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脉冲电流调控金属熔体中的非金属夹杂物

张新房  闫龙格  
【摘要】:通常非金属夹杂物会降低钢铁材料的性能,例如降低横向力学性能、萌生裂纹、减低疲劳寿命和诱发腐蚀。减少夹杂物的数量和改变夹杂物的形态可以显著提升钢铁材料的性能。所以,钢中夹杂物的去除以及形态控制一直以来都是研究的热点。虽然通过底吹Ar气、电磁搅拌和过滤方法可以在一定程度上去除夹杂物,但是上述方法难以有效地去除尺寸小于20μm的夹杂物,并且不能有效地控制夹杂物的形态。最近,电流成为一种夹杂物去除与形态控制的新方法。本文简要综述了夹杂物的危害及其控制手段,并且详细回顾了电流对金属熔体中夹杂物的去除、取向和形态演变的影响,并介绍了电流控制夹杂物的3种机理:电泳、电自由能驱动、电磁斥力。电泳理论认为熔体中的夹杂物带有电荷,夹杂物在电场力的作用下平行于电流方向迁移。电自由能驱动理论和电磁斥力理论认为夹杂物垂直于电流方向迁移。电流波形显著影响夹杂物的去除效果,与直流电、交流电相比,脉冲电流具有较强的夹杂物去除能力,尤其是脉冲电流能够有效分离钢液中尺寸为5μm以上的夹杂物。此外,脉冲电流不仅可以控制夹杂物取向与形态,还可以对气泡的形态产生影响;脉冲电流作用下夹杂物趋于细化、球化并平行于电流排列。最后,对电流控制夹杂物的研究现状进行了总结,并分析了未来的研究趋势。同时,对脉冲电流在抑制浸入式水口堵塞中的应用进行分析与展望。由于脉冲电流能耗低、夹杂物去除效果好以及工艺装备简易的优点,有望成为未来去除夹杂物、抑制水口堵塞的新技术。

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