[發明專利]金屬熔體螺旋電磁攪拌裝置

無效

• 申請號: 201210005310.3
• 申請日: 2012-01-10
• 公開（公告）號: CN102554165A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 沙明紅;李久慧;李娜;侯忠霖;李激光;李勝利
• 申請（專利權）人: 遼寧科技大學
• 主分類號: B22D11/115
• 分類號: B22D11/115;B22D27/02;B22D11/049
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所 21224
• 代理人: 張群

技術領域

本發明涉及電磁鑄造和材料電磁加工成型領域，特別是一種金屬連鑄、半固態鑄造和定向凝固過程用金屬熔體螺旋磁場電磁攪拌裝置。

背景技術

電磁場是自然界中重要的物理場之一，具有許多熱電技術無法比擬的優點，最顯著的特點是其可傳遞熱能和動能給金屬熔體，且熔體和磁場發生器之間不接觸，因而對金屬熔體沒有污染。板坯連鑄是高品質板帶生產流程里至關重要的前提，目前應用在板坯連鑄結晶器部位的電磁感應技術主要有：1.旋轉磁場攪拌技術，2.可以實現電磁加速、電磁制動及旋轉電磁攪拌三種功能的電磁控流技術。第一種技術以日本的新日鐵為代表，主要針對鑄坯表面質量和皮下質量的提高。但單一的旋轉磁場對鑄坯內部的熔體影響不大，因而無法有效改變鑄坯內部質量。第二種技術以日本NKK和法國Rotelec為代表，因其可以實現電磁加速與制動，因而適應的鋼種的范圍更廣?？梢暂^好的控制結晶器內鋼液的流動速度與方向，能平緩液面，減輕鋼液流股沖入深度。其不足依然是鋼液的液芯無法被充分攪動。板坯連鑄二冷區與凝固末端的電磁攪拌，多采用周向攪拌，同樣也存在液芯攪拌不充分和內部質量差的問題。如果能在鑄坯連鑄方向上施加行波磁場，則可以控制和調節鋼液在垂直方向的流動，產生強制對流，這不僅可以降低金屬熔體中心與邊部的溫度梯度，提高鑄坯內部質量，同時在結晶器處可以抑制金屬液面波動，降低熔體流股的沖入深度。因而，如何將兩種攪拌磁場的優勢互補，實現板坯螺旋電磁攪拌將是一個新的方向。

旋轉磁場加行波磁場的復合攪拌方式，可歸納為旋轉和行波磁場內外疊加、旋轉磁場上下堆疊及行波磁場周向并列三種，該方法的優點是可以在熔體中同時產生周向和徑向的攪拌，綜合為螺旋攪拌。采用此種攪拌方法，不僅可以均衡周向的溫度和溶質分布，同時在徑向產生的環流也會減小熔體中間和邊部的溫度差，減小偏析，促近等軸晶的形成，進而可以減少熱裂和宏觀偏析，提高產品的質量。這些研究思路體現在公開(公告)號CN87104014A，名稱為“連續鑄鋼電磁攪拌裝置”和公開(公告)號CN86104510，名稱為“組合式多功能液態金屬電磁攪拌器”的中國發明專利申請案中，以及公開(公告)號CN87204232，名稱為“螺旋磁場電磁攪拌器”和公開(公告)號CN201476606U，名稱為“坩堝螺旋磁場電磁攪拌器”的中國實用新型專利申請案中。這些專利申請中相關的設備可以歸結為內外疊放式、上下堆疊式和周向并列式三種結構。但這三種結構的組合攪拌都是多繞組，在實際應用都有不便之處。首先是當將兩套裝置內外疊放在一起或者多套裝置上下堆疊或周向并列時，整個設備的尺寸和重量增加了，相應的設備的結構變得復雜，制造成本也增加了。其次，對于內外疊放的螺旋磁場發生器，由于距離的原因，外層裝置對熔體的攪拌效果會明顯降低，同時內層裝置對熔體的屏蔽效應以及兩套電磁感應裝置的相互影響也不能忽略。第三，對于多套裝置堆疊或并列組合的螺旋磁場發生器，電磁力的大小和電磁轉換效率的高低與磁軛的結構、線圈的布置均有很大關系。將多個旋轉磁場發生器上下堆疊在一起，根據電磁流體力學原理，會在金屬熔體中產生垂直方向的行波力，但受到垂直截面上的磁軛排列數目和磁軛背部連續性的影響，該力的大小將遠遠小于周向的旋轉力，因而螺旋攪拌效果會受限。同樣，用行波磁場周向并列形成的螺旋攪拌，在周向的旋轉力會遠低于周向行波力，這都不利于產生有效的螺旋攪拌。

發明內容

本發明提供了一種金屬熔體螺旋磁場電磁攪拌裝置，改善鑄坯金屬熔體的攪拌效果。

本發明提供的金屬熔體螺旋電磁攪拌裝置其結構包括：電磁感應系統、供電系統、冷卻系統和箱體。電磁感應系統由磁軛組和纏繞在磁軛組上的線圈組成，磁軛組由磁軛背和磁軛端部組成。磁軛端部的側面呈現臺階結構；供電系統包括兩相或三相電源柜及變頻控制柜，線圈通過電源接口由導線連接電源。電源頻率為0.1～100Hz。為適合復雜的工作環境，導線的絕緣層應耐高溫，抗氧化。進行電磁攪拌時，通過交換電源中的任意兩相的位置改變電磁力兩個分力的方向，水平方向分力可以實現左右的改變，垂直方向的分力可以實現上下的改變；冷卻系統要將電磁攪拌設備自身產生的熱量及環境傳給設備的熱量帶走，以保證設備具有高的電-磁轉換效率。冷卻系統包括箱體上的進水口和出水口，分別通過水管連接水泵和蓄水池，形成冷卻回路。這樣即可保證冷卻效果，同時又便于縮小整體體積。若采用中空銅管材料繞制線圈，則采用內冷方式，在管內通水冷卻；箱體由金屬或非金屬材料薄板制成，比較常用的有奧氏體不銹鋼薄板、高強度有機材料、工程塑料和復合材料等，這些材料可以用來保護內部設備，同時也利于導磁。電磁感應系統經絕緣處理后放置到箱體內。