外场强化技在冶金中的应用.ppt

外场强化技术简介 外场强化技术的应用 外场强化技术的发展展望 1.外场强化技术简介 随着现代技术的不断发展和学科间的交叉融合，新的冶 金方法和理论不断出现。电磁学、微波物理、超声波物理、 等离子体物理、激光物理、自蔓延合成、富氧和制氢技术等 渗透到冶金过程的各个领域，在此基础上出现了有别于传统 冶金的新方法—特殊冶金。 特殊冶金是目前冶金学科在外场作用下最活跃的冶金过 程，尤其是在非常规外场(常规外场：重力场、温度场、浓 场)，或者多场耦合等苛刻条件下的冶金基本理论以及冶金 过程等，达到利用一切可利用的资源和先进技术手段，制备 国民经济发展所必须的各类材料，并逐步实现冶金—材料一 体化、冶金过程绿色化和材料多功能化的目标。 外场强化技术的分类及应用领域 2.外场强化技术的应用 2.1电磁冶金 ■电磁冶金是基于磁流体力学的新兴冶金学科分支 ，它涉及电磁理论、冶金工程、材料科学与工程等多 学科交叉领域。 ■电磁冶金将电磁场引入冶金过程，利用电磁力及 电磁热效应等实现能量传输、搅拌、运动控制与形状 控制，从而实现强化冶金过程之目的，是建立在电磁 场理论、流体力学和冶金学等学科基础上的边缘性交 叉学科。 ■根据电磁场生成方式的不同和使用形式的差异， 电磁场应用分为：电磁搅拌、电磁铸造、电磁制动、 电磁净化、电磁感应加热、电磁悬浮和强磁场技术等。 电磁铸造 电磁铸造( Electromagnetic Casting 简称EMC) 是借助电磁力克服金 属液的静压力实现无接触铸造的方法 。 由于这种无模铸造法所得铸坯内部组织 及表面质量好, 生产效率高, 因而发展 很快。 电磁铸造具有以下优点: ( 1) 铸件表面非常光滑, 粗糙度达0. 8～ 1. 6, 没有模铸生产所固有的缺陷, 不需进 行去皮加工, 金属收得率高 ( 2) 铸件内部组织均匀, 晶粒细小； ( 3) 冷却水利用率高, 无须使用润滑油, 改善工作条件； ( 4) 铸速可增加20 %～30 %, 提高生产 率； ( 5) 可铸造复杂形状的铸件。 电磁搅拌 ◎ 电磁搅拌在熔铝炉中的应用; ◎电磁搅拌在废铝回收与再生中的应用; 大量应用实践证明，电磁搅拌具有其它搅拌方式 无可比拟的优点： ①缩短了温度和成分的均匀时间，一般可在5—6 min以内实现温度均匀，15～30 min以内达到合金 的工艺要求； ②可使熔体温度分布更加均匀，熔体上下温差可控 制在10℃以内，降低了熔炼温度； ③提高了熔化速率，熔炼时间可缩短20％左右；减 少了炉子的热损失，降低了能耗，可节省燃料 16．5％左右； ④由于铝液温度均匀性的提高，在熔炼后期可以 降低炉子的热负荷，减少熔池表面过热和炉渣的生 成，经粗略估算，可减少炉渣30％左右； ⑤减少了清炉次数，延长了熔炉的使用寿命； ⑥提高了熔体化学成分的均匀性，大幅度提高了 铝合金的质量； 电磁制动 电磁制动是指金属流体穿过磁 场时会在金属内部产生感生电 流，从而形成于流体速度相反的 力（洛伦磁力）,能抑制流体的涡 旋度和湍流度，缓和流体速度 。 特点： ①减小了流体在铸模中的穿透 深度, 有利于夹杂的上浮和气 泡的排除。 ②静磁场还能减弱表面的波动, 而且提高弯月面的温度, 减弱流体 对窄边的冲击,提高铸坯的质量,如 左图。 电磁冶金的应用实例 2.2 微波冶金 ■ 微波是一种介于超短波和红外线之间的高频电磁波，波长 为1mm-1m，频率范围300MHz-300GHz，微波能就是以此频率 传播的电磁能量。 ■微波加热的方式从物体内部加热，因而加热速度快、加热 均匀，加热过程是能量传递而不是热量传递，因而反应灵敏 而且它还具有选择性促进或加速化学反应，易于快速控制 等特点。 ■ 微波作为一种清洁、干净有效的能源，随着高新技术发 展和对微波技术研究的日益深入，尤其是在化学化工领域以 及化学冶金领域中。微波冶金是利用微波加热技术从矿石中 提取金属及其化合物，用各种加工方法制成具有一定性能的 金属材料的新工艺。 微波强化浸出 随着冶金原料的日趋贫化, 难处理矿、低品位矿逐渐被开采利用, 采用湿法 冶金工艺处理该类矿石虽更具优势, 但存在浸出率低、浸出时间长等缺点。 为克服上述缺点, 增大矿石反应面积是常用、有效的方法之一。 1.B.Nanthakumar 等 研究了低品位难浸金矿的微波预处理, 结果表明, 经微 波辐照预处理后, 矿石中的总碳可降低60%以上, 致密硫化物则基本被氧化为 结构更为疏松的氧化物。微波预处理后的矿石用氰化物浸出,