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D0I:10.13374/i.issnl00113.2009.12.006 第31卷第12期 北京科技大学学报 Vol.31 No.12 2009年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2009 ⅦNT法铝液入射角对除氢气泡分布的影响 史或宏姜泽毅 张欣欣 北京科技大学机械工程学院，北京100083 摘要基于我国在线除氢技术应用及研究现状，以在线MNT法中铝液精炼反应器为研究对象，采用欧拉欧拉多相流模 型模拟计算了反应器内精炼气体的分布状况·多相流优化模拟中，选取三种铝液入射角度条件，进行混合流动数值计算和均 匀性对比分析·结果表明：随铝液入射角的变化，除氢气泡在铝液中的分布状况发生了明显改变：铝液入射角为45°，除氢气泡 分布的均匀性较其他角度更佳 关键词铝液；精炼：入射角；气泡分布；多相流；数值模拟 分类号TF821 Effect of the incidence angle of molten aluminum on refinery gas distribution in the on-line MINT technology SHI Yu-hong,JIA NG Ze-yi,ZHA NG Xin-xin School of Mechanical Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT Based on the present situation of research on the on-line refinery technology and its application in China.the refinery gas distribution in a molten aluminum purifying reactor on the base of the on-line MINT technology was simulated in an Euler-Euler multiphase flow model.Three incidence angles of molten aluminum were used to calculate multiphase flow in the optimization numeri- cal simulation.The results of numerical calculation and comparative analysis on mixture uniformity showed that the refinery gas distri- bution changed remarkably with incidence angle,and the best uniformity of gas distribution was gained in a 45incidence by compar- ing three simulated results of different incidence angles. KEY WORDS molten aluminum:refining:incidence angle:bubble distribution:multiphase flow;numerical simulation 除气是铝合金熔体精炼的重要工艺过程，是指 铝熔体的除氢水平，但是，在生产中发现，虽然采用 去除熔解在铝熔体中的气体山.如果铝熔体中气体 了与国外相同的除气方法和技术，铝熔体除氢水平 夹杂含量超标，则极易造成铸件和俦锭产生针孔、气 仍然与国际先进水平有一定的差距，其中原因之一 孔或夹杂缺陷，导致铝材、铸件的力学性能、加工性 是关于除氢机理的基础性研究滞后]， 能和导电性能降低，对耐蚀性和制品的外观质量也 吹气法是一种被普遍采用的除氢技术，又称为 有显著的影响，铝熔体中的气体夹杂氢气含量最 气泡浮游法[]，是通过某种技术方法在铝液中造 多，约占80%以上，因此可以认为对铝熔体的除气 成大量气泡，利用氢在铝液中和气泡中的分压差，使 就是除氢[2四] 铝液中的氢不断进入在铝液中上浮的气泡中，最后 铝合金熔体的在线除氢处理是生产高质量铝铸 随气泡逸出液面，以达到除氢的目的，文献[G一7]对 件的基本保证措施之一，也是提高铝合金综合性能 气泡浮游法的除氢机理进行了研究·结果表明，影 的主要手段，现阶段，国内在线铝液除氢装置多数 响铝液中氢在气泡中扩散的动力学因素主要有气泡 为引进设备3]，如MINT、SNIF和ALPUR在线 大小、气泡的比表面积和气金比等，同时也指出在 除气净化装置和技术，这在一定程度上提高了我国 一定的接触时间内，铝液中精炼气体的分布特性是 收稿日期：2009-04-13 作者简介：史或宏(1972-)，男，博士研究生：张欣欣(1957一)，男，教授，博士生导师，E-mail:xxzhang@ustb-edu.cnMINT 法铝液入射角对除氢气泡分布的影响 史 宏 姜泽毅 张欣欣 北京科技大学机械工程学院北京100083 摘 要 基于我国在线除氢技术应用及研究现状以在线 MINT 法中铝液精炼反应器为研究对象采用欧拉－欧拉多相流模 型模拟计算了反应器内精炼气体的分布状况．多相流优化模拟中选取三种铝液入射角度条件进行混合流动数值计算和均 匀性对比分析．结果表明：随铝液入射角的变化除氢气泡在铝液中的分布状况发生了明显改变；铝液入射角为45°除氢气泡 分布的均匀性较其他角度更佳． 关键词 铝液；精炼；入射角；气泡分布；多相流；数值模拟 分类号 TF821 Effect of the incidence angle of molten aluminum on refinery gas distribution in the on-line MINT technology SHI Y u-hongJIA NG Ze-yiZHA NG Xin-xin School of Mechanical EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT Based on the present situation of research on the on-line refinery technology and its application in Chinathe refinery gas distribution in a molten aluminum purifying reactor on the base of the on-line MINT technology was simulated in an Euler-Euler multiphase flow model．T hree incidence angles of molten aluminum were used to calculate multiphase flow in the optimization numerical simulation．T he results of numerical calculation and comparative analysis on mixture uniformity showed that the refinery gas distribution changed remarkably with incidence angleand the best uniformity of gas distribution was gained in a45°incidence by comparing three simulated results of different incidence angles． KEY WORDS molten aluminum；refining；incidence angle；bubble distribution；multiphase flow；numerical simulation 收稿日期：2009-04-13 作者简介：史 宏（1972－）男博士研究生；张欣欣（1957－）男教授博士生导师E-mail：xxzhang＠ustb．edu．cn 除气是铝合金熔体精炼的重要工艺过程是指 去除熔解在铝熔体中的气体［1］．如果铝熔体中气体 夹杂含量超标则极易造成铸件和铸锭产生针孔、气 孔或夹杂缺陷导致铝材、铸件的力学性能、加工性 能和导电性能降低对耐蚀性和制品的外观质量也 有显著的影响．铝熔体中的气体夹杂氢气含量最 多约占80％以上因此可以认为对铝熔体的除气 就是除氢［2］． 铝合金熔体的在线除氢处理是生产高质量铝铸 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．现阶段国内在线铝液除氢装置多数 为引进设备［3－5］如 MINT、SNIF 和 ALPUR 在线 除气净化装置和技术这在一定程度上提高了我国 铝熔体的除氢水平．但是在生产中发现虽然采用 了与国外相同的除气方法和技术铝熔体除氢水平 仍然与国际先进水平有一定的差距其中原因之一 是关于除氢机理的基础性研究滞后［6］． 吹气法是一种被普遍采用的除氢技术又称为 气泡浮游法［6－8］是通过某种技术方法在铝液中造 成大量气泡利用氢在铝液中和气泡中的分压差使 铝液中的氢不断进入在铝液中上浮的气泡中最后 随气泡逸出液面以达到除氢的目的．文献［6－7］对 气泡浮游法的除氢机理进行了研究．结果表明影 响铝液中氢在气泡中扩散的动力学因素主要有气泡 大小、气泡的比表面积和气金比等．同时也指出在 一定的接触时间内铝液中精炼气体的分布特性是 第31卷 第12期 2009年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31No．12 Dec．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．12．006