电场对钢液_氧化铝夹杂物的界面能的影响研究.pdf
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1、收稿日期:基金项目:国家自然科学基金资助项目()辽宁省市监督管理局科技计划项目()作者简介:王 元 浩()本 科 .通讯作者:杨 鑫 博士/讲师.电场对钢液/氧化铝夹杂物的界面能的影响研究王元浩 陈 文 薛俊海 杨 鑫(辽宁科技大学材料与冶金学院 辽宁省检验检测认证中心)摘 要 文章利用高温电润湿研究了电场电压对钢液与 夹杂物两相间的界面自由能的影响 并通过杨氏方程对实验结果进行了验证 通过高温电润湿可知 随着电压的增大 钢液与 夹杂物两相间的接触角逐渐减小 当电压增加至 时(阈值)两相间的接触角不再变化 利用高温电润湿实验得到的接触角 通过杨氏方程可证明:随电压的增大 钢液与 夹杂物两相间的
2、界面自由能逐渐减小关键词 夹杂物 界面自由能 电场 接触角 杨氏方程文献标识码:文章编号:()().().非金属夹杂物的形态和分布控制是炼钢实践中提高钢的机械性能的关键 目前钢铁冶炼过程中主要采用渣洗、吹氩处理和钙镁处理等技术来去除夹杂物 然而这些传统工艺对去除细小夹杂物效果不甚理想 电磁净化法能够去除颗粒较小的夹杂物 但其设备复杂 成本较高 过滤法去除细小夹杂效果较好 但其成本高 且易造成过滤器堵塞 因此 亟需开发一种新技术来控制钢中夹杂物 满足工业化生产 近年来有关施加电场控制金属熔体中夹杂物的研究成为了焦点 但是关于电场的作用机理一直存在着争议 其中包括电自由能理论、电泳理论和电磁斥力理
3、论等 笔者团队近年来一直致力于研究电场对钢中非金属夹杂物的影响 认为电场的引入影响了钢中夹杂物的形核和长大行为 冶 金 能 源 夹杂物的形核、碰撞长大以及形态分布与钢液夹杂物两相间的界面自由能有关 而关于电场作用下钢液与非金属夹杂物两相间的界面自由能的研究甚少 因此 文章着重研究了电场对钢中典型的 夹杂物与钢液界面自由能的影响 并为电场对 夹杂物的作用机理和调控技术提供一定的理论基础 界面润湿行为实验 实验原料成分及电压参数实验采用的钢样为轴承钢 其化学成分含量见表 实验采用高纯 基片进行电润湿实验 实验不同电压值对应的击穿电流如表 所示表 钢样化学元素成分含量 表 实验参数电压/电流/实验过
4、程使用传统的座滴法来研究钢液与 夹杂物之间的电润湿现象 实验装置如图 所示 将轴承钢样品利用线切割法切成方块状()并打磨抛光 将纯度为 的材料制成圆薄片(直径 厚度)打磨抛光后用酒精清洗干净 实验采用上下方式通电 上电极材料为高纯钨丝 下电极材料为高纯石墨片实验过程:将钢样和 基片放置于炉膛内 在高纯 ()保护下 将润湿管式炉升温至 并恒温 待钢样完全熔化后 记录未通电时的钢液与 圆片间的润湿行为 将上下电极放入固液体系 并保持整个润湿过程电极材料与固液体系密切接触 向固液体系施加预定好的电场强度 并利用高清摄影仪记录电润湿过程 最后通过计算软件和图像处理确定固液两相间的接触角数据变化图 高温
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