熔体净化
论述铝合金的熔体处理
论述铝合金的熔体处理1 前言铝及铝合金因其优异的性能被广泛应用于航天、航空、交通运输、建筑、包装、电子、印刷、装饰等众多国防和民用领域。
在金属材料中，铝合金的应用范围和用量仅次于铁，约占有色金属用量的1/3，随着铝及铝合金的大范围应用，对其性能要求也越来越高、越来越多样，而铝及铝合金的良好性能与其熔炼铸造是分不开的。
熔铸是铝加工的第一道工序，为后序的轧制、锻造、挤压等生产提供锭坯，铸锭质量的好坏直接与各种铝材的最终质量紧密相关，故要获得良好的构件，必须从熔体处理开始。
铝合金熔体净化处理是生产高质量的铝铸件的基本保证措施之一，也是提高铝合金综合性能的主要手段之一，对疏松、气孔、夹杂等的形成有重要影响，而且直接影响铝铸件的物理性能、机械性能以及使用性能。
2 熔体净化方法所谓净化处理就是就是采用各种措施使铝熔体中不希望存在的气体与固态物质降到所允许的范围以内，以确保材料的性能符合标准或某些特殊要求。
铝合金净化方法按其作用机理可分为吸附净化和非吸附净化两大基本类型。
2.1 吸附净化吸附净化主要是利用精炼剂的表面作用，当精炼剂（如各种气体、液体、固体精炼剂及过滤介质）在铝熔体中与氧化物夹杂或气体相接触时，杂质或气体被精炼剂吸附在其表面上，从而改变杂质的物理性质，随精炼剂一起被除去，以达到除气除杂的目的。
吸附净化的方法主要有：浮游法、熔剂法、过滤法等。
(1)浮游法浮游法也叫气体吹洗法，它是将气体通入到铝熔体内部，形成气泡，熔体中的氢在分压差的作用下扩散进这些气泡中，并随气泡的上浮而被排除，达到除气的目的。
浮游法主要包括惰性气体吹洗、活性气体吹洗混合气体吹洗以及氯盐净化等。
无毒精炼剂主要由硝酸盐等氧化剂和碳组成，在高温下反映生成氮气和二氧化碳都能起到精炼作用，由于其不产生刺激性气味的气体且精炼效果也好从而得到广泛应用。
(2)溶剂法熔剂法是在铝合金熔炼过程中，将熔剂加入到熔体内部，通过一系列物理化学作用，达到除气除杂的目的。
铝加工坯料的熔体净化方法探讨
铝电解槽温度一 般在 ９ ５ ６℃左右 ， 铝液温度在 ９０ ３ ℃左右 ， 即便是真空包 吸出运输到铸造车 间， 电
解铝液温度仍然保持 在 ８ ０ ０ ℃熔体。有利于 ６ ～９０
添加 合 金原 料 和废 品冷 料进 行合金熔 炼 ， 降低 能耗 ， 但是 ， 高熔 体容 易 氧化 造渣 。
关键词 ：电解铝液 ；铝合金熔体 ；净化方法
铝加 工坯料 的特属性
１ １ 温 度高 ．
仅是熔炼炉去除的部分夹渣。 １３铝熔体不可避 免的会含有 Ｈ 、 ２ Ｃ 、 ２ ２０ 、 ｏ Ｎ 等气体 ， 主要是 Ｈ 、 ２ ２ｏ
和 Ｎ 三种气体 ， 中 Ｈ 占 ８ ％以上。特另 是吸出 ２ 其 ２ ５ 倒入敞 口包或熔炼炉中后与空气的接触 ， 使得空气 的水分和氮气与铝液发生反应 ， 使得液 体 中的 Ｈ ２
料一熔炼炉熔炼一一次精炼净化一搅拌扒渣一取样 分析一化学成分调整一导人静置炉一二次精炼净化 扒渣一成 品样化学分析一溜槽一炉外在线精炼净化
一
在线调制处理（ 晶粒细化 ） 一过滤箱过滤净化一前
・
２ ・ ６
铝
镁
通
讯
２０ ０ ８年 №３
箱一结晶器或铸嘴一连续铸造或铸轧一取样一质量
检 测一 合 格 品包 装一 产 品入库 。 从上 述 流程 可 以看 出 ， 体 的净 化 处 理 共计 四 熔 次， 即熔 炼炉 、 置炉 的精 炼净 化 和炉外 在线 精炼 净 静 化 以及 过滤 箱过 滤 净 化 ， 见 铸 锭生 产 过 程 中熔 体 可 净化 的重要 作性 。
检测分 析 电解 原铝 中所含 的夹渣 物 主要组 成为 ：
Ａ ２ ３ ９ ％ ； ３ Ｆ ： ．８ ； ａ ２ １ ５ ％ ； Ｆ ： Ｉ ： １ ＮａＡ１６ １ ３ ％ Ｃ Ｆ ： ．５ Ｍｇ ２ ０
稀土在镁合金中的主要作用与效果
稀土在镁合金中的主要作用与效果1、熔体净化作用稀土元素在镁合金熔体中具有除氢、除氧、除硫、除铁、除夹杂物的作用，达到除气精炼、净化熔体的效果。
2、熔体保护作用镁合金在熔炼过程中极易氧化燃烧，目前工业生产镁合金一般采用熔剂覆盖或气体保护法熔炼，但都存在不少缺点，如果能够提高镁合金熔体自身的起燃温度则有可能实现镁合金大气下直接熔炼，这对镁合金的进一步推广应用意义重大。
稀土是镁合金熔体的表面活性元素，能够在熔体表面形成致密的复合氧化物膜，有效阻止熔体和大气的接触，大大提高镁合金熔体起燃温度。
3、细晶强化作用稀土元素在固液界面前沿富集引起成分过冷，过冷区形成新的形核带而形成细等轴晶，此外稀土的富集使其起到阻碍α2Mg晶粒长大的作用，进一步促进了晶粒的细化。
根据Hall2Petch公式，合金的强度随晶粒尺寸的细化而增加，并且相对体心立方和面心立方晶体而言，晶粒尺寸对密排六方金属强度影响更大，因此镁合金晶粒细化产生的强化效果极为显著。
4、固溶强化作用大部分稀土元素在镁中具有较高的固溶度，稀土原子溶入镁基体中，增强原子间的结合力，使基体产生晶格畸变;稀土元素固溶强化的作用主要是减慢原子扩散速率，阻碍位错运动，从而强化基体，提高合金的强度和高温蠕变性能。
5、弥散强化作用稀土与镁或其他合金化元素在合金凝固过程中形成稳定的金属间化合物，这些含稀土的金属间化合物一般具有高熔点、高热稳定性等特点，它们呈细小化合物粒子弥散分布于晶界和晶内，在高温下可以钉扎晶界，抑制晶界滑移，同时阻碍位错运动，强化合金基体。
1.1.6 时效沉淀强化作用稀土元素在镁中所具有的较高固溶度随温度降低而降低，当处于高温下的单相固溶体快速冷却时，形成不稳定的过饱和固溶体，经过长时间的时效，则形成细小而弥散的析出沉淀相。
析出相与位错之间交互作用，提高合金的强度。
6、时效沉淀强化作用稀土元素在镁中所具有的较高固溶度随温度降低而降低，当处于高温下的单相固溶体快速冷却时，形成不稳定的过饱和固溶体，经过长时间的时效，则形成细小而弥散的析出沉淀相。
金属熔炼与铸锭 第五讲 有色金属及合金熔体的净化
与悬浮状态的夹渣相遇时，夹 渣便可能被吸附在气泡或熔剂 表面而被带出熔体。
驱动力：界面能降低
润湿角
θ<90° 能够吸附或润湿 θ>90°吸附或润湿较弱
熔剂滴(或气泡)与固体夹渣间吸附时的能量条件
除渣精炼
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
吸附作用—熔剂
根据夹杂物与金属熔体的相对比 重不同，可分别采用上熔剂法和 下熔剂法。
上熔剂法：夹渣的比重小于金 属熔体，多聚集熔池上部及表面 ，此时应采用上熔剂法。(重有 色金属及钢铁)
方法四：氧化除气
同时存在于铜液中的氢和氧有一定的比例关系，氧 化法除氢就是有意识提高熔体中氧含量，降低氢含量。
举例说明
向铜液中吹入氧气，大量的铜将被氧化：
4Cu+O2=2Cu2O 生成的Cu2O溶于铜液中，随后Cu2O又与铜液中 的氢发生反应：
Cu2O+2[H]=2Cu+H2O↑
本方法仅适用于紫铜的精炼
下熔剂法：夹渣的比重大于金 属熔体，采用下熔剂法。(镁及 镁合金)
全熔剂法：熔剂均匀分布于熔 体中。(铝合金)
熔剂法除渣示意图 (a)上熔剂法；(b)下熔剂法
1－熔剂；2－熔剂夹渣
除渣精炼
影响吸附的因素
熔剂的吸附能力取决于化学组成。 对铝合金，在其他条件相同时，氯化物的
吸附能力比氟化物好； 碱金属氯化物比碱土金属好； 氯化钠和氯化钾的混合物比纯氯化物好； 在氯化钠和氯化钾的混合物中加入少量氟
解决措施
精心备料、严格 预防 控制熔化、采用
覆盖剂 在熔炼后期进行 补救 脱气精炼，降低
熔体中气体含量
脱气精炼
目的与方法
目的：脱除溶解于金属中的气体。
脱气途径
铝及铝合金的熔体净化及晶粒细化
铝及铝合金的熔体净化和晶粒细化摘要：综述了铝合金熔体净化的技术特点，重点分析了气泡浮游法、过滤法、熔剂法等几种常见的熔体吸附净化方法的工作原理和工艺改进，介绍了新型的旋转脉冲喷吹工艺、超声波净化工艺和电磁净化工艺，并展望了熔体净化工艺研究发展的趋势；综述了晶粒细化剂的发展历史及细化剂的细化机理和各种细化剂的比较，并着重介绍了新一代的Al-Ti-C晶粒细化剂。
关键词：铝合金；熔体净化；细化剂；细化机理1综述近年来铝合金材料大致向两个方向发展：一是发展高强高韧等高性能铝合金新材料，以满足航空航天等军事工业和特殊工业部门的需要；二是发展一系列可以满足各种条件用途的民用铝合金新材料。
与国外相比，我国铝合金研究的整体水平还比较落后，基础理论研究和技术装备水平及其完善程度都与国外的差距很大。
目前，铝合金研究的重点之一是研究和采用各种先进的熔体净化与变质处理方法，去除铝液中的气体和夹杂物，降低杂质含量，提高铝熔体的纯度，细化铝的晶粒从而改善铝合金的性能。
这也是可持续发展战略中废铝回收亟待解决的技术难题。
熔体净化是保证铝合金材料冶金质量的关键技术，引起企业界的广泛关注。
铝合金熔体净化的目的，主要是降低熔体中的含气量和非金属夹杂物含量。
对熔体纯洁度的要求，一般铝合金制品的含气量应小于0.15ml/100gAl，特殊的航空材料要求在0.10ml/100gAl以下；钠含量应在5ppm以下；非金属夹杂物不允许有1～5Lm尺寸的颗粒和聚集物，夹杂物含量越低越好。
可见，对铝合金熔体的纯洁度要求是非常严格的。
要达到上述要求，需采用各种先进的净化处理技术。
铝及其合金组织的微细化，可显著提高铝材的力学性能和加工工艺性能。
晶粒细化处理是使铝及其合金组织微细化，获取优质铝锭，改善铝材质量的重要途径。
铝加工工业的迅速发展促进了各种铝晶粒细化剂的开发与生产。
本文将在初步总结和分析国内外熔体净化和晶粒细化剂生产实践及文献资料的基础上，较全面地讨论各种铝合金熔体净化技术及其发展趋势，讨论各种晶粒细化剂及发展趋势。
下行波磁场在熔体净化中的应用
下行波磁场在熔体净化中的应用熔体净化是一种关键的金属加工工艺，用于去除熔体中的杂质和氧化物，提高金属的纯度和均匀性。
在熔体净化中，下行波磁场已被广泛应用。
下面将介绍下行波磁场在熔体净化中的应用。
1. 下行波磁场的基本原理下行波磁场是一种非常特殊的磁场，它由电流在铜管内的自感诱导产生。
在下行波磁场中，磁场强度呈螺旋形，有一个明显的方向，因此具有单向性。
当金属熔化时，下行波磁场可以通过金属内部流动，并产生涡流。
金属中的涡流会使杂质和氧化物聚集在涡流内部，从而净化金属。
下行波磁场已被应用于许多特定金属的熔体净化过程中，例如铝合金、铜、镍和钛等。
下行波磁场的应用不仅可以提高金属的纯度和均匀性，还可以提高生产率和节约能源。
2.1 铝合金熔体净化在铝合金熔体净化中，下行波磁场可以有效地去除熔体中的气泡和杂质。
铝合金熔化温度相对较低，熔体中存在大量气泡和氢气。
这些气泡和氢气容易污染铝合金，降低其质量。
下行波磁场的单向性可以引导气泡和氢气沿磁场方向运动，从而使它们聚集在熔体表面。
此外，由于下行波磁场强度呈螺旋形，可以使铝合金熔体中的杂质聚集在涡流内部。
这样可以使熔体中的杂质浓缩，从而更容易去除。
铜熔体净化需要去除熔体中的氧化物、硫化物和杂质，以提高铜的纯度。
在铜熔体中，下行波磁场可以产生涡流，这些涡流可以将杂质和氧化物聚集在涡流内部。
涡流内部的磁场也可以使氧化物还原，从而净化铜熔体。
此外，下行波磁场的单向性可以使液态铜中的氧化物和纯度不同的铜分离，从而提高铜的纯度和均匀性。
此外，下行波磁场还可以提高金属的均匀性和晶粒度，从而提高其材料性能。
3. 结论下行波磁场在熔体净化中具有广泛的应用，具有净化金属的高效性和经济性。
尽管下行波磁场的应用受到金属内部形状和液流等因素的影响，但它仍然是一种非常有前途的熔体净化技术。
随着熔体净化技术的发展，下行波磁场将会发挥更重要的作用。
铝及铝合金熔体净化处理
铝及铝合金熔体净化处理铝料的表面都有一层厚薄不均的氧化膜，有时还吸附水分，夹杂灰沙，粘有油污，涂有油漆等。
在熔化时，铝料在高温环境中进一步氧化，氧化膜厚度增加，并与气氛中的水分起化学反应，生成氧化铝和氢，使氧化夹杂和气体含量增加。
所以，铝料熔化以后，必须进行净化处理，以清除铝液内部的杂质和气体。
用于净化铝液的物质统称为熔剂。
熔剂在室温多数是固体或气体，也有个别熔剂是液体，如CCl4。
固体熔剂的优点是体积小，容易运输和储存，但都具有较强的吸湿性，必须密封包装。
为了提高固体熔剂的净化效果，可将熔剂压紧成紧密小块用铝箔包裹，放入长柄的钻孔容器内插入熔池底部。
对以NaCl和KCl的混合盐为基体的熔剂，可先按配比将混合盐熔化后，加入难熔组分，例如Na3AlF6，经搅拌冷却后注入密封铁箱内。
熔剂使用前应存放在室温较高的干燥地点，如熔炉旁，以防受潮。
在熔炉内施加覆盖熔剂，可以减少熔化消耗，阻止铝液从炉膛气氛中吸收气体，但覆盖熔剂的耗用量大(约相当于铝料重量的10%)，使生产成本提高，中小型铝加工厂一般不采用。
净化熔剂的使用通常是在铝料熔化以后将按配比混合的粉状熔剂撒在熔池表面，然后用长柄工具搅动铝液促使灰渣上浮。
在搅动过程中，部分熔剂加入熔池内部，与铝液发生化学反应，生成不溶于铝的气态物质，在气泡上升过程中起除气和除灰的作用。
使用较多的一种熔剂是2份冰晶石与1份氯化铵混合的粉末，其净化铝液时的化学反应如下：Na3AlF6＋Al→2AlF3＋3NaNH4Cl＋2Al→AlN＋AlCl＋2H2AlF3＋2Al→3AlFAlCl3＋2Al→3AlCl6AlF＋3O2→2Al2O3＋2AlF36AlCl＋3O2→2Al2O3＋2AlCl3以上化学反应中所生成的Al2O3，AlN和H2，连同铝液中原有的Al2O3和H2一起被AlF3和AlCl3气泡带出液面。
有时也用Na2SiF6作为熔剂，但其净化效果不如Na3AlF6。
5xxx系铝合金熔铸技术
5×××系铝合金熔铸技术1 熔体净化技术常采用半连续铸造将变形铝合金液体铸造成扁锭、圆锭。
熔体净化主要采用熔剂净化，除去熔体中的H、Al2O3等有害杂质。
以除H为主的铝熔体净化技术主要有气泡浮游法、真空处理法、超声波处理法、稀土储氢法等。
在这些方法中，真空除氢净化虽效果好、无公害，但因需专用设备，投资大等缘故未获广泛应用。
气泡浮游法中的采用气体净化剂的净化技术，近年获得较快的发展。
在线除氢装置是各大铝熔铸厂重点研究和发展的对象，种类繁多，如采用固定喷嘴的MINT装置，还有采用旋转喷头的SNIF、Alpur装置。
除气装置新的发展方向是在不断提高除气效率的同时，通过减少装置内铝液体积，消除或减少铸次间金属的放干，取消加热系统来降低运行费用，如Alcan公司开发的紧凑型除气装置ACD，该装置是在一般流槽上用多个小转子进行精炼，转子间用隔板分隔。
该装置在铸次之间无金属存留，无需加热保温，运行费用大幅度下降，除气效果与传统装置相当或更好。
2 熔体过滤随着Mg含量的增加，铝-镁合金的熔炼烧损加大，氧化夹渣增多，吸H量加大，必须严格控制工艺参数，除了在静置炉除H、除渣之外，还需要在铸造过程中，用陶瓷板、玻璃丝布等过滤杂质。
用来过滤的陶瓷过滤板的制造水平不断提高，其最新的进展是挪威科技大学等正在研制的紧凑深床过滤器。
过滤介质主要采用泡沫陶瓷过滤板，过滤效果好，价格低，应用广泛。
泡沫陶瓷过滤板生产技术国内已基本掌握，但孔径控制方面的一些难题尚未攻克。
国外产品已从15，20，30，40，50 ppi发展到60，70 ppi，同时还有不少新品种面世。
较有前途的一种是Selee公司的复合过滤板，该过滤板分为上下两层，上层25.4 mm厚的孔径较大，下层25.4 mm厚的孔径较小，品种有30/50，30/60 ppi等，甚至有30/70，40/70ppi 等。
复合过滤板比普通过滤板的效率高，通过的金属量大，使熔体质量进一步得到保障。
用电解铝液生产铝合金扁锭的熔体净化
用 电解 铝液 生产 铝合 金 扁 锭 ， 由于没 有原 铝锭 的 重熔 ， 节省 能源 ， 减少 了金 属 的烧损 ， 以明显 降低 铝 可
铝液 金属 杂 质 含 量 。预 焙 阳极 铝 电解 槽 生 产 的 电解 原铝 中钠含 量一 般 为 ００ ８％ ～ ．１ ．０ ００５％［ ：
表 １ 电解铝液金属杂质含量 （ 质量分数／ ％）
样号
１ Ｆ ｅ Ｓ ｉ Ｃｕ Ｍｇ Ｍｎ Ｚ ｎ Ｔｉ Ｖ Ｃ ｒ
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第３ ７卷
第 ５期
有色金属加工
ＮＯＮＦ ＥＲＲＯＵＳ ＴＡＬ ＭＥ Ｓ ＰＲＯＣＥ ＳＳＩ ＮＧ
Ｖ ｜ ７ Ｎｏ ５ Ｏｌ ３ ．
２０ ０ ８年 １ ０月
Ｏｃ ｏ ｅｒ ０ ８ ｔｂ ０ ２
用 电解 铝 液 生产 铝 合 金 扁 锭 的熔 体 净 化
维普资讯
１ ８
有 色 金属 加 工
第３ ７卷
是 悬混 于熔 体 中 的 氧 化 膜 碎 片被 具 有凝 聚 性 及 润 湿
沈海鸥
（ 中国铝业兰州分公 司 ， 肃兰州 ７ ０ ６ ） 甘 ３０ ０
摘
要： 电解铝液温度高 、 夹杂物多 、 气体含量 高。用 电解 铝液 直接 生产铝 合金扁铸 锭时 ， 采取熔体 预处理 、
两次 炉内精炼 、 炉外在线除气除渣等熔体净化处理措施 ， 可以获得纯洁度 高的铝合金熔体 。
熔剂法除渣是根据吸附净化原理 ， 利用熔剂对 氧 化夹杂的吸附、 溶解、 化合等作用而实现除渣的。加 入金属熔体 中的低熔 点熔剂在熔炼温度下与非金属 夹杂物接触时 ， 会产生润湿和吸附作用， 氧化气 ， 还含有 Ｃ ： Ｃ 、 Ｏ、 Ｏ
铝合金熔体过滤净化技术
∙铝合金熔体过滤净化技术∙发布时间:2010-1-25 14:13:43 来源：互联网文字【大中小】∙金属中的夹杂物、气体对材料的强度疲劳抗力、耐腐蚀性、应力腐蚀开裂性能等均有重大影响。
有效地控制熔体的氧化夹杂物，以提高铸棒的质量是铝业熔铸共同追求的目标。
目前,广泛采用过滤净化方法去除铝合金熔体中的夹杂物。
1.铝合金中夹杂物的形成铝合金中的夹杂物一部分直接来自废料，而大部分则是在熔炼和浇注过程中所形成的，主要是氧化物夹杂。
在铸造前的所有夹杂物称为一次氧化夹杂，根据尺寸大小可分为两类：一类是宏观组织中分布不均匀的大块夹杂物，它使合金组织不连续，降低铸件的致密性，成为腐蚀的根源和裂纹源，从而明显降低合金的强度和塑性；另一类是细小的弥散夹杂，这类夹杂物经过精炼也不能完全去除，它使熔体粘度增大，降低凝固时铝液的补缩能力。
二次氧化夹杂物主要是在浇注过程中形成的，在浇注时，铝液和空气接触，氧与铝作用形成氧化夹杂物。
铝合金在熔炼过程中与炉气中各种成分接触，生成AL2O3等化合物。
铝液中的Al2O3会增加铝合金熔体的氢含量，所以，铝液中的AL2O3含量对铝铸件中气孔的形成有很大的影响。
2.过滤净化方法泡沫陶瓷过滤技术出现于20世纪70年代,采用泡沫陶瓷过滤板是清除铝熔体中夹杂的最有效方法。
至于金属过滤网、纤维布过滤，只能除去铝合金熔体中的大块夹杂物，但对微米级以下的夹杂物无法去除，而且金属滤网还会污染铝合金。
采用泡沫陶瓷过滤板，能滤除细小夹杂物，显着提高铸件的力学性能和外观质量，是熔铸车间的首要选择。
3.过滤板的使用和选择泡沫陶瓷过滤板安装在炉口与分流盘之间的过滤箱里，过滤箱由“中耐五号”耐火材料制成，它能经过于多次激冷激热而不开裂，有着强度高、保温性能好等优点，是目前制作过滤箱、流槽等最好的材料。
过滤箱离分流盘越近越好，原因是这样能缩短铝液过滤后的流动距离而减少或避免氧化物的再次产生。
铝液从炉口流出经过过滤箱，再通过流槽流入分流盘。
铝熔体净化方法
铝熔体净化方法之过滤法
过滤法主要是让铝熔体通过中性或活性材料制造的过滤器，以分离悬浮在熔体中的固态夹杂物的净化方法。
该法主要去除熔体中的夹杂物，对除氢效果甚微，所以在实际应用中，过滤法往往与吹气法相结合运用。
过滤方式有多种，效果最好的有刚玉过滤管和泡沫陶瓷过滤板。
刚玉过滤管效率高，但价格昂贵、使用不方便；泡沫陶瓷过滤板是近几年发展起来的新型陶瓷过滤材料，它的特点是使用方便、过滤效果好、价格低，在世界广泛使用，发达国家50%以上的铝合金熔体都采用泡沫陶瓷过滤板过滤。
目前，一般采用箱式泡沫陶瓷过滤板技术的较多，他是一套带有气体预热盖系统的过滤箱。
铝液从过滤板通过时，熔体中的夹杂物经过过滤器机械阻隔而达到排除分离的目的。
这种方式过滤效果好，其过滤精度可为2µm，过滤效率达99%。
下行波磁场在熔体净化中的应用
下行波磁场在熔体净化中的应用熔体净化是一项重要的工艺，在制造许多金属制品（如钢铁、铝制品等）的过程中都需要使用熔体净化技术。
其中，下行波磁场技术是一种常用的熔体净化技术。
本文将介绍下行波磁场在熔体净化中的应用。
一、下行波磁场技术的原理及优点下行波磁场技术是通过在金属熔体中产生一定强度和频率的磁场，使其中的金属悬浮物颗粒受到磁场力的作用，从而实现熔体的净化。
下行波磁场是沿着熔池壁向下传播的，其频率通常在1-20 kHz范围内。
由于这种磁场的作用方式，它被称为“下行波磁场”。
1、净化效果好。
下行波磁场能够有效地去除熔体中的气体、氧化物、夹杂物等杂质，从而提高金属制品的质量。
2、操作简单。
下行波磁场在操作上比较简单，只需要在熔池边缘加入一对电极，再通过通电的方式产生磁场即可。
3、成本低。
相比于其他熔体净化技术，下行波磁场技术的成本相对较低，不需要特别昂贵的设备，因此在很多制造领域得到了广泛应用。
1、钢铁制品在钢铁制品的制造过程中，由于铁水在冷却过程中会结晶，因此会产生夹杂物。
夹杂物的存在会导致钢材容易断裂，因此需要进行熔体净化。
下行波磁场技术可以有效地去除熔池中的夹杂物、气体等杂质，从而提高钢材的强度和延展性。
2、铝制品铝制品的制造过程中，熔体中容易产生气泡和氧化物，从而影响铝制品的质量和性能。
下行波磁场技术可以去除熔体中的气泡和氧化物，从而提高铝制品的质量和强度。
3、铜制品三、总结下行波磁场技术在熔体净化中应用广泛，它的操作简单、成本低、净化效果好，因此受到了很多制造领域的青睐。
随着科技的不断发展，下行波磁场技术将会得到更广泛的应用，并在熔体净化领域发挥更大的作用。
下行波磁场在熔体净化中的应用
下行波磁场在熔体净化中的应用【摘要】随着工业生产的不断发展，熔体净化的重要性日益凸显。
本文从磁场与熔体净化的关系出发，探讨了下行波磁场在熔体净化中的应用意义。
通过对熔体净化技术和下行波磁场的影响机制进行概述，揭示了磁场在熔体净化中的优势。
进一步通过实际应用案例展示了下行波磁场在熔体净化领域的潜力。
本文探讨了磁场参数对熔体净化效果的影响，指出了下行波磁场是熔体净化的有效手段。
展望未来研究方向和应用前景，为进一步推动熔体净化技术的发展提供了参考。
通过本文的研究，可以更好地理解下行波磁场在熔体净化中的重要作用，为促进工业生产的绿色发展和提高生产效率提供了新思路。
【关键词】磁场、熔体净化、下行波、影响机制、优势、应用案例、参数、效果、有效手段、研究方向、应用前景1. 引言1.1 磁场与熔体净化的关系磁场与熔体净化的关系是研究领域中的一个重要课题。
磁场在熔体净化中的作用一直备受关注，因为磁场可以通过干扰熔体中的流体动力学过程来提高熔体的纯度和质量。
磁场可以影响熔体内部的流动方式和速度，从而有效地减少熔体中的杂质和气泡。
磁场作用下，熔体中的杂质可以被有效地聚集和移除，提高熔体的均匀性和净化效果。
研究表明，在熔体净化过程中，下行波磁场能够有效地改善熔体的流动状态，提高熔体的凝固结构和物理性能。
下行波磁场可以使熔体中的金属颗粒或氧化物迅速聚集，形成大的团聚体，从而方便过滤和分离。
下行波磁场还可以降低熔体的粘度，促进溶质的扩散和混合，使净化速度更加快速和高效。
1.2 下行波磁场在熔体净化中的应用意义下行波磁场可以有效地促进金属熔体的对流运动，使熔体中的微观杂质更容易被排除。
磁力线在熔体中产生涡流，从而加速熔体的搅拌和混合，使熔体内部温度和成分更加均匀，提高金属的纯净度。
下行波磁场可以降低金属熔体的表面张力，促进气体和其他杂质的排除。
通过磁场作用，金属熔体中的气泡和夹杂物可以更容易地浮到熔池表面，便于清除，从而减少金属的气孔和夹杂物含量。
熔体过滤器工作原理
熔体过滤器工作原理
熔体过滤器是一种用于去除熔融塑料或金属中杂质的设备。
它主要由过滤介质、滤材和过滤机构组成。
其工作原理如下：
1. 熔体流入：将待过滤的熔融物质通过进料口引入熔体过滤器中。
2. 过滤介质层：熔融物质通过过滤介质层，例如金属网、陶瓷棒、滤芯等，通过这些材料形成的细小通道，以过滤掉其中的杂质。
3. 杂质捕获：熔融物质中的杂质会被过滤介质捕获在其中，从而达到过滤的目的。
这些捕获的杂质可以是固体颗粒、气泡、产品残留物等。
4. 清洁熔体输出：过滤后的熔融物质通过过滤介质的出口输出，进入后续的工艺过程或下一阶段的加工设备中。
5. 杂质清除：当过滤介质上的杂质积累到一定程度时，需要进行清理。
这通常通过拆卸熔体过滤器，移除过滤介质进行清洗或更换，以保持过滤效果。
总体而言，熔体过滤器的工作原理是通过过滤介质的微小通道和捕获机制，将熔融物质中的杂质分离出去，提高产品质量和生产效率。
化工中熔体过滤器的作用
化工中熔体过滤器的作用
熔体过滤器在化工领域中起着非常重要的作用，主要用于过滤熔体中的杂质和颗粒，以确保最终产品的质量和性能。
具体来说，熔体过滤器的作用包括以下几个方面：
1.去除杂质：熔体过滤器可以去除熔体中的各种杂质，包括金属颗粒、纤维、氧化物、砂粒等。
这些杂质会影响产品的纯净度和性能，因此去除它们是必要的。
2.提高产品质量：通过过滤熔体，可以去除杂质和颗粒，从而提高产品的纯净度和均匀性。
这有助于提高产品的质量和性能，使其更符合客户的需求。
3.延长设备使用寿命：熔体过滤器有助于保护生产设备，如螺杆、泵和管道等，避免它们受到杂质和颗粒的磨损和堵塞。
这可以延长设备的使用寿命，降低维修和更换成本。
4.提高生产效率：使用熔体过滤器可以减少生产中断和故障的情况，从而提高生产效率。
此外，通过去除杂质和颗粒，可以减少后续加工的难度和时间，进一步提高了生产效率。
5.满足工艺要求：在一些工艺中，要求使用高纯度的熔体，这时就需要使用熔体过滤器来确保达到工艺要求。
综上所述，熔体过滤器在化工中具有非常重要的作用，可以确保产品的质量和性能，延长设备使用寿命和提高生产效率。
金属的熔炼与凝固三有色金属及合金熔体的净化
澄清除渣原理
• 球形固体夹杂颗粒在液体中上浮或下沉的速度服 从Stokes定律：
v 2r2(2 1)g 9
• 式中v为夹杂物上浮或下沉的速度； η为金属液 的粘度；r表示球形夹杂半径; ρ1为颗粒的密度， ρ2为金属的密度，g是重力加速度。
澄清除渣原理
• 夹渣的上浮或下沉速度与两者的比重差成正比， 与熔体的粘度成反比，与夹渣颗粒半径平方成正 比。
• 如冰晶石能溶解约18.5%的Al2O3。 通常认为，冰晶石是溶解Al2O3的最好熔剂。
4.1.2.4 过滤除渣
• 目前，材料生产中难度最大的课题之一是 饮料罐的深冲和箔材的加工问题。熔体中 残留微米级的夹渣就会给加工带来不良影 响。
• 上述几种精炼法对于与熔体密度相差不大、 粒度甚小而分散度极高的非金属杂物是无 能为力的。因此，各种物理过滤除渣法就 应运而生。
过滤法是让铝合金熔体通过中性或者活性材 料制造的过滤器，借以分离悬浮在熔体中的 固态夹杂物的净化方法，主要包括玻璃丝布 过滤、刚玉微孔陶瓷管过滤、陶瓷泡沫过 滤等。
有色金属及合金熔化的净化 4.3 镁及镁合金的熔体净化
4.3.1 熔体的特性
• 镁的化学活性很强，在空气中易氧化，在 原镁生产、合金熔炼及合金化过程中易产 生大量的夹杂物并带入大量的气体，由于 夹杂物和杂质会严重影响镁合金的机械性 能和抗腐蚀性能, 所以在镁合金再生过程中 需要通过熔剂精炼、熔体静置等工艺以净 化镁合金熔体。
• 吸附净化主要利用精炼剂的表面作用 • 向金属熔体中导入惰性气体或加入熔剂产
生中性气体，在气泡上浮过程中，与悬浮 状态的夹渣相遇时，夹渣便可能被吸附在 气泡表面而被带出熔体。
• 气泡或熔剂之所能吸附熔体中的非金属夹杂物， 是受界面能的作用，驱动力是界面能的降低。
下行波磁场在熔体净化中的应用
下行波磁场在熔体净化中的应用下行波磁场（downward wave magnetic field）是一种新型的磁场应用技术，广泛应用于熔体净化中。
熔体净化是一种重要的工艺过程，用于提高金属材料质量和性能，降低杂质含量，减少气孔和夹杂物的产生。
下面将介绍下行波磁场在熔体净化中的应用及其优势。
下行波磁场是一种通过电磁感应原理，利用磁场力对液态金属进行搅拌和净化的方法。
它通过在熔池上方的铜管里通入变化的电流，产生往复运动的磁场，形成一个下行波磁场。
这个磁场能够深入熔池，对熔池中的金属进行循环搅拌，加速金属中的杂质和气泡分离，从而达到净化熔体的目的。
下行波磁场在熔体净化中具有许多优势。
它可以有效地减少熔体中的杂质含量。
下行波磁场能够抑制杂质的重力沉降速度，减缓杂质与熔体的接触时间，从而降低杂质的融入。
磁场力对杂质具有排斥作用，使杂质更容易从熔体中分离出来。
下行波磁场可以去除熔体中的气泡。
熔体中的气泡是金属制品中常见的缺陷来源之一，会降低金属的强度和韧性。
下行波磁场能够通过搅拌熔体，使气泡聚集到金属液面上，使气泡更容易脱离熔体。
下行波磁场可以改善金属的宏观形态和组织结构。
通过搅拌熔体，下行波磁场能够提高液态金属的混合度，使金属中的元素更均匀分布。
磁场作用对金属的晶化有影响，可使金属的晶粒更细小，提高金属的织构性能。
下行波磁场还具有能耗低、操作简便、易于控制等优点。
它不需要额外的能源，通过改变电流的大小和频率，可以灵活调节磁场的强度和频率，以适应不同的熔化工艺。
下行波磁场可以通过无线控制方式进行操作，避免了传统搅拌方式需要人工操作的缺点。
下行波磁场是一种应用于熔体净化中的新技术，能够有效地减少熔体中的杂质含量和气泡，改善金属的宏观形态和组织结构。
它具有能耗低、操作简便、易于控制等优点，未来有很大的发展潜力。
随着对金属质量和性能要求的不断提高，下行波磁场在熔体净化中的应用将会越来越广泛。
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第二单元熔体净化
一、学习目标
通过对本单元的学习，掌握熔体净化的基本方法和操作。
二、工作内容或操作步骤
（一）、炉内溶剂造渣净化。
使用溶剂造渣法可排除熔体中大部分固体杂质，其操作步骤为：
1、炉内所有成分熔化完成后，向炉内均匀撒下溶剂（造渣剂）。
2、将熔体温度调整到780°左右。
3、使用扒渣车或人工对熔体进行搅拌（人工搅拌是用大耙沿四个以上的不同方向推位，每个方向来回三次以上）。
4、搅拌完成后静置一定时间开始扒渣。
（二）、炉内氮气喷粉联合净化。
炉内氧气喷粉联合净化即可除去大部分固体杂质，还可除去部分熔体所合的气体杂质-氧，使用专门的喷粉精炼器进行净化时，具有一定压力的氧气将精练剂通过不锈钢管喷入炉内熔体。
精炼器净化的操作步骤是：
1、检查确认精练器与进氧气管、出料管的连接牢固无松动。
2、接通氮气，检查确认各部位完好无泄漏。
3、关闭氧气，向精炼器料桶中加入精练粉（精练粉必须干燥，加入数量不超过料桶容量的2/3）。
4、关紧料桶盖后接通盖后接通氮气，将不锈刚管插入炉内熔体，开始精练。
5、完成精练后，将剩余精练粉倒出，接通氮气吹扫一便，以防精练粉受潮后堵塞管路。
（三）、在线除气净化。
在线除气净化使用专门的装置，采用氧气或混合气体（如N2
+CI2 ）净化法。
除气操作主要是通过操作盘（或触屏）控制以下几个参数：
1、各种气体的压力。
2、各种气体的流量。
3、旋转喷嘴的转速。
4、装置内部熔体温度。
在线氮气除气装置的操作步骤为：
1、操作前接通氮气检查各氮气管路、接头以及旋转喷嘴的氮气出口是否畅通无堵塞、无泄露；确认加热管完好无破损；确认控温热电偶、装置密封件完好。
2、开启氮气开关并调整压力到要求的范围。
3、设定喷嘴旋转速度后开启喷嘴旋转开关。
4、确定铸造准备工作完成后，开启加热电源。
5、待温度显示装置内部温度650℃以上时，可以将熔体放入装置（开始浇铸）。
三、相关知识
（一）、铝熔体的净化方法
铝熔体的净化方法有很多种，不同的方法有各自的优缺点，产生中应根据产品的质量要求选择适当的方法。
1、惰性气体净化法
这里所说的惰性气体，是指不与熔融铝中的气体及杂质起化学反应，又不溶解于熔融铝中的气体。
通常使用氮气或氩气。
氮气被吹入铝液后，形成许多细小的气泡，气泡在铝熔体中通过的过程中，氧化物夹杂被吸附在气泡的表面，氢不断吸入气泡中，随气泡上浮到熔体表面，氧化物夹杂停留在熔体表面，H 逸出而进入大气中，使用氮气精练时除气速度较慢，也不可能将金属内的气体完全除净，对于非金属杂质的净化作用很小，且在高温下与铝反应成氧化铝，因此氮气净化法只适用于对铸锭的含氮量要求不太高的铸造生产。
2、活性气体净化法
对铝来说，活性气体主要是氯气，活性气体能与溶解在金属的气体及夹杂物发生化反应，生成不与金属起反应也不溶于金属的气体和化合物；或者活性气体与金属反应生成另一种气体，它不再溶于金属
中只吸收氢气，并上浮将金属中的氢原子带出。
氯气本身不溶与铝中，但氯与铝及溶解于铝液中的氢迅速发生化学反应。
CI2+H2→2HCI↑+184、8KJ
3CI2+2AI→2AICI3↑+1、6MJ
反映生成物HCI和AICI3（沸点183度）都是气态，不溶于铝液，和未参加反应的氯一起都能起净化作用，净化效果比氮气要好的多，但氮气有剧毒，对人体有害，污染环境易腐蚀设备及加热元件，且易使合金铸锭组织粗大，使用时应注意通风及防护。
（3）、混合气体净化法
单纯用氮精练效果差，用氯又对环境及设备有害，所以多采用混合气体精练，以提高精炼效果减少其有后害作用。
混和气体有两种气体混合，N2-CI2，混合比例多采用9：1或8：2效果好；也有三种气体混合N2-CI2-CO，混合比例一般为8：1：1。
混合气体在铝液中反映如下：
AI2O3+6CI2→4AICI3↑+3O2↑
3O2+6CO→6CO2↑
AI2O3+3CI2+3CO→2AICI3↑+3CO2↑
生成的AICI3和CO2都有精炼作用，又能部分分解氧化铝，所以明显地提高精炼效果。
（4）、溶剂净化法
溶剂的精炼作用主要是靠其吸附和溶解氧化夹杂的能力，铝及铝合金的溶剂一般由碱金属及碱金属的氯化物和氟化物组成，溶剂除渣作用主要是利用溶剂对溶体中的氧化铝渣发生吸附来实现的，实践证明溶剂除气效果比气体净化除气的效果要差，而除渣效果比气体净化要好的多。
（5）、气体-溶剂混合净化法
惰性气体（氮氩）中，常含有一定量的氧水分。
净化铝熔体时，在吹入的气泡表面形成很薄但很致密的氧化膜，往往覆盖全部气泡表面阻
碍从熔体中析出的氢气入气泡，降低净化效果，在净化气体中加入少量细粉溶剂，夹带溶剂的气泡进如熔体后，粉状溶剂溶化，以液体溶剂膜形包围着气泡表面，将气泡表面的氧化膜溶解，吸附使其瓦解，这时氢从熔体中经熔炼剂膜扩散进入气泡中，要比经过氧化膜的速度快得多，同时也防止了熔体与净化气体中的水分直接接触，此法净化效果突出，能达到较低的含氢量，且由于溶剂膜提高了气泡表面的活性，加强了吸附除渣的能力，除渣效果也好。
（6）、炉外连续处理
因炉内处理不仅除渣效果不佳，而且熔体又有二次污染的可能，可了提高净化处理的效果和保证熔体质量的稳定可靠，炉外连续净化处理得到迅速发展，炉外连续净化处理是在金属熔体从熔炼炉放出，铸造成型之前进行，也称熔体在线处理或联机处理，主要是采用过滤和通入气体并使之在熔体中快速旋转等方法实现。
此外，熔体净化还有动态真空处理，静置法，振动法等，一般在工厂中常用的净化方法主要是通入氮气和加入溶剂。
（二）、过滤、除气装置的工作原理
1、脱气原理
从气体溶解和析出过程可知，影响熔体中气体溶解度的因素主要是压力和温度。
因此，适当地控制好这两个因素，就可以达到除气的目的。
通常我们都是采用分压差脱气原理，即利用气体分压对其溶解度影响的原理，控制体系中氢的分压，造成熔体中的气体与外界存在很大的分压差，这样就产生较大的脱气驱动力，使氢很快排除。
2、除渣原理
（1）、澄清除渣原理。
（2）、吸附除渣原理。
（3）、溶解除渣原理
（4）、过滤除渣原理。
因为除渣的一般方法都不能将熔体中氧化物夹杂分离干净，遗留一些微小的夹杂也会给产的质量带来不良影响，所以这里主要介绍一
下过滤除渣原理。
过滤装置很多，大致可分为机械除渣作用和物理化学除渣作用两种，机械除渣作用是流体动力的作用下，熔体在流经过滤介质的机械阻挡作用，磨擦作用及布郎扩散作用，使杂质沉积和阻滞于过滤介质的孔隙越小，厚度越大，金属熔体流速越低，过滤效果越好。
过滤装置的净化，是使流经该装置的熔体通过一层（或几层）过滤板，所用的过滤板可截留几何尺寸大于某一数值的固相浮渣，从而净化熔体。
专门的除气净化装置，靠一个（或几个）可旋转的气体喷嘴将纯净的氮气喷入熔体。
喷嘴的出气口处呈叶轮形状，不停旋转的叶轮不断地将氮气打散成微小的气泡散布到熔体各个部位，熔体中的氢就扩散进入氮气气泡，并随气泡的自动上升，从熔体上表面逸出而脱离熔体，达到除气净化的目的
（三）、炉底感应式电磁搅拌
炉底感应式电磁搅拌是一种完全不与铝溶液接触而靠电磁搅拌的装置，完全可以替代人工及机械等外力装置，基本上可实现闭门操作，利用电磁搅拌，主要优点是：首先可以提高各种合金尤其是金属的整体均匀性，在某些情况下，它可以达到人工搅拌所达不到的效果；其次可以减少整体偏析，缩短熔化时间，减少金属烧损，提高产品质量，大大减轻炉前工的劳动强度。
特点：
1、操作方便：搅拌时只需按动几个按钮即可，搅拌器可按设定的程序自动搅拌，自动停止。
2、搅拌充分均匀：整炉熔体的化学成分的偏差可控制在0、3%以内。
3、不污染铝液，在熔炼高纯铝时有重要的意义。
4、熔体温度均匀：熔体的上、下部温差可控制在10°C 以下，因而可降低熔炼温度。
5、可减少烧损。
6、不破坏氧化膜，可减少氧化渣，减少清炉次数，减少熔体吸气。
7、可使氧化渣定向移动，便于清渣。
8、可减轻工人的劳动强度。
炉底感应式电磁搅拌的组成。
电磁搅拌器由感应器、变频电源、冷却系统和拖动系统等几部分组成。
1、感应器主要由线圈、铁芯两部分组成，线圈固定在铁芯上，当线圈中通过正交低频电流时，产生相应的行波磁场。
2、变频电源有变压器、进线控制及变频柜组成。
其作用是将三相工频交流电转变为两相正交的低频交流电。
3、冷却系统有水泵、冷却水池、输水管、电接点压力表以及水流开关等组成；冷却水流入感应器线圈中，使感应器强行冷却，依保证感应器正常工作。
4、拖动系统，使感应器在炉底内外行走以便使感应器在需要搅拌使开进炉底，不需要搅拌时可以退出炉底可延长感应器的使用寿命，同时便于维护于检修。
炉底感应式电磁搅拌器的工作原理：
变频柜把三相工频电源变换成一定频率可调，相为互差900的两相低频电源，该电源通入感应器线圈产生相应的低频交变磁场，称为行波磁场，铝液在行波磁场的作用下产生地磁作用力，使铝液产生位移，电磁搅拌器是按一定规律改变行波磁场的方向及大小即可达到对铝液进行搅拌的目的。
四、注意事项
1、炉内管吹氮气净化熔体时，应尽量覆盖整个炉内所有熔体，氮气压力已翻起铝液高于液面10——15厘米为宜。
2、过滤净化要按要求及时更换过滤板。
3、使用氯器净化是注意通风，防止中毒。