CN108526424A - 一种双频电磁搅拌的磁场发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双频电磁搅拌的磁场发生器，包括铁芯、线圈、磁轭，所述磁轭为圆环形呈水平设置，所述铁芯水平设置在所述磁轭上，并形成沿圆周方位均匀对称设置，所述线圈缠绕在所述铁芯上，所述线圈采用双频电源施加大小、频率和相位不同的两种交变电流。镁合金熔体在结晶器中受到双频电磁搅拌的磁场发生器中磁场的作用，结晶器边部镁合金熔体受到的电磁力大小相等，方向相反，从而叠加后相互抵消，镁合金熔体中心受到的电磁力相互叠加后仍有一定大小从而在保证镁合金熔体中心快速旋转的情况下降低结晶器边部自由液面的旋转速度。减少边部镁合金熔体与空气之间的接触面积，防止镁合金熔体因暴露在空气中而被氧化，达到改善铸坯质量的目的。

Description

一种双频电磁搅拌的磁场发生器

技术领域

本发明涉及一种双频电磁搅拌的磁场发生器，作用于连铸结晶器区域。属于金属连铸工艺技术领域。

背景技术

结晶器电磁搅拌技术是一项传统的能有效改善结晶器内流场、提高铸坯表面及内部质量、提高等轴晶比率、细化晶粒的手段。其实质是借助交变电流产生交变磁场，在金属熔体中产生感应电流，载流金属熔体在磁场中受到洛伦兹力的作用，从而改善金属熔体凝固过程中的流动、传热和迁移过程，达到改善合金质量的目的。具体来说，连铸结晶器电磁搅拌对连铸坯质量的影响有以下几个方面：

1)结晶器电磁搅拌对凝固组织的影响

结晶器电磁搅拌借助于电磁力强化结晶器内未凝固金属熔体的运动，改变凝固过程的流动、传热和传质，促进柱状晶向等轴晶转变；细化宏观组织。由于搅拌使柱状晶的生长得到了控制，也就消除了柱状晶的搭桥现象，从而避免了铸坯芯部的中心缩孔和疏松。同时也可以改善铸坯内的中心偏析。结晶器电磁搅拌可以改变初生相形貌和尺寸；引起共晶组织的变化；使枝晶臂间距发生变化。

2)结晶器电磁搅拌改善铸坯表面及表层质量

在结晶器处施加电磁搅拌，可以显著的改善铸坯表面及表层质量。因为结晶器金属液电磁搅拌时，搅动金属液能将相界面上析出的气泡冲走，夹杂物在搅拌流体带动下会上浮，使夹杂物聚集于结晶器金属液凹部的中央，以便进一步去除。

目前，我国结晶器电磁搅拌的在线应用有了较大的进步和发展，但由于结晶器电磁搅拌是一项新技术，其工艺不宜掌握，尤其是针对一些特殊合金的搅拌技术研究还不够充分，比如一些比较活泼的金属，如镁合金。在电磁搅拌的过程中由集肤效应可知，镁合金熔体在结晶器边部所受电磁力较大，而在结晶器中心区域所受电磁力较小，镁合金熔体在电磁搅拌过程中由于边部搅拌剧烈导致结晶器自由液面处保护渣分布不均匀而暴露在空气中被氧化。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中结晶器电磁搅拌中存在的缺陷和问题加以改进、创新，提供一种双频电磁搅拌的磁场发生器，既能产生深入镁合金熔体中心的旋转搅拌，同时又可以降低结晶器边部镁合金熔体运动速度，使镁合金熔体能够在保持结晶器中心快速搅拌的前提下降低结晶器边部的搅拌强度，从而防止结晶器边部自由液面处镁合金熔体因搅拌强度过大而暴露在空气中被氧化，达到改善铸坯质量的效果。

为达到上述目的，本发明的构成如下所述。

一种双频电磁搅拌的磁场发生器，包括铁芯、线圈、磁轭，所述磁轭为圆环形呈水平设置，所述铁芯水平设置在所述磁轭上，并形成沿圆周方位均匀对称设置，所述线圈缠绕在所述铁芯上，所述线圈采用双频电源施加大小、频率和相位不同的两种交变电流J₁和J₂，如下式表示：

J₁＝J₀₁sin(2πω₁t)

J₂＝J₀₂sin(2πω₂t+φ)

其中，J₀₁为交变电流J₁的幅值，ω₁为交变电流J₁的频率，J₀₂为交变电流J₂的幅值，ω₂为交变电流J₂的频率，φ为交变电流J₂的相位。

所述交变电流J₁的幅值J₀₁大小为0～200A，频率ω₁大小为0～20Hz，交变电流J₂的幅值J₀₂大小为0～300A，频率ω₂大小为10～500Hz；交变电流J₂的相位φ大小为-π～π。

本发明工作原理为感应线圈通入频率不同的交变电流，交变电流产生的磁场通过铁芯进入结晶器内部，形成频率不同的旋转磁场。

1)电磁感应定律：当电磁搅拌器施加多相(两相或三相)交流电时，就在其中激发一个向某一方向旋转的磁场，该磁场有一定的运动速度和强度。当它切割金属液时，就在金属液中感生感应电流，即

式中：——感应电流密度；

——感应电流的电压；

σ——金属液的电导率；

——金属液与磁场间的相对运动速度；

——磁感应强度。

2)磁场与载流金属液相互作用激发出电磁力

双频电磁搅拌器中镁合金熔体受到的电磁力为双频电流产生的电磁力的合力：

式中：——双频电流产生电磁力的合力；

——双频电流分别产生的电磁力；

磁场频率越高，渗透深度越小，电磁力主要集中在金属液边部，当线圈中通入大小、频率和相位不同的交变电流后，该线圈产生两种频率不同的旋转磁场，调节交变电流的大小、频率和相位，使得线圈产生的电磁力在结晶器边部大小相等，方向相反，从而叠加后相互抵消，钢液中心电磁力相互叠加后仍有一定大小从而在保证钢液中心快速旋转的情况下降低结晶器边部自由液面的旋转速度。

与现有技术相比，本发明有以下优点和有益效果：

本发明引入了双频电磁搅拌技术提供了一种双频电磁搅拌的磁场发生器。与国内外原有的电磁搅拌磁场发生器相比，在保证了合金熔体在结晶器中心区域电磁搅拌强度的情况下降低了结晶器边部自由液面的旋转速度，避免合金熔体暴露在空气中被氧化。

附图说明

图1为本发明双频电磁搅拌器结构示意图。

图2为感应线圈中通入的不同频率的交变电流示意图。

具体实施方式

现将本发明双频电磁搅拌的磁场发生器的实施方式结合连铸机的结构进行具体叙述。

如图1所示，本实施例的一种双频电磁搅拌的磁场发生器，采用三相六级旋转电磁搅拌器，包括铁芯4、线圈1、磁轭5，所述磁轭5为圆环形呈水平设置，所述铁芯4水平设置在所述磁轭5上，其中铁芯4数量为6个，6个铁芯在磁轭5上形成圆周方位均匀对称设置，所述线圈1缠绕在所述铁芯4上，线圈1匝数固定为50匝，所述线圈1采用双频电源施加大小、频率和相位不同的两种交变电流J₁和J₂，如下式表示：

J₁＝J₀₁sin(2πω₁t)

J₂＝J₀₂sin(2πω₂t+φ)

其中，J₀₁为交变电流J₁的幅值，ω₁为交变电流J₁的频率，J₀₂为交变电流J₂的幅值，ω₂为交变电流J₂的频率，φ为交变电流J₂的相位。

所述交变电流J₁的幅值J₀₁大小为0～200A，频率ω₁大小为0～20Hz，交变电流J₂的幅值J₀₂大小为0～300A，频率ω₂大小为10～500Hz；交变电流J₂的相位φ大小为-π～π。

本发明一种双频电磁搅拌的磁场发生器应用于双频电磁连铸装置中，双频电磁搅拌的磁场发生器布置在结晶器铜板2的外部，镁合金熔体3从结晶器铜板2中间通过。本实施例中，如图2所示，线圈1中通入不同频率交变电流，其中J₁＝sin(40πt)、其中ω₁为20Hz，ω₂为50Hz，通入的双频电流J₁和J₂之和为J，即J＝J₁+J₂。镁合金熔体3在结晶器中受到双频电磁搅拌的磁场发生器中磁场的作用，结晶器边部镁合金熔体3受到的电磁力大小相等，方向相反，从而叠加后相互抵消，镁合金熔体3中心受到的电磁力相互叠加后仍有一定大小，从而在保证中心快速旋转的情况下降低结晶器边部自由液面的旋转速度。减少边部镁合金熔体3与空气之间的接触面积，防止镁合金熔体3因暴露在空气中而被氧化，达到改善铸坯质量的目的。

Claims (2)

1.一种双频电磁搅拌的磁场发生器，其特征在于：包括铁芯、线圈、磁轭，所述磁轭为圆环形呈水平设置，所述铁芯水平设置在所述磁轭上，并形成沿圆周方位均匀对称设置，所述线圈缠绕在所述铁芯上，所述线圈采用双频电源施加大小、频率和相位不同的两种交变电流J₁和J₂，如下式表示：

J₁＝J₀₁sin(2πω₁t)

J₂＝J₀₂sin(2πω₂t+φ)

其中，J₀₁为交变电流J₁的幅值，ω₁为交变电流J₁的频率，J₀₂为交变电流J₂的幅值，ω₂为交变电流J₂的频率，φ为交变电流J₂的相位。

2.根据权利要求1所述的双频电磁搅拌的磁场发生器，其特征在于：所述交变电流J₁的幅值J₀₁大小为0～200A，频率ω₁大小为0～20Hz，交变电流J₂的幅值J₀₂大小为0～300A，频率ω₂大小为10～500Hz；交变电流J₂的相位φ大小为-π～π。