一種磁場幅頻相聯合調製電磁攪拌裝置的製作方法

2023-05-02 13:41:01

專利名稱：一種磁場幅頻相聯合調製電磁攪拌裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種磁場幅頻相聯合調製的電磁攪拌器，用於冶金過程中的電磁攪 拌，屬於材料的電磁製備領域。
背景技術：
電磁攪拌技術是一項傳統的能有效改善鑄坯表面及內部質量、提高等軸晶比率、 細化晶粒的手段。在連鑄過程中，從結晶器開始到二冷段最後到凝固末端所有帶液芯的區 域都可採用電磁攪拌技術來達到改善鑄坯表面及內部質量、提高等軸晶比率、細化晶粒的 目的。在該技術的運用過程中，施加的磁場都是幅/頻/相恆定的磁場，或者幅值和頻率可 調的磁場。這樣的情況下，隨著攪拌強度的增強，雖然能起到提高等軸晶比率、細化晶粒的 作用，但是由於金屬液流動的傳質作用，使得凝固後的鑄坯產生了嚴重的偏析問題，典型表 現為「白亮帶」的產生，這是由於液態金屬流動對凝固的影響。要較好的控制連鑄過程，必須 靈活調節幅/頻/相三個參數，以控制作用在液態金屬內的電磁力的大小，作用點及方向， 從而精確控制液態金屬的流動，進而較好的控制金屬液的凝固，達到改善鑄坯質量，提高生 產率的目的。
發明內容本實用新型的目的為解決已有技術存在的缺陷，達到設計並精確控制金屬液流 動，提供一種磁場幅頻相聯合調製電磁攪拌裝置。為達到上述目的，本實用新型的構思是永磁體鑲嵌在機械旋轉的環形鐵芯中，環形鐵芯連接可編程的步進電機，步進電 機的頻率和相位可調，它帶動鐵芯旋轉；磁場發生器、磁場和步進電機始終保持相同的旋轉 方式。電磁攪拌器包裹在結晶器的外緣，產生的磁場透過結晶器作用於內部的金屬液， 磁場按照一定的規律變化，金屬液中會產生感應電流，結合磁場的旋轉，金屬液就會受到周 向的電磁力，在電磁力的作用下金屬液旋轉，從而達到攪拌的目的，提高鑄坯的凝固質量。所述磁場發生器的幅頻相調製方式為①通過設計不同的程序，改變步進電機的旋轉速度，實現調節磁場頻率ω的目 的；②通過設計不同的程序，改變步進電機的旋轉方向，實現調節磁場相位Φ的目 的；③通過鑲嵌不同材質的永磁體，或者改變永磁體的排列方式，或者在旋轉空腔和 金屬液之間機械的插入和拔出永磁體，或者這三者中的一種或多種方式同時進行，以達到 調節磁場幅值Btl的目的；在本實用新型中，磁場的頻率頻率ω的變化範圍為0 100000Hz ；磁場初始相位 Φ的範圍為0 360° ；永磁體的材質為氧化磁鐵、合金磁鐵、釹鐵綳磁鐵、釤鈷磁鐵、橡膠磁鐵、塑料磁鐵中的一種或多種，而且永磁體的排列方式為附圖3、附圖4、附圖5中的一種 或多種。根據上述實用新型的構思，本實用新型採用下述技術方案一種磁場幅頻相聯合調製電磁攪拌裝置，包括電磁攪拌器⑶包裹在結晶器(2) 的外緣，所述電磁攪拌器(8)的結構為永磁體(6)鑲嵌在一個環形鐵芯(7)中，該環形鐵 芯(7)通過傳動齒輪(5)連接可編程的步進電機(4)，而由步進電機(4)帶動鐵芯(7)旋 轉，電磁攪拌器(8)的磁場和步進電機(4)始終保持相同的旋轉方式。所述永磁體(6)的材質為氧化磁鐵、合金磁鐵、釹鐵綳磁鐵、釤鈷磁鐵、橡膠磁鐵、 塑料磁鐵中的一種或多種，所述永磁體(6)的排列方式為S極和N極對稱分布在兩半圓周 上；S極和N極相間、呈周向排列；S極和N極分別在兩半圓軸向均布排，這三種排列方式中 的一種或多種。本實用新型和現有技術相比具有以下顯而易見的實質性特點和優點(1)將磁場內在的性能參數——幅值、頻率、相位外化；永磁體的性能參數原本是 其內在的固有性質，而本方案通過引入可編程的步進電機，並且使其與磁場發生器始終保 持相同的運動狀態，從而將永磁體性能參數的變換等價為步進電機轉動方式的變換，而後 者的改變更直觀且易於控制，操作性強。(2)將磁場聯合的性能參數——幅值、頻率、相位分隔；永磁體的性能參數總是交 織在一起的，一變俱變，一恆俱恆，而本方案通過步進電機的等價，將幅值、頻率、相位轉化 為三個獨立變化的參數，而且三者的調製可以實現定量化，這樣不僅能夠得到任何波形的 磁場，還能定量分析三者單獨或聯合作用時對金屬液的影響規律，實現精確控制金屬液流 動的目的。

圖1是本實用新型幅頻相聯合調製電磁攪拌裝置的結構示意圖；圖2是電磁發生器的結構示意圖；圖3、圖4、圖5是環形鐵芯中永磁體可能的排列方式具體實施方式
本實用新型的優選實施案例結合附圖說明如下實施例一參見圖1，本磁場幅頻相聯合調製電磁攪拌裝置，包括電磁攪拌器8包 裹在結晶器2的外緣，所述電磁攪拌器8的結構為永磁體6鑲嵌在一個環形鐵芯7中，該 環形鐵芯7通過傳動齒輪5連接可編程的步進電機4，而由步進電機4帶動鐵芯7旋轉，電 磁攪拌器8的磁場和步進電機4始終保持相同的旋轉方式。電磁攪拌器8包裹在結晶器2的外緣，產生的磁場透過結晶器2作用於內部的金 屬液3，磁場按照一定的規律變化，金屬液3中會產生感應電流，結合磁場的旋轉，金屬液3 就會受到周向的電磁力，在電磁力的作用下金屬液3旋轉，從而達到攪拌的目的，提高鑄坯 的凝固質量。該磁場發生器中磁場幅頻相的調製方法如下①通過設計不同的程序，改變步進電機4的旋轉速度，以調節磁場頻率ω ；[0026]②通過設計不同的程序，改變步進電機4的旋轉方向，以調節磁場相位Φ ；③通過鑲嵌不同材質的永磁體6，或者改變永磁體6的排列方式，或者在旋轉空腔 和金屬液3之間機械的插入和拔出永磁體6，或者這三者中的一種或多種方式同時進行，以 調節磁場幅值B」實施例二 本實施例和實施例一基本相同，特別之處是所述永磁體6的材質為氧 化磁鐵、合金磁鐵、釹鐵綳磁鐵、釤鈷磁鐵、橡膠磁鐵、塑料磁鐵中的一種或多種，所述永磁 體6的排列方式為S極和N極對稱分布在兩半圓周上；S極和N極相間、呈周向排列；S極和 N極分別在兩半圓軸向均布排，這三種排列方式中的一種或多種。參見圖2、圖3、圖4和圖 5。
權利要求一種磁場幅頻相聯合調製電磁攪拌裝置，包括電磁攪拌器(8)包裹在結晶器(2)的外緣，所述電磁攪拌器(8)的結構為永磁體(6)鑲嵌在一個環形鐵芯(7)中，該環形鐵芯(7)通過傳動齒輪(5)連接可編程的步進電機(4)，而由步進電機(4)帶動鐵芯(7)旋轉，電磁攪拌器(8)的磁場和步進電機(4)始終保持相同的旋轉方式。
2.根據權利要求1所述的磁場幅頻相聯合調製裝置，其特徵在於所述永磁體(6)的材 質為氧化磁鐵、合金磁鐵、釹鐵綳磁鐵、釤鈷磁鐵、橡膠磁鐵、塑料磁鐵中的一種或多種，所 述永磁體(6)的排列方式為S極和N極對稱分布在兩半圓周上；S極和N極相間、呈周向排 列；S極和N極分別在兩半圓軸向均布排，這三種排列方式中的一種或多種。
專利摘要本實用新型涉及一種磁場幅頻相聯合調製電磁攪拌裝置，本裝置包括一個電磁攪拌器包裹在結晶器的外緣，該電磁攪拌器的結構式多個永磁體鑲嵌在一個環形鐵芯中，環形鐵芯通過傳動齒輪連接一個可編程的步進電機，而由步進電機帶動鐵芯旋轉，本裝置所產生的調製磁場作用於結晶器中的金屬液，使其內部產生感應電流及電磁力，達到攪拌金屬液的目的，以提高金屬液的凝固質量。
文檔編號B22D27/02GK201676661SQ201020206078
公開日2010年12月22日 申請日期2010年5月26日 優先權日2010年5月26日
發明者任忠鳴, 王冠, 鄧康, 雷作勝, 高齊 申請人:上海大學