專利名稱：控制板坯連鑄結(jié)晶器中金屬流動(dòng)的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬、特別是鋼鐵材料板坯或其他類似扁平形狀產(chǎn)品的連鑄。
更具體地，本發(fā)明涉及通過(guò)控制結(jié)晶器中鑄造金屬的對(duì)流運(yùn)動(dòng)的形態(tài)來(lái)改善鑄造產(chǎn)品的質(zhì)量。
背景技術(shù)：
目前，盡管還不能對(duì)其原因予以解釋，但是熔化金屬在結(jié)晶器中的對(duì)流運(yùn)動(dòng)的方式是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，不僅涉及結(jié)晶器四周形成非常均勻、規(guī)則的凝固外殼，還涉及表面及亞表面的潔凈程度(渣殼、凹坑、氣泡或涉及夾雜的內(nèi)清潔度)。
已知的重要性在于一旦液態(tài)金屬流經(jīng)過(guò)浸入式水口的側(cè)孔注入結(jié)晶器，完成金屬鑄造，這些缺陷進(jìn)入鑄造空間。
在這點(diǎn)上需要說(shuō)明，在P.H.Dauby、M.B.Assar和GD.Lawson的文章中“Voyage dans une lingotière de coulee continue.Mesures laseret électromagnétiques de 1‘hydrodynamique de 1’acler”[連鑄結(jié)晶器流程，鋼的流體動(dòng)力學(xué)激光和電磁測(cè)量方法]，發(fā)表于Revue deMetallurgie，April 2001，Vol.4，p353-356，和在1998年西班牙馬德里召開(kāi)的第三次歐洲連鑄會(huì)議上D.Gotthelf，P Andrzejewski，E.Julius和H.Haubrichde發(fā)表的“Mold flow monitoring-a tool to improve casteroperation”，第825頁(yè)-833頁(yè)。
這些文獻(xiàn)正式強(qiáng)調(diào)鑄造過(guò)程中，鋼液在結(jié)晶器中流動(dòng)共有三種類型穩(wěn)定形式的“單流”和“雙流”以及一種非穩(wěn)定隨機(jī)型流動(dòng)，鑄造過(guò)程中瞬時(shí)狀態(tài)特有的。
后者的流動(dòng)方式可以用圖示加以描述位于水口兩側(cè)的半鑄造區(qū)之間的液流由于處于特殊的擾動(dòng)狀態(tài)，甚至細(xì)微的擾動(dòng)，如兩個(gè)側(cè)孔之間反向吹氬的流動(dòng)速率差量變化，均導(dǎo)致液流瞬間非可控、非對(duì)稱，致使“單流”和“雙流”的形式發(fā)生無(wú)規(guī)律改變。
然而，上述兩種穩(wěn)定液流本身則更清楚。本說(shuō)明書(shū)的附圖1A和1B對(duì)此進(jìn)行了闡述。這些圖示出了在通過(guò)鑄造軸線的垂直平面和平行于連鑄板坯結(jié)晶器兩個(gè)長(zhǎng)壁方向上主要流動(dòng)軌跡的穩(wěn)定模式。從圖中可以看出“單流”模式(圖1A)本質(zhì)上導(dǎo)致金屬射流1一旦離開(kāi)水口3的側(cè)孔2之后立即略微向上，朝著澆鑄結(jié)晶器的金屬自由表面(或月牙面)4流動(dòng)。在此點(diǎn)上，液流穿過(guò)半鑄造區(qū)的整個(gè)寬度，在該空間中，每個(gè)液流通過(guò)緊貼結(jié)晶器的長(zhǎng)壁發(fā)展直至到達(dá)結(jié)晶器的短端壁5。如果必要的話，需要重申這些結(jié)晶器短端壁也稱作“封閉壁”，它們被安裝在結(jié)晶器長(zhǎng)壁的末端，以保證結(jié)晶器內(nèi)部周向連續(xù)性，從而密封鑄造空間。通常每個(gè)液流1一旦到達(dá)結(jié)晶器短壁，隨即被向下朝著拉坯的方向反射，圖中以加粗的垂直箭頭表示。當(dāng)然，速率的精確繪制圖則更為復(fù)雜。許多流線，如6，遵循的軌跡是更典型的拋物線，原因是總的向下的抽錠運(yùn)動(dòng)，但是圖示液態(tài)金屬向上噴涌確實(shí)也是一般形式，在模擬裝置或?qū)嶒?yàn)條件觀察“單流”模式時(shí)非常值得注意。
相反，在“雙流”模式中(圖1B)，每個(gè)射流1經(jīng)過(guò)入水口3到達(dá)結(jié)晶器，全部水平地離開(kāi)側(cè)孔2，然后向結(jié)晶器短壁5蔓延，在這里發(fā)生諸如相互碰撞將射流分為兩股，一股干流8向下反射，另一股7朝著月牙面4向上反射，在這一點(diǎn)上，第二股液流隨后朝反方向流動(dòng)到半鑄造區(qū)，此時(shí)從結(jié)晶器短壁5向入水口3流動(dòng)。這里需要再次說(shuō)明，實(shí)際圖形更為復(fù)雜，但是當(dāng)觀察者觀看“雙流”模式下的模型或?qū)嶒?yàn)操作屏幕時(shí)，全部圖像的確呈“蝴蝶翅膀”形。
目前隨著我們理解的深入和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累，我們能夠非常了解如何根據(jù)相關(guān)連鑄參數(shù)的調(diào)整，使前述兩種流動(dòng)模式的一種和另外一種變得穩(wěn)定或者基本穩(wěn)定。不討論細(xì)節(jié)，以免對(duì)本發(fā)明產(chǎn)生不必要及冗余的理解，這里簡(jiǎn)單地說(shuō)明連鑄板坯的寬度越寬，連鑄時(shí)拉速越低，“單流”形式中的流場(chǎng)越多，反之則是“雙流”流場(chǎng)。
需要指出通常連鑄機(jī)操作人員在其職責(zé)范圍內(nèi)沒(méi)有測(cè)定結(jié)晶器中金屬穩(wěn)定流動(dòng)模式的手段。而且，據(jù)說(shuō)通常這一過(guò)程確實(shí)與操作人員無(wú)關(guān)，因?yàn)樵谌魏吻闆r下操作員都無(wú)法知道如何或者說(shuō)不能改變連鑄速度和拉速，而這些參數(shù)由訂單及車間里的工藝流程設(shè)定。
然而，本申請(qǐng)人近期研究已經(jīng)確定一方面由鑄造產(chǎn)生的產(chǎn)品缺陷(對(duì)這些缺陷的消除)與另一方面結(jié)晶器中液態(tài)金屬對(duì)流流動(dòng)形式之間存在必然聯(lián)系，而無(wú)需證明。如此，所觀察到的質(zhì)量缺陷的起因不僅由于非穩(wěn)定流動(dòng)問(wèn)題，而且由于“單流”模式下穩(wěn)定流動(dòng)形式的問(wèn)題，前者已經(jīng)引起置疑。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是向板坯連鑄操作員提供一種簡(jiǎn)單有效的工具，只是附加在設(shè)備上，而無(wú)需重新考慮設(shè)備設(shè)計(jì)，以保證操作員不需要用任何方式修改鑄造參數(shù)就能夠建立“雙流”模式。
本著這一目的，本發(fā)明提供了一種用于在金屬板坯或其他類似扁平產(chǎn)品生產(chǎn)，特別適用于鋼坯生產(chǎn)中控制注入連鑄結(jié)晶器中液態(tài)金屬流動(dòng)形狀的方法，浸入式水口設(shè)有側(cè)孔面對(duì)結(jié)晶器短壁，可以使所述的流動(dòng)形狀成為自然的“單流”或“雙流”模式或者其他“非穩(wěn)定”狀態(tài)，其特征在于使用移動(dòng)磁場(chǎng)作用于經(jīng)過(guò)浸入式水口的側(cè)孔進(jìn)入到結(jié)晶器的液態(tài)金屬流，所述磁場(chǎng)由線性電磁感應(yīng)器產(chǎn)生，感應(yīng)器設(shè)成面對(duì)水口任一側(cè)的至少結(jié)晶器的一個(gè)壁，從而建立“雙流”流場(chǎng)或者使其穩(wěn)定。
依照一個(gè)優(yōu)選的方法，通過(guò)使感應(yīng)器放置成面對(duì)水口任一側(cè)的至少結(jié)晶器的一個(gè)長(zhǎng)壁，使用水平向外移動(dòng)的磁場(chǎng)，方向從水口指向結(jié)晶器每個(gè)短壁。
依照一個(gè)實(shí)施方法，產(chǎn)生的移動(dòng)磁場(chǎng)貫穿整個(gè)鑄造過(guò)程。
依照另一種實(shí)施方法，僅在注入結(jié)晶器的金屬流動(dòng)處于非自然“雙流”流場(chǎng)的條件下使用所述的移動(dòng)磁場(chǎng)。
補(bǔ)充說(shuō)明，如果流動(dòng)方式已經(jīng)處于自然“雙流”模式，則在已經(jīng)安裝所述感應(yīng)器后，通過(guò)使所述的感應(yīng)器放置成面對(duì)水口任一側(cè)的至少結(jié)晶器的一個(gè)長(zhǎng)壁制造水平移動(dòng)磁場(chǎng)，使得每個(gè)感應(yīng)器產(chǎn)生的磁場(chǎng)全部朝一個(gè)方向移動(dòng)，以便使結(jié)晶器中液態(tài)金屬全部繞著鑄造軸線旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。
本發(fā)明還提供了一種實(shí)施按照本發(fā)明所述的方法的裝置，包括一個(gè)電磁裝置，由至少一對(duì)線性移動(dòng)磁場(chǎng)感應(yīng)器構(gòu)成，感應(yīng)器放置成至少面對(duì)結(jié)晶器的一個(gè)長(zhǎng)壁，并且定向成使得產(chǎn)生一個(gè)水平移動(dòng)的磁場(chǎng)，還包括一個(gè)可控多相電源，其特征在于所述電源與所述電磁裝置的每一對(duì)線性感應(yīng)器相連，以便每個(gè)感應(yīng)器產(chǎn)生一個(gè)只是向外的移動(dòng)磁場(chǎng)，其方向從浸入式水口指向結(jié)晶器的短壁。
按照我們已經(jīng)理解的內(nèi)容，本發(fā)明采用了大家熟知的方法，如果可以這樣說(shuō)的話，它已經(jīng)具備經(jīng)濟(jì)可行的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展空間，由多相靜態(tài)線性感應(yīng)器產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)以便對(duì)結(jié)晶器中的液態(tài)金屬動(dòng)態(tài)作用，建立“雙流”模式，或者穩(wěn)定已經(jīng)自然存在的“雙流”模式。
磁流體動(dòng)力學(xué)(MHD)首次應(yīng)用于金屬連鑄可以追溯到約30年前，至今仍被成功地使用。相反，持續(xù)進(jìn)步也記錄著它的歷史。首次描述MHD涉及結(jié)晶器下面的鑄造步驟，特別是二次冷卻區(qū)，原因是磁屏蔽效應(yīng)消失而使結(jié)晶器的銅板起了反作用。然而，以可控硅為基的多相電流源迅速出現(xiàn)，允許電流源在低激發(fā)電流頻率下工作，低于10Hz，因此，考慮可利用的功率電平，剩余屏蔽效應(yīng)使銅板不再扮演阻礙MHD在實(shí)際結(jié)晶器中應(yīng)用的角色。
許多而且是各種各樣關(guān)于結(jié)晶器中的應(yīng)用都涉及到MHD，范圍從金屬的簡(jiǎn)單流動(dòng)，例如繞鑄造軸線旋轉(zhuǎn)，到金屬自然流動(dòng)方向的加速或制動(dòng)，或者強(qiáng)制改變流動(dòng)方向。很多已發(fā)表的文獻(xiàn)(包括研究、文章、專利)都致力于這方面的研究。為了作一個(gè)簡(jiǎn)單的歷史證明，我們這里簡(jiǎn)單提一下，1972年申請(qǐng)的法國(guó)No.2187465專利(IRSID)，其中已經(jīng)對(duì)作用于金屬上的垂直移動(dòng)磁場(chǎng)引起金屬沿結(jié)晶器壁上浮的轉(zhuǎn)向進(jìn)行了描述。其目的是有利于從結(jié)晶器中獲得由等軸晶組成的凝固組織，通過(guò)液態(tài)金屬液流上升沖刷凝固界面將原位形成的氣泡和非金屬夾雜物帶到月牙面，使其黏附在浮在表面的保護(hù)渣上，從而改善亞殼層潔凈度。
我們還需要說(shuō)明的是距今較近，如果不另加補(bǔ)充說(shuō)明的話，與本發(fā)明十分接近的是如已公開(kāi)的歐洲專利申請(qǐng)No.0550785(NKKCorp.)。事實(shí)上，那篇文獻(xiàn)建議使用內(nèi)部移動(dòng)磁場(chǎng)，也就是說(shuō)，從結(jié)晶器短壁到水口移動(dòng)阻止液態(tài)金屬噴射離開(kāi)側(cè)孔，以便在測(cè)出月牙面處的速度過(guò)高時(shí)，減緩“雙流”流動(dòng)的力度。
同樣地，已公布的歐洲專利申請(qǐng)No.0 151 648(KSC)闡述了兩種可能的選擇通過(guò)磁場(chǎng)垂直向上移動(dòng)來(lái)垂直攪動(dòng)結(jié)晶器中的金屬，改善鑄坯表面潔凈度；通過(guò)磁場(chǎng)水平移動(dòng)水平攪動(dòng)金屬，沖刷凝固界面，改善亞殼層夾雜物潔凈度水平。在這種情況下，建議控制不同感應(yīng)器使得每個(gè)感應(yīng)器各自產(chǎn)生一個(gè)獨(dú)立于其他感應(yīng)器的移動(dòng)磁場(chǎng)，使這些移動(dòng)磁場(chǎng)產(chǎn)生總的效應(yīng)，優(yōu)選地是金屬繞結(jié)晶器軸線旋轉(zhuǎn)對(duì)流流動(dòng)。在那篇文獻(xiàn)中還建議內(nèi)部水平移動(dòng)磁場(chǎng)與從水口中噴出的液流方向相反，因此，從結(jié)晶器短壁到水口流動(dòng)，可以在凝固層下面獲得較少的夾雜物。另一方面，水平向外移動(dòng)的磁場(chǎng)本身，正如前面提到的1972年的法國(guó)專利中已經(jīng)描述的上升移動(dòng)磁場(chǎng)是有幫助的，在磁場(chǎng)的作用下，沖刷凝固界面帶走非金屬夾雜物和金屬凝固時(shí)形成的CO氣泡。
還需要注意的是利用磁場(chǎng)水平向外移動(dòng)和作用于水口側(cè)孔高度注入的金屬液流，這種操作方法可以比作一種優(yōu)選的變型，本發(fā)明建議在整個(gè)鑄造程序中系統(tǒng)使用，但是，在這種情況下，建議對(duì)結(jié)晶器內(nèi)熔化金屬施加穩(wěn)定“雙流”模式的循環(huán)對(duì)流流動(dòng)。


無(wú)論如何，通過(guò)參考附圖對(duì)實(shí)例的說(shuō)明，可使本發(fā)明被更充分地理解，并且使本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)更清楚，附圖中圖1A和1B顯示，正如我們將要回顧的，從前面及沿穿過(guò)浸入式水口側(cè)孔的軸向垂直中性面且平行于結(jié)晶器長(zhǎng)壁的正視圖可以看出結(jié)晶器中液態(tài)金屬對(duì)流流動(dòng)軌跡的一般形式，1A和1B分別是“單流”和“雙流”模式下的情形。
圖2是一張建立在編輯實(shí)際數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的統(tǒng)計(jì)圖，而且通過(guò)此圖可以確定諸如鑄造參數(shù)，即X軸上繪制的鑄造速率和Y軸上繪制的鑄坯寬度，自然穩(wěn)定“單流”操作區(qū)—用S標(biāo)注的區(qū)域和自然穩(wěn)定“雙流”操作區(qū)—用D標(biāo)注的區(qū)域。三角符號(hào)代表“單流”的情況，而菱形代表“雙流”的情況。為了清楚起見(jiàn)，圖中未畫(huà)出從S模式到D模式或者從D模式到S模式隨機(jī)切換所對(duì)應(yīng)的自然非穩(wěn)定情況。
圖3是一張裝有按照本發(fā)明裝置的連鑄板坯結(jié)晶器的總示意圖；圖4與圖3近似，但是較為詳細(xì)地說(shuō)明了可以使用的移動(dòng)磁場(chǎng)線性感應(yīng)器技術(shù)；圖5是一張簡(jiǎn)化的圖，示出從結(jié)晶器上面看的本發(fā)明使用的移動(dòng)磁場(chǎng)感應(yīng)器的作用模式；圖6示出通過(guò)計(jì)算模型模擬獲得的從上至下依次顯示的A、B、C三對(duì)圖，每對(duì)圖說(shuō)明了按照本發(fā)明應(yīng)用大小不同的移動(dòng)磁場(chǎng)強(qiáng)度板坯結(jié)晶器內(nèi)金屬對(duì)流流動(dòng)的特征。
具體實(shí)施例方式
這些圖中，相同的元件以同樣的標(biāo)號(hào)表示。
圖1A和圖1B已用來(lái)舉例說(shuō)明了本說(shuō)明書(shū)前面部分中給出的“單流”和“雙流”概念在本發(fā)明上下文中的含義。
在我們現(xiàn)在談及的圖2中的區(qū)域S和D，即對(duì)應(yīng)穩(wěn)定自然循環(huán)的兩種類型—“單流”和“雙流”區(qū)被一條與垂直線稍有傾角的雙虛線P分開(kāi)。這條分界線P方便地解釋了無(wú)論鑄帶寬度如何，對(duì)于獲得高鑄造速率，即大于我們所說(shuō)的1.4m/min，大部分落在區(qū)域D的循環(huán)“雙流”自然模式，而低于1.2m/min，循環(huán)幾乎有規(guī)律地分布在“單流”S區(qū)。在兩區(qū)之間，鑄造產(chǎn)品寬度的微小變化，這種情況下變化1/10就足以從一種模式變到另一種模式。同樣地，對(duì)于常規(guī)鑄造寬度的鑄坯，我們說(shuō)從1200mm到2100mm，在通常鑄帶的拉速為1.2到1.4m/min范圍內(nèi)，拉速的微小變化很容易發(fā)生從“雙流”切換到“單流”的可能。任何情況下，在拉速為1.3m/min時(shí)，產(chǎn)品寬度的轉(zhuǎn)折點(diǎn)為1500mm。小于該寬度時(shí)保持“雙流”模式，而大于該寬度時(shí)，“雙流”迅速切換到“單流”模式。一般形狀的雙曲虛線R代表每分鐘連續(xù)出金屬4.6米噸的鑄造過(guò)程(在接受鑄造過(guò)程中月牙面高度在固定值周圍小幅振蕩的條件下，鑄坯斷面和鑄造速度兩者共同作用的產(chǎn)品)。
需要注意的是當(dāng)浸沒(méi)式水口浸入深度增加或者通氬氣的情況下避免發(fā)生水口堵塞危險(xiǎn)(例如鋁脫氧低碳或超低碳鋼裝爐)而降低氬氣流動(dòng)速率時(shí)，分界線P向左偏移，加寬了“雙流”區(qū)。
總之，下面我們將會(huì)理解本發(fā)明的實(shí)施實(shí)際上在于將P線左移，直至其全部移出圖面而最終消失。
基于此目的，實(shí)施本發(fā)明的裝置首先在圖3中舉例說(shuō)明。這張圖說(shuō)明了用于鑄造鋼坯9的結(jié)晶器18，本質(zhì)上由兩對(duì)由銅或者銅合金制成的平板構(gòu)成，平板由循環(huán)冷卻水強(qiáng)制冷卻，其中一對(duì)長(zhǎng)的平板相對(duì)而置，平板之間的距離決定了板坯的寬度—這一對(duì)平板是結(jié)晶器的長(zhǎng)壁，一對(duì)短板安裝成恰好密封在長(zhǎng)壁的尾部，以保證限定鑄造空間的結(jié)晶器內(nèi)周邊連續(xù)。用于封住鑄造空間的側(cè)面的平板是結(jié)晶器的短壁。通常，短壁安裝成可平移及改變它們?cè)陂L(zhǎng)壁之間的位置更靠近或遠(yuǎn)離芯部，這是調(diào)整鑄坯寬度的一種手段。
通過(guò)中心在鑄造軸線A上的浸入式水口3將液態(tài)金屬注入結(jié)晶器，水口上端以密封的方式與進(jìn)入中間包底部的通道相連(圖中未示)。按照我們從圖1A和1B中所看到的情形，水口的自由底端直接裝備了徑向相對(duì)的側(cè)出口孔，并沉浸在結(jié)晶器中調(diào)整好的深度(低于銅板上沿大約40厘米左右)，設(shè)置一個(gè)方向角，使每個(gè)側(cè)出口孔朝向結(jié)晶器短壁5。
實(shí)施本發(fā)明的裝置由圖3的工作狀態(tài)清晰可見(jiàn)。這些裝置包括一個(gè)連接多相、最好是三相電源11的電磁裝置10。
電源11以半導(dǎo)體閘流管為基礎(chǔ)，可通過(guò)調(diào)節(jié)前面板上的旋鈕12改變電流頻率。另一個(gè)旋鈕13允許調(diào)整電流強(qiáng)度。
該電磁裝置由四個(gè)，優(yōu)選地是相同的，異步電機(jī)平定子型線性感應(yīng)器組成。根據(jù)下面所述，讀者可以參考圖3、4和5，以便更全面理解為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所使用的裝置。這些感應(yīng)器成對(duì)組成—結(jié)晶器的每個(gè)長(zhǎng)壁對(duì)應(yīng)一對(duì)感應(yīng)器14、14’(和15、15’)。同一對(duì)的兩個(gè)感應(yīng)器，例如14、14’，安裝在結(jié)晶器同一長(zhǎng)壁上，但是在水口3的任一邊，優(yōu)選地安裝在彼此對(duì)稱的位置。這兩個(gè)感應(yīng)器14、14’可以彼此獨(dú)立地用機(jī)械或電動(dòng)控制。但是，它們被連接到電源11上，該電源以協(xié)調(diào)的方式控制它們的磁操作，使每個(gè)感應(yīng)器產(chǎn)生一個(gè)朝結(jié)晶器外部水平移動(dòng)的磁場(chǎng)，即方向從水口3至短端壁5。任何時(shí)候，在與水口等距離處，沿著感應(yīng)器都不應(yīng)該出現(xiàn)磁場(chǎng)的最大值。無(wú)論電繞組是“突出磁極”而因此繞制，還是“分布式磁極”，只有對(duì)每個(gè)感應(yīng)器的組成的電繞組本身是多相且在這點(diǎn)上與電源11兼容的才是重要的，以便每個(gè)感應(yīng)器都能按照合適的相順序連接到該電源接線端，以保證磁場(chǎng)在理想的“外部”方向上移動(dòng)。
如必要的話，將提醒一下，如果磁場(chǎng)移動(dòng)平行于應(yīng)用感應(yīng)器的結(jié)晶器銅板，該感應(yīng)器產(chǎn)生的磁場(chǎng)本身處處都垂直于結(jié)晶器銅板平面。在所有情況下，我們知道只有垂直于銅板的元件，才是產(chǎn)生沿磁場(chǎng)移動(dòng)方向驅(qū)動(dòng)金屬的力的有用能量的致動(dòng)元件。因此，使感應(yīng)器產(chǎn)生的磁力線與結(jié)晶器銅板平面成直角，并且這些磁力線如此盡可能地在澆注的金屬中擴(kuò)展，可有利地使操作的能量效率最大化。
這就是通常添加第二對(duì)感應(yīng)器(例如感應(yīng)器15、15’)使其面對(duì)結(jié)晶器的另一長(zhǎng)壁的原因。電源11隨后提供給這些附加感應(yīng)器與對(duì)面的感應(yīng)器14、14’反向的電，使在結(jié)晶器兩個(gè)相對(duì)的板上彼此面對(duì)的兩個(gè)感應(yīng)器14和15或14，和15，產(chǎn)生的磁場(chǎng)，處于同一方向，疊加在一起，使形成于如此形式縫隙的空間任何位置，形成一個(gè)穿過(guò)鑄坯的磁場(chǎng)，而其比縱向磁場(chǎng)的優(yōu)點(diǎn)在于在坯料芯部的磁場(chǎng)強(qiáng)度幾乎不低于感應(yīng)器附近的強(qiáng)度。
不管怎樣，圖5中的圖表清楚地顯示了依照本發(fā)明當(dāng)移動(dòng)磁場(chǎng)用來(lái)建立一個(gè)“雙流”模式、或者已經(jīng)自然存在“雙流”模式而去穩(wěn)定它，對(duì)于所有作用在相同半鑄造區(qū)(左邊的或者右邊的)的感應(yīng)器來(lái)說(shuō)，磁場(chǎng)移動(dòng)方向相同，并且在每個(gè)半鑄造區(qū)，磁場(chǎng)的移動(dòng)方向都朝向結(jié)晶器外側(cè)，也就是說(shuō)從水口3向短端壁5移動(dòng)。
圖4是感應(yīng)器技術(shù)實(shí)施例稍詳細(xì)的圖。如圖所示，感應(yīng)器裝在結(jié)晶器的上冷卻水箱16(細(xì)線繪制的部分)，使其受益于冷卻作用，但也是為了能夠使極的工作面17盡可能靠近澆注金屬。從圖中還可以看出每個(gè)感應(yīng)器有明顯的肋19、19’、20用于必要的緊固和相互對(duì)齊，和通過(guò)嚙合在鑄機(jī)托架內(nèi)的支撐槽來(lái)調(diào)整它們高度方向的位置(未示出)。需要注意的是工作面17傾斜設(shè)置，是為減少在操作過(guò)程中暴露，但也是為了在較低的高度范圍內(nèi)聚集較多的磁力線。
使用這樣一臺(tái)電磁裝置，允許按照本發(fā)明和圖6所示對(duì)結(jié)晶器中金屬對(duì)流流動(dòng)進(jìn)行控制，參考圖6，該圖清楚地解釋了該控制的優(yōu)點(diǎn)。
每個(gè)圖A、B、或C的左側(cè)窗口顯示了金屬對(duì)流流線的軌跡，在右側(cè)板坯結(jié)晶器半鑄造區(qū)圖中任意選擇，沿著橫坐標(biāo)L，在鑄造軸線A和短端壁5之間，并沿整個(gè)結(jié)晶器高度h展開(kāi)，從月牙面4(縱坐標(biāo)0)向下至70cm深度。右側(cè)相關(guān)圖給出按照縱坐標(biāo)，月牙面4處沿著中心測(cè)量線相應(yīng)的金屬的速度值為“s”，該測(cè)量線將橫坐標(biāo)X軸上結(jié)晶器短端壁與對(duì)面的水口側(cè)孔2相聯(lián)。該速度由代數(shù)計(jì)算得出，當(dāng)流動(dòng)方向從水口到短端壁時(shí)為正號(hào)，反方向?yàn)樨?fù)號(hào)。
所有其他事情都是相同的，每一對(duì)都代表不同的作用磁場(chǎng)強(qiáng)度值。A組相當(dāng)于0磁場(chǎng)(i＝0A)，因此它說(shuō)明了本發(fā)明實(shí)施前的情況。B組相當(dāng)于適中的磁場(chǎng)強(qiáng)度值，對(duì)應(yīng)實(shí)際密度i為250A的感應(yīng)線圈的激磁電流。C組說(shuō)明了應(yīng)用電流密度i為450A產(chǎn)生的磁場(chǎng)時(shí)的情況。
從圖1A中可以看出，自然狀態(tài)，即所論的例子，此時(shí)的流場(chǎng)屬“單流”類型。從側(cè)孔2射出的射流沿著圖中粗線描繪的主軌跡1流動(dòng)，大約如圖1所示。這里將不再重述。然而，緊靠水口附近逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的小環(huán)流21值得注意。這一局部現(xiàn)象起因于金屬射流離開(kāi)側(cè)孔2后主流1容易向月牙面上升的事實(shí)，但是這種上升當(dāng)然既不是接近垂直，也不是完全垂直的，因此，它不可避免地造成水口背面液壓“死”區(qū)的逆時(shí)針局部再循環(huán)。這一現(xiàn)象也可以在相關(guān)的月牙面處速度圖中清楚地看到，圖中在M點(diǎn)發(fā)生速度逆轉(zhuǎn)，此處位于從鑄造軸線開(kāi)始的橫坐標(biāo)0.5m處，相當(dāng)于小環(huán)流21的尾端。逆轉(zhuǎn)點(diǎn)M的左面，金屬沿“結(jié)晶器短壁到水口”的方向流向月牙面，另外一方面，金屬?gòu)乃诹飨蚪Y(jié)晶器短壁直接到達(dá)M點(diǎn)，而且平均密度更高。另兩張圖中的速度曲線也再現(xiàn)了這一特征，可以作為對(duì)照。
當(dāng)相對(duì)本裝置可提供的500amp電流，用激磁電流僅為250amprms致動(dòng)感應(yīng)器時(shí)，圖B示出了與前面提到的情形相比較沒(méi)有發(fā)生任何顯著變化。然而，需要注意的是在速度圖中，正向速度峰值(月牙面區(qū)處到逆轉(zhuǎn)點(diǎn)M的右邊)稍微彎曲，因此，M點(diǎn)略微向結(jié)晶器短壁5移動(dòng)，此現(xiàn)象可用有利于建立理想的“雙流”循環(huán)模式的激磁器來(lái)表達(dá)。
如圖C所示，感應(yīng)器激磁電流密度為450amp時(shí)，已經(jīng)完全獲得了“雙流”的模式。實(shí)際上，此時(shí)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)全部消失，整個(gè)月牙面長(zhǎng)度上僅留下一條負(fù)值曲線。左邊的視圖證明了這一現(xiàn)象，除了上升的主流線1被轉(zhuǎn)化成一條連續(xù)的下降的流線8外，上面的反環(huán)流線7還帶走一部分新鮮的澆鑄金屬流，它們沿著結(jié)晶器短壁上升，從后面直到水口3，可以將其近似比作“雙流”圖形，如圖1B所示。
本例中，可以看出如何通過(guò)實(shí)施本發(fā)明可以非常簡(jiǎn)單地在澆鑄到結(jié)晶器中處于自然“單流”流場(chǎng)模式的金屬的基礎(chǔ)上建立“雙流”流場(chǎng)模式。
如果自然狀態(tài)已經(jīng)是非穩(wěn)態(tài)，本方法同樣適用。
如果原始狀態(tài)已經(jīng)處于“雙流”模式，本發(fā)明將穩(wěn)定之。在這種情況下，不用擔(dān)心本發(fā)明會(huì)導(dǎo)致月牙面處的金屬過(guò)于強(qiáng)勁的對(duì)流流動(dòng)，我們知道這種流動(dòng)不利于獲得理想質(zhì)量的鑄坯。原因是移動(dòng)磁場(chǎng)多相水平感應(yīng)器的特殊操作原則在于異步電機(jī)移動(dòng)磁場(chǎng)和液態(tài)金屬流之間存在速度差，前者作用在金屬流上，夾帶金屬在這種運(yùn)動(dòng)中，這可精確確定卷帶金屬的力。只要場(chǎng)移動(dòng)速度大于金屬對(duì)流速度，磁場(chǎng)就對(duì)金屬產(chǎn)生卷帶作用。然而，這種卷帶作用越弱，金屬循環(huán)速度就越接近磁場(chǎng)移動(dòng)速度，在這兩個(gè)速度相等或變?yōu)橄嗟鹊臈l件下卷帶效應(yīng)原則上為零。
簡(jiǎn)而言之，如果結(jié)晶器中熔化金屬循環(huán)的自然模式已經(jīng)是“雙流”模式，本發(fā)明的實(shí)施將有穩(wěn)定、調(diào)節(jié)或者如果需要的話甚至有和緩該模式的優(yōu)點(diǎn)。為了做到這一點(diǎn)，所有需要做的事情就是調(diào)整激磁電流的頻率。對(duì)于一個(gè)給定感應(yīng)器的磁極間距，它產(chǎn)生的移動(dòng)磁場(chǎng)的移動(dòng)速度如我們所知實(shí)際上正比于磁場(chǎng)的脈沖頻率，所以也正比于產(chǎn)生前述磁場(chǎng)的、流過(guò)感應(yīng)器線圈的電流。因而，如果需要的話，本發(fā)明可以通過(guò)選擇激磁電流的頻率使磁場(chǎng)移動(dòng)速度低于月牙面處金屬流動(dòng)速度從而自動(dòng)使月牙面上過(guò)強(qiáng)的再循環(huán)流動(dòng)平穩(wěn)。
另一種方法，通過(guò)選擇激磁電流的強(qiáng)度來(lái)調(diào)整磁場(chǎng)強(qiáng)度；通過(guò)電流頻率調(diào)整移動(dòng)速度；通過(guò)一種感應(yīng)器線圈與電源相位的特定連接來(lái)調(diào)整磁場(chǎng)移動(dòng)方向。這無(wú)異于一個(gè)技術(shù)熟練工，在他的鑄機(jī)上，使用已經(jīng)知道并且熟悉了很長(zhǎng)時(shí)間的MHD裝置。再次說(shuō)明，這一點(diǎn)再次表達(dá)了一種本發(fā)明具有可以為操作者使用，使其達(dá)到工業(yè)應(yīng)用規(guī)模的簡(jiǎn)單性及完備性。
說(shuō)到這，根據(jù)本發(fā)明的上下文，只有在對(duì)流流動(dòng)不再是自然“雙流”類型的條件下才施加磁場(chǎng)，這點(diǎn)非常容易理解。在這點(diǎn)上，圖2的圖解幫助，使操作者馬上容易了解是否已經(jīng)處于“單流”或“雙流”流場(chǎng)。
同樣地，如果結(jié)構(gòu)圖已經(jīng)處于自然穩(wěn)定的“雙流”模式，操作者可以很好地選擇使用本發(fā)明介紹的一種具體的實(shí)施方法，不再移動(dòng)磁場(chǎng)促進(jìn)“雙流”制，但是另外移動(dòng)磁場(chǎng)本身在結(jié)晶器每個(gè)板上以同一方向運(yùn)動(dòng)，而在結(jié)晶器兩個(gè)相對(duì)板上則反方向運(yùn)動(dòng)。這樣，將成為一個(gè)被稱為縱向移動(dòng)磁場(chǎng)的系統(tǒng)，不再是橫向磁場(chǎng)，其對(duì)金屬的總的作用是引起金屬沿鑄造軸線的總的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。為了做到這一點(diǎn)，電磁裝置需要保持完全相同。所有需要做的是在多相電源11的端子處，依次簡(jiǎn)單地調(diào)整每個(gè)感應(yīng)器14、14’、15和15’感應(yīng)線圈的連接順序。雖然如此，如果需要的話，這種實(shí)施方法也允許自動(dòng)平穩(wěn)月牙面上過(guò)于強(qiáng)勁的再循環(huán)，方法是通過(guò)重新選擇激磁電流頻率使磁場(chǎng)移動(dòng)速度低于月牙面上金屬流動(dòng)的速度。
不言而喻，本發(fā)明不限于本說(shuō)明書(shū)中解釋的實(shí)例，而可延伸至許多變型或等同物，只要在所附的權(quán)利要求書(shū)給出的限定范圍內(nèi)。
例如，移動(dòng)磁場(chǎng)不再作用于一個(gè)或多個(gè)結(jié)晶器的長(zhǎng)壁而是作用于結(jié)晶器短壁可以促進(jìn)“雙流”模式。用于產(chǎn)生每個(gè)作用磁場(chǎng)的感應(yīng)器可以與以往的相同。然而，必須在結(jié)晶器短壁的一定高度放置感應(yīng)器，該高度大體上與將月牙面與面對(duì)著開(kāi)放水口端的結(jié)晶器短壁上的水平投影中分離出來(lái)的位置相應(yīng)，而且方向不同以便產(chǎn)生垂直的移動(dòng)磁場(chǎng)。另外，線圈必須和電源相位連接成保證磁場(chǎng)向上。
權(quán)利要求
1.一種用于在金屬板坯或其他類似扁平產(chǎn)品生產(chǎn)，特別適用于鋼坯生產(chǎn)中控制注入連鑄結(jié)晶器中液態(tài)金屬流動(dòng)形狀的方法，浸入式水口設(shè)有側(cè)孔面對(duì)結(jié)晶器短壁，可以使所述的流動(dòng)形狀成為自然的“單流”或“雙流”模式或者其他“非穩(wěn)定”狀態(tài)，其特征在于使用移動(dòng)磁場(chǎng)作用于經(jīng)過(guò)浸入式水口(3)的側(cè)孔(2)進(jìn)入到結(jié)晶器(18)的液態(tài)金屬流，所述磁場(chǎng)由線性電磁感應(yīng)器(14、14’、15、15’)產(chǎn)生，感應(yīng)器設(shè)成面對(duì)水口任一側(cè)的至少結(jié)晶器的一個(gè)壁，從而建立“雙流”流場(chǎng)或者使其穩(wěn)定。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過(guò)使感應(yīng)器(14、14’、15、15’)放置成面對(duì)水口任一側(cè)的至少結(jié)晶器的一個(gè)長(zhǎng)壁，使用水平向外移動(dòng)的磁場(chǎng)，方向從水口(3)指向結(jié)晶器每個(gè)短壁(5)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于產(chǎn)生的移動(dòng)磁場(chǎng)貫穿整個(gè)鑄造過(guò)程。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于僅在注入結(jié)晶器的金屬流動(dòng)處于非自然“雙流”流場(chǎng)的條件下使用所述的移動(dòng)磁場(chǎng)。
5.按照權(quán)利要求2和4所述的方法，其特征在于如果流動(dòng)方式已經(jīng)處于自然“雙流”模式，則在已經(jīng)安裝所述感應(yīng)器后，通過(guò)使所述的感應(yīng)器(14、14’、15、15’)放置成面對(duì)水口任一側(cè)的至少結(jié)晶器的一個(gè)長(zhǎng)壁制造水平移動(dòng)磁場(chǎng)，使得每個(gè)感應(yīng)器產(chǎn)生的磁場(chǎng)全部朝一個(gè)方向移動(dòng)，以便使結(jié)晶器中液態(tài)金屬全部繞著鑄造軸線旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。
6.一種實(shí)施按照權(quán)利要求2中所述的方法的裝置，包括一個(gè)電磁裝置(10)，由至少一對(duì)線性移動(dòng)磁場(chǎng)感應(yīng)器構(gòu)成，感應(yīng)器放置成至少面對(duì)結(jié)晶器的一個(gè)長(zhǎng)壁，并且定向成使得產(chǎn)生一個(gè)水平移動(dòng)的磁場(chǎng)，還包括一個(gè)可控多相電源(11)，其特征在于所述電源與所述電磁裝置(10)的每一對(duì)線性感應(yīng)器(14、14’、15、15’)相連，以便每個(gè)感應(yīng)器產(chǎn)生一個(gè)只是向外的移動(dòng)磁場(chǎng)，其方向從浸入式水口(3)指向結(jié)晶器的短壁(5)。
全文摘要
本發(fā)明涉及連鑄結(jié)晶器，結(jié)晶器上裝備浸入式水口(3)，水口的側(cè)孔(2)與結(jié)晶器短壁(5)相對(duì)，熔化金屬的流動(dòng)方式可以是自然的單流或雙流模式。本發(fā)明的特點(diǎn)在于它在水口處應(yīng)用了移動(dòng)磁場(chǎng)，使其作用于通過(guò)水口側(cè)孔到達(dá)結(jié)晶器的液態(tài)金屬。所述磁場(chǎng)由多相線性電磁場(chǎng)線圈(14、14’、15、15’)產(chǎn)生，線圈設(shè)成與水口任一側(cè)的至少結(jié)晶器的一個(gè)壁相對(duì)，最好與一個(gè)長(zhǎng)壁相對(duì)，與兩個(gè)壁都相對(duì)則更有利，從而建立持久的雙流模式或穩(wěn)定之。
文檔編號(hào)B22D11/11GK1705530SQ200380101365
公開(kāi)日2005年12月7日 申請(qǐng)日期2003年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月14日
發(fā)明者西博·坎斯特雷什 申請(qǐng)人:羅泰萊克公司