1 引言 电磁搅拌是铝液熔铸工艺中所采用的新技

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1、1引言电磁搅拌是铝液熔铸工艺中所采用的新技　　1引言　　　　电磁搅拌是铝液熔铸工艺中所采用的新技术，其主要特点是利用变频器产生的低频交流电流通过感应器线圈产生一个行波磁场，此行波磁场作用于熔炼炉内铝熔体产生感应电流，此感生电流又与磁场相互作用产生电磁力，使熔液按照磁场作用的规律运动，从而达到搅拌的目的[1]。　　多年来，国内外学者对不同形式电磁搅拌的电磁场和流场做了大量的研究。Fujisaki等[2-4]以线性搅拌器为对象利用有限元方法分析了结晶器内电磁搅拌的基本电磁特性。张宏丽等[5]对单侧线性电磁搅拌作用下钢液内的电磁场分布和流场

2、分布进行了数值模拟，分析了搅拌器的结构参数对钢液流动状况的影响。黄军等[6]针对某厂110t铝熔炉的电磁搅拌器，通过建立模型，进行了磁场与流场的数值模拟。此项关于铝熔炉电磁搅拌的数值模拟研究在国内尚属首次，具有积极意义，该文对电磁场的研究颇为简略。　　为了深入了解电磁搅拌器的工作效果，本文采用ANSYS有限元分析软件，对某厂50t熔炼炉与电磁搅拌器等比例建立三维模型，在线圈中加载三相交流电流密度，研究铝液内交变磁场与电磁力场的分布特征。　　　　2物理模型　　　　为了得到准确的计算结果，本文根据研究对象的炉体和电磁搅拌器的实际情况等比例

3、建模。电磁搅拌器长3.6m、宽1.8m、高0.9m，电磁搅拌器顶面与熔体底面距离为0.6m。为搅拌器结构模型，电磁搅拌器长3.6m、宽1.8m、高0.9m，1-6号线圈沿X方向排列，相邻两线圈Y方向对称轴间距离为0.6m。　　炉内铝熔体约40t，熔体区长7m、宽5.16m、高0.53m。X、Y方向分别为铝液长度、宽度方向，铝液底面平行于XOY面，距离电磁搅拌器上表面0.6m；Z方向分别为铝液方向。　　　　5.3瞬态电磁力分布规律　　　　电磁搅拌过程中，交变磁场在铝液内产生涡旋电流，此电流与磁场相互作用产生电磁力，推动铝液朝一定方向运动

4、，达到搅拌的目的。给出了t1时刻铝液内部三个截面的瞬态体积电磁力分布。　　给出了铝液底面的电磁力分布，宏观上电磁力由左指向右，并且沿中心轴X方向对称，电磁力由边缘向中部逐渐增大。X方向体积电磁力最大值为1356.8N/m3，最小值为-1.5N/m3；Y方向体积电磁力最大值为184.1N/m3，最小值为-230.2N/m3。给出了铝液中心横向截面的电磁力分布，可看出电磁力矢量由左指向右，沿X方向中间电磁力比两端大，沿Z方向减小，表明电磁力随铝液高度增加而衰减。X方向电磁力最大值为2308.2N/m3，最小值为-26.3N/m3；Z方向电

5、磁力最大值为2610.9N/m3，最小值为-721.9N/m3。　　给出了铝液中心纵向截面的电磁力分布，电磁力矢量由底面指向上表面。沿Y方向两端电磁力较中间小，沿Z方向电磁力有衰减。Y方向电磁力最大值为311.8N/m3，最小值为-321.1N/m3；Z方向电磁力最大值为2192.6N/m3，最小值为-61.5N/m3。　　综上所述，铝液内部X、Z方向电磁力分量远大于Y方向分量，可见X、Z方向电磁力在电磁搅拌过程中起主要作用。电磁力X方向分量基本都为正值，是使铝液朝某一方向运动的重要保证，而电磁力Z方向分量促使铝液上下层间流动。从水平

6、面来看，电磁力主要由左指向右，铝液中间区域电磁力比周围大，中间区域是电磁搅拌的核心区域；从垂直截面看，电磁力由铝液底面指向上表面，沿铝液高度方向电磁力出现衰减。　　　　6仿真结果与实测　　　　值的比较为了验证仿真结果的可靠性，使用三维高斯计测试了电磁搅拌器工作时空炉状态下炉内20点磁感应强度。熔炼炉磁场系交变磁场，磁场呈周期性变化，以下测试数据均为磁感强度瞬态最大值。测点所在平面距铝液底面约19cm，具体位置如所示。　　[5]张宏丽,王恩刚等.搅拌器的结构参数对钢液内电磁场和流场分布的影响[J],钢铁研究学报,2002,14(4):1

7、0-15　　[6]黄军,王宝峰,赵莉萍等.铝熔炉电磁搅拌磁场与流场的数值模拟[J].特种铸造及有色合金.2012,28(2):119-121　　[7]韩至成.电磁冶金学[M].北京:冶金工业出版社.2001.