超声多普勒测速仪在冶金动力学研究中应用.pdfVIP

第28卷专辑 中 国 稀 土 学 报 20-o年4月 THE RARE V01．28 JOURNALOF CHINESEEARTHSOCIETY Spec．Issue Apr．2010 超声多普勒测速仪在冶金动力学研究中的应用 李炎华，苏志坚。，赫冀成 (东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室，辽宁沈阳110004) 摘要t介绍了超声多普勒测速仪在冶金领域应用的研究现状及前景，并成功使用该测速仪对与钢液物理性质相似的低熔点合金 的内部流速进行了测量。将实测值与推算值对比后发现，该仪器所测得的金属液内部流速是可靠的，其在冶金动力学研究领域 有广阔应用前景。 关健词。液态金属；内部流速；超声多普勒测速仪 中圈分类号：TGl41文献标识码lA文章编号：1000-4343(2010)-0062-03 1超声多普勒测速仪在冶金领域应用 很多的氧化物颗粒，导致超声波信号被散射，从而 的背景 造成回声信号的严重衰减；后来，他们使用电透法 金属液的内部流速是冶金生产中重要的动力 在铜容器内壁生成薄膜保护铜壁免于镓的氧化，成 学参数。在精炼过程中，金属液内部流动的加速有 功地优化了实验装置，并测得了液态镓中速度场分 助于提高界金接触面积，改善动力学条件，从而缩 布。 短精炼时间，提高精炼效率。而在连铸过程中，如 时隔一年，S．Eckert等【6】，将超声多普勒测速 果金属液内部流动过大则容易使自由表面变得不稳 仪成功地应用于液态钠的流速测量中。为了获得足 定，从而造成卷渣并降低连铸拉速，而过小的内部 够的多普勒信号，他们解决了很多问题：如超声波 流动则容易造成浓度与成分的不均匀。由于金属液 束有效通过不锈钢壁面，传感器和通道壁面之间接 一般具有高温，不透明等特性，因此其流速的准确， 触的良好性等。同时，为克服传感器温度200℃的 实时测量一直以来都是非常困难的事情。许多学者 限制，他们采用了声波导管，最终把超声多普勒测 借助数值模拟等方法对金属液的内部流动行为进行 速仪用于测量高达620℃的流体速度场中【7】。同时 分析研究[1-41。但为了简化模型，数值模拟过程中不也将这种方法应用在Pb—Bi合金熔液中N2气泡流的 得不忽略很多细节，并提出很多假设，因此计算结 速度场和在Cu．Sn合金熔液中N2气泡流的速度场 果并不能直接应用于实际生产。超声多普勒测速技 的测量上。他们利用这种超声波传感器可以在高达 术可以依据多普勒效应实时测量流体的内部流速。 600-800℃的温度下对液态金属熔液进行测速，为 因此近年来，该技术得到了快速发展，其应用范围 超声多普勒测速仪的应用开辟了新的领域。 也逐渐从医疗领域扩展到了冶金等其它领域，并得 在前人研究的基础上，A．Cramer掣刚总结经 到了学者的广泛关注。 验，将超声波传感器成功地应用于水银和共晶 2超声多普勒测速仪在冶金领域应用 In-Ga-Sn的速度场测量中。在测量中，由于考虑到 氧化、湿润性与耦合等条件的限制，将有机物制品 的研究现状 覆盖在装满In-Ga-Sn的液态金属上面进行密封，在 2001年，DanielBrito等【5】首次利用脉冲多普勒有机物制品上放置水作为介质，并且通过有机物表 频移超声方法对涡流的液态镓进行速度测量。他们 面来测量内部液体的速度场，有效的解决了实验中 在实验中发现，由于液态镓很容易被氧化，会产生