中国测试CHINA MEASUREMENT & TEST Vol.42 No.2February，2016第 42 卷第 2 期2016 年 2 月

金属液纯净度的原位尧在线尧定量监测方法要要要LiMCA技术回顾与展望

廖艳飞 1袁2袁 王晓东 2袁 那贤昭 1（1.钢铁研究总院先进钢铁流程及材料国家重点实验室，北京 100081；2.中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049）

摘 要院原位尧在线尧定量的金属液纯净度监测技术因其重要的生产实际意义一直是冶金工作者梦寐以求的技术遥 该文对加拿大麦吉尔大学开发的 LiMCA 的原理尧发展历史尧研究手段尧技术特点尧应用场合进行综合分析袁系统阐述国内外对这一技术的研究成果遥目前袁LiMCA 技术已在铝工业以及熔点低于铝的金属液纯净度监测方面获得成功应用袁然而袁将其应用于钢铁等高温熔体时却遇到一些问题遥 最后袁该文指出 LiMCA 存在的先天不足渊基于接触式的测量原理冤袁提出非渊机械冤接触式的洛伦兹力微颗粒探测法袁有望解决高温金属液纯净度的监测问题遥关键词院LiMCA；金属液纯净度；夹杂物检测；电阻脉冲；电磁场测量文献标志码院A 文章编号院1674-5124渊2016冤02-0001-08

In situ，online and quantitative monitoring of liquid metal cleanliness method-review and prospect of LiMCA

LIAO Yanfei1，2，WANG Xiaodong2，NA Xianzhao1（1援 State Key Laboratory of Advanced Steel Processing and Products，Central Iron and Steel Research

Institute，Beijing 100081，China；2援 College of Materials Science and Opto-electronic Technology，University of Chinese Academy Sciences，

Beijing 100049，China）

Abstract: The in situ，online and quantitative monitoring methods for metal liquid cleanliness havealways been coveted by the metallurgists because of their practical significance. In this thesis，theauthors have reviewed the operating theory， developing history， research instruments， technicalfeatures and industrial applications of the LiMCA （liquid metal cleanliness analyzer） technologydeveloped by the Canadian McGill University and have systematically elaborated the domestic andforeign research findings of this technology gained in the last three decades. At present， thetechnology has been applied in the aluminum industry，but some critical problems occurred whenit was used in iron and steel and other high-temperature melts. In the end， the authors havepointed out that this technology is unfit for high -melting -point melt because of its inherentdeficiencies （contact-based measurement principle） and alternatively proposed the Lorentz forceparticle analyzer （LFPA），a non-contact electromagnetic induction method expected to solve theproblems in monitoring the cleanliness of high temperature liquid metals.Keywords: liquid metal cleanliness analyzer； cleanliness of molten metal； inclusion detection；resistance pulse；electromagnetic field measurement

收稿日期院2015-07-10曰收到修改稿日期院2015-09-21基金项目院中国科学院野百人计划冶项目渊111800M105冤曰国家自然科学基金面上项目渊51374190冤作者简介：廖艳飞渊1990-冤袁女袁硕士研究生袁专业方向为金属液纯净度检测及连铸坯振痕检测遥通讯作者院王晓东渊1972-冤袁男袁教授袁博士生导师袁主要从事材料电磁过程方面的研究遥

doi院10.11857/j.issn.1674-5124.2016.02.001

中国测试 2016 年 2 月

0 引 言如果在金属液凝固前未能有效控制悬浮于其中

的非金属夹杂物袁不仅影响成形工艺袁还将极大危害金属材料的使役性能遥 如铝及其合金袁由于杂质所致的针孔型或裂纹等缺陷将影响深冲工艺袁在退火过程中附着在杂质处的气体会引起所谓的起泡缺陷袁并且杂质导致线材在实施深拔工艺时直接断掉遥 钢铁材料中杂质的存在将影响其强度尧韧性尧冲压性能尧机械加工性尧焊接尧氢致裂纹尧疲劳强度袁以及表面性能渊腐蚀尧反射率尧光洁度等冤遥铜熔体很容易氧化袁生成氧化铜渊Cu2O冤袁在退火和焊接工艺过程中与氧化铜杂质处极易形成裂纹缺陷遥 要想得到高质量的压铸镁合金袁铁尧铜尧镍等氧化物杂质的浓度和尺寸必须严格控制在一定范围内遥 因此袁快速尧准确地在线监测金属液中非金属夹杂物意义重大遥

目前袁金属液纯净度的检测技术主要有超声波法尧图像法尧过滤法尧LiMCA 法等遥 其中袁液态金属纯度分析仪渊liquid metal cleanliness analyzer袁LiMCA冤法是由 Coulter 原理发展而来袁该方法由加拿大麦吉尔大学 Guthrie 研究组首先提出袁实现了金属液纯净度的原位尧在线尧定量检测遥目前袁已经可以检测低至15滋m 的夹杂物袁并且成功应用于铝尧锌尧镁尧铅锡合金尧镓等金属液遥1 测量原理

LiMCA 的原理如图 1[1]所示遥 传感器包括一端封闭的绝缘取样管尧取样管侧壁上的微孔和取样管内外的电极遥根据气动学原理袁在取样管内外施加压差袁可实现待测液抽入或排出遥 两电极间通入恒定的直流电袁电势差只集中在小孔通道及其附近区域袁此区

域称为电敏感区渊electric sensing zone袁ESZ冤袁因此该法又称为电敏感区法遥 当一个非金属夹杂物随待测液通过电敏感区时袁两电极间的电阻发生变化袁夹杂物通过电敏感区这一野事件冶表现为一个电压脉冲信号袁由其大小可判断出夹杂物的尺寸袁脉冲信号的数目即夹杂物的数量遥 LiMCA 方法可同时获得夹杂物尺寸和数量遥

显然袁非金属夹杂物的尺寸与测量信号之间的关系是 LiMCA 中最基本尧最核心的关系遥 根据麦克斯韦的电磁场理论袁对于非金属夹杂物而言袁电阻的变化[2-3]可表示为

驻R1= 4籽ed3仔D4 渊1冤式中院籽e要要要金属液的电阻率曰

d要要要夹杂物的名义尺寸曰D要要要小孔直径或电敏感区特征尺寸遥

由式渊1冤可知电阻的变化值与夹杂物的体积成正比遥对式渊1冤有两点说明院

1冤当夹杂物的电导率趋于无穷大时袁式渊1冤变为驻R2=- 8籽ed3仔D4 渊2冤

当夹杂物电导率处于不导电和完全导电之间

时袁电阻的变化值介于式渊1冤和式渊2冤之间遥2冤当夹杂物尺寸与小孔相比较大时袁须引入修

正因子 f dD蓸 蔀 遥 对于直径大于敏感区直径 30%的球形夹杂物袁Smythe[4]给出的修正因子为

f dD蓸 蔀 =[1-0.8渊d/D冤3]-1 渊3冤2 理论分析与数值模拟

非金属夹杂物通过小孔的流体力学行为可视为

多相多物理场问题院金属熔体为液相袁夹杂物为固相或气相曰物理场则包含电势场尧感应磁场尧流场尧电磁力场等遥 Roderick Guthrie 教授等在理论分析和数值模拟方面做了大量研究工作袁简述如下遥

以下讨论均是电敏感区内的物理现象遥 当两电极间通入恒定电流时袁 由于小孔横截面在轴向上变化袁电敏感区内的金属液会自感应出磁场遥电敏感区内的电势渊渍冤分布可通过求解拉普拉斯方程获得袁由欧姆定律可计算出电流密度袁再由安培定律计算电敏感区内的自感应磁场遥 作用于金属液上的电磁力密度为 Fem=J伊B遥

通过求解流体的连续性方程和不可压缩流体的

N-S 方程可得到金属液的流场袁N-S 方程为籽fu塄u=-塄p +淄f塄2u+Fem 渊4冤

+

金属液

电敏感区

绝缘取样管

电极

脉冲信号

-

图 1 LiMCA 基本原理图

2

第 42 卷第 2 期

L

Lc

管壁

小孔

D I

突起

y渊xp袁yp冤 d2渊大颗粒冤

d1渊小颗粒冤xUo

H

取样管内部

图 2 用于区分夹杂物的新探头及其原理示意图咱10暂

仔6 d3籽p dupdt质 量 伊 加 速 度

= 仔8 d2CD 籽f |uf-up | 渊uf-up冤粘 性 阻 力

+ 仔6 d3籽f Dudt压 力 梯 度

+ 仔6 d3CM 籽fDufDt - dupdt蓸 蔀

表 观 质 量 力

+

32 d2渊仔滋f 籽f冤 1 / 2t

0乙 d渊uf-up冤 / ds渊 t - s 冤 1 / 2历 史 力

ds + 仔6 d3渊 籽f- 籽p冤g浮 力

- 3仔8 渊1- 字冤d3Fem电 磁 体 积 力

渊5冤

式中院u渊u袁 淄冤要要要液态金属的速度矢量曰p要要要压力曰籽f尧淄f要要要金属液的密度和运动学粘度曰Fem要要要作用于电敏感区内金属液上的电磁

力袁且为式中的源项遥通过求解有关的动量方程 渊据牛顿第二运

动定律冤袁可以描述夹杂物在电敏感区中的运动轨迹院

式中院up渊up袁淄p冤要要要夹杂物速度曰uf 渊uf袁 淄f冤要要要夹杂物不存在时袁中心位置处金属液的流量曰CD要要要阻力系数曰滋f要要要金属液动力粘度曰籽p要要要夹杂物密度曰d / dt要要要移动夹杂物参量对时间的导数曰D /Dt要要要金属液参量对时间的导数遥

式渊5冤左边表示加速夹杂物所需的合力袁右边各项依次为斯托克斯力尧压力梯度尧表观质量加速力尧历史力尧浮力和电磁力[5]遥

基于上述理论分析袁Li Mei[6]通过数值模拟研究了夹杂物的运动受夹杂物的电导率尧密度尧尺寸尧通入电流密度等的影响规律袁发现夹杂物的运动轨迹与磁压数渊RH冤尧雷诺数渊Re冤尧阻塞率渊k冤和夹杂物与流体密度比渊酌冤有关[7-8]遥

气动作用下金属液在小孔内形成射流袁小孔的形状和尺寸决定了金属液在电敏感区内的流动行为遥关于小孔的设计袁首先袁小孔不能过大或过小遥 若小孔太小袁根据质量守恒定律袁当金属液进入电敏感区时袁会引起电敏感区外流场的明显扰动曰速度过快时易造成小孔堵塞遥若小孔太大袁通入高电流时在电敏感区内可能形成循环流袁易引入电敏感区外的夹杂物曰也无法保证夹杂物依次通过袁影响计数的准确性遥目前袁LiMCA 中选用的小孔直径为 270耀500 滋m[3袁5袁9]遥其次袁根据流体力学原理袁小孔入口截面需要大于喉口处袁即呈喇叭口状袁这样能保证待测液顺利通过电敏感区遥

数值模拟工作也为小孔设计提供了依据遥 Li Mei等在磁流体力学效应的基础上计算了夹杂物的流动

行为袁发现电磁力较大时夹杂物的运动轨迹偏离轴心而偏向壁面袁运动轨迹亦受到夹杂物的大小和密度的影响遥 基于此而设计的新探头如图 2[10]所示袁在小孔外部有一段管型通道袁可将夹杂物中较大尧较轻的夹杂物剔除袁有效地避免了小孔的阻塞遥

Wang Xiaodong 等 [11]采用 Comsol Multiphysics数值软件模拟输入电流对夹杂物在电敏感区内流动

的影响袁得到了如图 3 所示的结果遥 当电流较小时袁流动边界层以外区域的轴向速度较均匀遥 当电流增大至 300A 时袁受电磁力影响袁流场产生回流遥 显然袁正常测量时应避免这种情形袁但在实际应用中利用这种短时强电流袁可以有效地冲刷掉聚集在孔壁的夹杂物袁现用于每次测量前小孔的清理遥

对于夹杂物种类而言袁微气泡尧液滴和固体夹杂物对金属液及其金属制品质量的危害程度不同袁如果不加以区分袁计数结果的有效性会大大降低遥 相对而言袁微气泡产生的压力较小袁也较难成核袁所以危害程度较小遥 Chris Carozza[12]的工作表明院可以根据夹杂物到达喉口的时间来区分微气泡和固体夹杂

物袁气泡会最先到达袁然后是密度逐渐增加的液滴和固体夹杂物遥 Wang Xiaodong[13]根据电压脉冲信号特征区别软硬杂质袁如图 4 所示遥 根据两相流理论袁软杂质气泡或液滴会产生变形袁观察电压脉冲信号袁软杂质对应的信号中心不对称曰 相较于同尺寸的硬杂

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质袁信号的幅值也显著减小袁据此袁可将软尧硬杂质区分开来遥3 实验及工业应用

对于冶金问题袁熔体的温度越高袁测量难度越大袁下面将按照熔体温度由低到高的顺序予以介绍袁其中以铝液和钢液中的测量应用为主遥3.1 基本的信号检测

1985 年袁麦吉尔大学的研究人员将电阻脉冲原理渊Coulte 原理冤[14]应用到金属液纯净度的在线监测袁

检测到足够精确的脉冲信号是该法实现工业应用的

关键遥LiMCA 源于 Coulter 原理袁但有所不同院LiMCA

在金属液中检测夹杂物袁而 Coulter 是在水溶液中遥金属液的电阻率比水溶液低了 4~6 个数量级袁这就意味着通入同样电流袁得到的电压脉冲很小袁难以测得袁同时外界干扰对测量的影响增大遥这样袁为了得到可测的电压脉冲袁需要通入大电流袁同时尽可能的减小背景噪音的干扰[1]袁措施主要有使用更灵敏的电子元件尧电磁屏蔽和接地遥

为了获得有效尧准确的夹杂物信息袁还需要进一步处理信号袁加入了放大器尧高低通滤波尧数据记录器和 DSP 等袁如图 5[9]所示遥其中袁在数字信号处理渊digital signal processing袁DSP冤阶段袁为了准确刻画信号特征袁采用 7 个参量来描述一个脉冲信号袁如图6 所示袁分别是院脉冲高度尧脉冲宽度尧始端斜率尧终端斜率尧脉冲尖峰值时刻尧开始时刻和结束时刻[9]遥

图 3 电敏感区内不同输入电流情形下的流场及流动模式变化咱11暂

渊a冤I=15A

Max:2.7122.7122.4412.1701.9991.6271.2561.0050.8240.5240.2710min院0

渊b冤I=300Amin院00

0.2720.7441.1171.4091.661

2.6062.4722.7002.724max院2.724

2.222

图 4 软硬杂质对应的电阻脉冲信号对比咱13暂

基线

渊R0冤R1

硬杂质

Z

Rs

Rh软杂质

图 5 基于 DSP渊数字信号处理冤的 LiMCA信号处理框图

真空/加压

开关

I E

RB

A B

用户

主机

数字信号处理器渊DSP冤

放大器

驻VAB带通滤波器

VAB+驻VAB

图 6 描述 LiMCA 信号特征的 7 个参数

峰高电压

时间

噪声频带

终端斜率

结束时刻开始时刻

峰值时刻

峰宽

始端斜率

0高噪声

低噪声

单位院m/s

单位院m/s

4

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3.2 水模型实验为了模拟复杂的冶金过程袁 研究人员设计了LiMCA

的水模型袁如 APS II渊aqueous particle sensor II冤 [15]遥Li Mei 等[16]利用 ASP域首次确认了可根据电压信号区分不同密度的夹杂物遥 Guthrie 等[9]则利用这一模型模拟研究吹氩钢包内杂质分布尧 流入中间包时钢液中氧化铝夹杂物的上浮情况以及利用 DSP 区分不同类型夹杂物的可行性等遥 图 7 为实际测量与数值模型预测的不同高度处夹杂物浓度分布袁这样袁就可以了解钢包内夹杂物分布[9]遥 图 8 为不同颗粒在APS II 中实验及数值模拟结果的对比图[9]遥 显然袁不同类型的夹杂物是可以区别的遥

3.3 实际金属熔体测量最初袁研究人员采用室温下为液态的金属镓进

行试验袁通入 60A 的电流渊水溶液中为 20mA冤袁得到了可检测的电压脉冲信号遥并发现金属液的野法拉第笼冶效应可以减小外界的电磁噪音干扰[1]遥 法拉第笼是一个由金属或者良导体形成的野笼子冶袁根据导体

的等电势原理袁内部电势为零袁导体的外壳对它的内部起到野保护冶作用袁使内部不受外部电场的影响遥在面对电磁波时袁也可以有效阻止电磁波的进入遥

接下来袁研究者考虑在铝液中应用这一技术遥为此袁引入了对数放大器和数据记录器等袁在实验室设计了第一台 LiMCA 仪器渊原型传感器名为 Moster冤遥1995 年加拿大魁北克的 BOMEM 公司渊现在的 ABB冤制造了第一台商用产品 LiMCA II袁如图 9渊a冤[1]所示遥到 19 世纪 90 年代末袁超过 250 台 LiMCA II 应用于铝行业遥其中绝缘取样管采用铝硅玻璃管袁电极材料采用低碳钢或钨遥 取样管上抛物线形小孔通过玻璃吹制工艺制得遥 实际应用中袁夹杂物在 LiMCA II 电敏感区的喉部上游团聚袁干扰待测液通过电敏感区袁导致测得的夹杂物数量比实际的小遥 为了解决这一问题袁在每次测量前通入前述的短强电流[17]遥 另外为减

渊a冤LiMCA IITM

渊b冤LiMCA CMTM

图 9 ABB 公司生产的 LiMCA域TM 与 LiMCA CMTM装置图咱1暂

图 8 不同颗粒在 APS域中实验及数值模拟结果的对比图

010203040506070

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7时间/ms

实验值

数值模拟

气泡 二氧化硅

孔院320滋mLiMCA 真空度院250mmHg

图 7 实际测量与数值模拟预测的不同高度处夹杂物浓度分布图渊h 为测量点到钢包模型底部距离袁H 为钢包高度冤

0 0.25 0.50 0.75 1.00h/H

理论值测量值

0.20.40.60.81.01.2

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小环境电磁噪音的影响袁LiMCA II 还采用了 4 个外电极的设计[18]遥

在 LiMCA II 的基础上袁ABB Bomem 公司又开发了 LiMCA CM渊continuous monitoring冤袁如图 9渊b冤[1]所示袁 即将 LiMCA II 中的模拟电路升级为数字电路袁并封装在一个金属壳内袁有效抑制了电磁噪音遥目前袁 南山轻合金有限公司东海熔铸扁锭生产线引入了国内首台 LiMCA CM遥 结合 LiMCA CM 和PoDFA 检测铝熔体中渣的数量与类型袁从而为有针对性地改进工艺提供依据[19]遥

在铝工业中袁LiMCA 不仅用来监测金属液质量袁还用来评价其他技术遥 工业上用其监测金属液从流水槽到 DC 模的氧化物含量变化袁优化静置时间袁从而获得最大的生产量遥 Keegan 等[20]用它来评价陶瓷泡沫过滤器渊ceramic foam filters袁CFF冤的过滤效果遥图 10 是 LiMCA II 测得的 CFF 前后夹杂物分布统计图袁可以看出 CFF 对提高金属纯净度效果明显遥

3.4 LiMCA在高温熔体中应用的尝试随着 LiMCA 技术在铝工业上的成功应用袁研究

者尝试将其用于镁[21-22]尧铜[23]尧钢[5袁24-25]等金属液袁并根据金属种类和冶金工艺特点设计了相应的传感器袁下面主要介绍在钢液中的应用尝试遥

由于钢液的温度高达 1 600耀1 700益袁传感器材质的选择面临很大的困难袁既要抵御强烈的热冲击袁又要耐钢液腐蚀袁还要求热变形小遥麦吉尔大学的研究人员设计了各种传感器袁并试验了各种绝缘材料和电极材料遥 19 世纪 80 年代末袁在 DOFASCO 的 70 t中间包上进行了一系列工业试验袁 如采用 700滋m的小孔尧30 A 的直流电尧硅电极尧石英绝缘管袁其中圆柱型小孔通过激光钻孔得到遥 实验中发现硅电极存在软化尧被侵蚀的问题袁探头的寿命仅 40min袁为此袁改用耐高温的石墨作为内部电极遥 Guthrie 等[26] 在随后的文章中也指出钢中 LiMCA 设备的计数结果只对于较大的夹杂物渊>20滋m冤才较准确遥 对于探头的实际

操作问题袁 日本 Heraeus Electro-Nite 和SumitomoMetal Industries 提出了野一次性冶取样探头遥其中著名的 ESZpas渊electric sensing zone-particle analyzersystem冤探头如图 11 [27]所示袁腔体由封闭式石英管构成袁并带有推进式连接器遥石英管内部的钢管作为阳极袁同时也是抽真空时的气体导管遥小孔位于浸入端附近遥腔内有两对从钢管延伸出来的钢棒袁一对作为内部电极袁另一对则作为体积调节装置遥ESZpas 有两个针对高温金属液的设计院1冤当探头浸入钢液时袁外部电极的保护帽融化袁释放出来的热量加热电极袁避免了冷电极与高温钢液的直接接触曰2冤 钢液进入石英腔时袁释放的热量融化一段铜线圈并与之形成合金袁根据合金熔点低于组分金属的规律袁避免了内部电极遭受过高温的冲击遥 ESZpas 设备已经在很多工厂进行了实验袁图 12 为连铸工艺不同时刻取样得到的 1 kg 钢液中夹杂物的尺寸与数量的统计直方图[1]遥 ESZpas 的测量准确度可达到 25 滋m袁应该着重指出的是袁虽然 ESZpas 经过了大量的实验室和工厂测试袁但市场上迄今为止仍未出现商业产品袁由此可见袁LiMCA 高温测量的可靠性尚未得到彻底解决遥

LiMCA 技术在钢液中的应用还存在其他问题袁譬如小孔熔化变形[1]遥另外袁出于成本考虑袁钢液过热度应约15益袁这样石英腔的填充率会很低袁取样量过小袁计数结果的准确性差遥4 LiCMA的优劣性

一方面袁现在常用的检测方法都有一定局限性袁相较而言 LiMCA 有很大的优势遥 如超声波法是根据反射波来探测金属液内的情况[28-30]袁该技术的检测水平强烈依赖于超声波的频率袁目前能检测的最小夹杂物尺寸仅为 60 滋m[31]袁而且检测成本很高曰图像法是凝固少量金属液袁然后利用高倍金相显微镜和图像分析仪袁结合计算机图像技术来分析和评定的方法袁该法耗时长袁不能及时将结果反馈到冶金工艺中袁而且测量结果是二维信息袁夹杂物的尺寸和体积浓度只是半定量的结果曰 过滤法是靠真空抽取一定体积的金属液袁通过过滤片分离夹杂物来获取分析样的一种方

图 10 LiMCA域测得的 CFF 前后颗粒分布统计图

CFF 前CFF 后

N15 15-2020-25平均夹杂物尺寸分布/滋m

25-3030-3535-4040-4545-5050-5555-600.00.51.01.52.02.53.0

图 11 钢液中 ESZpas 探头示意图负极 石英腔 铜帽

浸入端

小孔激冷块陶瓷体正极石英管

6

第 42 卷第 2 期

法[32]袁是一种非连续的离线检测方法遥 而 LiMCA 不仅兼具原位尧在线尧定量等优点袁而且监测水平低至15滋m遥

另一方面袁LiMCA 从原理上看是接触式的测量袁

虽然已成功应用于铝熔体及熔点低于铝熔体的合金

液袁但对于高温金属熔体渊>1 000益冤袁LiMCA 遇到了严重的问题院高温环境下袁电极热腐蚀快袁小孔通道热变形大遥大多数措施的效果都极为有限袁很难获得稳定的测量结果遥此外袁Coulter 原理的测量对象为电解质溶液袁不能用于检测固体导体中的夹杂物袁这些问题从根本上限制了 LiMCA 的应用遥5 结束语

针对高温测量的挑战性难题袁王晓东等提出了洛伦兹力微颗粒渊相当于夹杂物冤探测原理咱33-34暂袁并进行了相关原型实验袁证明了该原理对于微米级颗粒检测的有效性遥该原理如图 13[35]所示袁运动的导体经过一个磁场渊一般由永磁体产生冤袁在导体中产生涡电流袁涡电流与磁场相互作用产生洛仑兹力袁当无缺陷的导体穿过磁场时袁电磁力不变袁如图 13渊a冤所示遥 当含有微颗粒的导体经过磁场时袁涡电流分布变化渊非导电颗粒内不存在感应涡电流冤袁洛仑兹力也变化袁同理袁作用在磁系统上的反作用力渊F1冤变化袁该瞬变过程表现为一个负向的脉冲信号袁如图13渊b冤所示袁由此获得缺陷信息遥 该法的关键应用难点有院1冤对于微米级颗粒袁测得的力为 滋N 级甚至更小袁这涉及微小力测量问题曰2冤测量过程与高温环境兼容问题遥 解决上述的问题后袁利用该法有望开发出一种适合任何金属熔体的金属液纯净度

监测新方法遥参考文献

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廖艳飞等：金属液纯净度的原位、在线、定量监测方法———LiMCA 技术回顾与展望

图 12 某连铸工艺过程中每 1kg 钢液中含有的夹杂物尺寸和数量的统计直方图

80007000600050004000300020001000

0尺寸/滋m

8 0007 0006 0005 0004 0003 0002 0001 000

0尺寸/滋m

8 0007 0006 0005 0004 0003 0002 0001 000

0尺寸/滋m

图 13 洛伦兹力微颗粒测量原理图

渊a冤无缺陷导体

time

Force

V

B

Eddy currents

F0SNPM

渊b冤含微颗粒导体

F忆0NPMB Particle

Eddy currents V

time

Force

S

7

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