專利名稱：基于永磁體的電磁攪拌旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)調(diào)制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種調(diào)制旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方法及裝置，特別是一種用于冶金過(guò)程中的基于 永磁體的電磁攪拌旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)調(diào)制方法和裝置，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(xiàng)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(guò)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(lái)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(guò)程中，施加的磁場(chǎng)都是幅/頻/相恒定的磁場(chǎng)，或者幅值和頻率可 調(diào)的磁場(chǎng)。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(dòng)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(wèn)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(dòng)對(duì)凝固的影響。要較好的控制連鑄過(guò)程，必須 靈活調(diào)節(jié)幅/頻/相三個(gè)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(dòng)，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
本發(fā)明的目的在于解決已有技術(shù)存在的缺陷，提供了一種基于永磁體的電磁攪拌 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)調(diào)制方法和裝置，能精確控制金屬液流動(dòng)，進(jìn)而較好控制金屬液凝固，改善鑄坯質(zhì)
量，提高生產(chǎn)率。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種用于電磁攪拌且基于永磁體的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)調(diào)制方法，其特征在磁場(chǎng)發(fā)生裝置和 可編程的步進(jìn)電機(jī)連接，且二者始終保持相同旋轉(zhuǎn)方式，能夠產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度按照方程B =B0Cos (2 π ω +Φ)變化的磁場(chǎng)，其中磁場(chǎng)幅值B。、磁場(chǎng)頻率ω和磁場(chǎng)相位Φ這三個(gè)參 數(shù)可以單獨(dú)或者聯(lián)合調(diào)制，調(diào)制方法如下①調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)(4)的旋轉(zhuǎn)速度，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)頻率ω的目的；②改變步進(jìn)電機(jī)(4)的旋轉(zhuǎn)方向，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)相位Φ的目的；③通過(guò)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，或者這三者中的一種或多種方式同時(shí)進(jìn) 行，以達(dá)到調(diào)節(jié)磁場(chǎng)幅值Btl的目的；在本發(fā)明中，磁場(chǎng)的頻率ω的變化范圍為0 100000Hz ；磁場(chǎng)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，永磁體(6)的排列方式為S極和N極對(duì)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。工作原理攪拌器包裹在結(jié)晶器的外緣，產(chǎn)生的磁場(chǎng)透過(guò)結(jié)晶器作用于內(nèi)部的金屬液， 磁場(chǎng)按照一定的規(guī)律變化，金屬液中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，結(jié)合磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)，金屬液就會(huì)受到周
3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。本發(fā)明和現(xiàn)有的技術(shù)方案相比具有顯而易見的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)(1)將磁場(chǎng)內(nèi)在的性能參數(shù)一幅值、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(guò)引入可編程的步進(jìn)電機(jī)，并且使其與磁場(chǎng)發(fā)生器始終保 持相同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而將永磁體性能參數(shù)的變換等價(jià)為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(chǎng)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(guò)步進(jìn)電機(jī)的等價(jià)，將幅值、頻率、相位轉(zhuǎn)化 為三個(gè)獨(dú)立變化的參數(shù)，而且三者的調(diào)制可以實(shí)現(xiàn)定量化，這樣不僅能夠得到任何波形的 磁場(chǎng)，還能定量分析三者單獨(dú)或聯(lián)合作用時(shí)對(duì)金屬液的影響規(guī)律，實(shí)現(xiàn)精確控制金屬液流 動(dòng)，進(jìn)而較好控制金屬液凝固，改善鑄坯質(zhì)量，提高生產(chǎn)率。


圖1是本發(fā)明基于永磁體的電磁攪拌裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是電磁攪拌裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3、圖4、圖5是電磁攪拌中永磁體可能的排列方式具體實(shí)施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合

如下實(shí)施例一參見圖1，本電磁攪拌且基于永磁體的電磁攪拌旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)調(diào)制方法，能 夠產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度按照方程B = B0Cos (2 π cot+Φ)變化的磁場(chǎng)，其中磁場(chǎng)幅值Btl、磁場(chǎng)頻 率ω和磁場(chǎng)相位φ這三個(gè)參數(shù)可以單獨(dú)或者聯(lián)合調(diào)制。攪拌器8和可編程的步進(jìn)電機(jī)4 連接，且二者始終保持相同的旋轉(zhuǎn)方式，幅值Btl、頻率ω和相位φ調(diào)制方式如下①調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)4的旋轉(zhuǎn)速度，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)頻率ω的目的；②改變步進(jìn)電機(jī)4的旋轉(zhuǎn)方向，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)相位Φ的目的；③通過(guò)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，或者這三者中的一種或多種方式同時(shí)進(jìn)行，以 達(dá)到調(diào)節(jié)磁場(chǎng)幅值Btl的目的。實(shí)施例二 本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下所述磁場(chǎng)頻率ω的變 化范圍為0 100000Hz ；磁場(chǎng)相位Φ的范圍為0 360° ；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，永磁體6的排 列方式為S極和N極對(duì)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3，圖4和圖5。實(shí)施例三基于永磁體的電磁攪拌裝置，采用上述調(diào)制方法調(diào)節(jié)磁場(chǎng)，包括一個(gè)包 裹在結(jié)晶器外部的電磁攪拌器8，所述攪拌器8的結(jié)構(gòu)為多個(gè)永磁體6鑲嵌在一個(gè)環(huán)形鐵 芯7中，環(huán)形鐵芯7通過(guò)傳動(dòng)齒輪5連接可編程的步進(jìn)電機(jī)4，而由所述步進(jìn)電機(jī)4帶動(dòng)環(huán) 形鐵芯7旋轉(zhuǎn)，所述攪拌器8的磁場(chǎng)和步進(jìn)電機(jī)4始終保持相同的旋轉(zhuǎn)方式。工作原理攪拌器8包裹在結(jié)晶器2的外緣，產(chǎn)生的磁場(chǎng)透過(guò)結(jié)晶器2作用于內(nèi)部的金屬液3，磁場(chǎng)按照一定的規(guī)律變化，金屬液3中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，結(jié)合磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)，金屬液3就會(huì) 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。
權(quán)利要求
一種基于永磁體的電磁攪拌旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)調(diào)制方法，其特征在于能夠產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度按照方程B＝B0cos(2πωt+φ)變化的磁場(chǎng)，其中磁場(chǎng)幅值B0、磁場(chǎng)頻率ω和磁場(chǎng)相位φ這三個(gè)參數(shù)可以單獨(dú)或者聯(lián)合調(diào)制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于永磁體的電磁攪拌旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)調(diào)制方法，其特征在于攪拌 器(8)和可編程的步進(jìn)電機(jī)(4)連接，且二者始終保持相同的旋轉(zhuǎn)方式，所述磁場(chǎng)幅值氏、 磁場(chǎng)頻率ω和磁場(chǎng)相位Φ調(diào)制方式如下①調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)(4)的旋轉(zhuǎn)速度，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)頻率ω的目的；②改變步進(jìn)電機(jī)(4)的旋轉(zhuǎn)方向，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)相位Φ的目的；③通過(guò)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，或者這三者中的一種或多種方式同時(shí)進(jìn)行， 以達(dá)到調(diào)節(jié)磁場(chǎng)幅值Btl的目的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁場(chǎng)調(diào)制方法，其特征在于磁場(chǎng)頻率ω的變化范圍為 (TlOOOOOHz ；磁場(chǎng)相位Φ的范圍為0 360°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于永磁體的電磁攪拌選擇磁場(chǎng)磁場(chǎng)調(diào)制方法，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，永磁體(6)的排列方式為S極和N極對(duì)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。
5. 一種基于永磁體的攪拌裝置，其特征在于所述攪拌器(8)產(chǎn)生按照方程B = B0Cos (2 π t+Φ)變化的磁場(chǎng)，其中磁場(chǎng)幅值B。、磁場(chǎng)頻率ω和磁場(chǎng)相位Φ這三個(gè)參數(shù) 可以單獨(dú)或者聯(lián)合調(diào)制；所述的攪拌器(8)結(jié)構(gòu)多個(gè)永磁體(6)鑲嵌在一個(gè)環(huán)形鐵芯(7) 中，環(huán)形鐵芯(7)通過(guò)傳動(dòng)齒輪(5)連接可編程的步進(jìn)電機(jī)(4)，而由所述步進(jìn)電機(jī)(4)帶 動(dòng)環(huán)形鐵芯(7)旋轉(zhuǎn)，所述攪拌器(8)的磁場(chǎng)和步進(jìn)電機(jī)(4)始終保持相同的旋轉(zhuǎn)方式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于永磁體的電磁攪拌旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)調(diào)制方法及裝置，本方法能夠產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度按照方程B＝B0cos(2πωt+φ)變化的磁場(chǎng)，其中磁場(chǎng)幅值B0、磁場(chǎng)頻率ω和磁場(chǎng)相位φ這三個(gè)參數(shù)可以單獨(dú)或者聯(lián)合調(diào)制。本裝置采用以上磁場(chǎng)調(diào)制方法，在結(jié)構(gòu)上包括一個(gè)包裹在結(jié)晶器外緣的攪拌器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為永磁體鑲嵌在一個(gè)環(huán)形鐵芯中，環(huán)形鐵芯連接可編程的步進(jìn)電機(jī)，并由其帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。攪拌器產(chǎn)生的磁場(chǎng)和步進(jìn)電機(jī)始終保持相同的旋轉(zhuǎn)方式。本發(fā)明能夠單獨(dú)或者聯(lián)合調(diào)制磁場(chǎng)的幅值、頻率和相位，實(shí)現(xiàn)精確控制金屬液流動(dòng)，進(jìn)而較好的控制金屬液凝固，改善鑄坯質(zhì)量，提高生產(chǎn)率。
文檔編號(hào)B01F13/08GK101920175SQ20101018621
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)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(qǐng)人:上海大學(xué)