[发明专利]一种带控制环的螺线管式电磁搅拌器

说明书

本发明提供了一种带控制环的螺线管式电磁搅拌器，包括：控制环、壳体、螺线管线圈、坩埚、电阻丝加热单元和绝热层；壳体内设置有线圈支撑壁，螺线管线圈缠绕在线圈支撑壁上，螺线管线圈通电后可为金属熔体提供径向和轴向电磁力；电阻丝加热单元用于为坩埚加热并保持金属熔体的熔融状态；绝热层用于隔绝高温保护螺线管线圈；控制环位于绝热层和壳体内壁之间，可分为增强型和削弱性，用于控制不同的搅拌方式。本发明中，控制环可控制螺线管线圈产生不同的径向和轴向电磁力分布，使得金属熔体以湍流形式流动，紊乱度较传统电磁搅拌大大提高，增加了熔体运动的无序性，因此螺线管式电磁搅拌器的搅拌效率较传统电磁搅拌器得到较大提高。

技术领域

本发明属于电磁铸造领域，更具体地，涉及一种带控制环的螺线管式电磁搅拌器。

背景技术

随着科技和制造业的迅猛发展，单一的金属材料难以满足工业上的设计要求，因此开发具备多种材料优异性能的复合材料成了当今的研究热点之一。其中，颗粒增强金属基复合材料凭借其制备简单、性能优越、成本较低等特点，在航空、航天、汽车等各个领域得到了广泛的应用。机械搅拌法通过旋转桨对加入增强颗粒的金属熔体进行搅拌，使增强颗粒与金属熔体充分混合，是制备颗粒增强金属基复合材料是目前最成熟的方法，但机械搅拌也存在易带入杂质、搅拌力不均、对搅拌桨材料耐高温要求严格等缺陷，而电磁搅拌技术具有非接触、无搅拌盲区、不易带入杂质、改善金属微观结构等优势，在颗粒增强金属基复合材料铸造领域具有极大的应用前景。目前，传统电磁搅拌技术主要有三种不同的搅拌形式：(1)旋转磁场式，金属熔体在旋转磁场的作用下受周向电磁力而旋转；(2)行波磁场式，金属熔体在行波磁场的作用下受方向不变的电磁力而做直线运动；(3)螺旋磁场式，即旋转磁场与行波磁场叠加，金属熔体在螺旋磁场的作用下同时受到周向力和轴向力而做螺旋上升或下降运动。公开号CN107116191A和CN103182495A的发明专利分别指出复合式螺旋电磁搅拌器，在不同工作模式下，可以产生上述三种不同的搅拌方式。但传统电磁搅拌仍有以下缺陷：(1)混合效率不高，搅拌电磁力无径向分量使得金属熔体流动紊乱度较小，不利于金属熔体内部传热以及金属熔体与增强颗粒的混合；(2)搅拌速度受到电磁力趋肤效应的约束，加快金属熔体流速需要提高工作电流频率，而频率的升高使得熔体所受电磁力主要分布在熔体靠近绕组区域，中心区域几乎不受到电磁力；(3)金属熔体的周向旋转在液面形成中心大漩涡，在颗粒增强金属基复合材料铸造中易使颗粒发生团聚现象，降低复合材料的性能；(4)电磁搅拌器绕组较多，结构复杂，不易维修。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种带控制环的螺线管式电磁搅拌器，旨在解决现有技术在颗粒增强金属基复合材料铸造中由于搅拌形式单一、金属熔体流动紊乱度较小导致金属熔体与增强颗粒混合效果差、效率低下的技术问题。

本发明提供了一种待控制环的螺线管式电磁搅拌器，包括：控制环、壳体、螺线管线圈、坩埚、电阻丝加热单元和绝热层；所述壳体内设置有线圈支撑壁，所述螺线管线圈缠绕在所述线圈支撑壁上，所述螺线管线圈通电后可提供径向和轴向电磁力；所述电阻丝加热单元用于为所述坩埚加热并保持金属熔体的熔融状态；所述绝热层用于隔绝高温，保护所述螺线管线圈；所述控制环位于所述绝热层和壳体内壁之间，用于控制不同的搅拌方式。

其中，所述控制环可分为增强型和削弱型两种。增强型控制环为高电导率低磁导率材料制造的圆环，如纯铜等，具有良好的导电性，但导磁能力较差，在通电螺线管线圈下可以激发二次磁场，因此可增强控制环附近金属熔体的电磁搅拌力，使得该区域金属熔体沿径向向内流动；削弱型控制环为高磁导率低电导率材料制造的圆环，如叠制硅钢片等，具有良好的导磁性，削弱控制环附近的磁场，但其产生感应电流，激发二次磁场的能力较弱，因此可削弱控制环附近金属熔体的电磁搅拌力，使得该区域金属熔体沿径向向外流动。