[实用新型]一种磁场幅频相联合调制电磁搅拌装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁场幅频相联合调制的电磁搅拌器，用于冶金过程中的电磁搅拌，属于材料的电磁制备领域。

背景技术

电磁搅拌技术是一项传统的能有效改善铸坯表面及内部质量、提高等轴晶比率、细化晶粒的手段。在连铸过程中，从结晶器开始到二冷段最后到凝固末端所有带液芯的区域都可采用电磁搅拌技术来达到改善铸坯表面及内部质量、提高等轴晶比率、细化晶粒的目的。在该技术的运用过程中，施加的磁场都是幅/频/相恒定的磁场，或者幅值和频率可调的磁场。这样的情况下，随着搅拌强度的增强，虽然能起到提高等轴晶比率、细化晶粒的作用，但是由于金属液流动的传质作用，使得凝固后的铸坯产生了严重的偏析问题，典型表现为“白亮带”的产生，这是由于液态金属流动对凝固的影响。要较好的控制连铸过程，必须灵活调节幅/频/相三个参数，以控制作用在液态金属内的电磁力的大小，作用点及方向，从而精确控制液态金属的流动，进而较好的控制金属液的凝固，达到改善铸坯质量，提高生产率的目的。

发明内容

本实用新型的目的为解决已有技术存在的缺陷，达到设计并精确控制金属液流动，提供一种磁场幅频相联合调制电磁搅拌装置。

为达到上述目的，本实用新型的构思是：

永磁体镶嵌在机械旋转的环形铁芯中，环形铁芯连接可编程的步进电机，步进电机的频率和相位可调，它带动铁芯旋转；磁场发生器、磁场和步进电机始终保持相同的旋转方式。

电磁搅拌器包裹在结晶器的外缘，产生的磁场透过结晶器作用于内部的金属液，磁场按照一定的规律变化，金属液中会产生感应电流，结合磁场的旋转，金属液就会受到周向的电磁力，在电磁力的作用下金属液旋转，从而达到搅拌的目的，提高铸坯的凝固质量。

所述磁场发生器的幅频相调制方式为：

①通过设计不同的程序，改变步进电机的旋转速度，实现调节磁场频率ω的目的；

②通过设计不同的程序，改变步进电机的旋转方向，实现调节磁场相位φ的目的；

③通过镶嵌不同材质的永磁体，或者改变永磁体的排列方式，或者在旋转空腔和金属液之间机械的插入和拔出永磁体，或者这三者中的一种或多种方式同时进行，以达到调节磁场幅值B₀的目的；

在本实用新型中，磁场的频率频率ω的变化范围为0～100000Hz；磁场初始相位φ的范围为0～360°；永磁体的材质为氧化磁铁、合金磁铁、钕铁錋磁铁、钐钴磁铁、橡胶磁铁、塑料磁铁中的一种或多种，而且永磁体的排列方式为附图3、附图4、附图5中的一种或多种。

根据上述实用新型的构思，本实用新型采用下述技术方案：

一种磁场幅频相联合调制电磁搅拌装置，包括电磁搅拌器(8)包裹在结晶器(2)的外缘，所述电磁搅拌器(8)的结构为：永磁体(6)镶嵌在一个环形铁芯(7)中，该环形铁芯(7)通过传动齿轮(5)连接可编程的步进电机(4)，而由步进电机(4)带动铁芯(7)旋转，电磁搅拌器(8)的磁场和步进电机(4)始终保持相同的旋转方式。

所述永磁体(6)的材质为氧化磁铁、合金磁铁、钕铁錋磁铁、钐钴磁铁、橡胶磁铁、塑料磁铁中的一种或多种，所述永磁体(6)的排列方式为S极和N极对称分布在两半圆周上；S极和N极相间、呈周向排列；S极和N极分别在两半圆轴向均布排，这三种排列方式中的一种或多种。

本实用新型和现有技术相比具有以下显而易见的实质性特点和优点：

(1)将磁场内在的性能参数——幅值、频率、相位外化；永磁体的性能参数原本是其内在的固有性质，而本方案通过引入可编程的步进电机，并且使其与磁场发生器始终保持相同的运动状态，从而将永磁体性能参数的变换等价为步进电机转动方式的变换，而后者的改变更直观且易于控制，操作性强。

(2)将磁场联合的性能参数——幅值、频率、相位分隔；永磁体的性能参数总是交织在一起的，一变俱变，一恒俱恒，而本方案通过步进电机的等价，将幅值、频率、相位转化为三个独立变化的参数，而且三者的调制可以实现定量化，这样不仅能够得到任何波形的磁场，还能定量分析三者单独或联合作用时对金属液的影响规律，实现精确控制金属液流动的目的。

附图说明

图1是本实用新型幅频相联合调制电磁搅拌装置的结构示意图；

图2是电磁发生器的结构示意图；

图3、图4、图5是环形铁芯中永磁体可能的排列方式图；

具体实施方式

本实用新型的优选实施案例结合附图说明如下：