CN110686510A - 一种感应器结构及电磁搅拌熔炉 - Google Patents

一种感应器结构及电磁搅拌熔炉 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种感应器结构及电磁搅拌熔炉，包括圆周分布的多个公共磁轭，缠绕在所述公共磁轭上的至少三个同轴依次布设的位移线圈，所述位移线圈被配置为顺序通三相电源的对应相，以产生由下往上或由上往下的行波磁场；所述位移线圈的内侧，沿位移线圈的轴心延伸方向，圆周分布有至少三个旋转线圈，所述旋转线圈被配置为顺序通三相电源的对应相，以产生旋转磁场；通过控制两种线圈的通电，构成行波磁场与旋转磁场耦合，能够使良导体液态金属螺旋运动，实现剧烈的螺旋运动，所添加物质能够充分混合，不会沉底。

Description

一种感应器结构及电磁搅拌熔炉
技术领域
本公开属于电磁搅拌技术领域，具体涉及一种感应器结构及电磁搅拌熔炉。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
电磁搅拌技术是一种非接触搅拌技术。该技术是在感应线圈中通以交变的三相电流，利用电磁感应原理产生的运动磁场透过坩埚壁作用于良导体液态金属(以铝液为例进行说明)从而使铝液规律运动。利用电磁搅拌能够强化铝液的对流传热过程从而减少氧化，缩短熔炼时间，不污染铝液，在生产铝基复合材料时有重要意义。
电磁搅拌感应器包括感应线圈与磁轭，感应线圈中产生的交变磁场通过导磁率较高的磁轭来约束漏磁扩散，提高感应搅拌效率，固定感应线圈。
据发明人了解，目前感应线圈多数为圆柱形或平面型，这种形式的感应线圈所产生的磁场大多方向单一，为圆形旋转磁场或行波磁场，导致磁场作用于铝液时铝液的机械运动方向也很单一，搅拌效果不好。生产铝基复合材料时所添加物质容易沉淀，较难达到混合均匀度等工艺要求。除此之外，有设计多种线圈共同作用下产生一个方向的螺旋磁场，对铝液进行螺旋搅拌，但是线圈结构十分复杂，需要磁轭种类较多，这使得设备的成本提高较多，制造、安装和维护变得更加繁琐，并不适合实际生产应用。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了一种感应器结构及电磁搅拌熔炉，本公开提出了一种复合磁场搅拌线圈结构，能够产生螺旋旋转磁场，使良导体液态金属做螺旋上升或下降运动。在考虑了磁场之间的耦合下，旋转线圈与位移线圈共用一套磁轭，整个装置感应器结构简单，装置可靠性高，节约了成本，且能够使良导体液态金属螺旋运动，实现剧烈的螺旋运动，所添加物质能够充分混合，不会沉底。
根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
一种感应器结构，包括圆周分布的多个公共磁轭，缠绕在所述公共磁轭上的至少三个同轴依次布设的位移线圈，所述位移线圈被配置为顺序通三相电源的对应相，以产生由下往上或由上往下的行波磁场；
所述位移线圈的内侧，沿位移线圈的轴心延伸方向，圆周分布有至少三个旋转线圈，所述旋转线圈被配置为顺序通三相电源的对应相，以产生旋转磁场；
通过控制两种线圈的通电，构成行波磁场与旋转磁场耦合。
当然，上述位移线圈和旋转线圈的个数可以增加，例如在原三个线圈两两之间各增加一个线圈,使旋转或位移线圈变为三相六线圈,提高旋转磁场均匀度与磁场强度,使之在达到相同搅拌目的的前提下运行更加平稳，搅拌效果更好，这些变化方案理应属于本公开的保护范围。
作为可选择的实施方式，所述位移线圈为环形，三个位移线圈由上至下依次同轴布设。
作为可选择的实施方式，所述旋转线圈的长度大于等于三个位移线圈轴向上的最大宽度。
作为可选择的实施方式，所述位移线圈之间平行设置。
作为可选择的实施方式，所述旋转线圈的轴心线与位移线圈的轴心线之间垂直。
作为可选择的实施方式，所述旋转线圈的设置位置与公共磁轭正对，公共磁轭之间具有间隙。
作为可选择的实施方式，所述公共磁轭设置有若干凹槽，位移线圈或/和旋转线圈嵌入对应的凹槽之中。
一种电磁搅拌熔炉，包括熔炉本体，所述熔炉本体外侧设置有上述感应器结构，且所述熔炉本体外侧套设有加热线圈。
作为可选择的实施方式，所述熔炉本体外壁与公共磁轭之间通过固定件进行支撑定位。
作为可选择的实施方式，所述熔炉本体外壁上缠绕有多组加热线圈。
作为可选择的实施方式，所述熔炉本体为石墨坩埚。
作为可选择的实施方式，所述公共磁轭由硅钢片叠压而成，圆周均匀分布，且高度大于熔炉本体的高度。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
本公开电磁搅拌熔炉的感应器结构相对于现有技术而言具有更好的搅拌效果，传统的感应器结构搅拌方向单一，搅拌效果较差，本公开通过行波磁场与旋转磁场耦合后，透过加热线圈及坩埚壁，作用于良导体液态金属。形成闭合回路的良导体液态金属在磁场作用下由于电磁感应原理产生感生电流。电流与运动的磁通互相作用，产生推动良导体液态金属跟随磁场运动的力，由于良导体液态金属的运动速度永远滞后于磁场运动速度，即良导体液态金属与磁场之间总有相对运动，从而使良导体液态金属持续做螺旋运动，达到螺旋搅拌效果，提高了铝基复合材料冶炼时的搅拌均匀度。
本公开对于熔炼铝基复合材料有明显优势，能够让所加物质随良导体液态金属螺旋运动搅拌充分，达到均匀度指标。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1是本实施例感应器正视图；
图2是本实施例感应器俯视图；
图3是本实施例感应器轴测图；
图4是电磁搅拌熔炉炉体结构俯视图；
图5是电磁搅拌熔炉炉体结构轴视图；
图6是感应器在坩埚内产生的磁场的垂直剖面图；
图7是感应器在坩埚内产生的磁场的水平剖面图。
其中：1-位移线圈，2-旋转线圈，3-公共磁轭，4-电木固定棒，5-加热线圈，6-石墨坩埚。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
正如背景技术中所述的传统的感应器提供的磁场方向单一，导致良导体液态金属所受机械力方向单一，从而良导体液态金属搅拌不充分，在冶炼铝基复合材料是所添加物质容易沉底，且磁轭结构复杂，生产成本较高。
本公开旨在提供一种采用组合线圈结构产生螺旋磁场，搅拌充分，物质混合均匀不会沉底。同时组合线圈共用一套磁轭的结构降低了生产成本和装置复杂度，提高了装置可靠性。
如图1所示，以铝液为良导体液态金属为例进行说明。
但其他实施例中，可以是其他良导体液态金属。
使铝液螺旋运动，降低添加物质沉淀，简化结构降低装置成本的感应器结构，主要包括圆周分布的多个公共磁轭。公共磁轭上缠绕有线圈。其中标号1为位移线圈，位移线圈绕成圆环形有上中下三个，分别顺序通电源产生的低频交变三相电流的A,B,C三相，根据电磁感应原理，产生由下往上或由上往下的行波磁场，标号2为旋转线圈，沿位移线圈内壁以炉心为轴均匀分布三个，旋转线圈为方框形，为便于加工，绕成圆角矩形框结构。旋转线圈同样通以电源产生的电频交变三相电流，旋转线圈产生旋转磁场，类似于三相交流感应异步电动机的定子旋转磁通。两种线圈可共用一套电源，二者同时公用一套磁轭，两种线圈位置如图2与图3所示，位移线圈在外侧，旋转线圈在内侧。
旋转线圈的长度可以大于等于三个位移线圈的总宽度。以保证较好的耦合作用。
如图4与图5所示，行波磁场与旋转磁场耦合后，透过加热线圈及坩埚壁，作用于铝液。形成闭合回路的良导体铝液在磁场作用下由于电磁感应原理产生感生电流。电流与运动的磁通互相作用，产生推动铝液跟随磁场运动的力，由于铝液的运动速度永远滞后于磁场运动速度，即铝液与磁场之间总有相对运动，从而使铝液持续做螺旋运动，达到螺旋搅拌效果。
图6为感应器中组装了4-电木固定棒，5-加热线圈，6-石墨坩埚的搅拌炉炉体结构俯视图，图7是搅拌炉炉体结构轴视图，两个图从不同角度展示了组装了本发明电磁感应器的电磁搅拌熔炉的炉体结构。电木棒起到固定加热线圈的作用。感应器磁轭由硅钢片叠压而成，具有较高的导磁率。一共有9个沿圆周均匀分布高度略高于坩埚锅体的磁轭。磁轭的均匀分布有利于使磁场呈中心对称作用于铝液，减少装置工作时的机械震动，提高搅拌效率。磁轭选择带齿结构，线圈嵌入齿槽之中，减少漏磁，提高电效率。
感应器线圈所通电流较大，且离加热线圈较近，所以采用空心水冷电缆，节能高效，散热较好。
在其他实施例中，可以改进旋转或位移线圈数量,如在原三个线圈两两之间各增加一个线圈,使旋转或位移线圈变为三相六线圈,提高旋转磁场均匀度与磁场强度,使之在达到相同搅拌目的的前提下运行更加平稳，搅拌效果更好。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种感应器结构，其特征是：包括圆周分布的多个公共磁轭，缠绕在所述公共磁轭上的至少三个同轴依次布设的位移线圈，所述位移线圈被配置为顺序通三相电源的对应相，以产生由下往上或由上往下的行波磁场；
所述位移线圈的内侧，沿位移线圈的轴心延伸方向，圆周分布有至少三个旋转线圈，所述旋转线圈被配置为顺序通三相电源的对应相，以产生旋转磁场；
通过控制两种线圈的通电，构成行波磁场与旋转磁场耦合。
2.如权利要求1所述的一种感应器结构，其特征是：所述旋转线圈的长度大于等于三个位移线圈轴向上的最大宽度。
3.如权利要求1所述的一种感应器结构，其特征是：所述位移线圈呈环形，且位移线圈之间平行设置。
4.如权利要求1所述的一种感应器结构，其特征是：所述旋转线圈的轴心线与位移线圈的轴心线之间垂直；
或，所述旋转线圈的设置位置与公共磁轭正对，公共磁轭之间具有间隙。
5.如权利要求1所述的一种感应器结构，其特征是：所述公共磁轭设置有若干凹槽，位移线圈或/和旋转线圈嵌入对应的凹槽之中。
6.一种电磁搅拌熔炉，其特征是：包括熔炉本体，所述熔炉本体外侧设置有权利要求1-5中任一项所述的感应器结构，且所述熔炉本体外侧套设有加热线圈。
7.如权利要求6所述的一种电磁搅拌熔炉，其特征是：所述熔炉本体外壁与公共磁轭之间通过固定件进行支撑定位。
8.如权利要求6所述的一种电磁搅拌熔炉，其特征是：所述熔炉本体外壁上缠绕有多组加热线圈。
9.如权利要求6所述的一种电磁搅拌熔炉，其特征是：所述熔炉本体为石墨坩埚。
10.如权利要求6所述的一种电磁搅拌熔炉，其特征是：所述公共磁轭由硅钢片叠压而成，圆周均匀分布，且高度大于熔炉本体的高度。
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