Model and optimization of electromagnetic filtration of metals

Modelo y optimización de la filtración electromagnética de metales

La fuerza de flotación electromagnética provoca el movimiento de partículas no conductoras en un líquido conductor sometido a un campo electromagnético. Este fenómeno permite filtrar pequeñas inclusiones de metales fundidos. Este trabajo presenta un modelo matemático del proceso de filtración bajo campo electromagnético alterno y la metodología para maximizar su eficacia.

​INTRODUCCIÓN

Las impurezas como las inclusiones no metálicas en las aleaciones metálicas utilizadas en las industrias automovilística, aeroespacial y electrónica pueden ser el origen de problemas como grietas, menor resistencia o calidad superficial y falta de uniformidad de algunas propiedades [1,2].

La separación electromagnética es un método para mover las partículas no conductoras de un metal fundido utilizando la acción indirecta de la fuerza de Lorentz sobre el metal líquido. Esta fuerza provoca la flotabilidad electromagnética que afecta a las partículas.

La fuerza electromagnética que actúa sobre el metal líquido puede ser inducida por los siguientes métodos: forzando el flujo de corriente continua con el uso de electrodos en el campo magnético estático, forzando el flujo de campo electromagnético alterno con el uso de electrodos, y el más frecuente, que es el uso de una bobina generadora del campo electromagnético alterno o viajero, que es un método sin contacto.

Este fenómeno se utiliza sobre todo para eliminar las inclusiones no metálicas del metal líquido, ya escala de laboratorio los efectos parecen ser bastante satisfactorios en el proceso de purificación del aluminio [3,4], las aleaciones Al-Si [5] y el zinc [6], y también en la fundición de materiales compuestos funcionalmente graduados, donde el objetivo es la segregación del refuerzo para obtener un cambio espacial suave en sus propiedades [10].

Sin embargo, la aplicación industrial de la separación electromagnética para fi ltrar los metales líquidos tiene sus inconvenientes, y el principal problema es la obtención de densidades suficientes de fuerzas electromagnéticas, especialmente en la parte media del canal por el que fluye el metal líquido [6 ]. En parte, la causa de estas dificultades es la utilización de modelos simplificados (sobre todo en el caso de los fenómenos hidrodinámicos), lo que dificulta tanto la plena comprensión de los fenómenos que se producen dicho proceso como su utilización para hacer más eficaz el proceso de filtración.

Este artículo presenta un modelo más completo de este proceso y proporciona información sobre las trayectorias de las partículas matemáticas que fluyen a través del filtro. También muestra las formas de aumentar la eficacia del proceso.