[发明专利]一种复合式侧螺旋电磁搅拌装置

说明书

本发明涉及一种复合式侧螺旋电磁搅拌装置，包括磁轭组、磁轭固定套、旋转磁场线圈及行波磁场线圈；行波磁场线圈施加的交变电流为正时交变电流正向接入，行波磁场线圈施加的交变电流为负时交变电流反向接入，使磁极方向交替指向铸坯的两端；旋转磁场线圈产生沿铸坯周向运动的旋转电磁力，并形成旋转磁场；行波磁场线圈产生沿铸坯径向向心部传递并具有轴向分力的行波电磁力，所形成的行波磁场使旋转磁场沿铸坯轴向倾斜，最终形成的耦合磁场具有倾斜于铸坯横截面的侧螺旋搅拌效果，有效改善了大规格铸坯铸造过程中因搅拌强度过大而出现负偏析的现象。

技术领域

本发明涉及电磁冶金铸造技术领域，尤其涉及一种复合式侧螺旋电磁搅拌装置。

背景技术

质量控制是金属铸造过程中的首要要求，铸坯的质量与凝固过程中钢液流动和传热传质行为有着密切的关系。电磁场具有其他物理场无法比拟的优势，最显著的特点在于可不直接接触钢液而能够传递热能和动能，且无污染。因此，电磁搅拌成为控制钢液流动以改善铸坯质量的有效手段，该技术能够促进凝固前沿钢液混合、均匀未凝固区的成分和温度、提高钢液洁净度、扩大等轴晶区、改善疏松偏析等质量问题，近年来被广泛应用于连铸、半固态铸造以及定向凝固过程中。

旋转电磁搅拌在细化组织晶粒、均匀铸坯周向温度分布方面具有非常关键的作用，但轴向搅拌不足，有效作用范围较小，另外搅拌强度过大时铸坯边缘会出现负偏析现象。行波电磁搅拌能够控制和调节钢液在铸坯内的轴向运动，促进钢液的轴向对流，扩大轴向搅拌范围，但对铸坯径向影响不足。随着现代冶金对大规格、高质量合金钢产品的需求不断增加，单一磁场的旋转搅拌或行波搅拌由于搅拌强度和搅拌范围的局限性，‘已不能满足质量需求；为此，有人提出了将两种磁场叠加后形成的螺旋电磁搅拌方式，螺旋电磁搅拌综合了旋转电磁搅拌和行波电磁搅拌的作用特点，能够使钢液做螺旋运动，加强径向和轴向上的热交换和溶质交换，降低钢液中心和凝固前沿的温度梯度，从而缓解中心偏析、疏松等现象。

目前，实现螺旋电磁搅拌的方式包括旋转磁场和行波磁场内外叠加、旋转磁场上下排列以及行波磁场周向排列三种方式，如公开号为CN201476606U(“坩埚螺旋磁场电磁搅拌器”)、CN87204232U(“螺旋磁场电磁搅拌器”)的中国实用新型专利，以及公开号为CN87104014A(“连续铸钢电磁搅拌装置”)、CN86104510A(“组合式多功能液态金属电磁搅拌器”)的中国专利申请中记载的技术方案。另外，还有改变磁轭形状使磁轭端面倾斜放置、磁轭端面相对于磁轭背上下排列的方式，如公开号为CN102825245A(“螺旋电磁搅拌装置”)、CN102825242A(“一种高活性、高纯度及高熔点合金的真空吸铸设备及方法”)、CN108515153A(“一种复合磁场螺旋电磁搅拌装置”)、CN107116191A(“一种复合式螺旋电磁搅拌器”)的中国专利申请中记载的技术方案。上述技术方案虽然可以实现钢液的螺旋搅拌，但复合式的结构和各种形状的磁轭增加了设备成本、提高了操作难度，并且多种绕组组合产生的磁场会相互干扰，影响电磁搅拌的实际效果。另外，螺旋磁场的搅拌方式仅兼顾了铸坯径向和轴向的搅拌，一定程度上扩大了搅拌器作用范围，但对铸坯心部的扰动并无实际上的提升，心部钢液补缩不足，因此，铸坯心部易出现偏析、疏松甚至缩孔等一系列质量问题，在大规格铸坯的铸造过程中尤为严重。目前针对上述问题，通常采用调整电磁搅拌器电流参数来增强搅拌强度和范围的解决方案，但伴随搅拌强度的增加负偏析程度会随之加重，不利于产生有效的螺旋搅拌。

发明内容

本发明提供了一种复合式侧螺旋电磁搅拌装置，其是一种简单、高效的螺旋电磁搅拌装置，采用特殊的励磁电流施加方式，旋转磁场与行波磁场相互耦合后合成的电磁力产生与铸坯水平面夹角为-90°～90°的侧螺旋搅拌，能够增强铸坯心部搅拌效果，并使钢液呈现一种侧螺旋轨迹运动，有效改善了大规格铸坯铸造过程中因搅拌强度过大而出现负偏析的现象。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：