超声波对凝固石蜡中微粒分布的影响研究

　　近年来,利用超声波处理悬浮液以去除或分离金属液中的微粒、气泡或液滴的新方法越来越被人们所重视[1, 2],其主要包括两方面的内容,一是研究在高温金属液中产生超声波的方法[3, 4],二是利用超声波去除金属液中非金属夹杂物过程的理论分析、数值计算和实验研究[5]。其中,利用超声驻波场凝聚金属中夹杂物是一个重要方向。在超声波驻波场下,只要悬浮液中液体和微粒的声比因数不为零,微粒就会在声辐射力的作用下向声压节或声压腹运动[6]。在此过程中,微粒碰撞凝聚,最终达到凝聚平衡状态。含有非金属夹杂物的金属液可以视为悬浮液,在一定频率超声波的作用下,夹杂物同样会发生凝聚效应。但要形成超声驻波场,不能输入较大功率的超声波,这样应用在大型冶金设备上,凝聚夹杂物就受到一定的限制。目前,将超声波应用于冶金过程是研究热点之一[7~22],但关于功率超声波对颗粒凝聚效应的影响则较少涉及。因此,本文就超声波产生的空化气泡对石蜡液中颗粒的凝聚特性来展开研究,观察分析功率达到空化阈以上时超声波对石蜡液中微粒分布的影响及空化气泡和颗粒的相互作用。

　　1 实验

　　1.1 实验材料及设备

　　实验中所用石蜡是普通医用切片石蜡,颗粒是有机玻璃颗粒,粒度在0.63mm以下。主要的实验设备有: FS-250型超声波仪(最大功率150W,频率20 kHz),电子秤,温度计等。石蜡试样由OLYMPUSBX51型金相显微镜观察,宏观分布用数码相机拍摄。

　　1.2 实验过程

　　首先在75°C的恒温水浴中将有机玻璃容器内的石蜡液熔清,然后加入颗粒直径≤0.63mm经着色后的有机玻璃粒子,并充分搅拌均匀。先不施加超声波,石蜡凝固后制得颗粒物分布状态的对比样。然后用变幅杆施加30W、37.5W、45W和52.5W的超声波,处理时间分别为5min和10min,石蜡凝固后,用数码相机拍摄石蜡样中颗粒的宏观分布,用金相显微镜观察已凝聚的颗粒团的凝聚状态。

　　2 实验结果及讨论

　　2.1 石蜡样数码相片的分析

　　图1为超声处理石蜡样本中颗粒凝团分散情况。

　　从石蜡样本可以看到,没有经超声波处理的石蜡液中的有机玻璃粒子,在凝固过程中自然分散,颗粒与颗粒间无凝团现象,分布均匀。对石蜡液进行超声波处理后,有机玻璃颗粒有明显的凝团现象。当超声波的功率为30W时,颗粒与颗粒间互相靠拢,逐渐成团。当功率进一步增大,达到37.5W时,团块的大小变大,凝团趋势增强。随着功率的进一步增大,达到45W时,可以在实验中看到有少量空化气泡的产生,由于超声波的空化作用影响,凝团的团块部分被打散,