《在高级固化阶段对金属的调制电磁搅拌.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《在高级固化阶段对金属的调制电磁搅拌.pdf（25页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN101980808A43申请公布日20110223CN101980808ACN101980808A21申请号200880128214X22申请日2008072212/076,95420080325USB22D11/115200601B01F13/08200601B22D27/0220060171申请人ABB公司地址加拿大魁北克72发明人LS贝特尔曼JD拉弗斯CP柯伦G塔尔巴克已故74专利代理机构北京市金杜律师事务所11256代理人王茂华庞淑敏54发明名称在高级固化阶段对金属的调制电磁搅拌57摘要公开了一种可以在钢坯和钢锭的连续铸造中使用的、用于在高级固化阶段电磁搅拌熔融金属的。
2、方法和装置。提供至少第一和第二搅拌器，用于在固化熔融金属的轴周围生成不同频率的第一和第二旋转磁场。搅拌器相互充分邻近地布置于熔融金属周围，从而它们的相应磁场叠加以产生调制磁场。相应搅拌器的磁场可以具有共同或者相反旋转方向。磁场产生的调制搅拌产生振荡初级和次级流，并且因此在如下区域中的熔体块内产生湍流，其中熔体在它的中心轴上的温度在液相线水平以下，并且形成基本上固化的材料的至少10。这一搅拌方法产生的湍流流动破坏晶格结构在熔体块中的形成并且混合中心区域的富含溶质的熔体与块体积，这随后造成提高铸造产品的固化结构和总体内部质量。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2010092586PCT申请。
3、的申请数据PCT/CA2008/0013332008072287PCT申请的公布数据WO2009/117803EN2009100151INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书3页说明书7页附图14页CN101980813A1/3页21一种电磁搅拌熔融金属材料的方法，包括提供用于在经过所述熔融材料延伸的轴周围生成独立旋转磁场的至少两个搅拌器；其中所述至少两个搅拌器中的至少第一和第二搅拌器产生具有不同角频率的独立第一和第二旋转磁场；并且所述搅拌器相互充分邻近地位于所述熔融金属材料周围，使得所述独立旋转磁场叠加以产生调制磁场，所述调制磁场沿着所述熔融金属材料的中心轴，在具。
4、有温度低于液相线的所述熔融金属材料的过渡区域中，产生所述熔融金属材料的湍流流动，并且所述熔融金属材料与基本上固化的熔融金属材料的至少约10混合。2根据权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二旋转磁场逆向旋转。3根据权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二旋转磁场在相同方向上旋转。4根据权利要求1所述的方法，其中在所述熔融金属材料周围的所述至少两个搅拌器中的所述第一搅拌器的纵向范围不同于在所述熔融金属材料周围的所述至少两个不同搅拌器中的所述第二搅拌器的纵向范围。5根据权利要求2所述的方法，其中所述第一和第二旋转磁场的频率相差少于约3HZ。6根据权利要求2所述的方法，其中所述第一和第二旋转磁场的频。
5、率差随时间变化。7根据权利要求1所述的方法，其中各个所述搅拌器包括至少两个极对，各个极对由来自至少一个多相电流源的电流激发。8根据权利要求2所述的方法，其中所述熔融金属材料在铸造模具下游的铸流内。9根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两个搅拌器中的所述第一和第二搅拌器中的各个搅拌器在所述熔融金属材料中产生不同磁通密度。10根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两个搅拌器中的所述第一和第二搅拌器中的至少一个搅拌器在所述熔融金属材料中产生的磁通密度随时间变化。11根据权利要求1所述的方法，其中所述湍流流动具有峰值超过2NS/M2的湍流粘度。12根据权利要求1所述的方法，其中所述区域包括基本上液体。
6、熔融金属材料和由固体壳围绕的晶质材料。13根据权利要求1所述的方法，其中所述湍流流动破坏晶格网络在所述区域中的形成。14根据权利要求1所述的方法，还包括经过所述区域上游的模具传送熔融金属材料，并且在所述模具周围提供又一搅拌器以在所述模具内生成旋转磁场。15一种铸造装置，包括用于铸造熔融金属的模具；第一搅拌器，位于所述模具下游，用于在经过所述熔融金属延伸的轴周围生成第一旋转磁场；第二搅拌器，位于所述第一搅拌器下游，用于生成第二旋转磁场；至少一个功率源，用于按照互不相同的旋转频率生成所述第一和第二磁场；其中所述第一和第二搅拌器相互邻近布置，使得所述第一和第二旋转磁场产生调制磁场，所述调制磁场在所述。
7、第一与第二搅拌器之间的区域中的熔融金属材料中产生湍流流动。权利要求书CN101980808ACN101980813A2/3页316根据权利要求15所述的装置，其中所述第一和第二旋转磁场由所述至少一个功率源生成以逆向旋转。17根据权利要求15所述的装置，其中所述第一和第二旋转磁场由所述至少一个功率源生成以在相同方向上旋转。18根据权利要求15所述的装置，其中在所述熔融金属周围的所述第一搅拌器的纵向范围不同于在所述熔融金属周围的所述第二搅拌器的纵向范围。19根据权利要求16所述的装置，其中所述第一和第二旋转磁场的频率相差少于约3HZ。20根据权利要求16所述的装置，其中所述第一和第二旋转磁场的频率。
8、差随时间变化。21根据权利要求15所述的装置，其中所述第一和第二搅拌器中的各个搅拌器包括至少两个极对，各个极对由来自所述至少一个源的电流激发。22根据权利要求15所述的装置，其中所述第一和第二搅拌器中的各个搅拌器在所述熔融金属中产生不同磁通密度。23根据权利要求15所述的装置，其中所述第一和第二搅拌器中的至少一个搅拌器在所述熔融金属中产生的磁通密度随时间变化。24根据权利要求15所述的装置，其中所述湍流流动具有峰值超过2NS/M2的湍流粘度。25根据权利要求15所述的装置，其中所述区域包括基本上液体熔融金属和由固体壳包围的晶质材料。26根据权利要求15所述的装置，其中所述湍流流动破坏晶格网络在。
9、所述区域中的形成。27根据权利要求15所述的装置，还包括在所述模具周围的又一搅拌器，用于在所述模具内生成旋转磁场。28一种电磁搅拌金属熔体的方法，包括提供用于生成按照角频率1在经过所述熔体延伸的轴周围旋转的第一旋转磁场的第一搅拌器；提供用于生成按照角频率2旋转的第二旋转磁场的第二搅拌器；其中所述第一和第二搅拌器被定位成使得相互充分邻近，从而所述第一和第二旋转磁场在所述第一与第二搅拌器之间的区域中的所述金属熔体中产生具有频率为12的分量的磁力，其中12充分小以允许所述磁力克服所述熔体的惯性。29一种电磁搅拌熔融金属材料的方法，包括提供用于在经过所述熔融材料延伸的轴周围生成第一旋转磁场的第一搅拌器。
10、；提供用于生成具有旋转频率与所述第一旋转磁场不同的第二旋转磁场的第二搅拌器；其中所述第一和第二搅拌器相互充分邻近地位于所述熔融金属材料周围，使得所述第一和第二旋转磁场在所述第一与第二搅拌器之间叠加以产生调制磁场，所述调制磁场沿着所述熔融金属材料的中心，在具有温度低于液相线的所述熔融金属材料的过渡区域中，产权利要求书CN101980808ACN101980813A3/3页4生所述熔融金属材料的湍流流动，并且所述熔融金属材料与基本上固化的熔融金属材料的至少约10混合。权利要求书CN101980808ACN101980813A1/7页5在高级固化阶段对金属的调制电磁搅拌技术领域0001本发明涉及电磁。
11、搅拌，并且更具体地涉及液体金属在它们固化时的电磁搅拌。本发明可以用于对钢、合金或者其它金属熔体的连续铸造和这些材料的其它固化过程。背景技术0002电磁搅拌EMS普遍地使用于连续铸造的钢坯、钢锭等的生产、不同合金的铸造以及其它液体金属铸造和处理中。通常，向围绕熔体的感应线圈施加交流电流。交流电流激发比如在连续的铸造钢坯和钢锭的生产中搅拌金属的连续旋转的交流电磁场。例如，交流场可以在早期固化阶段搅拌连续铸模中的熔体。0003熔体在模具内的旋转搅拌在固体液体的界面产生湍流和剪切力。这造成枝晶在固化前沿的裂解和等轴固化结构的形成，这是模具中的搅拌的最重要目的。0004EMS也可以用于在后期或者高级固化。
12、阶段搅拌连续铸流在铸模以下的未固化部分。0005然而，常规旋转搅拌在熔体的高级固化阶段没有效果，因为旋转搅拌所产生的任何湍流实质上被限制于固体液体的界面。0006在努力提高旋转搅拌的有效性时，公开号为524495和536932的日本专利和KOJIMA等人的APPLICATIONOFADVANCEDMILDSTIRRINGTOABLOOMCASTER最新KOSMOSTIRMAGNETOGYR过程技术描述了间歇和交替的旋转搅拌。通过间歇地施加电流以激励搅拌线圈来实现间歇搅拌。通过生成旋转方向交替的磁场来产生交替搅拌。然而，间歇和交替搅拌的有效性已经证实是有限的，因为它们在超出固体液体的界面的熔体中。
13、未产生明显湍流。此外，可用于搅拌连续铸造的钢坯和钢锭的总搅拌时间根据铸造产品横截面尺寸和有关铸造速度受10至40秒周期的限制。这一相对短的时间段将约束间歇或者交替搅拌循环的持续时间和数目。也可以在无待用周期的情况下进行交替搅拌。0007其它EMS方法依赖于由于使用可编程功率源来施加频率和/或幅度可变的电流而产生的磁场调制。例如在第4,852,632号美国专利中描述了这样的EMS方法。如公开的那样，这一方法可以通过逐渐地改变搅拌流向来产生“温和”搅拌，以便在连续铸造的钢锭中避免或者减少在搅拌池边界形成负偏析。在参考文献HBRANOVER等人的第US2007/0157996A1号美国专利申请，JP。
14、AL等人的第DE102004017443号德国专利中已经描述类似的磁场调制方法。这些调制方法已经证实在调制周期约为10秒时有效，这也限制它们在钢坯和钢锭的连续铸造中的有用性。0008因而需要生成更大湍流的新EMS方法和装置。发明内容0009根据本发明，提供一种在固化的熔体体积中生成更大湍流的EMS方法和装置。具体而言，通过并置并且由此调制不同频率的至少两个独立场来形成施加的磁场，以产生湍流EMS。该方法和装置特别地适合于在高级固化阶段的搅拌。说明书CN101980808ACN101980813A2/7页60010根据本发明的一个方面，提供一种电磁搅拌熔融金属材料的方法。该方法包括提供用于在经过。
15、熔融材料延伸的轴周围生成独立旋转磁场的至少两个搅拌器。至少两个搅拌器中的至少第一和第二搅拌器产生具有不同角频率的独立第一和第二旋转磁场。搅拌器相互充分邻近地位于熔融金属材料周围，使得独立旋转磁场叠加以产生调制磁场，该调制磁场沿着熔融金属材料的中心轴在具有的温度低于液相线的熔融金属材料的过渡区域中产生熔融金属材料的湍流流动，并且熔融金属材料与基本上固化的熔融金属材料的至少约10混合。0011根据本发明的另一方面，提供一种铸造装置。该铸造装置包括用于铸造熔融金属的模具；第一搅拌器，位于模具下游，用于在经过熔融金属延伸的轴周围生成第一旋转磁场；第二搅拌器，位于第一搅拌器下游，用于生成第二旋转磁场；至。
16、少一个功率源，用于按照互不相同的旋转频率生成第一和第二磁场；其中第一和第二搅拌器相互邻近布置，使得第一和第二旋转磁场产生调制磁场，该调制磁场在第一与第二搅拌器之间的区域中的熔融金属材料中产生湍流流动。0012根据本发明的另一方面，提供一种电磁搅拌金属熔体的方法。该方法包括提供用于生成按照角频率1在经过熔体延伸的轴周围旋转的第一旋转磁场的第一搅拌器；提供用于生成按照角频率2旋转的第二旋转磁场的第二搅拌器。第一和第二搅拌器定位得相互充分邻近，使得第一和第二旋转磁场在第一与第二搅拌器之间的区域中的金属熔体中产生具有频率为12的频率分量的磁力，其中12充分小以允许磁力克服熔体的惯性。0013根据本发明。
17、的又一方面，提供一种电磁搅拌熔融金属材料的方法。该方法包括提供用于在经过熔融材料延伸的轴周围生成第一旋转磁场的第一搅拌器；提供用于生成具有的旋转频率与第一旋转磁场不同的第二旋转磁场的第二搅拌器；其中第一和第二搅拌器相互充分邻近地位于熔融金属材料周围，使得第一和第二旋转磁场在第一与第二搅拌器之间叠加以产生调制磁场，该调制磁场沿着轴在具有的温度低于液相线的熔融金属材料的过渡区域中产生熔融金属材料的湍流流动，并且熔融金属材料与基本上固化的熔融金属材料的至少约10混合。0014本领域普通技术人员在结合附图考虑本发明具体实施例的下文描述时，将清楚本发明的其它方面和特征。附图说明0015在仅通过示例图示本。
18、发明实施例的附图中，0016图1是举例说明本发明一个实施例的在连续铸造机上的EMS装置的示意横截面图；0017图2是图1的EMS装置的示例搅拌器的示意横截面图；0018图3是图1的搅拌器的简化透视图；0019图4是图示了图1的铸造机所形成的铸流的部分在液体到固体的过渡区域“糊状区段”中的固体部分等值线的示意固化分布；0020图5是图1的EMS装置的两个相邻搅拌器产生的磁通密度的示例轴向分布的曲线图；说明书CN101980808ACN101980813A3/7页70021图6是相同旋转方向的两个示例磁场的叠加所产生的调制磁力的曲线图；0022图7是通过熔体惯性过滤图6的力而产生的磁力的低频分量的。
19、曲线图；0023图8是相同旋转方向的两个磁场的叠加所产生的调制搅拌在示例例如汞熔体中产生的角速率的曲线图；0024图9是不同搅拌模式在示例熔体中产生的搅拌角速率的轴向分布的曲线图；0025图10是调制逆向旋转搅拌在示例熔体中产生的示例角速率的曲线图；0026图11是在沿着示例钢熔体中心轴的位置处的搅拌速率分布的曲线图。0027图12是熔体位置的示意表示图，在这些地点通过3维数值仿真来确定图11的轴向搅拌速率和湍流粘度；0028图13是调制逆向旋转搅拌在搅拌池中心轴的不同位置产生的湍流粘度的示例曲线图；并且0029图14是常规单向搅拌在搅拌池中心轴的不同位置产生的湍流速率的示例曲线图。具体实施方。
20、式0030图1是举例说明本发明一个实施例的包括EMS系统12的连续铸造机10的示意横截面图。铸造机10包括漏斗14，诸如液体钢等熔融金属经过被浸没的入口喷嘴20从该漏斗传送到铸模18中。具有围绕熔体41的外壳的铸流22在模具18内成形。铸流22从模具18的底部退出。0031示例EMS系统12通常包括布置于模具18周围的至少一个电磁搅拌器24。搅拌器24应当布置于模具壳内或者可以装入围绕模具的壳未示出中。如将变得清楚的那样，搅拌器24被布置成在早期固化阶段在模具18内部的熔体内引起搅拌运动。在所示实施例中，仅一个搅拌器24布置于模具18周围以在模具18中引起熔体的旋转搅拌。搅拌器24可以替换为布。
21、置于模具18周围的多个例如2个电磁搅拌器。0032另外至少两个电磁搅拌器26、28在下述的所选位置在铸流22周围定位于模具18下游。同样，搅拌器26、28通常装入壳未示出中并且共同位于这一壳中。0033在模具18下游与其相距一些距离处，铸流22进行它的固化，导致增加厚度的壳，而铸流22的中心芯如图1和图4中所示保持基本上未固化。熔体41在铸流22内的温度随着时间以及与模具18的距离而逐步下降，并且在某一点，在铸流22的中心线的温度在铸造的特定熔融材料的液相线温度之下穿过。在铸流22的中心线上的这一点由图1中的标号48表示。0034当熔体41的温度降至液相线温度以下时，自由悬置晶体和晶格粘结网络。
22、这一形式的固相开始在熔体41的整个体积内形成。液相和固相的混合物惯称为熔体41的“糊状区段”并且标识为区段30。铸流22包括熔体41的固化壳和糊状区段的区域称为铸流22的过渡区域。在区段30中形成晶格网络通常在铸造产品中造成收缩孔隙、裂缝、元素宏观偏析等，并且因此可能影响铸造产品的质量。0035在图4中描绘了液体和固体沿着铸流22的长度的示例分布。曲线图图示了按照外壳的厚度描绘的熔体41的固体部分。糊状区段30占据在液体与固体之间的区域。如图所示，固体部分远离铸流41的中心轴并且沿着铸流22的长度远离熔体41的弯液面径向地说明书CN101980808ACN101980813A4/7页8增加。0。
23、036方便而言，在过渡区域中的湍流将破坏晶格网络的形成、将枝晶分解成更小片段并且在糊状区段30中使熔体41均匀，从而至少部分地实现更精细、更少孔和更均匀的固化结构，并且因此提高铸造产品的质量。然而，虽然常规旋转搅拌在固体液体的界面实质上产生湍流，但是它对整个熔体41内的混合具有很小影响。0037这样，在所示实施例中，另外的第一和第二搅拌器26、28沿着铸流22定位于与糊状区段30对应的位置。特别地，搅拌器26、28可以定位成破坏在糊状区域30中的晶体和晶格结构。为此，搅拌器26、28可以沿着铸流22的长度定位于如下位置，其中沿着熔体41的中心轴的温度在该位置低于液相线温度并且其中体积为百分之1。
24、0至20的熔体41在该位置已经基本上固化而其余百分之80至90的体积保持于其中混合基本上固化材料的基本上液态。糊状区段30的体积百分比及其沿着铸流22在特定固化熔体41内的空间分布可以取决于使用固化模型的数值计算机仿真。这样的仿真可以在一些实例中与对包括铸造速度、初级和次级冷却强度等的主要铸造变量的实时测量组合，这可以提供用于提高建模准确性的数据。0038在所示实施例中，在模具14下游图示了仅两个搅拌器26、28。然而本领域普通技术人员将理解多于两个搅拌器可以位于模具14下游以便在糊状区段30中破坏晶体和晶格结构。0039图2示出了在第一和第二搅拌器26、28附近的图1的铸流22的放大示意图。。
25、如图所示，可以在区段30周围沿着铸流22的纵向范围按照预定距离L相互邻近地布置搅拌器26和28。L可以例如范围为分米到米。例如L可以约为02M。0040各搅拌器24、26、28可以例如形成为如图3中所示感应器，该感应器包括铁磁或者类似材料制成的定子32，由缠绕在极34周围的多个绕组线圈36激发。一个或者多个受控交流电功率源未示出可以与绕组36互连，以向各绕组36施加电流。向绕组36施加的电流为多相，而向相反极34施加的电流相互同相。施加的电流在定子32包围的体积中产生旋转磁场。方便而言，搅拌器24、26和28的确切结构可以相同或者可以不同，各搅拌器24、26、28具有它自己的极对数目、绕组、尺。
26、寸和功率源。例如，搅拌器26、28可以各自具有三个极对；取而代之，一个可以具有两个极对而另一个具有三个。本领域普通技术人员将清楚其它组合。类似地，各搅拌器26、28沿着铸流22的纵向范围可以不同于其它搅拌器的纵向范围。0041在操作中激励搅拌器24以在模具18图1中搅拌熔融材料。也激励搅拌器26、28以各自生成具有共同磁场旋转轴的旋转磁场。这一磁场旋转轴可以与铸流22的中心轴平行，但是无需必然重合。具体而言，搅拌器26、28的各绕组36图3由从也受控制器控制的一个或者多个独立功率源未示出供应的交流多相单频电流来激励。这一电布置提供对各相应搅拌器26、28产生的磁场并且因此对独立旋转磁场的独立控。
27、制。因而，第一和第二搅拌器26、28产生的磁通密度可以相同或者不同。磁通密度差可以恒定或者随时间变化。0042搅拌器26和28的磁场旋转方向可以如图2中的箭头B和C所示重合，或者如箭头A和C所示彼此相反。操作者可以选择旋转的方向和角速率。0043向搅拌器26、28的绕组36供应的交变电流生成旋转电磁场，其频率范围根据搅拌说明书CN101980808ACN101980813A5/7页9应用为约1HZ至约60HZ。对于许多普遍应用，比如钢坯和钢锭的连续铸造，可以使用在5HZ至30HZ内的频率。在所示实施例中，一个搅拌器26的场频率与另一搅拌器28的频率相差某一预定值，以便产生调制磁场。频率差可以随。
28、时间变化或者独立于时间并且保持恒定。频率变化范围可以在约01HZ与30HZ之间即少于30HZ。在图2中的L表示的在相邻搅拌器26、28之间的区域中，但是不限于该区域，由于相应相邻搅拌器产生的原磁场的叠加所产生的调制磁场占主导地位。这些叠加磁场产生的磁力是在各搅拌器26、28的磁场和这些磁场在熔体41中感应的电流之间的相互作用的结果。磁力将具有多项，并且可以在糊状区段30中的熔体41内产生湍流。0044具体而言，如图5中所示，主要局限于相邻感应器之间的磁通密度和在熔体41中感应的电流由于它们的相应磁场的叠加而将是各感应器的相应贡献的矢量和。在熔体41内产生的磁力将是总磁通密度与总电流密度的矢量积。
29、由于磁通和电流密度由来自两个相邻搅拌器26、28的两个贡献组成，所以磁力将具有多项。0045基本上，此力将具有两个恒定或者直流项和两个双频项。此外，还存在两个涉及到原磁场角频率之和12的随时间变化的项以及两个涉及到角频率差即12的随时间变化的项。双频和磁力或者磁矩的频率求和分量通常由于熔体41的惯性效应而对熔体41中的流动具有很少影响。具有的频率为12的分量的磁力或者磁矩随时间充分缓慢地变化以克服熔体41的惯性。由于在熔体41中的感应电流与原磁场的相对大的角频率成比例，所以磁力和磁矩的量值也将为大。同时，在两个磁场之间的频率差所产生的低频时间变化将产生调制力的大幅度振荡，这些振荡又将引起角速率。
30、变化。调制对搅拌速率的影响随着调制频率减少而增加。0046如在两个搅拌器定位于糊状区段30周围的情况下将认识到的那样，多个搅拌器的多个独立旋转场的叠加可以产生希望的湍流。0047虽然磁力将具有高频和低频分量，但是仅低频分量将通常由于熔体41的惯性也称为熔体41的惯性过滤而影响熔体41。图6和图7图示了相同旋转方向的两个磁场的叠加所产生的磁力。如图所示，调制磁力每单位的幅度在0与4之间振荡，其中1为与原磁场中的任一磁场关联的未调制稳态力的幅度。如图7中的示例中所示，通过在熔体41的惯性过滤调制力的高频分量之后，低频力变化例如在平均力幅度的百分之/20范围中振荡。这一力所产生的搅拌也可以表征为初级。
31、和次级流动的大振荡。在图8中示出了搅拌的角速率振荡的示例。0048图9是描绘了不同搅拌模式所产生的搅拌角速率的曲线图。A表示的速率分布由利用相同旋转方向的两个相同磁场进行的搅拌产生。B表示的速率分布由与A中相同的搅拌条件产生，不同在于相应磁场的频率相差05HZ、即F1180HZ和F2175HZ。C表示的速率分布由具有相反旋转方向的两个磁场产生。相应逆向旋转磁场的频率为F1180HZ和F2175HZ。在速率分布C之下的箭头表示搅拌池中的逆向旋转搅拌运动。0049如图9中所示，在施加逆向旋转场的情况下，C表示的逆向旋转搅拌的角速率在与相同频率由A标记或者不同频率如在B表示的情况下那样的磁场所产生的。
32、单向搅拌流动的速率相比时，可以明显减少。方便而言，减少的搅拌速率对搅拌无负面影响，因为流动动能变换成湍流。如图9中所示，逆向旋转搅拌流动在搅拌器26、28之间的区域中冲突，从而产生由一个方向的速率下降、继而相反方向速率的相似迅速恢复引起的角速率陡说明书CN101980808ACN101980813A6/7页10峭梯度。角和轴向径向速率分量的这一振荡性质表明湍流强度。图10还示出了利用感应的逆向旋转搅拌以汞柱测量的角速率振荡的示例。大振荡改变起因于调制磁场与由相邻搅拌器26、28的逆向旋转磁场产生的相反方向的搅拌流动的组合作用。0050图11描绘了在示例钢熔体中通过3维数值仿真得到的在中心轴方向。
33、上的振荡速率。所示速率分布对应于图12中标识的在熔体41中的位置。已知大速率振荡表明EMS在熔体41中引起的湍流程度高的流动。湍流强度可以在数量上以湍流粘度为特征。图13和图14还示出了在搅拌池的不同位置的示例湍流粘度。图13示出了在图12中的位置处在搅拌池中心的湍流粘度。如图13中所示，最高强度的湍流出现在相邻感应器之间的中间距离图12中的位置III处。作为比较，在图14中示出了常规单向旋转搅拌在搅拌池的相同位置产生的湍流强度。如图所示，逆向旋转搅拌在示例熔体中产生的湍流高达5倍之多，从而具有以超过2NS/M2并且常常超过25NS/M2的湍流粘度来表征的峰值。0051作为一种施加相同旋转方向。
34、的磁场的替代方式，可以在搅拌器26、28生成逆向旋转磁场。相邻搅拌器26、28产生的逆向旋转磁场将在区段30中的熔体41内激发在相邻搅拌器26、28之间的空间中冲突的逆向旋转流动。由于这一流动冲突，下降角速率在一个旋转方向上的陡峭梯度将随之有在相反旋转方向上由于增加速率所致的相似梯度。此外，角速率也表现大振荡。这两个主要流动特性即速率梯度和振荡对在轴向径向平面中生成强振荡再循环流动具有贡献。数值仿真确认流动存在于熔体41中具体在图12中的位置处。尤其沿着铸流22的轴向和径向方向的高强度湍流和剪切力将具体形成于相邻搅拌器26、28之间的区域的熔体41的体积内。0052在搅拌器26、28之间的区域。
35、中的附加湍流可以起因于由不同频率的逆向旋转磁场的叠加所产生的电磁力。如声明的那样，来自磁场调制的低频振荡磁力将在熔体41中生成扰动，如果那些频率例如由于熔体的参数共振效应而在熔体本征频率的范围内，则该扰动可能变得尤为明显。此外，其它调制参数如电流幅度和相角变化在与未调制的时间平均磁力相比时，可能进一步增强调制力，并且因而增加湍流强度及其对改进固化结构的效果。邻近搅拌器26、28提供由于常规设计设备即感应器和功率源产生的共同或者相反旋转方向的叠加磁场所产生的强调制磁力。0053方便而言，在熔体41中的湍流增加将造成有效破坏晶格网络并且将晶体连同熔体的富含溶质的中心区域一起与块的其余部分混合。结果。
36、是将改进铸造产品的固化结构和总质量。0054如现在将容易认识到的那样，虽然已经将EMS系统12描绘为包括配置成生成调制磁场的两个EMS搅拌器26和28，但是可以利用生成叠加旋转磁场的三个或者更多搅拌器来生成这样的场。0055如现在可以清楚的那样，举例说明本发明实施例的调制电磁搅拌可以使用于多数铸造和锻造过程中，其中铸造产品尺度和几何形状允许在固化熔体内产生旋转流动。在静止STATIONARY铸造的情况下，例如调制电磁搅拌系统可以起初产生单向磁场并且因此在早期固化阶段产生单向旋转涡流流动。在某个预定时间，搅拌系统可以切换成逆向旋转搅拌操作模式以在高级固化阶段生成湍流。一些流变铸造过程可以类似地受。
37、益于这样的调制搅拌。0056当然，上述实施例将仅为示例而决不是进行限制。实现本发明的所述实施例容许说明书CN101980808ACN101980813A7/7页11对形式、部件布置、细节和操作顺序的许多修改。本发明实际上旨在涵盖如由权利要求书限定的它的范围内的所有这样的修改。说明书CN101980808ACN101980813A1/14页12图1说明书附图CN101980808ACN101980813A2/14页13图2说明书附图CN101980808ACN101980813A3/14页14图3说明书附图CN101980808ACN101980813A4/14页15图4说明书附图CN10198。
38、0808ACN101980813A5/14页16图5说明书附图CN101980808ACN101980813A6/14页17图6说明书附图CN101980808ACN101980813A7/14页18图7说明书附图CN101980808ACN101980813A8/14页19图8说明书附图CN101980808ACN101980813A9/14页20图9说明书附图CN101980808ACN101980813A10/14页21图10说明书附图CN101980808ACN101980813A11/14页22图11说明书附图CN101980808ACN101980813A12/14页23图12说明书附图CN101980808ACN101980813A13/14页24图13说明书附图CN101980808ACN101980813A14/14页25图14说明书附图CN101980808A。