銅合金熔體泡沫陶瓷離心過濾凈化數(shù)值模擬與實驗研究.pdf

1、銅合金作為一類重要有色金屬材料，在國防和電力等工業(yè)中被廣泛地應用。隨著科學技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的不斷進步，對銅合金潔凈度的要求日益提高。泡沫陶瓷過濾技術(shù)被公認為是去除合金熔體中非金屬夾雜物的有效方法。為了濾除更加細小的夾雜物而采用小孔徑、大厚度的泡沫陶瓷過濾器時，由于過濾阻力增大影響了過濾速度，甚至難以完成過濾過程。
　　合金熔體泡沫陶瓷離心過濾技術(shù)是一種新的過濾凈化方法，它借助離心力使合金熔體通過孔徑更小、厚度更大的泡沫陶瓷過濾器，從

2、而提高過濾效率和過濾速度。
　　本文以銅合金熔體泡沫陶瓷離心過濾工藝為研究對象，采用實驗及數(shù)值模擬方法進行研究。實驗研究了過濾溫度、離心轉(zhuǎn)速、泡沫陶瓷孔徑和泡沫陶瓷厚度等過濾工藝參數(shù)對過濾效果的影響；通過SEM技術(shù)獲取泡沫陶瓷幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，采用Weaire-Phelan泡沫模型構(gòu)建了接近實際泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)的三維模型，利用數(shù)值模擬方法研究了銅合金熔體在不同過濾工藝參數(shù)條件下，過濾阻力和過濾效率變化規(guī)律。通過實驗研究和數(shù)值模擬，得到如下

3、主要結(jié)論：
　?。?）過濾實驗和數(shù)值模擬結(jié)果表明，泡沫陶瓷離心過濾與重力過濾相比，離心過濾借助于離心力，可采用孔徑更小、厚度更大的泡沫陶瓷過濾器對合金熔體進行過濾，有利于提高銅合金潔凈度和過濾速度，提高銅合金的力學性能。
　?。?）數(shù)值模擬結(jié)果表明，泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)參數(shù)是影響過濾效率和過濾阻力的主要因素。各因素對過濾效率的影響強弱順序是：泡沫陶瓷孔徑>泡沫陶瓷厚度>離心轉(zhuǎn)速>過濾溫度；影響過濾阻力強弱順序是：泡沫陶瓷孔徑>泡沫陶

4、瓷厚度。提高離心轉(zhuǎn)速有利于克服流動阻力，提高過濾溫度有利于克服熱阻。
　?。?）Weaire-Phelan模型是公認的最具代表性的泡沫幾何結(jié)構(gòu)模型之一。構(gòu)建以Weaire-Phelan模型為基本骨架的泡沫陶瓷三維幾何模型，關(guān)鍵是準確獲取泡沫陶瓷的結(jié)構(gòu)參數(shù)和Plateau邊界處理。
　?。?）數(shù)值模擬結(jié)果和過濾實驗規(guī)律基本吻合，兩者之間出現(xiàn)較小偏差的原因是，在進行數(shù)值模擬過程中沒有考慮合金熔體、夾雜物和泡沫陶瓷三者之間的界面行