[发明专利]使用电磁场搅拌熔融金属的装置和方法

说明书

本发明涉及改进熔融金属处理效率的冶金方法和装置，更具体地说，本发明涉及在冶金容器内不与搅拌工具机械接触而实现熔融金属的搅拌作用。

本发明的主要目的是在冶金加工用的容器内实现熔融金属的搅拌，而在这种容器的外部无机械作用的搅拌工具。本发明的部分目的是在熔融金属处理过程中改善成分和温度的均匀性。本发明的优点是：(1)减少处理时间，(2)降低热能消耗和(3)降低容器维修要求，以及更有效地达到希望的冶金性能。

更有效地达到上述目的一个方法是在容器内有限制地搅拌熔融金属的选择区，同时提供选择工作的循环搅拌以促进达到希望的熔融金属性能。

本发明的上述和其他优点可通过附图所示实施例的详细说明而体现。

图1为按照本发明特殊的实施例为了说明装置的位置而给出的垂直取向熔融金属容器的水平取向局部顶视剖面示意图；

图2为更详细说明搅拌运动和本发明容器结构的图1结构的局部放大图；

图3为按图2点划线3-3所示按垂直取向面所取结构的剖面图；

图4与图2相似，为了说明本发明搅拌力的建立取消了金属运动方向指示箭头；

图5为按图4点划线5-5所示按垂直取向面所取图4的剖面图，用以补充说明本发明搅拌力的建立；

图6为图2局部结构的水平取向局部放大剖面图，其位置在图2上以标有图6的圆圈标出，用以更详细地说明本发明容器结构的局部；

图7为按本发明最佳实施例选择的周期电力的说明示意图；

图8为进一步说明图7所选周期电力功能的矢量图；

图9为使用图7和8选择的周期电力实现本发明的电路图；

图10为本发明另一实施例的放大的水平取向局部剖面图，用以说明改进的搅拌；

图11为放大的水平取向局部剖面图，用以说明本发明另一改进的搅拌通道；

图12为按垂直取向面所取的放大的局剖侧视剖面图，用以说明本发明另一实施例的结构改进，它由图3，5所示反时针偏转90°。

本发明适用于冶金容器，例如处理熔融金属的浇包和加工熔融金属的炉子。

在说明本发明的一个特殊的实施例中，燃烧气体或油料加热的容器用于加工熔融铝。这种装置为反射炉，进行的工序包括熔化(废料或铸锭)，精炼和合金化等。

在图1顶视图中直立的容器20带有位于周边的耐火炉衬22，盛有熔融金属24。固体金属如废料、新金属或合金添加剂可在加工过程中加入熔融金属内。

为了在熔融金属内建立搅拌作用，本发明最佳实施例用26表示。炉子结构和容器形状组成本发明的一部分。由于位置邻接周边耐火材料炉衬，现有的炉子容器可以容易地改造，只要作极小的结构变化。虽然本发明所述的炉子实质上具有在水平面上的圆形截面，但不应局限于使用这种形状的炉子，也可使用矩形容器(图中未示出)。本发明装置在这类容器上的放置实质上集中在较大尺寸容器的壁部。

如图2放大的局部图所示，一条通路区部分被周边的耐火材料炉衬22限定。垂直取向的立柱25提供了熔融金属24由熔融金属主体在立柱25和壁形结构26之间的运动通路。用箭头30和32指示熔融金属的运动方向。金属流入和流出限定的通道产生了基本上环形的水平取向的搅拌作用，它开始沿容器的周边，但随后产生中心位置的熔融金属向周边的二次运动。在矩形容器内熔融金属的这种二次运动产生在容器的隅角区。

如图3所示，通道壁26通常垂直取向，而底板元件36和顶板元件38通常水平取向，并且限定了熔融金属24狭窄的通道。这些结构元件，立柱25，侧壁26，下壁36和上壁38由耐火材料制成，可以耐高温和熔融金属的侵蚀性。

在冶金加工过程中，来自炉子容器的熔融金属自由充填该通道。磁通源40(图2，3)在柱结构25和垂直壁26之间通道内的熔融金属内建立起沿直线延伸的磁场。磁通源40建立的磁通线42为同心的，如图4的42所示。在该通道内的熔融金属起到磁芯的作用，显示出磁带(由于循环交替的电激励)，磁化曲线及由于施加磁场的循环振动产生的涡流。

图5示出熔融金属24通道内和磁场源的磁芯43内的磁通线42。

在图4内，磁场源40的纵向延伸轴以44表示。在图4和5中，未建立在通道的熔融金属24内的其他磁通线没有示出。该纵轴位于图3和4所示水冷导电线圈46的中心。磁场源40具有一组这种线圈，它们使用交流电。这种水冷线圈按水平配置绕制在磁芯43上(图3和4)，并且在线圈之间有选择的间距。

通过水冷线圈的交流电建立起磁场，其磁通线42如图4所示。