專利名稱：：一種電磁制動薄板坯漏斗形結(jié)晶器連鑄設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型屬于連續(xù)鑄造用的連鑄設(shè)備，特別涉及一種電磁制動薄板坯漏斗形結(jié)晶器連鑄設(shè)備。
背景技術(shù)：
：薄板坯連鑄是20世紀(jì)80年代末開發(fā)成功的生產(chǎn)熱軋板巻的一種全新的短流程工藝。由于其具有高拉速、短流程、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)，成為連鑄技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。結(jié)晶器是連鑄機(jī)的核心部分。和常規(guī)中厚板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器相比，薄板坯漏斗形結(jié)晶器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，寬厚比較大，寬側(cè)壁上部是漏斗形凸起，拉坯速度較大，可高達(dá)6m/min甚至以上。高拉速的熔融鋼液會沖擊結(jié)晶器的窄側(cè)壁，損壞連鑄設(shè)備，降低連鑄設(shè)備的使用壽命，嚴(yán)重的造成漏鋼事故；同時(shí)非金屬夾雜物被巻入鋼液中，造成鑄坯的內(nèi)部和外部缺陷。為降低結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動的湍流強(qiáng)度，減少鋼液對結(jié)晶器側(cè)壁(尤其是窄側(cè)壁)的沖擊，使鋼液平穩(wěn)下降和彎月面處鋼液波動減小、形成平靜而更熱的彎月面，電磁制動技術(shù)被應(yīng)用于連鑄。電磁制動的原理是向線圈中通入直流電流，產(chǎn)生靜磁場，當(dāng)熔融鋼液作切割磁力線運(yùn)動時(shí)，會在鋼液內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流與外加磁場相互作用對鋼液產(chǎn)生洛侖茲力，依據(jù)左手定則，洛侖茲力的方向與鋼液流動方向相反，從而產(chǎn)生制動效果。其公式如下F^=JxB，J二(j(E+VxB)。式中，F(xiàn)是洛侖茲力，J是感應(yīng)電流，B是磁感應(yīng)強(qiáng)度，V是鋼液流速，E是感生電動勢。從上面兩式中可以看出，流速越大，感應(yīng)電流越大，鋼液受到的洛侖茲力越大。截至目甜為止，電磁制動的發(fā)展經(jīng)過了區(qū)域型電磁制動、單條型電磁制動和流動控制結(jié)晶器三代技術(shù)革新，這些發(fā)展主要是針對中厚板坯、方坯電磁連鑄而言，而薄板坯連鑄的電磁制動技術(shù)的發(fā)展還很不成熟，SMS舒路曼一斯瑪公司發(fā)明了用于澆注薄板坯的連鑄設(shè)備(專利申請?zhí)?5109815.2)。通過比較，我們發(fā)現(xiàn)，SMS舒路曼一斯瑪公司的
發(fā)明內(nèi)容之一電磁制動裝置和用于寬厚板坯、方坯結(jié)晶器的電磁制動裝置有一個(gè)共同點(diǎn)正對著結(jié)晶器寬側(cè)壁的鐵磁芯形狀規(guī)則，表面為平面。對于中厚板坯、方坯而言，結(jié)晶器沿高度方向上的水平截面形狀是矩形或者正方形，各截面面積相等，并且拉坯速度不太大(小于4m/min)，該類電磁制動裝置可以起到顯著的制動效果；但是對于薄板坯連鑄來說，不但拉坯速度變大(4.5m/min以上)，而且漏斗形結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，它的兩個(gè)寬側(cè)壁上半段中間部分向外凸起，其余為平面，窄側(cè)壁是上底邊長、下底邊短的等腰梯形。窄側(cè)壁自上而下又有一定的錐度，若采用傳統(tǒng)的電磁制動裝置，則鐵磁芯內(nèi)表面與結(jié)晶器寬側(cè)壁的平均距離變大，磁感應(yīng)強(qiáng)度在結(jié)晶器內(nèi)變小且沿寬度方向呈較為均一的分布，而對于薄板坯連鑄來說，漏斗形結(jié)晶器內(nèi)浸入式水口下方、靠近窄側(cè)壁區(qū)域的鋼液流股有沖擊窄側(cè)壁的趨勢，且速度較大，需要較大的洛侖茲力對其進(jìn)行制動，也就是說此處需要較大的磁感應(yīng)強(qiáng)度，而結(jié)晶器內(nèi)其他區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度相對此區(qū)域可以小一些。采用現(xiàn)有傳統(tǒng)的電磁制動裝置，需要提供很大的電流強(qiáng)度以保證這個(gè)區(qū)域能產(chǎn)生足夠大的洛侖茲力對鋼液產(chǎn)生制動效果。換言之，對于薄板坯漏斗形結(jié)晶器連鑄采用傳統(tǒng)的制動器要耗費(fèi)很大的電能。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服上述存在的缺陷，針對漏斗形結(jié)晶器結(jié)構(gòu)的特殊性，改進(jìn)了一種新型電磁制動薄板坯漏斗形結(jié)晶器連鑄設(shè)備。該設(shè)備在節(jié)約電能、降低生產(chǎn)成本的前提下，針對薄板坯連鑄，能夠?qū)︿撘寒a(chǎn)生更有效的制動效果，改善鑄坯表面和內(nèi)部質(zhì)量并提高生產(chǎn)效率。最后該設(shè)備可順利地應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。本實(shí)用新型新型電磁制動薄板坯漏斗形結(jié)晶器連鑄設(shè)備，包括漏斗形結(jié)晶器、浸入式水口和電磁制動裝置。漏斗形結(jié)晶器由帶有水冷系統(tǒng)的寬側(cè)壁和窄側(cè)壁構(gòu)成，浸入式水口插入漏斗形結(jié)晶器中，電磁制動裝置包括磁軛和鐵磁芯，磁軛環(huán)繞漏斗形結(jié)晶器，磁軛在垂直結(jié)晶器寬面方向伸出兩個(gè)纏繞著線圈的鐵磁芯，漏斗形結(jié)晶器寬側(cè)壁的外表面的形狀與相對應(yīng)的內(nèi)表面形狀相同或者相近似，鐵磁芯表面形狀和漏斗形結(jié)晶器寬側(cè)壁形狀相互嵌合。1)結(jié)晶器采用薄板坯漏斗形結(jié)晶器，豎直放置。它的內(nèi)腔上部中間是漏斗形凸起，兩側(cè)及下部的形狀近似矩形。結(jié)晶器的寬側(cè)壁和窄側(cè)壁帶有水冷系統(tǒng)。本實(shí)用新型漏斗形結(jié)晶器的寬側(cè)壁和窄側(cè)壁的外表面設(shè)計(jì)成和相對應(yīng)的內(nèi)表面形狀相同，而非平直面。窄側(cè)壁的形狀是上底邊長、下底邊短的等腰梯形，兩腰與縱軸的夾角(即寬側(cè)壁與縱軸夾角)是a。2)電磁制動裝置的高度由水口的形狀和拉坯速度決定，一般為100mm300mm，它的上表面位置可以與浸入式水口出口平面平齊；也可以高于或者低于水口出口平面，兩者之間的高度差一般在300mm以內(nèi)。鐵磁芯的寬度和結(jié)晶器寬度相等。鐵磁芯連接磁軛，磁軛環(huán)繞結(jié)晶器設(shè)置。3)正對著漏斗形結(jié)晶器寬側(cè)壁的鐵磁芯的表面非規(guī)則鐵磁芯表面形狀和同一高度上的結(jié)晶器的寬側(cè)壁的外表面形狀互相嵌合；厚度方向上的側(cè)面形狀是直角梯形，兩腰夾角(即鐵磁芯表面與縱軸夾角)是e，a與e之差在3(T范圍內(nèi)。鐵磁芯厚度方向與漏斗形結(jié)晶器窄側(cè)壁方向相.同。相應(yīng)的，鐵磁芯內(nèi)表面與漏斗形結(jié)晶器寬側(cè)壁的外表面留有空氣隙，它的寬度一般為2mm5mm之間。對于薄板坯漏斗形結(jié)晶器來說，本實(shí)用新型與已有技術(shù)相比較，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和效果。和傳統(tǒng)電磁制動裝置不同的是，本實(shí)-用新型的內(nèi)容之一鐵磁芯和漏斗形結(jié)晶器寬側(cè)壁的平均距離要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)鐵磁芯和漏斗形結(jié)晶器寬側(cè)壁之間的距離，因此，相同電參數(shù)條件下，采用新型制動裝置的漏斗形結(jié)晶器內(nèi)磁場區(qū)域范圍下的平均磁感應(yīng)強(qiáng)度會更大。另一方面，由于鐵磁芯表面形狀和漏斗形結(jié)晶器寬側(cè)壁形狀互相嵌合，在水平方向上，鐵磁芯截面呈兩邊厚中間薄的趨勢，即中間為月牙形缺口的矩形形狀；在豎直方向上，鐵磁芯截面是直角梯形。相應(yīng)地，漏斗形結(jié)晶器內(nèi)各處的磁感應(yīng)強(qiáng)虔分布不均勾，在高度方向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度自上而下逐漸增強(qiáng)，在寬度方向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度從中間至兩邊逐漸增強(qiáng)。通過和流場的結(jié)果比較，可以看出，磁感應(yīng)強(qiáng)度最大的區(qū)域恰巧是熔融鋼液將要沖擊漏斗形結(jié)晶器窄側(cè)壁、并且鋼液流動速度較大處，需要較大的洛侖茲力制動鋼液。在水口下方靠近窄側(cè)壁的區(qū)域，較高的磁感應(yīng)強(qiáng)度在高速液流下產(chǎn)生較^:的洛侖茲力，鋼液流動方向變?yōu)橄蛳?，有效地避免了鋼液對窄?cè)壁的沖擊，.使鋼液平穩(wěn)下流；同時(shí)，洛侖茲力限制了鋼流向上流動速度；減少一湍流，降低彎月面，避免保護(hù)渣的巻入。值得一提的是，與傳統(tǒng)的電磁制動裝置相比較，本
實(shí)用新型內(nèi)容之一的制動裝置鐵磁芯平均厚度增大，可以保證在較小電參數(shù)條件下產(chǎn)生較大的磁感應(yīng)強(qiáng)度；對同一個(gè)流場進(jìn)行制動，新型電磁制動薄板坯漏斗形結(jié)晶器連鑄設(shè)備可以節(jié)約40%的電能。新型制動裝置鐵磁芯表面形狀和漏斗形結(jié)晶器寬側(cè)壁嵌合完好，對于薄板坯漏斗形結(jié)晶器來說，由于漏斗形結(jié)晶器寬側(cè)壁外表面形狀鐵磁芯表面形狀的特殊性，在相同電參數(shù)下，使得它的—制動效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)制動裝置。-圖1是電磁制動薄板坯漏斗形結(jié)晶器連鑄設(shè)備沿寬面中心的剖面圖；圖2是圖1的A—A向剖視圖；圖3是鐵磁芯芷對漏斗形結(jié)晶器寬面結(jié)構(gòu)示意簡圖l、2、3中，l浸入式水口，2彎月面，3分側(cè)流出口，4結(jié)晶器寬側(cè)壁與縱軸的夾角是a，'5空氣隙，6鐵磁芯，7磁軛，.8線圈，9鐵磁芯表面與縱軸夾角e，IO漏斗形結(jié)晶器，ll結(jié)晶器窄側(cè)壁，12結(jié)晶器寬側(cè)壁，13鐵磁芯表面平面部分，14鐵磁芯泰面曲面部分。具體實(shí)施方式如圖l所示，電磁制動薄板坯漏斗形結(jié)晶器連鑄設(shè)備沿寬面中心的剖面圖，薄板坯連鑄漏斗形結(jié)晶器10由帶有冷卻系統(tǒng)的結(jié)晶器寬側(cè)壁12和結(jié)晶器窄側(cè)壁11構(gòu)成。其中，結(jié)晶器寬側(cè)壁12與縱軸成一定角度a4。鋼液通過浸入式水口1的兩+分側(cè)流出口3流入漏斗形結(jié)晶器10內(nèi)。為抑制鋼液流動而設(shè)的電磁制動裝置包含有一個(gè)包圍著漏斗形結(jié)晶器的磁軛7，在磁軛7上正對著漏斗形結(jié)晶器寬側(cè)壁12方向上延伸出兩個(gè)纏繞線圈8的鐵磁芯6，鐵磁芯6表面與縱軸成一定角度e9。電磁制動裝置的上表面可以與浸入式水口l分側(cè)流出口3平齊也可以高于或:者低于分側(cè)流出口3，其與漏斗形結(jié)晶器寬側(cè)壁12中間的空氣隙5厚度一般在2mm5mm的范圍內(nèi)。圖2是圖1的A—A向剖視圖，從圖2可以看出，為了適應(yīng)漏斗形結(jié)晶器寬側(cè)壁12內(nèi)表面中間凸起、兩側(cè)及下部平面的特殊形狀，漏斗形結(jié)晶器寬側(cè)壁12的外表面和鐵磁芯6的表面形狀設(shè)計(jì)成和漏斗形結(jié)晶器寬側(cè)壁12內(nèi)表面相同或者相近似。圖3給出了正對著薄板坯寬側(cè)壁的鐵磁芯結(jié)構(gòu)簡圖，從圖中可以看出，鐵磁芯6表面由兩部分組成:曲面部分14和平面部分13。鐵磁芯6表面形狀和與之相對的漏斗形結(jié)晶器寬側(cè)壁12形狀互相嵌合。鐵磁芯3表面平面部分13與縱軸成一定的角度e9。在漏斗形結(jié)晶器厚度方向上，a與e角度之差的范圍在30°之內(nèi)。(當(dāng)a與e的角度相等時(shí)，漏斗形結(jié)晶器內(nèi)同一位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度最大)。該形狀的鐵磁芯6保證了漏斗形結(jié)晶器10內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度從上到下，從中間到兩側(cè)逐、漸增強(qiáng)的趨勢。在鋼液將要沖擊漏斗形結(jié)晶器窄側(cè)壁11的區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到最大。本實(shí)用新型對薄板坯漏斗形結(jié)晶器尤為適用。結(jié)構(gòu)變量可以按下表取值:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>空氣隙厚度(mm)23345'拉坯速度(m/min)4.5.55.566.5a與P之差(T50°l(T15。25"電磁制動器高度200100250160300應(yīng)用本實(shí)用新型裝置，具體舉例如下:使用備有所述圖1、2、3所示的電磁制動薄板坯漏斗形結(jié)晶器連鑄設(shè)備，以下述,件進(jìn)行連續(xù)鑄造，通過浸入式水口向漏斗形結(jié)晶ll內(nèi)通入熔融鋼液，同時(shí)，對鐵磁芯上的線圈施加直流電流。鑄造條件鑄造速度5m/min鑄坯寬度1100mm鑄坯厚度50mm水口浸入深度300mm所用電流安匝數(shù)lOOOOA-na與P之差0°該方案的效果在漏斗形結(jié)晶器內(nèi)，電磁制動裝置產(chǎn)生的磁力線與從浸入式水口流出的鋼液流動方向-垂直，形成了鋼液流動切割磁力線而產(chǎn)生較大的洛侖茲力，改變鋼液流動方向，減小其對窄側(cè)壁的沖擊。鋼液上表面的速度降低，在漏斗形結(jié)晶器出口處形成速度均一'的流動。與傳統(tǒng)電磁制動裝置相比，在達(dá)到相同的電磁制動效果情況下，可節(jié)約近40%的電能。權(quán)利要求1、一種電磁制動薄板坯漏斗形結(jié)晶器連鑄設(shè)備，包括漏斗形結(jié)晶器、浸入式水口和電磁制動裝置，漏斗形結(jié)晶器由帶有水冷系統(tǒng)的寬側(cè)壁和窄側(cè)壁構(gòu)成，浸入式水口插入漏斗形結(jié)晶器中，電磁制動裝置包括磁軛和鐵磁芯，磁軛環(huán)繞漏斗形結(jié)晶器，磁軛在垂直結(jié)晶器寬側(cè)壁方向伸出兩個(gè)纏繞著線圈的鐵磁芯，其特征是漏斗形結(jié)晶器寬側(cè)壁的外表面的形狀與相對應(yīng)的內(nèi)表面形狀相同或者相近似，鐵磁芯表面形狀和漏斗形結(jié)晶器寬側(cè)壁形狀相互嵌合。2、按照權(quán)利要求1所述的一種電磁制動薄板坯漏斗形結(jié)晶器連鑄設(shè)備，其特征在于所述的鐵磁芯表面與縱軸夾角e，所述的漏斗形結(jié)晶器寬側(cè)壁與縱軸夾角a，a與e之差在30度范圍內(nèi)。3、按照權(quán)利要求1所述的一種電磁制動薄板坯漏斗形結(jié)晶器連鑄設(shè)備，其特征在于所述的電磁制動裝置的高度在100mm300mm的范圍內(nèi)，電磁制動裝置的上表面與浸入式水口的出口兩者之間的高度差在300mm以內(nèi)。4、按照權(quán)利要求1所述的一種電磁制動薄板坯漏斗形結(jié)晶器連鑄設(shè)備，其特征在于漏斗形結(jié)晶器寬側(cè)壁與鐵磁芯之間留有2mm5mm寬的空氣隙。5、按照權(quán)利要求l、2或者4所述的一種電磁制動薄板坯漏斗形結(jié)晶器連鑄設(shè)備，其特征在于電磁制動裝置的鐵磁芯上安裝有直流通電線圈，匝數(shù)可調(diào)。專利摘要一種電磁制動薄板坯漏斗形結(jié)晶器連鑄設(shè)備，屬于連續(xù)鑄造用的連鑄設(shè)備，由漏斗形結(jié)晶器、浸入式水口和電磁制動裝置構(gòu)成。漏斗形結(jié)晶器由帶有水冷系統(tǒng)的寬側(cè)壁和窄側(cè)壁構(gòu)成，浸入式水口插入漏斗形結(jié)晶器中。電磁制動裝置包括磁軛和鐵磁芯，磁軛環(huán)繞漏斗形結(jié)晶器，磁軛在垂直結(jié)晶器寬面方向伸出兩個(gè)纏繞著線圈的鐵磁芯。漏斗形結(jié)晶器寬側(cè)壁的外表面的形狀與相對應(yīng)的內(nèi)表面形狀相同或者相近似，鐵磁芯表面形狀和漏斗形結(jié)晶器寬側(cè)壁形狀相互嵌合。本實(shí)用新型的漏斗形結(jié)晶器內(nèi)磁場區(qū)域范圍下的平均磁感應(yīng)強(qiáng)度會更大，在較小電參數(shù)條件下產(chǎn)生較大的磁感應(yīng)強(qiáng)度。和傳統(tǒng)的電磁制動相比較，對同一流場進(jìn)行電磁制動，新型的連鑄設(shè)備可以節(jié)約40％的電能。文檔編號B22D11/041GK201313158SQ20082001466公開日2009年9月23日申請日期2008年8月7日優(yōu)先權(quán)日2008年8月7日發(fā)明者李本文,田溪巖,赫冀成申請人:東北大學(xué)