[發(fā)明專利]一種直接約束控制導(dǎo)電金屬流體液面波動(dòng)的電磁控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510083510.4
• 申請日: 2015-02-15
• 公開（公告）號: CN104646643A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧安元;李陽;王恩剛;尹傳奇;張興武
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: B22D11/18
• 分類號: B22D11/18;B22D27/02;B22D11/115
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 劉曉嵐

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料電磁加工成型領(lǐng)域，具體涉及一種直接約束控制導(dǎo)電金屬流體液面波動(dòng)的電磁控制方法。

背景技術(shù)

在材料加工過程中，金屬液的液面波動(dòng)對其凝固成型有著非常大的影響。在連鑄過程中，用魚雷罐車運(yùn)輸鋼液，回轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)操作以及鋼液在中間包中流動(dòng)時(shí)，倘若鋼液液面波動(dòng)起伏較大，則容易造成鋼液的二次氧化及保護(hù)渣的卷入，影響鋼液的質(zhì)量。

結(jié)晶器內(nèi)金屬液面波動(dòng)的穩(wěn)定性對連鑄坯的質(zhì)量有著很大的影響：鑄坯表面的振痕起源于液面變形，而鑄坯表面裂紋、角部裂紋主要發(fā)生在振痕的谷底處；液面區(qū)域金屬波動(dòng)的傳播導(dǎo)致金屬渣的鋪展不均勻，易產(chǎn)生裂紋；金屬液面波動(dòng)的加劇造成保護(hù)渣的卷入和振痕的加深。

在鋼包冶金中，鋼液以射流的形式從鋼包底沖向液面，如果流速過快，鋼液射流沖擊鋼液表面，形成表面鼓包和渣眼，過大的波動(dòng)和表面變形將引起卷渣和表面鋼液氧化，影響鋼液的質(zhì)量。

另外，在電磁鑄造過程中，液面的形狀和波動(dòng)對于鑄坯的成型影響極大，電磁鑄造過程中任何輕微的液面波動(dòng)，都會(huì)在鑄坯表面形成凹凸痕跡，金屬液面的劇烈晃動(dòng)，輕則使鑄坯形狀不規(guī)則，重則甚至?xí)硅T造過程無法進(jìn)行。

近年來，針對減緩導(dǎo)電金屬流體液面波動(dòng)，尤其是結(jié)晶器內(nèi)液面波動(dòng)，國內(nèi)學(xué)者提出了多種新的方法，發(fā)表的專利包括：一種減緩結(jié)晶器液面波動(dòng)的電磁控流方法(申請?zhí)枺?01310407936.1)、一種結(jié)晶器液面波動(dòng)的控制方法(申請?zhí)枺?01310287655.7)。前者采用的方法是利用螺旋電磁攪拌產(chǎn)生逆于鋼液上環(huán)流方向的力，控制減緩結(jié)晶器中鋼液的上環(huán)流速度，從而減小上環(huán)流對鋼液表面的沖擊，達(dá)到減緩結(jié)晶器液面波動(dòng)的效果；后者采用的方法是利用連鑄液面測量系統(tǒng)、通訊控制系統(tǒng)以及液面波動(dòng)分析系統(tǒng)等，分析出穩(wěn)態(tài)及非穩(wěn)態(tài)澆注條件下對結(jié)晶器卷渣產(chǎn)生的主要位置的液面波動(dòng)頻率范圍，從而實(shí)時(shí)檢測液面波動(dòng)，通過控制塞棒來降低拉速，調(diào)整保護(hù)渣及水口出口角度來減小卷渣發(fā)生的可能性。由于造成結(jié)晶器內(nèi)液面波動(dòng)的原因主要有：鋼液上環(huán)流對結(jié)晶器液面的沖擊、水口吹氬，氬氣上浮在結(jié)晶器表面破裂，對結(jié)晶器鋼液表面擾動(dòng)、結(jié)晶器自身正弦或非正弦震動(dòng)對結(jié)晶器液面的影響，以上兩種方法只在某些方面上提出應(yīng)對措施，并沒有針對液面波動(dòng)的實(shí)質(zhì)，從整體提出有效的方法達(dá)到控制結(jié)晶器液面波動(dòng)的效果。此外，這兩種方法都有局限性，僅適于在結(jié)晶器中使用，未能對控制約束導(dǎo)電金屬流體液面波動(dòng)提出更具有普適性的方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種直接約束控制導(dǎo)電金屬流體液面波動(dòng)的電磁控制方法。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種直接約束控制導(dǎo)電金屬流體液面波動(dòng)的電磁控制方法，將磁壓力施加于導(dǎo)電金屬流體液面，使導(dǎo)電金屬流體液面產(chǎn)生一個(gè)向下的推力以控制液面的波動(dòng)，具體方法為：

在需要控制液面波動(dòng)的導(dǎo)電金屬流體液面上水平布置一組平行直導(dǎo)線圈或盤形導(dǎo)線圈，并通入諧波交流電，使導(dǎo)電金屬流體液面處于一個(gè)水平方向的交變磁場中，根據(jù)電磁感應(yīng)作用，交變磁場在導(dǎo)電金屬流體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，該感應(yīng)電流與交變磁場相互作用，則在導(dǎo)電金屬流體液面形成垂直于該液面的磁壓力，該磁壓力相當(dāng)于對重力場的加強(qiáng)，從而控制導(dǎo)電金屬流體液面的變形和波動(dòng)。

所述的磁壓力通過改變諧波交流電的電流大小和頻率來調(diào)節(jié)。

所述的諧波交流電的電流大小為500A～10000A，頻率為10kHz～150kHz。

所述的磁壓力通過改變平行直導(dǎo)線圈或盤形導(dǎo)線圈的匝數(shù)來調(diào)節(jié)。

所述的平行直導(dǎo)線圈或盤形導(dǎo)線圈的匝數(shù)的范圍為1～500匝。

所述的磁壓力通過改變平行直導(dǎo)線圈或盤形導(dǎo)線圈距離導(dǎo)電金屬流體液面的高度來調(diào)節(jié)。

所述的平行直導(dǎo)線圈或盤形導(dǎo)線圈距離導(dǎo)電金屬流體液面的高度的范圍為0～300mm。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明能有效的約束控制任何導(dǎo)電金屬流體的液面波動(dòng)，針對引起震動(dòng)的不同原因都有約束控制的作用?？梢詰?yīng)用于任何需要控制導(dǎo)電金屬流體液面波動(dòng)的地方，具有更為廣泛適用性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式中直接約束控制導(dǎo)電金屬流體液面波動(dòng)的電磁控制方法的平行直導(dǎo)線圈結(jié)構(gòu)原理圖；

其中，1-平行直導(dǎo)線圈，2-平行直導(dǎo)線圈周圍磁場，3-平行直導(dǎo)線圈條件下導(dǎo)電金屬流體液面感應(yīng)電流，4-平行直導(dǎo)線圈條件下導(dǎo)電金屬流體液面磁壓力；

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式中的平行直導(dǎo)線圈俯視圖；