本发明专利技术涉及一种基于通电线圈螺旋磁场驱动金属熔体周期性流动的方法，属于冶金工业技术领域。首先，制备一个由第一组线圈和第二组线圈在空间同轴叠加组装而成的螺旋磁场体，将金属熔体置于螺旋磁场体的空腔内，使螺旋磁场体旋转，并使旋转方向以周期p(＝1/fm)交替变化，驱动金属熔体形成三维周期性螺旋流动。本发明专利技术方法形成的螺旋磁场，在空间和时间上改变了磁场的分布形态，有效地加强和改善金属熔体在凝固时的熔质再分配过程，使固、液凝固界面处与较远的熔质进行有效地对流，使熔质充分混合。本发明专利技术方法能够有效减少凝固的各种缺陷，可用于增加温度的均匀性，促进熔质的再分配过程，改善金属凝固工艺。本方法适用于不同的金属熔体的形状。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，属于冶金工业
技术介绍
采用电磁的办法控制金属液流动是电磁冶金一个重要的研究方向，例如电磁搅拌、电磁制动等技术。目前，采三相交流电线圈可实现行波、旋转、螺旋磁场等磁场运动形式，其中螺旋磁场可通过行波和旋转磁场的叠加来实现。上述磁场驱动金属熔体的原理上是相同金属液在运动磁场中在自身内部会产生感应电流，感应电流与磁场相互作用进而产生电磁体积力一洛仑兹力。洛仑兹力由于有着电磁设备和导电流体非直接接触、表现为体积力、在导电流体中有一定的渗透深度、力密度大、且对环境污染较小等诸多优点被广泛地应用在金属凝固组织控制、金属流体输运、对导电流体的显著热、质传输上。电磁搅拌对改善金属凝固过程的微观偏析具有明显的作用，这已被大量实验室实验和工业实践所证实，例如晶粒细化技术。但对浓度偏析(或称成份偏析)的研究不是很深入。一般来说，由于施加行波磁场、旋转磁场或螺旋磁场，作用于金属凝固前沿的电磁力运动形式固定，熔质析出过程会以一种固定模式进行，使凝固前沿熔质的析出过程随时间变化很小，熔质以一种相对固定的形式析出，施加磁场不但不能改善浓度偏析，而且还有增大浓度偏析的趋势。公开号为CN201558682U的中国专利申请中，公开了一种多模式磁场电磁搅拌器，其原理为产生的旋转磁场的线圈组I (I)与产生行波磁场的线圈组II (2)经过空间合理的设计组合在一起，使旋转磁场与行波磁场在空间产生叠加效应，形成螺旋磁场。线圈的组合方式如图1所示，线圈包括垂直套在铁芯上的线圈组I (I)和相间水平环绕嵌在铁芯和芯齿槽内的线圈组II (2)。线圈I (如图1a所示)包括绕组A、B、C、D、E、F，其中绕组A、D串联为一相线圈，B、E串联为一相线圈，C、F串联为一相线圈三个同名端连成星点，三相线圈通三相正交流电，三相正交流电的频率为fK ;在其心部形成旋转磁场，驱动位于其心部的金属液(3)流动；线圈II (如图1b所示)包括绕组a、b、c、d、e、f,其中绕组a、d串联为一相线圈，b、e串联为一相线圈，C、f串联为一相线圈三个同名端连成星点，三相线圈通三相正交流电，三相正交流电的频率为fT，在其心部形成行波磁场，驱动位于其心部的金属液(3)流动。其缺点是虽然这样的电磁装置可实现旋转磁场、行波磁场、螺旋磁场，但产生的电磁力驱动金属液在金属液流动达到稳定状态时，流场不随时间变化，即流动模式没有变化，导致前述的改善冶金凝固浓度偏析效果不佳，有时甚至加重浓度偏析。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种，对已有技术的通电方式进行改进，以周期性变化的模式参数螺旋磁场，特定运动形式驱动、搅拌或分散金属熔体及其第二相，以达到控制金属凝固过程中的各种缺陷，改善金属凝固工艺的目的。本专利技术提出的，包括以下步骤(I)制备一个螺旋磁场体，该螺旋磁场体由第一组线圈和第二组线圈在空间同轴叠加组装而成；所述的第一组线圈垂直套在铁芯上，第一组线圈包括绕组A、B、C、D、E和F，其中绕组A、D串联为一相线圈，B、E串联为一相线圈，C、F串联为一相线圈，三相线圈的同名端连成星点，使三相线圈接通三相正交流电，三相正交流电的频率为fK，在第一组三相线圈的心部形成旋转磁场；所述的第二组线圈相间水平环绕嵌在铁芯的芯齿槽内，第二组线圈包括绕组a、b、C、d、e和f，其中绕组a、d串联为一相线圈，b、e串联为一相线圈，C、f 串联为一相线圈，三相线圈的同名端连成星点，使三相线圈接通三相正交流电，三相正交流电的频率为fT，在第二组三相线圈的心部形成行波磁场，所述的旋转磁场与所述的行波磁场在空间同轴叠加形成螺旋磁场；(2)将金属熔体置于螺旋磁场体的空腔内，使螺旋磁场体以角速度Co旋转，并使旋转方向以周期p(= 1/fJ交替变化，驱动金属熔体形成三维周期性螺旋流动。本专利技术提出的，具有以下特点和优点(I)本专利技术方法形成的螺旋磁场，在空间和时间上改变了磁场的分布形态，有效地加强和改善金属熔体在凝固时的熔质再分配过程，使固、液凝固界面处与较远的熔质进行有效地对流，使熔质充分混合。在适当的换向频率下，尤其能改善由单一形态的行波、旋转或螺旋磁场所不能改善甚至加重的浓度偏析，包括隧道型偏析。(2)本专利技术方法可以获得对金属熔体凝固的宏、微观偏析的同时，还可以全面改善金属的微观结构。(3)本专利技术方法有效地加强了金属熔体的热传输，周期性的、空间变化的受迫对流可使磁场作用区域的温度分布更趋均匀。上述特点和优点使本专利技术方法能够有效减少凝固的各种缺陷，可用于增加温度的均匀性，促进熔质的再分配过程，改善金属凝固工艺。本专利技术方法适用于不同的金属熔体的形状。附图说明图1是螺旋磁场体的结构示意图。图2是螺旋磁场(由磁矢势A表不)运动方向换向(相位移)的基本原理不意图。图3是对螺旋磁场所施加模式函数的波形(矩形波)示意图。图4是对图1所示的螺旋磁场体施加方向周期性变化的驱动力时金属熔体周期性三维流动的示意图。图1和图4中，I是产生旋转磁场的第一组线圈，2是产生行波磁场的第二组线圈组，3是金属熔体。具体实施方式本专利技术提出的，包括以下步骤(I)制备一个螺旋磁场体，其结构如图1所示，其中图1 (a)是螺旋磁场体俯视图。图1 (b)是螺旋磁场体的主视图。该螺旋磁场体由第一组线圈I和第二组线圈2在空间同轴叠加组装而成。第一组线圈I垂直套在铁芯上，第一组线圈包括绕组A、B、C、D、E和F，其中绕组A、D串联为一相线圈，B、E串联为一相线圈，C、F串联为一相线圈，三相线圈的同名端连成星点，使三相线圈接通三相正交流电，三相正交流电的频率为fK，在第一组三相线圈的心部形成旋转磁场。第二组线圈2相间水平环绕嵌在铁芯的芯齿槽内，第二组线圈包括绕组a、b、c、d、e和f，其中绕组a、d串联为一相线圈，b、e串联为一相线圈，C、f串联为一相线圈，三相线圈的同名端连成星点，使三相线圈接通三相正交流电，三相正交流电的频率为&，在第二组三相线圈的心部形成行波磁场，所述的旋转磁场与所述的行波磁场在空间同轴叠加形成螺旋磁场；(2)将金属熔体3置于螺旋磁场体的空腔内，使螺旋磁场体以角速度Co旋转，并使旋转方向以周期P ( = l/fffl)交替变化，驱动金属熔体形成三维周期性螺旋流动。 如图1所示，根据现有技术，由第一组线圈I通三相交流电形成旋转磁场；由第二组线圈2通三相交流电形成行波磁场，且多相线圈沿圆柱形面布置，由旋转磁场与行波磁场在空间的同轴叠加形成螺旋磁场；使金属熔体位于螺旋磁场体的空腔内，使形成螺旋磁场的行波和旋转磁场在同一频率下工作，为使螺旋磁场实现反向运动，可通过与电机正、反转控制相同的原理来实现，将行波磁场和旋转磁场的相序中在同一时刻任意两相对调即可。通常是V相不变，将U相和W相对调。这样实施的结果使螺旋磁场的运动方向调至相反。图2示意出该换向过程，以A表示螺旋磁场的磁矢势，实施的相位移即可实现磁场运动方向相反操作。通过现有的电工工艺技术可将上述螺旋磁场换向操作周期化，即螺旋磁场的运动方向以周期P( = l/fffl)交替变化，其中fm为换向频率。通常上述周期性变化的每个周期内的正、反向的时间相同，如图3所示。在这样的磁场作用下，所驱动的金属熔体形成三维周期性螺旋流动，如图4c和图4d所示。如果每个周期的前半个周本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于通电线圈螺旋磁场驱动金属熔体周期性流动的方法，该方法包括以下步骤：(1)制备一个螺旋磁场体，该螺旋磁场体由第一组线圈和第二组线圈在空间同轴叠加组装而成；所述的第一组线圈垂直套在铁芯上，第一组线圈包括绕组A、B、C、D、E和F，其中绕组A、D串联为一相线圈，B、E串联为一相线圈，C、F串联为一相线圈，三相线圈的同名端连成星点，使三相线圈接通三相正交流电，三相正交流电的频率为fR，在第一组三相线圈的心部形成旋转磁场；所述的第二组线圈相间水平环绕嵌在铁芯的芯齿槽内，第二组线圈包括绕组a、b、c、d、e和f，其中绕组a、d串联为一相线圈，b、e串联为一相线圈，c、f串联为一相线圈，三相线圈的同名端连成星点，使三相线圈接通三相正交流电，三相正交流电的频率为fT，在第二组三相线圈的心部形成行波磁场，所述的旋转磁场与所述的行波磁场在空间同轴叠加形成螺旋磁场；（2）将金属熔体置于螺旋磁场体的空腔内，使螺旋磁场体以角速度ω旋转，并使旋转方向以周期p(＝1/fm)交替变化，驱动金属熔体形成三维周期性螺旋流动。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓东，
申请(专利权)人：中国科学院研究生院，
类型：发明
国别省市：
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