專利名稱：一種磁場幅頻相聯(lián)合調(diào)制電磁攪拌裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁場幅頻相聯(lián)合調(diào)制的電磁攪拌器，用于冶金過程中的電磁攪 拌，屬于材料的電磁制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電磁攪拌技術(shù)是一項傳統(tǒng)的能有效改善鑄坯表面及內(nèi)部質(zhì)量、提高等軸晶比率、 細(xì)化晶粒的手段。在連鑄過程中，從結(jié)晶器開始到二冷段最后到凝固末端所有帶液芯的區(qū) 域都可采用電磁攪拌技術(shù)來達(dá)到改善鑄坯表面及內(nèi)部質(zhì)量、提高等軸晶比率、細(xì)化晶粒的 目的。在該技術(shù)的運(yùn)用過程中，施加的磁場都是幅/頻/相恒定的磁場，或者幅值和頻率可 調(diào)的磁場。這樣的情況下，隨著攪拌強(qiáng)度的增強(qiáng)，雖然能起到提高等軸晶比率、細(xì)化晶粒的 作用，但是由于金屬液流動的傳質(zhì)作用，使得凝固后的鑄坯產(chǎn)生了嚴(yán)重的偏析問題，典型表 現(xiàn)為“白亮帶”的產(chǎn)生，這是由于液態(tài)金屬流動對凝固的影響。要較好的控制連鑄過程，必須 靈活調(diào)節(jié)幅/頻/相三個參數(shù)，以控制作用在液態(tài)金屬內(nèi)的電磁力的大小，作用點(diǎn)及方向， 從而精確控制液態(tài)金屬的流動，進(jìn)而較好的控制金屬液的凝固，達(dá)到改善鑄坯質(zhì)量，提高生 產(chǎn)率的目的。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的為解決已有技術(shù)存在的缺陷，達(dá)到設(shè)計并精確控制金屬液流 動，提供一種磁場幅頻相聯(lián)合調(diào)制電磁攪拌裝置。為達(dá)到上述目的，本實用新型的構(gòu)思是永磁體鑲嵌在機(jī)械旋轉(zhuǎn)的環(huán)形鐵芯中，環(huán)形鐵芯連接可編程的步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電 機(jī)的頻率和相位可調(diào)，它帶動鐵芯旋轉(zhuǎn)；磁場發(fā)生器、磁場和步進(jìn)電機(jī)始終保持相同的旋轉(zhuǎn) 方式。電磁攪拌器包裹在結(jié)晶器的外緣，產(chǎn)生的磁場透過結(jié)晶器作用于內(nèi)部的金屬液， 磁場按照一定的規(guī)律變化，金屬液中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，結(jié)合磁場的旋轉(zhuǎn)，金屬液就會受到周 向的電磁力，在電磁力的作用下金屬液旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到攪拌的目的，提高鑄坯的凝固質(zhì)量。所述磁場發(fā)生器的幅頻相調(diào)制方式為①通過設(shè)計不同的程序，改變步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，實現(xiàn)調(diào)節(jié)磁場頻率ω的目 的；②通過設(shè)計不同的程序，改變步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，實現(xiàn)調(diào)節(jié)磁場相位Φ的目 的；③通過鑲嵌不同材質(zhì)的永磁體，或者改變永磁體的排列方式，或者在旋轉(zhuǎn)空腔和 金屬液之間機(jī)械的插入和拔出永磁體，或者這三者中的一種或多種方式同時進(jìn)行，以達(dá)到 調(diào)節(jié)磁場幅值Btl的目的；在本實用新型中，磁場的頻率頻率ω的變化范圍為0 100000Hz ；磁場初始相位 Φ的范圍為0 360° ；永磁體的材質(zhì)為氧化磁鐵、合金磁鐵、釹鐵綳磁鐵、釤鈷磁鐵、橡膠磁鐵、塑料磁鐵中的一種或多種，而且永磁體的排列方式為附圖3、附圖4、附圖5中的一種 或多種。根據(jù)上述實用新型的構(gòu)思，本實用新型采用下述技術(shù)方案一種磁場幅頻相聯(lián)合調(diào)制電磁攪拌裝置，包括電磁攪拌器⑶包裹在結(jié)晶器(2) 的外緣，所述電磁攪拌器(8)的結(jié)構(gòu)為永磁體(6)鑲嵌在一個環(huán)形鐵芯(7)中，該環(huán)形鐵 芯(7)通過傳動齒輪(5)連接可編程的步進(jìn)電機(jī)(4)，而由步進(jìn)電機(jī)(4)帶動鐵芯(7)旋 轉(zhuǎn)，電磁攪拌器(8)的磁場和步進(jìn)電機(jī)(4)始終保持相同的旋轉(zhuǎn)方式。所述永磁體(6)的材質(zhì)為氧化磁鐵、合金磁鐵、釹鐵綳磁鐵、釤鈷磁鐵、橡膠磁鐵、 塑料磁鐵中的一種或多種，所述永磁體(6)的排列方式為S極和N極對稱分布在兩半圓周 上；S極和N極相間、呈周向排列；S極和N極分別在兩半圓軸向均布排，這三種排列方式中 的一種或多種。本實用新型和現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下顯而易見的實質(zhì)性特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)(1)將磁場內(nèi)在的性能參數(shù)——幅值、頻率、相位外化；永磁體的性能參數(shù)原本是 其內(nèi)在的固有性質(zhì)，而本方案通過引入可編程的步進(jìn)電機(jī)，并且使其與磁場發(fā)生器始終保 持相同的運(yùn)動狀態(tài)，從而將永磁體性能參數(shù)的變換等價為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動方式的變換，而后 者的改變更直觀且易于控制，操作性強(qiáng)。(2)將磁場聯(lián)合的性能參數(shù)——幅值、頻率、相位分隔；永磁體的性能參數(shù)總是交 織在一起的，一變俱變，一恒俱恒，而本方案通過步進(jìn)電機(jī)的等價，將幅值、頻率、相位轉(zhuǎn)化 為三個獨(dú)立變化的參數(shù)，而且三者的調(diào)制可以實現(xiàn)定量化，這樣不僅能夠得到任何波形的 磁場，還能定量分析三者單獨(dú)或聯(lián)合作用時對金屬液的影響規(guī)律，實現(xiàn)精確控制金屬液流 動的目的。

圖1是本實用新型幅頻相聯(lián)合調(diào)制電磁攪拌裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是電磁發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3、圖4、圖5是環(huán)形鐵芯中永磁體可能的排列方式具體實施方式
本實用新型的優(yōu)選實施案例結(jié)合附圖說明如下實施例一參見圖1，本磁場幅頻相聯(lián)合調(diào)制電磁攪拌裝置，包括電磁攪拌器8包 裹在結(jié)晶器2的外緣，所述電磁攪拌器8的結(jié)構(gòu)為永磁體6鑲嵌在一個環(huán)形鐵芯7中，該 環(huán)形鐵芯7通過傳動齒輪5連接可編程的步進(jìn)電機(jī)4，而由步進(jìn)電機(jī)4帶動鐵芯7旋轉(zhuǎn)，電 磁攪拌器8的磁場和步進(jìn)電機(jī)4始終保持相同的旋轉(zhuǎn)方式。電磁攪拌器8包裹在結(jié)晶器2的外緣，產(chǎn)生的磁場透過結(jié)晶器2作用于內(nèi)部的金 屬液3，磁場按照一定的規(guī)律變化，金屬液3中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，結(jié)合磁場的旋轉(zhuǎn)，金屬液3 就會受到周向的電磁力，在電磁力的作用下金屬液3旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到攪拌的目的，提高鑄坯 的凝固質(zhì)量。該磁場發(fā)生器中磁場幅頻相的調(diào)制方法如下①通過設(shè)計不同的程序，改變步進(jìn)電機(jī)4的旋轉(zhuǎn)速度，以調(diào)節(jié)磁場頻率ω ；[0026]②通過設(shè)計不同的程序，改變步進(jìn)電機(jī)4的旋轉(zhuǎn)方向，以調(diào)節(jié)磁場相位Φ ；③通過鑲嵌不同材質(zhì)的永磁體6，或者改變永磁體6的排列方式，或者在旋轉(zhuǎn)空腔 和金屬液3之間機(jī)械的插入和拔出永磁體6，或者這三者中的一種或多種方式同時進(jìn)行，以 調(diào)節(jié)磁場幅值B”實施例二 本實施例和實施例一基本相同，特別之處是所述永磁體6的材質(zhì)為氧 化磁鐵、合金磁鐵、釹鐵綳磁鐵、釤鈷磁鐵、橡膠磁鐵、塑料磁鐵中的一種或多種，所述永磁 體6的排列方式為S極和N極對稱分布在兩半圓周上；S極和N極相間、呈周向排列；S極和 N極分別在兩半圓軸向均布排，這三種排列方式中的一種或多種。參見圖2、圖3、圖4和圖 5。
權(quán)利要求一種磁場幅頻相聯(lián)合調(diào)制電磁攪拌裝置，包括電磁攪拌器(8)包裹在結(jié)晶器(2)的外緣，所述電磁攪拌器(8)的結(jié)構(gòu)為永磁體(6)鑲嵌在一個環(huán)形鐵芯(7)中，該環(huán)形鐵芯(7)通過傳動齒輪(5)連接可編程的步進(jìn)電機(jī)(4)，而由步進(jìn)電機(jī)(4)帶動鐵芯(7)旋轉(zhuǎn)，電磁攪拌器(8)的磁場和步進(jìn)電機(jī)(4)始終保持相同的旋轉(zhuǎn)方式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁場幅頻相聯(lián)合調(diào)制裝置，其特征在于所述永磁體(6)的材 質(zhì)為氧化磁鐵、合金磁鐵、釹鐵綳磁鐵、釤鈷磁鐵、橡膠磁鐵、塑料磁鐵中的一種或多種，所 述永磁體(6)的排列方式為S極和N極對稱分布在兩半圓周上；S極和N極相間、呈周向排 列；S極和N極分別在兩半圓軸向均布排，這三種排列方式中的一種或多種。
專利摘要本實用新型涉及一種磁場幅頻相聯(lián)合調(diào)制電磁攪拌裝置，本裝置包括一個電磁攪拌器包裹在結(jié)晶器的外緣，該電磁攪拌器的結(jié)構(gòu)式多個永磁體鑲嵌在一個環(huán)形鐵芯中，環(huán)形鐵芯通過傳動齒輪連接一個可編程的步進(jìn)電機(jī)，而由步進(jìn)電機(jī)帶動鐵芯旋轉(zhuǎn)，本裝置所產(chǎn)生的調(diào)制磁場作用于結(jié)晶器中的金屬液，使其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流及電磁力，達(dá)到攪拌金屬液的目的，以提高金屬液的凝固質(zhì)量。
文檔編號B22D27/02GK201676661SQ201020206078
公開日2010年12月22日 申請日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者任忠鳴, 王冠, 鄧康, 雷作勝, 高齊 申請人:上海大學(xué)