[发明专利]一种连铸电磁搅拌磁场发生器调制方式

说明书

技术领域

本发明涉及一种连铸电磁搅拌磁场发生器调制方式，作用于结晶器到凝固末端任意区域，该装置产生磁场的幅值、频率和相位可单独调制或联合调制。属金属连铸工艺技术领域。

背景技术

电磁搅拌技术是一项传统的能有效改善铸坯表面及内部质量、提高等轴晶比率、细化晶粒的手段。在连铸过程中，从结晶器开始到二冷段，最后到凝固末端所有带液芯的区域都可采用电磁搅拌技术来达到改善铸坯表面及内部质量、提高等轴晶比率、细化晶粒的目的。在该技术的运用过程中，施加的磁场都是幅/频/相恒定的磁场，或者幅值和频率可调的磁场。这样的情况下，随着搅拌强度的增强，虽然能起到提高等轴晶比率、细化晶粒的作用，但是由于金属液流动的传质作用，使得凝固后的铸坯产生了严重的偏析问题，典型表现为“白亮带”的产生，这是由于液态金属流动对凝固的影响。要较好的控制连铸过程，必须灵活调节幅/频/相三个参数，以控制作用在液态金属内的电磁力的大小，作用点及方向，从而精确控制液态金属的流动，进而较好的控制金属液的凝固，达到改善铸坯质量，提高生产率的目的。

发明内容

本发明的目的在于金属连铸电磁搅拌过程中，针对已有技术存在的缺陷，提供一种连铸电磁搅拌磁场发生器调制方式，以提高铸坯的表面及内部质量、提高等轴晶比率、细化晶粒。

为达到上述目的，本发明的构思是：根据电磁感应原理，当交变电磁场作用于导电金属时，电磁场的幅值决定了电磁力的大小；由于集肤效应，电磁场的频率决定了电磁力的分布(频率高则集肤深度小，频率低则渗透深度大)，而电磁场的相位则决定了电磁力的方向。即数学表达为B＝B₀cos(2πωt+φ)的交变磁场，其三个特征参数，幅值B₀、频率ω和相位φ决定了感应电磁力的大小、作用点和作用方向。现通过控制电磁力的三个参数，动态地调节其中的一个或多个参数，达到控制液态金属流动的目的，从而控制液态金属的凝固，进而达到改善铸坯质量的目的。

根据上述发明思路，本发明采用下述技术方案：

一种连铸电磁搅拌磁场发生器调制方式，其特征在于对置于水冷夹套壳体内的感应线圈进行调制实现磁场发生器调制：所述的感应线圈中通以幅值、频率、相位可单独调制或联合调制的电流，因电磁感应而产生的磁场按照B＝B₀cos(2πωt+φ)变化，其中幅值B₀、频率ω和相位φ这三个参数可以单独或者联合调制。

上述电流的调制方式，采用函数发生器——基于PWM技术的幅/频调节——移相器的流程。首先通过函数发生器获得想要的正弦函数波形；然后采用脉宽调制技术(Pulse WidthModulation-PWM)，控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出得到一系列幅值相等而宽度不等的脉冲，用这些脉冲来代替函数发生器产生的正弦波形，也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形。通过控制脉冲宽度对电压的幅值进行调制；通过控制脉冲的调制周期对电压输出频率进行调制。如图2所示，控制整流电路以改变输出电压，控制逆变电路来改变输出频率。这一步具体采用数字电路的正弦波脉宽调制(SPWM)逆变器，使用以软件为基础的控制模式。最后将幅值和频率调制好后的电流通入移相器移相，对电流的相位进行调制。函数发生器、SPWM专用微处理器及移相器在市场上均有成品供选择。

上述的线圈输入电流，其特征在于：经调制后的电流大小为0～10⁵A；频率调制范围为0～10⁸Hz；相位调制范围为0～360°；相位调制的频率为0～10³Hz。

与现有技术相比较，本发明具有如下显而易见的突出特点和显著优点：