一种用于模拟钢水搅拌过程的电磁搅拌实验装置的制作方法

本实用新型涉及实验室实验教学仪器技术领域，具体的说是一种用于模拟钢水搅拌过程的电磁搅拌实验装置。

背景技术：

近年来, 随着连续铸造技术的发展, 对连铸坯内部质量提出了更高的要求，而铸坯内部质量在很大程度上取决于铸坯内部是否呈现均匀而致密的等轴晶凝固组织。但是在连铸坯实际凝固过程中，由于冷却速度很快，造成铸坯凝固时柱状晶的发展，往往产生“搭桥”现象，导致铸坯内缩孔偏析、疏松、夹杂物聚集等缺陷产生。电磁搅拌技术对提高铸坯的等轴晶率、细化凝固组织、降低夹杂物含量并促进成分均匀化、改善铸坯内部、表面和次表面质量具有重要作用。

电磁搅拌（EMS）技术的基本原理就是一个载流的导体处于磁场中就要受到电磁力的作用而发生运动。在铝合金、铜合金、钢铁等金属的连续铸造过程中，当频率较低的电磁场以一定的速度切割金属液时，便在金属液内产生频率相同的感生电流，液态金属作为载流导体，在外加电磁场的作用下产生电磁力，该电磁力能够驱动金属液进行有规律的运动。电磁搅拌技术的实质就在于借助电磁力的作用强化铸坯液穴中钢水的运动，通过改善铸坯凝固过程中的熔体流动、传热和传质条件来细化晶粒、增加等轴晶率、减轻中心缩孔和偏析、减少夹杂及气孔、从而达到提高铸坯质量的目的。

随着连续铸造技术的不断发展和连铸合金种类的不断增加，应用在连铸上的电磁搅拌技术即连铸电磁搅拌技术越来越受到重视，并在实际生产中取得了良好的技术和经济效益。可以说，连铸电磁搅拌技术的应用促进了高效优质连铸技术的进步，是20世纪60年代以来连铸技术及电磁冶金技术最重要的发展之一。目前，在世界范围内大约有300多台连铸机上采用了电磁搅拌技术，我国目前应用于连铸设备的电磁搅拌装置有100多套，电磁冶金技术已经日趋成熟。在工业领域蓬勃发展的电磁冶金技术需要我国高校培养大批相关专业的优秀技术人才。目前市场上在售的电磁搅拌器主要是应用于工业领域的感应式旋转型电磁搅拌器和线型电磁搅拌器两种，体积和重量都比较大，而且价格高昂，缺少一种原理简单易懂，体积和重量较小，价格低，使用安全方便的电磁搅拌实验教学方法与装置。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种用于模拟钢水搅拌过程的电磁搅拌实验装置，该装置原理简单易懂，体积和重量较小，价格较低，使用安全方便，应用于电磁冶金技术教学过程中的旋转电磁搅拌实验或者线型电磁搅拌实验，比较直观，学生易于接受。

本实用新型为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种用于模拟钢水搅拌过程的电磁搅拌实验装置，包括电磁搅拌器本体，电磁搅拌器本体通过电缆线连接有低频电源和控制系统，电磁搅拌器本体包括导磁铁芯、感应线圈和水冷却装置，电磁搅拌实验装置还包括升降支架，升降支架的一端连接有金属转筒，金属转筒通过升降支架能够自由进出电磁搅拌器本体的内腔，且金属转筒能够在电磁搅拌器本体的电磁场的电磁力作用下进行模拟钢水搅拌过程的运动。

作为一种优选方案，所述电磁搅拌器本体呈圆筒形结构，且所述的电磁搅拌器本体为旋转型电磁搅拌器，金属转筒的中轴线与电磁搅拌器本体的中轴线重合，且金属转筒能够在电磁搅拌器本体的电磁场的电磁力作用下进行模拟钢水搅拌过程的旋转运动。

作为一种优选方案，所述电磁搅拌器本体呈圆筒形结构，且所述的电磁搅拌器本体为线型电磁搅拌器，金属转筒的中轴线与电磁搅拌器本体的中轴线垂直，且金属转筒能够在电磁搅拌器本体的电磁场的电磁力作用下沿着行进磁场的方向作直线运动。

作为一种优选方案，所述金属转筒由导磁金属制成。

作为一种优选方案，所述金属转筒的材质为铝合金或铜合金。

作为一种优选方案，所述的升降支架包括底座、垂直连接在底座上的套筒和一端套设在套筒中的L型杆，所述底座内固设有电机，套筒的下端与电机的输出轴连接，所述L型杆包括水平杆和套设在套筒中的垂直杆，其中，水平杆通过连接线与金属转筒连接，垂直杆为丝杠，套筒的上端的内壁面为套设在丝杠上的螺纹结构。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型提供了一种用于模拟钢水搅拌过程的电磁搅拌实验装置，可以很直观的应用于电磁冶金技术教学过程的旋转型和直线型电磁搅拌实验中，体积和重量小，价格低，使用安全方便；而且解决了实验控制不精确，实验状态与实际相差太远等难题，同时，该装置与现有的生产工艺流程十分接近，弥补了实验教学过程不能反映实际生产工艺的问题；

2、本实用新型通过金属转筒直观呈现连铸旋转电磁搅拌技术中铸坯液穴中钢水的运动效果及其机理，可以去掉工业领域连铸过程金属液的熔铸和浇铸工序，流程短、成本低、实验过程比较安全。此外，实验时间不受金属凝固时间限制，实验时间可长可短，比较方便可靠，且实验原理和效果也比较直观明了易懂。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例2的整体结构示意图；

附图标记：1、电磁搅拌器本体；2、低频电源；3、控制系统；4、升降支架；40、底座；41、套筒；42、L型杆；5、金属转筒；6、水冷却装置。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例以本实用新型技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

一种用于模拟钢水搅拌过程的电磁搅拌实验装置，包括电磁搅拌器本体1，电磁搅拌器本体1通过电缆线连接有低频电源2和控制系统3，电磁搅拌器本体1包括导磁铁芯、感应线圈和水冷却装置6，电磁搅拌实验装置还包括升降支架4，升降支架4的一端通过连接线连接有金属转筒5，升降支架4带动金属转筒5垂直进出电磁搅拌器本体1的内腔，且金属转筒5能够在电磁搅拌器本体1的电磁场的电磁力作用下进行模拟钢水搅拌过程的运动。

以上为本实用新型的基本实施方式，可在以上基础上作进一步的改进、优化或限定。

进一步的，所述的低频电源2，不同于通用变频器，该低频电源2可以工作在工频或低频、低电压、高电流状态，具有频率及电流单独可调功能。

进一步的，所述金属转筒5由导磁金属制成。

进一步的，所述金属转筒5的材质为铝合金或铜合金。

进一步的，所述的升降支架4包括底座40、垂直连接在底座40上的套筒41和一端套设在套筒41中的L型杆42，所述底座40内固设有电机，套筒41的下端与电机的输出轴连接，所述L型杆42包括水平杆和套设在套筒41中的垂直杆，其中，水平杆通过连接线与金属转筒5连接，垂直杆为丝杠，套筒41的上端的内壁面为套设在丝杠上的螺纹结构。

实施例1

一种用于模拟钢水搅拌过程的电磁搅拌实验装置，主体结构如上所述，其中，电磁搅拌器本体1呈圆筒形结构，电磁搅拌器本体1的N极和S极之间形成内腔，且所述的电磁搅拌器本体1为现有已知的旋转型电磁搅拌器，如图1所示，金属转筒5的中轴线与电磁搅拌器本体1的中轴线重合，且金属转筒5能够在电磁搅拌器本体1的电磁场的电磁力作用下进行模拟钢水搅拌过程的旋转运动。所述控制系统3，在工作过程中能够可靠、稳定地实现实验装置的自动控制启动和停止，电磁搅拌工作频率、电流强度的设定和反馈，正转、反转、正反转等搅拌方式的设定。

实施例2

一种用于模拟钢水搅拌过程的电磁搅拌实验装置，主体结构如上所述，其中，电磁搅拌器本体1呈圆筒形结构，且所述的电磁搅拌器本体1为现有已知的线型电磁搅拌器，如图2所示，金属转筒5的中轴线与电磁搅拌器本体1的中轴线垂直，其中，电磁搅拌器本体1的感应线圈在通电后，会激发产生线性的行进磁场，置于行进磁场内的金属转筒5产生感应电流，金属转筒5作为载流导体，在外加磁场的作用下产生电磁力，在该电磁力的驱动作用下，金属转筒5沿着行进磁场的方向作直线运动，从而直观地模拟钢液的直线型电磁搅拌过程。所述控制系统3，在工作过程中能够实现电磁搅拌实验装置的线型运动，直观并持久地呈现连铸线型电磁搅拌技术中铸坯液穴中钢水的运动效果及其机理。

利用本实用新型的一种用于模拟钢水搅拌过程的电磁搅拌实验装置模拟钢水搅拌过程的方法，具体包括以下步骤：

步骤1：打开水冷却装置6的冷却水阀门，依次开启低频电源2、控制系统3、电磁搅拌器本体1、升降支架4的电机的电源开关；

步骤2：在控制系统3的操作屏开机界面输入开机密码，进入操作显示界面；

步骤3：在控制系统3的操作界面上设定电压、电流、搅拌时间、搅拌方向等工艺参数；

步骤4：启动升降支架4，金属转筒5下降进入电磁搅拌器本体1的内腔；

步骤5：在控制系统3的操作界面上，按电磁搅拌器本体1的启动按钮；

步骤6：观察金属转筒5在电磁场的电磁力作用下模拟旋转电磁搅拌或者线型电磁搅拌装置的各种搅拌方式的工作效果；

步骤7：在控制系统3的操作界面上，按电磁搅拌器本体1的停止按钮；

步骤8：启动升降支架4，金属转筒5上升撤出电磁搅拌器本体1的内腔；

步骤9：在控制系统3的操作界面上，按关机按钮；

步骤10：依次关停低频电源2、控制系统3、电磁搅拌器本体1、升降支架4的电源，关闭电磁搅拌器本体1的冷却水阀门。

本实用新型明的基本构思是当把金属转筒5放入电磁场中，金属转筒5作为一种载流导体，在外加电磁场的电磁力作用下能够呈现正转、反转、正反转等运动效果，其运动原理和连铸旋转电磁搅拌技术及线型电磁搅拌技术中铸坯液穴中钢水的运动机理相同。因此本实用新型可以通过将金属转筒放入电磁场中，直观并持久地呈现连铸旋转电磁搅拌技术中铸坯液穴中钢水的正转、反转、正反转等运动效果及其机理，也可沿着行进磁场的方向作直线运动，从而直观地模拟钢液的直线型电磁搅拌过程。做实验方便可靠，有助于学生们更好的理解。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例描述如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述所述技术内容作出的些许更动或修饰均为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。