[发明专利]一种旋转磁场二次流的控制方法

说明书

本发明公开了一种旋转磁场二次流的控制方法，属于电磁搅拌领域。该方法采用一种复合磁场的电磁搅拌生成装置，通过在旋转磁场的基础上增加时变磁场，并通过对熔体、时变磁场以及旋转磁场之间的相对布置关系以及相应参数进行调节，能够实现对旋转磁场二次流的增强或抑制，增强电磁搅拌效果，提升最终产品性能。

技术领域

本发明属于电磁搅拌技术领域，更具体地说，涉及一种旋转磁场二次流的控制方法。

背景技术

钢铁是应用最广泛的结构材料，是工业、农业、国防及国家综合实力的基础。随着资源、能源和环境理念的提升，人们对钢铁材料及其生产技术提出了更高的要求，高洁净化、高均质化、超细晶化和低消耗、低污染成为新一代钢铁生产技术的发展方向。近年来，随着冶金工业技术和装备水平的提高，冶炼过程中洁净化以及轧制和热处理过程中超细晶化水平都有了长足进步。但是，由于金属材料凝固过程中固有的选分结晶和体积收缩，造成金属材料不可避免地出现成分偏析和缩孔疏松等凝固缺陷，这些缺陷导致金属成分和组织上的不均匀，进而严重影响金属加工性能和使用性能。凝固过程中的均质化问题已成为钢铁产品质量提升的瓶颈。

作为目前铸造过程中成熟的搅拌技术，电磁搅拌具有非接触、无搅拌盲区、不易带入杂质、改善金属微观结构等优势，在铸造领域中被广泛应用，其为解决连铸坯成分偏析及缩孔疏松等均质化问题起到了较大的作用。

传统的电磁搅拌技术主要有三种搅拌形式：旋转磁场式、行波磁场式和螺旋磁场式，通过对熔体施加不同方向的电磁力使熔体产生相应的强制流动。其中，旋转磁场式是经常在连铸生产中常用的一种电磁搅拌技术，其在引发熔体周向强制流动的同时也会产生竖直方向上的二次流动，对于普通的液态铸造工艺，这种二次流动很有可能会对凝固组织产生偏析，导致白亮带的产生。因此，在这种场合下需要抑制旋转磁场二次流，达到减少凝固组织偏析，甚至消除白亮带的作用。

然而，当将旋转磁场用于近年来发展起来的半固态铸造工艺，由于其铸造过程中的成形特点，对于旋转磁场二次流反而需要进行增强。这是因为，在半固态成形技术中，电磁搅拌可以在不污染金属液的情况下对熔体进行处理，使熔体产生剧烈流动，从而使凝固过程中的枝晶断裂并球化。因此，增强电磁搅拌的流动效果并保证熔体内各个位置的流动效果的均匀性在制备半固态浆料中至关重要。对于旋转磁场，其周向强制流动明显强于其在轴向上的二次流动强度，因此，如何增强其在轴向上的二次流动成为了提高制备半固态浆料质量的关键。

综上所述，当采用旋转磁场对熔体进行电磁搅拌工艺时，实现对熔体轴向上的二次流动的控制是提高铸造质量的重要手段之一。但是，现有技术中尚没有很好的针对于旋转磁场二次流的控制方法。

中国专利申请号为：CN201980029642.5，公开日为：2020年12月11日的专利文献，公开了一种电磁搅拌装置，通过使连续铸造用的四方筒状的铸模内产生旋转磁场，从而对于上述铸模内的熔融金属施加使其产生绕铅直轴的旋绕流的电磁力，该电磁搅拌装置具备：铁芯，在上述铸模的侧方将上述铸模包围，该铁芯具有齿部，该齿部关于上述铸模的各个外侧表面，与上述外侧表面对置并沿着上述铸模的周向并列设置有两个；线圈，分别被卷绕到上述铁芯的上述齿部；以及电源装置，以上述线圈的排列顺序使相位每隔90°错开而对各个上述线圈施加交流电流，以产生上述旋转磁场。

该装置通过生成旋转磁场，对金属熔体实现电磁搅拌工艺，同时，其通过对不同线圈之间的电流方向大小进行控制，产生方向不同的旋转磁场，能够抑制熔体轴向上的流动。但是，该装置抑制熔体轴向上的流动的方式同样会导致对熔体周向上的流动的抑制，导致电磁搅拌效果减弱。即其实际上只是通过减弱旋转磁场或增强旋转磁场而使得旋转磁场附带产生的熔体轴向二次流随之减弱或增强，并不是单纯地对旋转磁场二次流进行增强或抑制，既实现不了不明显减弱或保持熔体周向流动的同时抑制熔体轴向流动，也实现不了增强熔体轴向流动的同时使熔体轴向流动与熔体周向流动大小尽量保持一致。