專利名稱：一種連鑄電磁攪拌磁場(chǎng)發(fā)生器調(diào)制方式的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連鑄電磁攪拌磁場(chǎng)發(fā)生器調(diào)制方式，作用于結(jié)晶器到凝固末端 任意區(qū)域，該裝置產(chǎn)生磁場(chǎng)的幅值、頻率和相位可單獨(dú)調(diào)制或聯(lián)合調(diào)制。屬金屬連鑄工 藝技術(shù)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(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)明的目的在于金屬連鑄電磁攪拌過程中，針對(duì)已有技術(shù)存在的缺陷，提供 一種連鑄電磁攪拌磁場(chǎng)發(fā)生器調(diào)制方式，以提高鑄坯的表面及內(nèi)部質(zhì)量、提高等軸晶比 率、細(xì)化晶粒。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是根據(jù)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)交變電磁場(chǎng)作用于 導(dǎo)電金屬時(shí)，電磁場(chǎng)的幅值決定了電磁力的大小；由于集膚效應(yīng)，電磁場(chǎng)的頻率決定了 電磁力的分布(頻率高則集膚深度小，頻率低則滲透深度大)，而電磁場(chǎng)的相位則決定了 電磁力的方向。即數(shù)學(xué)表達(dá)為B = BciC0sQ π cot+Φ)的交變磁場(chǎng)，其三個(gè)特征參數(shù)，幅 值氏、頻率ω和相位φ決定了感應(yīng)電磁力的大小、作用點(diǎn)和作用方向?，F(xiàn)通過控制電 磁力的三個(gè)參數(shù)，動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)其中的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，達(dá)到控制液態(tài)金屬流動(dòng)的目的， 從而控制液態(tài)金屬的凝固，進(jìn)而達(dá)到改善鑄坯質(zhì)量的目的。根據(jù)上述發(fā)明思路，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種連鑄電磁攪拌磁場(chǎng)發(fā)生器調(diào)制方式，其特征在于對(duì)置于水冷夾套殼體內(nèi)的 感應(yīng)線圈進(jìn)行調(diào)制實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)發(fā)生器調(diào)制所述的感應(yīng)線圈中通以幅值、頻率、相位可單 獨(dú)調(diào)制或聯(lián)合調(diào)制的電流，因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的磁場(chǎng)按照B = B0Cos (2 π ω +Φ)變化， 其中幅值氏、頻率ω和相位φ這三個(gè)參數(shù)可以單獨(dú)或者聯(lián)合調(diào)制。上述電流的調(diào)制方式，采用函數(shù)發(fā)生器——基于PWM技術(shù)的幅/頻調(diào)節(jié)—— 移相器的流程。首先通過函數(shù)發(fā)生器獲得想要的正弦函數(shù)波形；然后采用脈寬調(diào)制技 術(shù)(Pulse WidthModulation-PWM)，控制方式就是對(duì)逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出得到一系列幅值相等而寬度不等的脈沖，用這些脈沖來代替函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的正 弦波形，也就是在輸出波形的半個(gè)周期中產(chǎn)生多個(gè)脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波 形。通過控制脈沖寬度對(duì)電壓的幅值進(jìn)行調(diào)制；通過控制脈沖的調(diào)制周期對(duì)電壓輸出頻 率進(jìn)行調(diào)制。如圖2所示，控制整流電路以改變輸出電壓，控制逆變電路來改變輸出頻 率。這一步具體采用數(shù)字電路的正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)逆變器，使用以軟件為基礎(chǔ) 的控制模式。最后將幅值和頻率調(diào)制好后的電流通入移相器移相，對(duì)電流的相位進(jìn)行調(diào) 制。函數(shù)發(fā)生器、SPWM專用微處理器及移相器在市場(chǎng)上均有成品供選擇。上述的線圈輸入電流，其特征在于經(jīng)調(diào)制后的電流大小為0 IO5A;頻率調(diào) 制范圍為0 IO8Hz ；相位調(diào)制范圍為0 360° ；相位調(diào)制的頻率為0 103Hz。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下顯而易見的突出特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明裝置的感應(yīng)線圈中通以幅值，頻率，相位可獨(dú)立調(diào)制或者聯(lián)合調(diào)制的電 流，即形如I(t) =I0 (t) cos (2 π ω( ) +φ(0)的電流；從而在金屬液中產(chǎn)生幅值、頻率、 相位也可以獨(dú)立或者聯(lián)合變化的磁場(chǎng)，即形如B(t) =Bci(OcC)sO3I ω (Ot+Φ (t))的電磁 場(chǎng)，其中幅值氏、頻率ω和相位φ都是時(shí)間t的函數(shù)；所以，可以通過改變輸入電流 的大小調(diào)制Btl，通過改變電流的頻率調(diào)制ω，通過改變電流的相位調(diào)制Φ。幅值代表 了電磁力的大??；由于集膚效應(yīng)，頻率決定了電磁力的分布，相位則決定了電磁力的方 向。通過控制電磁力的這三個(gè)要素，就可以精確地控制液態(tài)金屬的流動(dòng)，由于液態(tài)金屬 的流動(dòng)與鑄坯的凝固組織有著密切的聯(lián)系，因此，控制了液態(tài)金屬的流動(dòng)，就能有效地 控制液態(tài)金屬的凝固行為，從而達(dá)到在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步減少鑄坯缺陷，改善鑄 坯質(zhì)量的目的。


附圖1為常規(guī)連鑄機(jī)電磁攪拌的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2為電壓型脈寬調(diào)制變頻電路原理圖。附圖3為本發(fā)明線圈所產(chǎn)生頻率進(jìn)行單獨(dú)調(diào)制磁場(chǎng)時(shí)的電流示意圖。附圖4和附圖5為本發(fā)明線圈所產(chǎn)生頻率和幅值進(jìn)行聯(lián)合調(diào)制磁場(chǎng)時(shí)的電流示意 圖。附圖6為本發(fā)明線圈所產(chǎn)生幅/頻/相聯(lián)合調(diào)制磁場(chǎng)時(shí)的電流示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合

如下參見附圖1。常規(guī)連鑄機(jī)主要包括結(jié) 晶器1，具有冷卻水進(jìn)口 2和出口 3的水冷夾套殼體8，感應(yīng)線圈4，引錠桿5和振動(dòng)裝置 6；內(nèi)置感應(yīng)線圈4的設(shè)有冷卻水進(jìn)口 2和出口 3的水冷夾套殼體8可在包括結(jié)晶器1到 凝固末端所有帶液芯的任意區(qū)域設(shè)置一個(gè)或多個(gè)，感應(yīng)線圈4在不同的區(qū)域采用不同的 電流參數(shù)；在結(jié)晶器1底部設(shè)有振動(dòng)裝置6，以便坯殼的順利脫模。本發(fā)明連鑄電磁攪拌的磁場(chǎng)發(fā)生器的核心在于感應(yīng)線圈4。圖2給出其電壓型脈 寬調(diào)制變頻電路。本連鑄電磁攪拌磁場(chǎng)發(fā)生器調(diào)制方式是對(duì)置于水冷夾套殼體8內(nèi)的感應(yīng)線圈4進(jìn) 行調(diào)制實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)發(fā)生器調(diào)制所述感應(yīng)線圈4中通以幅值、頻率、相位可單獨(dú)調(diào)制或聯(lián)合調(diào)制的電流，由電磁感應(yīng)效應(yīng)而在金屬液內(nèi)產(chǎn)生按照B = B0Cos(2 π ω +Φ)變化的磁 場(chǎng)，其中磁場(chǎng)幅值氏、頻率ω和相位φ這三個(gè)參數(shù)可單獨(dú)或者聯(lián)合調(diào)制。本實(shí)施案例中的感應(yīng)線圈4中的電流采用如下方式進(jìn)行調(diào)制函數(shù)發(fā)生器 (PIC16C67)產(chǎn)生正弦波信號(hào)通入SPWM專用微處理器(80C196MC控制的IGBT-SPWM 變頻調(diào)速系統(tǒng))進(jìn)行幅/頻調(diào)節(jié)，最后通過移相器(ΧΖΥ-ΙΙ型)移相。在其控制范圍內(nèi) 的金屬液中可以產(chǎn)生頻率單獨(dú)變化的磁場(chǎng)，如圖3所示；可以產(chǎn)生幅值和頻率聯(lián)合變化 的磁場(chǎng)，如圖4和圖5所示；也可以產(chǎn)生幅值、頻率、相位聯(lián)合變化的磁場(chǎng)，如圖6所 示。即可以在其控制的金屬液內(nèi)產(chǎn)生幅值、頻率、相位單獨(dú)變化，兩兩聯(lián)合變化和三個(gè) 參數(shù)一起變化的磁場(chǎng)。本實(shí)施案例中，輸入的電流大小為O IO5A;頻率調(diào)制范圍為0 IO8Hz;相位 調(diào)制范圍為0 360° ；相位調(diào)制的頻率為0 103Ηζ。本實(shí)施例中，連鑄過程的具體操作過程簡(jiǎn)述如下利用本裝置在連鑄過程中， 澆注的金屬在結(jié)晶器1 (或其他設(shè)有線圈處)受到線圈4提供的電磁場(chǎng)變化的電磁力的作 用，并同時(shí)受冷卻水的冷卻作用，金屬液被冷卻凝固，并受到振動(dòng)裝置6的振動(dòng)作用形 成較好的晶相構(gòu)組織(結(jié)晶器處受振動(dòng)作用，其他設(shè)有線圈處不受振動(dòng)作用)；鑄坯7通 過拉錠桿5不斷拉出結(jié)晶器1，形成連鑄過程。
權(quán)利要求
1.一種連鑄電磁攪拌磁場(chǎng)發(fā)生器調(diào)制方式，其特征在于對(duì)置于水冷夾套殼體(8) 內(nèi)的感應(yīng)線圈(4)進(jìn)行調(diào)制實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)發(fā)生器調(diào)制；所述感應(yīng)線圈(4)中通以幅值、頻 率、相位可單獨(dú)調(diào)制或聯(lián)合調(diào)制的電流，由電磁感應(yīng)效應(yīng)而在金屬液內(nèi)產(chǎn)生按照B = B0Cos(2 π ω +Φ)變化的磁場(chǎng)，其中磁場(chǎng)幅值氏、頻率ω和相位φ這三個(gè)參數(shù)可單獨(dú)或 者聯(lián)合調(diào)制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄電磁攪拌磁場(chǎng)發(fā)生器調(diào)制方式，其特征在于所述幅值調(diào) 制的方式，采用脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)，通過控制脈沖寬度來控制輸出電壓的幅值，進(jìn)而 調(diào)節(jié)電流的幅值，通過電磁感應(yīng)效應(yīng)調(diào)制磁場(chǎng)的幅值B。。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄電磁攪拌磁場(chǎng)發(fā)生器調(diào)制方式，其特征在于所述頻率調(diào) 制的方式采用脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)，通過控制脈沖的調(diào)制周期來控制電壓的頻率， 進(jìn)而調(diào)節(jié)電流的頻率，通過電磁感應(yīng)效應(yīng)調(diào)制磁場(chǎng)的頻率ω。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄電磁攪拌磁場(chǎng)發(fā)生器調(diào)制方式，其特征在于所述相位調(diào) 制的方式將經(jīng)過脈寬調(diào)制的電流經(jīng)移相器進(jìn)行移相，調(diào)節(jié)電流的相位，進(jìn)而通過電磁 感應(yīng)效應(yīng)調(diào)制磁場(chǎng)的相位Φ。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄電磁攪拌磁場(chǎng)發(fā)生器調(diào)制方式，其特征在于所述感應(yīng)線 圈⑷的輸入電流，經(jīng)調(diào)制后的電流大小為O IO5A ；頻率調(diào)制范圍為O IO8Hz ；相位 調(diào)制范圍為O 360° ；所述不同相位調(diào)制的頻率為0 103Ηζ。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種連鑄電磁攪拌磁場(chǎng)發(fā)生器調(diào)制方式。本調(diào)制方式是對(duì)置于水冷夾套殼體內(nèi)的感應(yīng)線圈進(jìn)行調(diào)制來實(shí)現(xiàn)的感應(yīng)線圈中通以幅/頻/相可獨(dú)立調(diào)制或聯(lián)合調(diào)制的電流，從而在感應(yīng)線圈控制范圍內(nèi)的金屬液內(nèi)產(chǎn)生的幅/頻/相可獨(dú)立調(diào)制或聯(lián)合調(diào)制磁場(chǎng)，使得金屬液受到的電磁力的大小、作用點(diǎn)、方向可相應(yīng)的獨(dú)立或聯(lián)合調(diào)節(jié)，從而可精確控制液態(tài)金屬的流動(dòng)，進(jìn)而控制連鑄金屬的凝固過程，達(dá)到改善鑄坯質(zhì)量的目的。
文檔編號(hào)B22D11/115GK102019385SQ201010289610
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者王冠, 陳超越, 雷作勝, 高齊 申請(qǐng)人:上海大學(xué)