电磁冶金原理与工艺概述及感应熔炼.

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1.2电磁冶金技术分类
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•电磁功能与冶金材料工艺过程的对应关系
基本原理 材料处理的功能 形状控制 驱动液体 电磁体积力 抑制流动 工艺 冷态坩埚，悬浮熔炼，立式电磁铸造，金属薄膜 的磁成型，塑性变形（由非均匀磁场形成的变形） 电磁搅拌，电磁泵 卓克拉尔斯基磁力法，磁力制动，薄带的边部磁 控制，抑制波动
主要内容：
1.概述 2.电磁感应熔炼原理及应用 3.电磁搅拌原理及应用 4.电磁场在冶金及材料领域的其他应用 5.电磁冶金研究方法
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1.概述
1.1电磁冶金发展概况 1.2电磁冶金技术分类 1.3电磁冶金技术应用及发展前景
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1.1电磁冶金发展概况

电磁冶金学：
制铁
选矿机磁力制动
连铸铸型流动控制 浇包内熔钢的搅拌 连铸铸型内熔钢的搅 拌 中间包内熔钢的加热 浇包内熔钢加热 转炉内氧质量分数的测 量 感应法检测连铸铸型内 的液面
制钢
超导电磁场连铸铸型流 动控制
施加交变磁场 初期凝固壳的控制
热轧 电磁制动 表面处理 流动控制铸型 水平磁场 流动控制 制管 焊接 质量控制
2018年11月19 日 材料开发 强磁场微观组织的控制
中间包内夹杂物分离 的搅拌
冷坩埚内加热和熔化
板、棒的结合边角加 热，ISP板坯加热 连续镀锌线的合金化 处理 连续镀锌线干燥炉 锌池加热 钢管电阻焊无缝钢管 热处理
连铸二冷水的流速检测
离心式流动中间包 焊接熔池的静磁场流动 控制
感应电流法表面粗糙度 检测，内部夹杂物检测
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2.2.3楞茨定律
闭合回路中感应电流的方向，总是使它产 生的磁场去阻碍引起感应电流的磁通量的 变化。
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•对于多匝线圈
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2.2.4感应熔炼热量的产生
交变电流产生交变磁场 交变磁场产生感生电流

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（1）集肤效应
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•透入深度：
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炉料表面得到的单位有功功率：
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•不同材料在不同频率的透入深度
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•电流透入深度的实际意义

电流透入深度影响熔炼效率
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炉料尺寸应为电流透入深度的3~6倍
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•频率与炉容
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（2）邻近效应

两根通有交流电的导体靠近时，两导体中 的电流重新分布。
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（3）圆环效应

当交流电通过环形线圈时，最大电流密度 出现在线圈内侧。
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2.2.6电磁力的作用
（1）“驼峰”的形成
以电磁热流体力学为基础， 研究冶金与材料制备过程电磁 场应用的工程科学，是电磁学、 热力学、流体力学相互交叉的 学科。

电磁冶金技术：
以电磁热流体力学为指导， 采用电磁场对金属材料进行制 取、凝固、成型及处理的新型 工程技术。
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•发展概况
1819年丹麦奥斯特——电流的磁效应 1831年法国法拉第——电磁感应现象 1833年德国楞茨——楞茨定律 十九世纪末感应熔炼雏形出现 二十世纪四十年代开始电磁冶金应用研究（英国） 1982年第一届磁流体力学在冶金中应用大会（英国） 1985年确定了材料电磁工艺名称 （Electromagnetic processing of materials 简称 EPM）
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•按所施加磁场分类
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1.3电磁冶金技术应用及发展前景
1.3.1已成熟应用技术
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1.3.2正在开发的技术
（1）电磁软接触连铸 （2）金属熔体的电磁净化 （3）凝固组织电磁控制 （4）薄带坯连铸电磁侧封
……
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2. 感应熔炼原理与应用
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•热量的产生：
焦耳-楞茨定律 当回路电阻为R时,电流I: 1 d I R dt

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2.2.5感生电流特征——涡流
涡流：当块状导体处于变化磁场中时，导 体内产生电流且自行闭合，称为涡流。 三种效应： （1）集肤效应 （2）邻近效应 （3）圆环效应

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2.1感应加热概述 2.2感应熔炼基本原理 2.3中频感应炉设备与工艺 2.4真空感应炉设备与工艺
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2.1感应加热概述
1890年瑞典发明了第一台感应熔炼炉 20世纪初应用于工业领域 20世纪60年代大量应用

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优点：
非接触式加热 2. 加热效率高 3. 容易控制温度 4. 可实现局部加热 5. 可实现自动化控制 6. 可减小占地 7. 热辐射，噪声和灰尘 8. 应用广泛 9. 操作灵活 10.工艺适应性强
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应用： 1. 金属熔炼 2. 铸造 3. 金属压力加工 4. 金属焊接 5. 金属热处理

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•感应熔炼
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2.2感应熔炼基本原理
2.2.1电磁感应现象：
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2.2感应熔炼基本原理
2.2.2法拉第电磁感应定律：
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悬浮
雾化 焦耳热量 楞次定律 综合功能
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水平式电磁铸造，非金属夹杂物的电磁分离
电磁雾化 冷态坩埚，悬浮熔炼，磁场加热 传感器 电磁精炼，非金属夹杂物的电磁分离 晶粒细化，晶粒粗化，单晶生长，非晶态金属物 8 的生成
热量生成 探测 精炼 凝固组织的控制
过程
电磁力
感应搅拌
感应加热
检测/分析
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（2）“驼峰”的作用 均匀温度 均匀成份 促进反应进行
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（3）“驼峰”的危害 冲刷炉衬 二次氧化 炉衬增厚
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2.3中频感应炉设备及工艺 2.3.1感应熔炼分类
按使用频率分： 1. 工频感应炉：使用工业频率（50Hz）电源 2. 中频感应炉：使用频率为150~10000Hz电源，常 用频率150~2500Hz； 3. 高频感应炉：10kHz~75kHz； 按是否抽真空： 1. 非真空感应炉 2. 真空感应炉 按是否有铁芯： 1. 有芯感应炉 37 2018年11月19日 2. 无芯感应炉