一种混合电磁场搅拌装置及工作方法与流程

1.本发明涉及钢铁连铸的技术领域，具体的是一种混合电磁搅拌装置及工作方法。


背景技术：

2.有色冶炼过程中环保和安全两个方面备受关注，处理不当就会污染环境并且对作业人员人身安全造成威胁。电磁搅拌器现已应用于钢铁行业，可以有效提高产品产量和质量。
3.以旋转电磁搅拌为例，电磁搅拌理论是在通入交变电流后产生交变磁场，交变磁场穿过有色金属液体时会感生出感应电动势，从而产生感应电流，钢液中最终产生的电磁力是由感应电流与电磁场共同作用，产生的电磁力可分解为法向电磁力和切向电磁力，而电磁搅拌是在低频作用下实现对有色金属液体的搅拌，主要表现为切向力，正是这种力可促使有色金属液体沿圆周方向运动。
4.然而目前常规结构搅拌器产生的电磁力主要由感应电流和磁场共同决定的，感应电流随频率增加而增加，磁场强度则是随频率的增加而减小，因此如何解决感应电流、频率和磁场强度之间的相互制约关系，使得电磁搅拌效果最优化一直是电磁搅拌技术的研究热点。
5.目前工业连铸生产中的结晶器电磁搅拌器多为常规圆柱结构电磁搅拌器，其产生的旋转磁场对钢液进行横向搅拌，但是由于结晶器为圆形内表面，使得有色金属液在磁场作用下的集肤效应和涡流效应明显，导致有色金属液中间区域搅拌效果不理想，造成结晶器内有色金属液的温度分布均匀性差，不利于等轴晶率的增加，同时结晶器内有色金属液的纵向流动性差，导致钢坯还存在缩孔、等轴晶率低等缺陷。这就是现有技术的不足之处。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种混合电磁搅拌装置及工作方法，使得结晶器内的有色金属液内部产生旋转磁场，能够对有色金属液充分的搅拌，明显改善有色金属铸坯产品的质量。
7.本方案是通过如下技术措施来实现的：一种混合电磁搅拌装置，包括结晶器，所述结晶器的外圆周上间隔设置有多个凸极ⅰ，所述结晶器的外部套设有铁芯，所述铁芯的内圆周上间隔设置有多个凸极ⅱ，每个凸极ⅱ上均安装有永磁体和线圈组；所述铁芯为导磁材料叠压而成；所述相邻永磁体的充磁方向相反；所述凸极ⅱ的数量大于凸极ⅰ的数量；所述线圈组在凸极ⅱ的缠绕方向平行于结晶器内有色金属流动的方向；所述凸极ⅰ与凸极ⅱ之间留有空气隙。
8.优选的，所述导磁材料为硅钢片，所述铁芯内部设置有环状的隔磁导热层。
9.优选的，所述凸极ⅱ的内部安装有永磁体，所述永磁体为矩形永磁体。
10.优选的，所述线圈组包括多匝直流线圈和多匝交流线圈，所述凸极ⅱ上的线圈组中的直流线圈依次相连形成直流磁场绕组，所述凸极ⅱ上的线圈组中的交流线圈依次相连
形成交流磁场绕组。
11.优选的，所述凸极ⅱ的数量为12个，所述凸极ⅰ的数量为10个。
12.优选的，按照顺时针方向，12个凸极ⅱ上依次设置有线圈组a1、线圈组b1、线圈组c1、线圈组a2、线圈组b2、线圈组c2、线圈组a3、线圈组b3、线圈组c3、线圈组a4、线圈组b4、c4线圈组；线圈组a1、线圈组a2、线圈组a3、线圈组a4依次串联组成a相绕组，线圈组b1、线圈组b2、线圈组b3、线圈组b4依次串联组成b相绕组，线圈组c1、线圈组c2、线圈组c3、线圈组c4依次串联组成c相绕组。
13.优选的，所述凸极ⅱ的数量为6个，所述凸极ⅰ的数量为5个。
14.优选的，按照顺时针方向，6个凸极ⅱ上依次设置有线圈组a1、线圈组b1、线圈组c1、线圈组a2、线圈组b2、线圈组c2；线圈组a1、线圈组a2串联组成a相绕组，线圈组b1、线圈组b2串联组成b相绕组，线圈组c1、线圈组c2串联组成c相绕组。
15.一种混合电磁搅拌装置的工作方法，在正常搅拌期间，在凸极ⅱ上的交流磁场绕组中通入低频的交流电，在凸极ⅱ上的直流磁场绕组中通过直流电产生直流磁场；交流电产生交流磁场和安装在凸极ⅱ中的永磁体形成的永磁磁场的共同作用下，结晶器内的有色金属液体内就会形成电涡流并产生电磁力的作用，迫使有色金属液体旋转流动。
16.优选的，所述交流磁场的旋转方向通过三相交流电源的相序决定，所述直流磁场大小和方向通过改变直流电的大小和方向调节。
17.采用上述技术方案，有以下技术效果：（1）传统结晶器为圆柱形，本发明结晶器设置有外凸极（凸极ⅰ）结构，与铁芯的凸极ⅱ构成双凸极结构，有利于铁芯的磁场在结晶器有色金属液体之间产生的集肤效应和涡流效应，达到更好的纵向搅拌效果。此外，由于结晶器设置有外凸极（凸极ⅰ）结构，增大了结晶器的外表面散热面积，可以在搅拌的过程中减少铸坯偏析。
18.（2）采用交流电流和永磁体进行混合励磁，可以在达到同样的电磁搅拌力的情况下，通入交流线圈组绕组中的交流电流更小，这样就可以达到显著的节能效果。
19.（3）电磁力主要由感应电流和磁场共同决定的，感应电流随频率增加而增加，磁场强度则是随频率的增加而减小，采用混合磁场进行励磁，可以解决频率变化对感应电流和磁场强度之间的制约关系。
20.由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
21.图1为混合电磁场搅拌装置的结构示意图；图2为a相绕组的连接示意图。
22.其中：1-铁芯，2-隔磁导热层，3-线圈组，4-永磁体，5-凸极ⅱ，6-结晶器，7-凸极ⅰ。
具体实施方式
23.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。
24.实施例1
如图1-2所示，一种混合电磁搅拌装置，包括结晶器6，所述结晶器6的外圆周上间隔设置有多个凸极ⅰ7，所述结晶器6的外部套设有铁芯1，所述铁芯1的内圆周上间隔设置有多个凸极ⅱ5，每个凸极ⅱ5上均安装有永磁体4和线圈组3；所述铁芯1为导磁材料叠压而成；所述相邻永磁体4的充磁方向相反；所述凸极ⅱ5的数量大于凸极ⅰ7的数量；所述线圈组3在凸极ⅱ5的缠绕方向平行于结晶器6内有色金属流动的方向；所述凸极ⅰ7与凸极ⅱ5之间留有空气隙。
25.进一步地，所述导磁材料为硅钢片，所述铁芯1内部设置有环状的隔磁导热层2。
26.进一步地，所述凸极ⅱ5的内部安装有永磁体4，所述永磁体4为矩形永磁体。
27.进一步地，所述线圈组3包括多匝直流线圈和多匝交流线圈，所述凸极ⅱ5上的线圈组3中的直流线圈依次相连形成直流磁场绕组，所述凸极ⅱ5上的线圈组中的交流线圈依次相连形成交流磁场绕组。
28.进一步地，所述凸极ⅱ5的数量为12个，所述凸极ⅰ7的数量为10个。
29.进一步地，按照顺时针方向，12个凸极ⅱ5上依次设置有线圈组a1、线圈组b1、线圈组c1、线圈组a2、线圈组b2、线圈组c2、线圈组a3、线圈组b3、线圈组c3、线圈组a4、线圈组b4、c4线圈组；线圈组a1、线圈组a2、线圈组a3、线圈组a4依次串联组成a相绕组，线圈组b1、线圈组b2、线圈组b3、线圈组b4依次串联组成b相绕组，线圈组c1、线圈组c2、线圈组c3、线圈组c4依次串联组成c相绕组。
30.在交流绕组中通入低频交流电，在铁芯和结晶器液体内部就会产生不断变化的交变磁场，交变磁场穿过有色金属液体时会感生出感应电动势，从而产生感应电流，感应电流在变化的磁场中受到力的作用，有色金属液体中产生的电磁力，而电磁搅拌是在低频作用下实现对有色金属液体的搅拌，主要表现为切向力，正是这种切向力可促使有色金属液体沿圆周方向运动。
31.在正常搅拌期间，安装在凸极ⅱ5上的交流磁场绕组中通入低频的交流电，此时交流电产生的磁场和安装在凸极ⅱ5中的永磁体4形成的永磁磁场的共同作用下，结晶器6内的有色金属液体内就会产生涡流并产生电磁力的作用，迫使有色金属液体旋转流动，由于结晶器6的外圆周上设置有凸极ⅰ7，铁芯1和转动的有色金属液体之间的磁力线就会交替变化。
32.实施例2所述凸极ⅱ5的数量为6个，所述凸极ⅰ7的数量为5个。按照顺时针方向，6个凸极ⅱ5上依次设置有线圈组a1、线圈组b1、线圈组c1、线圈组a2、线圈组b2、线圈组c2；线圈组a1、线圈组a2串联组成a相绕组，线圈组b1、线圈组b2串联组成b相绕组，线圈组c1、线圈组c2串联组成c相绕组。
33.本发明中未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述实施方式，本领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。