
2 ) MnF eA l6 和 MnF eSiA l4 这 两 种 物 质 在 800 e 是顺磁性物质, 磁场力可 以使其产生定向 运动.
摘 要: 分析了磁性杂质颗粒在电磁场中的受力情况, 采用磁 平衡法 测量了 铝熔体 中两种典 型富铁 相杂质 颗粒的磁化率, 指出铝熔体中的富铁相杂质是顺磁性物 质, 在 电磁场中受 到电磁力和 磁场力的 驱动作 用, 确 定其在分离器上的聚 集方式. 静态电磁分离试验结果 表明, 当 磁场强度 大于 145 mT时, 电磁力 起主要 作用; 当磁场强度小于 120mT时, 磁场力起主要作用. 关键词: 磁性杂质颗粒, 磁化 率, 电磁力, 磁场力, 电磁分离 中图分类号: TF777 文献标识码: A 文章编号: 1005- 0299( 2006) 05- 0524- 03
从表 2的分析结果可以看出, 在电磁力和磁 场力的作用下磁性杂质颗粒聚集到合金样品表面 的不同部位. 当磁感应强度小于 120 mT 时, 磁性 杂质颗粒在分离器的侧面聚集, 这也是磁场力的 作用方向, 而在电磁力的作用方向上磁性杂质颗
粒没有明 显的聚集现象. 当磁感应 强度大于 145 mT时, 磁性杂 质颗粒在分离 器的内侧聚 集, 并且随着磁感应强度的增加富集程度提高, 磁场 力的作用明显减弱. 磁性杂质颗粒的聚集部位与 前面分析的电磁力与磁场力的作用方向一致. 可 见, 在电磁力与磁场力的相互作用下, 当磁场强度 小于 120 mT 时时, 磁场力的作用明显, 磁场强度 大于 145 mT 时, 电磁力的作用较明显.
3)电磁分离过程中, 当磁场强度小于 120 mT 时, 磁场力的作用明显; 当磁场强度大于 145 mT 时, 电磁力的作用较明显.
表 2 不同磁 感应强度下的分离试验结果
内侧
磁感应强度
Fe
Mn
Si
100mT
11 22 11 22 01 55
120mT
11 22 11 21 01 54
145 mT
11 34 11 29 01 57
170 mT
11 42 11 35 01 57
185 mT
11 45 11 39 01 59
200 mT
E lectrom agnetic separa tion of m agnetic im pu r ity par ticles in a lum inum m elt
ZHANG Le,i JIAO wan2l,i W E IH ai2jun, YAO Guang2chun
( School ofM ater ia l andM e tallurgy, Northeastern University, Shenyang 110004, Ch ina)
Abstr act: The forces exerted on the m agnetic impurity particles in electrom agnetic field were ana lyzed in this study. The magnet ic susceptib ility of two k inds of typ ica l iron - rich phase impurity in a lum inum me lt were measured by method of magnetic balance. It was pointed out that they were paramagnetic and driven by elec2 tromagnet ic force and m agnetic force, and the collective method in separator cou ld be confirmed. The results of static e lectromagnet ic separat ing experiments showed that e lectromagnetic force was the ma in force w ith the magnetic flux densitymore than 145mT, bu t the magnet ic force took the main work with the m agnetic flux den2 sity less than 120mT. K ey w ord s: m agnetic impurity partic le, magnetic susceptib ility, e lectromagnet ic force, m agnetic force, elec2 tromagnet ic separat ion
表 1 金属间化合物成分分析结果
元素 Fe Mn Al Si
成分含量 /%
201 48
22172
201 06
22123
591 40
11130
43170
# 526#
材料科学与工艺
第 14卷
3 电磁分离的结果及讨论
为了考察电磁力和磁场力对磁性杂质颗粒的 分离效果, 进行了不同磁场强度下的电磁分离试 验. 试验采用成分为 A l- 1122w%t Fe- 1122% Mn - 0155% S i的合金, 电磁场采用工频电流激励, 试 验开始温度 800 e , 分离时间为 3 m in. 分离后在 样品的不同部位取样, 用原子吸收法分析成分含 量. 取样部位如图 4所示, 利用同样成分的样品在 不同的电磁感应强度的条件下进行了分离试验, 分离试验结果显示在表 2中.
纯数. 所以有
fm = L0 VKH gra dH 这就是稳恒磁场中的磁力公式.
可见, 磁性杂质颗粒在交变磁场受到的磁场
力也具有和稳恒磁场相同的数学表达式. 采用交
变磁场, 磁场方向不断变化, 即磁性杂质颗粒的受 力方向在改变, 但其运动方向不会改变, 只是一个 加速和减速运动交替的过程. 在电磁分离的过程 中, 不论是采用交变磁场还是稳恒磁场, 铝熔体中 存在的磁性杂质颗粒所受到的磁场力的本质和特 性都是相同的, 磁性杂质颗粒在磁场力的作用下 沿着磁感应强度的方向运动, 在分离器的侧面上 聚集.