CN201270180Y - 复合脉冲磁场发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及连铸结晶器电磁线圈技术，尤其涉及复合脉冲磁场发生装置。一种复合脉冲磁场发生装置，所述装置套装于结晶器外且被固定；其特征是：所述装置包括第一线圈和第二线圈，第一线圈接直流电源，第二线圈接脉冲电源。所述第一线圈和第二线圈同轴安装且半径相同。所述第一线圈分为二个线圈，所述第二线圈位于第一线圈的二个线圈之间。所述第二线圈位于第一线圈端部。本实用新型在产生同样磁场强度的情况下同时可以满足频率的要求，并且装置体积相对较小。

Description

复合脉冲磁场发生装置

技术领域

本实用新型涉及连铸结晶器电磁线圈技术，尤其涉及复合脉冲磁场发生装置。

背景技术

利用脉冲磁场来实现晶粒细化的效果从而提高金属材料内部质量是最近几年出现的一项崭新技术，它是通过连铸结晶器的电磁线圈产生的脉冲磁场来处理冷却凝固的钢水。脉冲磁场的重要特点是磁场在瞬间可以达到很高的强度，脉冲磁感应强度峰值可以达到几十个甚至几百个特斯拉的强度。根据这一特点，在脉冲磁场线圈中的电流需具备很高的强度以及极大的变化速率，因而对脉冲电源本身提出了很高的要求。

目前常用的脉冲电源有电容放电式以及IGBT(绝缘栅双极晶体管)式两种类型。前者由于电容体积较大，在磁场强度要求较高的情况下电源体积过于庞大，所以并不适用于工程应用。同时，在要求磁场强度较高的情况下时，很难满足频率上的要求，这是由于电容充电需要一定的时间，如中国专利200510030736.4。后者虽然能够提供高频率的脉冲电流，但是却无法满足功率的要求，其相关技术目前国外处于领先位置。总而言之，两种脉冲电源都无法同时满足功率和频率的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种复合脉冲磁场发生装置，该装置在产生同样磁场强度的情况下同时可以满足频率的要求，并且装置体积相对较小。

本实用新型是这样实现的：一种复合脉冲磁场发生装置，所述装置套装于结晶器外且被固定；其特征是：所述装置包括第一线圈和第二线圈，第一线圈接直流电源，第二线圈接脉冲电源。

所述第一线圈和第二线圈同轴安装且半径相同。

所述第一线圈分为二个线圈，所述第二线圈位于第一线圈的二个线圈之间。

所述第二线圈位于第一线圈端部。

根据电磁场理论，电磁场和电磁力的关系，施加交流磁场后会在磁场空间内的导电物体上产生感应电流，感应电流与磁场相互作用产生电磁力，电磁力的大小与磁感应强度和磁场变化速率成正比。即：

$F\∝B\frac{\∂B}{\∂t}$

式中：F为电磁力，B为磁感应强度，t为时间。

本实用新型采用一种基于稳恒磁场的脉冲磁场发生装置，通过稳恒磁场提供一定的基础磁场，在此基础上再施加一个同轴的高变化速率的脉冲磁场，即一方面通过直流电源满足磁场强度的要求，另一方面通过脉冲电源满足频率的要求，从而能够满足同时保证磁力较高并且频率也较大的要求，最终设备体积也较小。

附图说明

图1为本实用新型复合脉冲磁场发生装置的结构示意图之一；

图2为本实用新型复合脉冲磁场发生装置的结构示意图之二；

图3为脉冲磁场波形，其中：图3(a)为普通脉冲电源产生的脉冲磁场，图3(b)为复合脉冲磁场；

图4为处于磁场空间中导电材料上所受的脉冲电磁力波形，其中：图4(a)为普通脉冲电源产生的脉冲电磁力，图4(b)为复合脉冲磁场产生的脉冲电磁力；

图5为本实用新型复合脉冲磁场发生装置的实施例。

图中：1第二线圈，2第一线圈，3磁力线，4脉冲电源，5直流电源，6钢液，7结晶器，8铸坯，9非导磁不锈钢材料。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

参见图1、图2，一种复合脉冲磁场发生装置，被套装于结晶器外且被固定。所述复合脉冲磁场发生装置包括第一线圈2和第二线圈1，第一线圈2接直流电源5，第二线圈1接脉冲电源4，第一线圈2和第二线圈1同轴安装且半径相同。直流电源5给第一线圈2通电，从而在第一线圈2内部空间产生一个稳恒磁场；利用脉冲电源4给第二线圈1施加脉冲电流，从而在稳恒磁场的空间上再产生一个脉冲磁场。由于磁场具有可叠加性，第二线圈1产生的高速变化的脉冲磁场在稳恒磁场的基础上产生，两者相互叠加形成一个符合脉冲磁场。

第二线圈1和第一线圈2的相对位置可以有两种结构：参见图1，所述第一线圈2分为二个线圈，所述第二线圈1位于第一线圈2的二个线圈之间。参见图2，所述第二线圈1位于第一线圈2端部。

参见图3，与普通脉冲磁场相比，本实用新型的复合脉冲磁场是在较高的磁场强度基础上另外再施加一个同一轴向的脉冲磁场，两者相互叠加形成的复合磁场始终在较高的磁场强度水平上发生脉冲变化。

参见图4，在同样的脉冲电源和线圈条件下，由于磁场的变化速率是相同的，因而电磁力达到峰值所需时间△T也是相同的。相比于普通的脉冲磁场，本实用新型产生的复合磁场始终有较高的磁场强度，因而产生的电磁力要高出很多。

在实际使用过程中，特别是在对电磁力有较高要求的情况下，普通脉冲电源无法满足高频率的供电模式。而采用本实用新型后，利用直流电源满足磁场强度的要求，在此基础上可以根据要求对脉冲频率进行调整。

实施例：在材料凝固过程中进行组织晶粒细化是提高材料强度的一个非常有效的手段。图5所示是利用脉冲磁场和稳恒强磁场叠加而成的复合强脉冲磁场处理冷却凝固的钢水的一个例子。在直径为238mm的第一线圈2围绕的空间内产生0.5T左右的稳恒磁场，位于第一线圈2中间位置的第二线圈1根据工艺要求产生不同波形和频率的脉冲磁场。连铸过程中将液态的钢水6浇注到结晶器7中进行冷却凝固，不断凝固的铸坯经过第一线圈2和第二线圈1产生的复合脉冲磁场，形成高温铸坯8。由于第一线圈2和第二线圈1工作在高温段区域，加上线圈1、2本身产生焦耳热，线圈1、2需用高强度的去离子循环水进行冷却。另外，由于处于稳恒磁场中的第一线圈2通电后本身要受到很强的电磁力，因此第一线圈2还需通过高强度非导磁不锈钢材料9进行加固以提高强度，从而避免线圈发生振动和损坏。不锈钢材料9与第二线圈1之间绝缘，脉冲电流频率和波宽根据工艺要求进行调整，第二线圈1产生磁感应强度峰值为0.1T左右的脉冲磁场，则总磁感应强度最大可以达到0.6T左右，脉冲磁场在材料中产生感应电流并与复合磁场发生相互作用，从而在被加工材料内部产生极强的电磁力。与普通脉冲磁场的作用不同，由于磁场空间的强度始终较高，在金属凝固过程中施加这一脉冲磁场时树枝晶受到的电磁力变化更快，并且峰值强度更高，因而对导电材料凝固过程中凝固前沿的冲击作用也更强，从而打碎凝固前沿的树枝晶并将碎枝晶分散到高温液态金属中，材料凝固后最终可以获得较高的等轴晶组织。

Claims (4)

1.一种复合脉冲磁场发生装置，所述装置套装于结晶器外且被固定；其特征是：所述装置包括第一线圈和第二线圈，第一线圈接直流电源，第二线圈接脉冲电源。

2.根据权利要求1所述的复合脉冲磁场发生装置，其特征是：所述第一线圈和第二线圈同轴安装且半径相同。

3.根据权利要求1或2所述的复合脉冲磁场发生装置，其特征是：所述第一线圈分为二个线圈，所述第二线圈位于第一线圈的二个线圈之间。

4.根据权利要求1或2所述的复合脉冲磁场发生装置，其特征是：所述第二线圈位于第一线圈端部。

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