液态金属电磁离心凝固的力场分析.pdfVIP

维普资讯 第 30卷 第 5期 金 属 学 报 Vo【30． No5 【994 年 5 jj ACTA M ETALLURG1CA S NICA M ay I9 9 4 Dz。 液态金属 电磁离心凝固的力场分析 杨院生 刘清 民 焦育宁 葛云龙 胡壮麒 (中国科学院金属研究所) ’ 几 丁凸 l1J’ 』l 摘 要 适用磁流件动力学原理 对在稳恒磁场中高速旋转的液态金属凝固肘 的受力状志避 行了理论解析 结果表 明在 电磁力场 离心力场和重力场共 同作用 ，旋转液态金属 中受到大小 周期变化的径向压力和切 向分力，后者起 电磁搅拌作用，是细化 电磁离心凝固组织的根本原因 关键词 电磁岛，离心 ，凝固，电磁搅拌，液志金属 ． 在固液界面前沿的液体流动对凝固过程起着重要的作用，各种强迫流动 已成为控制凝固 过程 的有 力手段 其 中， 电磁驱动 流体 技术 能有 效地细化 晶粒 、减轻偏 析 ，提 高性 能 ．电磁驱动的特点在于流场 内存在一个附加的体积力即 Lorentz力 ，不同的电磁 场与液态金属的作用方式，可 以产生不同的冶金效果．然而，对 电磁场在凝固过程 中的研究 和应用主要局限在连续铸造和静止铸造方面，电磁场和其他力场形成复合约束条件下的金属 凝固过程 尚缺乏研究．本文分析了在稳恒磁场 中旋转的液态金属的受力状态， 1 基 本 原 理 电磁场通过 电磁力改变液体流动状态影响金属凝固过程 ．电磁力 由Maxwell方程组． Ohm定律，Lorentz力公式求解得出，通过磁流体动力学(MHD)的近似处理可以写为 ： 7=口(+ × (1) F=a／J ×H =J ×B r2) 式中，髓 电场强度，v／m； 勾磁场强度，T-m／H； “为导磁率，H／m；勐 磁通密 度，T；瑚 电流密度，A ／m ；口为电导率，ft- ·m ； 为流体运动速度，m ／s； Lorentz力，N ／m 对于稳恒磁场，流体金属所受到的电磁力可通过下式和式(2)求出． J=fft矿 × r3) 2 力 场 分 析 液态金属 电磁离心凝固力场分析的模型如图 1所示．设液体金属在稳恒磁场 中作圆周 奉 I：作得到中国石化总公司、国家博士后基金和快速凝固非平衡台盘开放 虫验室的资助 1993年 5片 17日收到初稿，1993牟 I2月 29日收到修改稿 本文血1讯联 系^：杨院生 博士后 ．沈阳(110015)中国科学院盘属研究所 维普资讯 5期 杨院生等：液态金属电磁离心凝固的力场分析 B209 运动，旋转角速度为 ∞，由于离心力的作用形成壁厚为(—to)的圆管，如图选定坐标系后管 长沿 z方 向． 液体金属所受到的电磁力(注意到了与翮 夹角 口= ／2)． ，E=JBsinfl= torB sin(or (4) Y-c＼