一種直接約束控制導電金屬流體液面波動的電磁控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料電磁加工成型領域，具體涉及一種直接約束控制導電金屬流體液 面波動的電磁控制方法。
【背景技術】
[0002] 在材料加工過程中，金屬液的液面波動對其凝固成型有著非常大的影響。在連鑄 過程中，用魚雷罐車運輸鋼液，回轉臺旋轉操作以及鋼液在中間包中流動時，倘若鋼液液面 波動起伏較大，則容易造成鋼液的二次氧化及保護渣的卷入，影響鋼液的質量。
[0003] 結晶器內金屬液面波動的穩(wěn)定性對連鑄還的質量有著很大的影響：鑄還表面的振 痕起源于液面變形，而鑄坯表面裂紋、角部裂紋主要發(fā)生在振痕的谷底處；液面區(qū)域金屬波 動的傳播導致金屬渣的鋪展不均勻，易產生裂紋；金屬液面波動的加劇造成保護渣的卷入 和振痕的加深。
[0004] 在鋼包冶金中，鋼液以射流的形式從鋼包底沖向液面，如果流速過快，鋼液射流沖 擊鋼液表面，形成表面鼓包和渣眼，過大的波動和表面變形將引起卷渣和表面鋼液氧化，影 響鋼液的質量。
[0005] 另外，在電磁鑄造過程中，液面的形狀和波動對于鑄坯的成型影響極大，電磁鑄造 過程中任何輕微的液面波動，都會在鑄坯表面形成凹凸痕跡，金屬液面的劇烈晃動，輕則使 鑄坯形狀不規(guī)則，重則甚至會使鑄造過程無法進行。
[0006] 近年來，針對減緩導電金屬流體液面波動，尤其是結晶器內液面波動，國內學者提 出了多種新的方法，發(fā)表的專利包括：一種減緩結晶器液面波動的電磁控流方法（【申請?zhí)枴?201310407936. 1)、一種結晶器液面波動的控制方法（【申請?zhí)枴?01310287655. 7)。前者采用 的方法是利用螺旋電磁攪拌產生逆于鋼液上環(huán)流方向的力，控制減緩結晶器中鋼液的上環(huán) 流速度，從而減小上環(huán)流對鋼液表面的沖擊，達到減緩結晶器液面波動的效果；后者采用的 方法是利用連鑄液面測量系統(tǒng)、通訊控制系統(tǒng)以及液面波動分析系統(tǒng)等，分析出穩(wěn)態(tài)及非 穩(wěn)態(tài)澆注條件下對結晶器卷渣產生的主要位置的液面波動頻率范圍，從而實時檢測液面波 動，通過控制塞棒來降低拉速，調整保護渣及水口出口角度來減小卷渣發(fā)生的可能性。由于 造成結晶器內液面波動的原因主要有：鋼液上環(huán)流對結晶器液面的沖擊、水口吹氬，氬氣上 浮在結晶器表面破裂，對結晶器鋼液表面擾動、結晶器自身正弦或非正弦震動對結晶器液 面的影響，以上兩種方法只在某些方面上提出應對措施，并沒有針對液面波動的實質，從整 體提出有效的方法達到控制結晶器液面波動的效果。此外，這兩種方法都有局限性，僅適于 在結晶器中使用，未能對控制約束導電金屬流體液面波動提出更具有普適性的方法。

【發(fā)明內容】

[0007] 針對現有技術的不足，本發(fā)明提出一種直接約束控制導電金屬流體液面波動的電 磁控制方法。
[0008] 本發(fā)明技術方案如下：
[0009] -種直接約束控制導電金屬流體液面波動的電磁控制方法，將磁壓力施加于導 電金屬流體液面，使導電金屬流體液面產生一個向下的推力以控制液面的波動，具體方法 為：
[0010] 在需要控制液面波動的導電金屬流體液面上水平布置一組平行直導線圈或盤形 導線圈，并通入諧波交流電，使導電金屬流體液面處于一個水平方向的交變磁場中，根據電 磁感應作用，交變磁場在導電金屬流體中產生感應電流，該感應電流與交變磁場相互作用， 則在導電金屬流體液面形成垂直于該液面的磁壓力，該磁壓力相當于對重力場的加強，從 而控制導電金屬流體液面的變形和波動。
[0011] 所述的磁壓力通過改變諧波交流電的電流大小和頻率來調節(jié)。
[0012] 所述的諧波交流電的電流大小為500A~10000A，頻率為IOkHz~150kHz。
[0013] 所述的磁壓力通過改變平行直導線圈或盤形導線圈的匝數來調節(jié)。
[0014] 所述的平行直導線圈或盤形導線圈的匝數的范圍為1~500匝。
[0015] 所述的磁壓力通過改變平行直導線圈或盤形導線圈距離導電金屬流體液面的高 度來調節(jié)。
[0016] 所述的平行直導線圈或盤形導線圈距離導電金屬流體液面的高度的范圍為0~ 300mm〇
[0017] 本發(fā)明的有益效果：
[0018] 本發(fā)明能有效的約束控制任何導電金屬流體的液面波動，針對引起震動的不同原 因都有約束控制的作用?？梢詰糜谌魏涡枰刂茖щ娊饘倭黧w液面波動的地方，具有更 為廣泛適用性。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明【具體實施方式】中直接約束控制導電金屬流體液面波動的電磁控制 方法的平行直導線圈結構原理圖；
[0020] 其中，1-平行直導線圈，2-平行直導線圈周圍磁場，3-平行直導線圈條件下導電 金屬流體液面感應電流，4-平行直導線圈條件下導電金屬流體液面磁壓力；
[0021] 圖2為本發(fā)明【具體實施方式】中的平行直導線圈俯視圖；
[0022] 圖3為本發(fā)明【具體實施方式】中平行直導線圈作用下不同諧波交流電控制導電金 屬流體液面波動的示意圖；
[0023] 圖4為本發(fā)明【具體實施方式】中直接約束控制導電金屬流體液面波動的電磁控制 方法的盤型導線圈結構原理圖；
[0024] 其中，5-盤型導線圈，6-盤型導線圈周圍磁場，7-盤型導線圈條件下導電金屬流 體液面感應電流，8-盤型導線圈條件下導電金屬流體液面磁壓力；
[0025] 圖5為本發(fā)明【具體實施方式】中的盤型導線圈俯視圖；
[0026] 圖6為本發(fā)明【具體實施方式】中盤型導線圈作用下不同諧波交流電控制導電金屬 流體液面波動的示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面結合附圖對本發(fā)明【具體實施方式】加以詳細的說明。
[0028] -種直接約束控制導電金屬流體液面波動的電磁控制方法，將磁壓力施加于導 電金屬流體液面，使導電金屬流體液面產生一個向下的推力以控制液面的波動，具體方法 為：
[0029] 本實施方式中，為模擬導電金屬流體在交變磁場下的波動情況，采用ANSYS商業(yè) 軟件，鋼液作為導電金屬流體，設計帶有擋壩的水槽，鋼液通過水槽產生波動。模擬鋼液的 具體參數如表1所示。
[0030] 表1模擬鋼液的具體參數
【主權項】
1. 一種直接約束控制導電金屬流體液面波動的電磁控制方法，其特征在于，將磁壓力 施加于導電金屬流體液面，使導電金屬流體液面產生一個向下的推力以控制液面的波動， 具體方法為： 在需要控制液面波動的導電金屬流體液面上水平布置一組平行直導線圈或盤形導線 圈，并通入諧波交流電，使導電金屬流體液面處于一個水平方向的交變磁場中，根據電磁感 應作用，交變磁場在導電金屬流體中產生感應電流，該感應電流與交變磁場相互作用，貝 1J在 導電金屬流體液面形成垂直于該液面的磁壓力，該磁壓力相當于對重力場的加強，從而控 制導電金屬流體液面的變形和波動。
2. 根據權利要求1所述的直接約束控制導電金屬流體液面波動的電磁控制方法，其特 征在于，所述的磁壓力通過改變諧波交流電的電流大小和頻率來調節(jié)。
3. 根據權利要求1所述的直接約束控制導電金屬流體液面波動的電磁控制方法，其特 征在于，所述的磁壓力通過改變平行直導線圈或盤形導線圈的匝數來調節(jié)。
4. 根據權利要求1所述的直接約束控制導電金屬流體液面波動的電磁控制方法，其特 征在于，所述的磁壓力通過改變平行直導線圈或盤形導線圈距離導電金屬流體液面的高度 來調節(jié)。
5. 根據權利要求1或權利要求2所述的直接約束控制導電金屬流體液面波動的電磁 控制方法，其特征在于，所述的諧波交流電的電流大小為500A~10000A，頻率為IOkHz~ 150kHz〇
6. 根據權利要求3所述的直接約束控制導電金屬流體液面波動的電磁控制方法，其特 征在于，所述的平行直導線圈或盤形導線圈的匝數的范圍為1~500匝。
7. 根據權利要求4所述的直接約束控制導電金屬流體液面波動的電磁控制方法，其 特征在于，所述的平行直導線圈或盤形導線圈距離導電金屬流體液面的高度的范圍為0~ 300mm〇
【專利摘要】一種直接約束控制導電金屬流體液面波動的電磁控制方法，該方法為將磁壓力施加于導電金屬流體液面，使導電金屬流體液面產生一個向下的推力以控制液面的波動，在需要控制液面波動的導電金屬流體液面上水平布置一組平行直導線圈或盤形導線圈，并通入諧波交流電，使導電金屬流體液面處于一個水平方向的交變磁場中，根據電磁感應作用，交變磁場在導電金屬流體中產生感應電流，該感應電流與交變磁場相互作用，則在導電金屬流體液面形成垂直于該液面的磁壓力，該磁壓力相當于對重力場的加強，從而控制導電金屬流體液面的變形和波動。
【IPC分類】B22D11-115, B22D27-02, B22D11-18
【公開號】CN104646643
【申請?zhí)枴緾N201510083510
【發(fā)明人】鄧安元, 李陽, 王恩剛, 尹傳奇, 張興武
【申請人】東北大學
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月15日