·182· 工程科学学报.第40卷，第2期 超重力 =9 =3g 1=6s =10s G= G-20 运动方向 G=100 G=280 G=500 图7不同重力场条件下硅颗粒在不同时刻的分布 Fig.7 Distributions of silicon particles at different times under different gravity fields 场条件下硅颗粒在不同时刻分布的模拟结果，图中t 明了超重力场可以强化夹杂颗粒在熔体中的上浮 为分离时间.由图可以看出，普通重力条件下，硅颗 过程. 粒在试样内部依然弥散分布，并未发生明显的偏聚 (3)当额外考虑布朗力、压力梯度力等对硅颗 现象：当重力系数G为20时，试样内部硅颗粒出现 粒运动速度的影响时，硅颗粒无论沿超重力方向还 了明显的定向迁移现象，试样右部区域出现了无硅 是普通重力方向的运动速度不再平衡，而是均绕着 颗粒区域，这是由于熔体内部密度较小的硅颗粒在 相应的Stokes平衡速度上下波动.然而硅颗粒的平 超重力场中沿着超重力的反方向进行迁移富集.而 均运动速度非常接近相应的Stokes平衡速度，可以 且随着重力系数的增加，在相同时间内，试样内部无 认为硅颗粒在超重力场中的运动行为近似符合 硅颗粒区域面积逐渐增大，说明熔体内部硅颗粒的 Stokes运动定律. 定向富集现象越显著.图7中的模拟结果与图4中 的实验结果相吻合，进一步表明了超重力可以强化 杀 考文献 金属熔体内部固相颗粒的定向分离与富集，这也为 将超重力引入到高温钢液中非金属夹杂物的分离去 [1]Shu D,Li TX,Sun B D,et al.Numerical calculation of the elec- 除上提供了一定的实验参考与科学依据. tromagnetic expulsive force upon nonmetallic inclusions in an alu- minum melt:Part I.Spherical particles.Metall Mater Trans B, 3结论 2000,31(6):1527 [2]He YJ.Li Q L,Liu W.Separating effect of a novel combined (1)超重力场能够有效分离金属熔体中密度较 magnetie field on inclusions in molten aluminum alloy.Metall Ma- 小的夹杂颗粒，初生硅颗粒在超重力作用下沿着超 ter Trans B,2012,43(5):1149 重力的反方向做定向迁移并富集在试样的上部区 [3]Zhou C,Cui JZ.Influence of inclusions on mechanical properties 域.超重力对铝熔体中初生硅颗粒显著的分离效果 of 6063 Al alloy.J Mater Metall,2013,12(1):72 为超重力应用到高温钢液中非金属夹杂物的去除上 (周策，雀建忠.夹杂物对6063铝合金力学性能的影响.材料 提供了科学依据 与治金学报，2013,12(1)：72) [4]Song G Y,Song B.Yang Z B,et al.Removal of inclusions from (2)随着重力系数的增加，熔体中夹杂物在试 molten aluminum by supergravity filtration.Metall Mater Trans B. 样上部区域的富集程度更显著，熔体净化效果也更 2016,47(6):3435 好，当G=500时，试样的净化率达到了84.98%，表 [5]Gaustad G,Olivetti E,Kirchain R.Improving aluminum recy-工程科学学报,第 40 卷,第 2 期 图 7 不同重力场条件下硅颗粒在不同时刻的分布 Fig. 7 Distributions of silicon particles at different times under different gravity fields 场条件下硅颗粒在不同时刻分布的模拟结果,图中 t 为分离时间. 由图可以看出,普通重力条件下,硅颗 粒在试样内部依然弥散分布,并未发生明显的偏聚 现象;当重力系数 G 为 20 时,试样内部硅颗粒出现 了明显的定向迁移现象,试样右部区域出现了无硅 颗粒区域,这是由于熔体内部密度较小的硅颗粒在 超重力场中沿着超重力的反方向进行迁移富集. 而 且随着重力系数的增加,在相同时间内,试样内部无 硅颗粒区域面积逐渐增大,说明熔体内部硅颗粒的 定向富集现象越显著. 图 7 中的模拟结果与图 4 中 的实验结果相吻合,进一步表明了超重力可以强化 金属熔体内部固相颗粒的定向分离与富集,这也为 将超重力引入到高温钢液中非金属夹杂物的分离去 除上提供了一定的实验参考与科学依据. 3 结论 (1)超重力场能够有效分离金属熔体中密度较 小的夹杂颗粒,初生硅颗粒在超重力作用下沿着超 重力的反方向做定向迁移并富集在试样的上部区 域. 超重力对铝熔体中初生硅颗粒显著的分离效果 为超重力应用到高温钢液中非金属夹杂物的去除上 提供了科学依据. (2)随着重力系数的增加,熔体中夹杂物在试 样上部区域的富集程度更显著,熔体净化效果也更 好,当 G = 500 时,试样的净化率达到了 84郾 98% ,表 明了超重力场可以强化夹杂颗粒在熔体中的上浮 过程. (3)当额外考虑布朗力、压力梯度力等对硅颗 粒运动速度的影响时,硅颗粒无论沿超重力方向还 是普通重力方向的运动速度不再平衡,而是均绕着 相应的 Stokes 平衡速度上下波动. 然而硅颗粒的平 均运动速度非常接近相应的 Stokes 平衡速度,可以 认为硅颗粒在超重力场中的运动行为近似符合 Stokes 运动定律. 参 考 文 献 [1] Shu D, Li T X, Sun B D, et al. Numerical calculation of the elec鄄 tromagnetic expulsive force upon nonmetallic inclusions in an alu鄄 minum melt: Part I. Spherical particles. Metall Mater Trans B, 2000, 31(6): 1527 [2] He Y J, Li Q L, Liu W. Separating effect of a novel combined magnetic field on inclusions in molten aluminum alloy. Metall Ma鄄 ter Trans B, 2012, 43(5): 1149 [3] Zhou C, Cui J Z. Influence of inclusions on mechanical properties of 6063 Al alloy. J Mater Metall, 2013, 12(1): 72 (周策, 崔建忠. 夹杂物对6063 铝合金力学性能的影响. 材料 与冶金学报, 2013, 12(1): 72) [4] Song G Y, Song B, Yang Z B, et al. Removal of inclusions from molten aluminum by supergravity filtration. Metall Mater Trans B, 2016, 47(6): 3435 [5] Gaustad G, Olivetti E, Kirchain R. Improving aluminum recy鄄 ·182·