802 工程科学学报，第43卷，第6期 80 85 15 (a) (b) 6 006 6 6 =500A,=7Hz =500A,=7Hz -Calculated value 西 -Calculated value Measured value 45 Measured value 0 .80.6-0.40.200.20.40.60.8 -0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8 Y/m m 图4磁感应强度测量值与计算值对比.()箱式搅拌器：(b)辊式相邻同向型搅拌器 Fig.4 Comparison of measured and calculated magnetic flux densities:(a)B-EMS;(b)R-EMS-2 1100 1000 (a) 1400b) 900 Calculated value of R-EMS 1200 Measured value of R-EMS R-EMS 800 1000 --B-EMS 700 600 800 500 600 400 400 300 --Calculated value of B-EMS 200 200 Measured value of B-EMS 100 50250 350450550650750 850 050 250350450550650750850 Current/A Current/A 图5电磁搅拌的电气参数关系曲线.(a)电流与电压：(b)电流与功率 Fig.5 Electrical parameters relationship for electromagnetic stirring:(a)current and voltage;(b)current and power 拌器铁芯，无明显对称性；而辊式电磁搅拌为对辊 接穿透铸坯达到对侧的S极而形成闭合磁力线， 式，在铸坯内外弧两侧对称安装，且两侧电磁辊的 从而导致磁感应强度在铸坯内的分布呈集中对称 磁场极性相反，可见其磁感应强度从N极出发直 分布 ⑤ 6 0.1T 0.1T 图6搅拌器铸坯横截面灯面)上磁感应强度分布特征.(a)箱式搅拌器：(b)辊式搅拌器 Fig.6 Distributions of magnetic flux density on the cross section(XY plane)of the stirrer:(a)B-EMS;(b)R-EMS 图7为额定功率400kW工况，不同类型搅拌 器下磁感应强度对称分布，其可能也有利于凝固 器与搅拌形式下铸坯表面的磁感应强度分布云 组织的对称性发展.此外，不同形式的辊式搅拌器 图，图中B为磁感应强度.如前述，此时箱式和辊 尽管电磁辊安装间距有所差异，但其基本不影响 式搅拌的电流强度分别为425和500A.由图可 磁场强度的大小，只影响磁场的作用区间.辊式同 知，由于行波磁场电磁推力的方向特性，现有几种 向搅拌的上下同侧两对辊的磁场极性相同，导致 搅拌器及其搅拌形式下在板坯中均表现有不同程 了同侧辊之间的板坯中心部位的磁场强度几乎为 度与特征的端部效应2即，图中A侧（磁场起始 0.反向搅拌的上下同侧两对辊的磁场极性相反， 侧)磁感应强度都小于B侧（磁场推向侧）.结合 则有少量磁力线上下穿透，造成了同侧对辊间仍 图6的磁力线分布可知，箱式搅拌下板坯内外弧 有一定量级的磁场强度 侧磁感应强度具有明显的不对称性，而辊式搅拌 图8为相同搅拌功率400kW和频率7Hz情况拌器铁芯，无明显对称性；而辊式电磁搅拌为对辊 式，在铸坯内外弧两侧对称安装，且两侧电磁辊的 磁场极性相反，可见其磁感应强度从 N 极出发直 接穿透铸坯达到对侧的 S 极而形成闭合磁力线， 从而导致磁感应强度在铸坯内的分布呈集中对称 分布. (a) S N 0.1 T (b) S N N S 0.1 T 图 6    搅拌器铸坯横截面 (XY 面) 上磁感应强度分布特征. （a）箱式搅拌器；（b）辊式搅拌器 Fig.6    Distributions of magnetic flux density on the cross section (XY plane) of the stirrer: (a) B-EMS; (b) R-EMS 图 7 为额定功率 400 kW 工况，不同类型搅拌 器与搅拌形式下铸坯表面的磁感应强度分布云 图，图中 B 为磁感应强度. 如前述，此时箱式和辊 式搅拌的电流强度分别为 425 和 500 A. 由图可 知，由于行波磁场电磁推力的方向特性，现有几种 搅拌器及其搅拌形式下在板坯中均表现有不同程 度与特征的端部效应[23] . 即，图中 A 侧（磁场起始 侧）磁感应强度都小于 B 侧（磁场推向侧）. 结合 图 6 的磁力线分布可知，箱式搅拌下板坯内外弧 侧磁感应强度具有明显的不对称性，而辊式搅拌 器下磁感应强度对称分布，其可能也有利于凝固 组织的对称性发展. 此外，不同形式的辊式搅拌器 尽管电磁辊安装间距有所差异，但其基本不影响 磁场强度的大小，只影响磁场的作用区间. 辊式同 向搅拌的上下同侧两对辊的磁场极性相同，导致 了同侧辊之间的板坯中心部位的磁场强度几乎为 0. 反向搅拌的上下同侧两对辊的磁场极性相反， 则有少量磁力线上下穿透，造成了同侧对辊间仍 有一定量级的磁场强度. 图 8 为相同搅拌功率 400 kW 和频率 7 Hz 情况 I=500 A, f=7 Hz Calculated value Measured value −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 45 50 55 60 65 70 75 80 85 Magnetic flux density/mT (b) Y/m −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 40 45 50 55 60 65 70 75 80 I=500 A, f=7 Hz Calculated value Measured value Magnetic flux density/mT (a) Y/m 图 4    磁感应强度测量值与计算值对比. （a）箱式搅拌器；（b）辊式相邻同向型搅拌器 Fig.4    Comparison of measured and calculated magnetic flux densities: (a) B-EMS; (b) R-EMS-2 150 250 350 450 550 650 750 850 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Voltage/V (a) Calculated value of R-EMS Measured value of R-EMS Calculated value of B-EMS Measured value of B-EMS Current/A 150 250 350 450 550 650 750 850 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 R-EMS B-EMS Power/kW Current/A (b) 图 5    电磁搅拌的电气参数关系曲线. （a）电流与电压；（b）电流与功率 Fig.5    Electrical parameters relationship for electromagnetic stirring: (a) current and voltage; (b) current and power · 802 · 工程科学学报，第 43 卷，第 6 期