一種控制連續鑄造結晶器內金屬液流動的電磁製動裝置的製作方法

2023-07-18 14:13:11

專利名稱：一種控制連續鑄造結晶器內金屬液流動的電磁製動裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於連鑄技術領域，特別涉及一種控制連續鑄造結晶器內金屬液流動的電磁 制動裝置。
背景技術：
在通常的金屬液連續鑄造過程中，金屬液通過水口進入到結晶器內，由水口流出的金屬 液具有一定的衝擊速度， 一方面造成結晶器內金屬液表面的擾動，易於將金屬液表面的渣液 帶入金屬液內部汙染鋼液，特別是在結晶器的窄面附近區域。另一方面造成對結晶器窄面的 衝擊，使得該處的金屬凝固殼減薄，同時也使得金屬液中的夾雜物、氣泡等異相物質浸入到 結晶器較深的位置，不易上浮，並被金屬凝固殼前沿所捕獲，影響金屬鑄坯的潔淨度，造成 缺陷。為了解決此類問題，通常是在結晶器施加由鐵芯、磁極和勵磁線圈組成的電磁製動器， 以在結晶器內形成靜磁場，使得流動的金屬液在通過該靜磁場時受到與金屬液流動方向相反 的電磁力，以此電磁力來抑制結晶器內金屬液的流動。
在現有技術中，靜磁場形式的電磁製動器主要有區域型電磁製動裝置、全幅一段電磁製
動裝置和全幅兩段電磁製動器(也稱為FC—Mold)。區域型電磁製動裝置的結構特點是，兩
對獨立的塊狀磁極，按著磁極相反的方.向，布置在結晶器浸入式水口兩側的水口出流區域。
在結晶器寬面一側的兩個磁極上分別繞有勵磁線圈，並通過磁芯將兩個磁極連接在一起。這
種電磁製動裝置，通過產生的區域型穩恆磁場，抑制浸入式水口出流的金屬液流動。但是，
由於作用區域有限，不能對整個結晶器的流動狀態進行有效的控制，制動效果低，易帶來溝
道等其他缺陷。全幅一段電磁製動裝置由一個閉合的環繞結晶器四周的磁芯和一對繞有勵磁
線圈的、覆蓋於結晶器整個寬度方向的條型磁極所組成，磁極布置於浸入式水口的下部，其
特點是磁芯和磁極的大小和重量都比較大。這種電磁製動裝置能夠對結晶器內整個寬度方向
的金屬液流動進行制動，有效地抑制水口出流金屬液的衝擊深度。但是其易造成金屬液向上
的回流，特別是在磁極位置與水口的距離、以及水口出流角度不匹配時，易引起結晶器內金
屬液表面的波動，加劇結晶器窄面區域的巻渣。目前全幅一段電磁製動裝置主要用於薄板坯
連續鑄鋼澆鑄，由於薄板坯連鑄拉速較高，結晶器窄面區域的金屬液表面波動加劇，影響制
動效果，易造成表面巻渣現象。而且，對於大板坯連續鑄鋼澆鑄，由於鑄坯寬度較大，電磁
制動器的磁芯、線圈和磁極相應增大，裝置的體積較大。全幅兩段電磁製動裝置由兩對覆蓋
於結晶器整個寬度方向的條型磁極所組成， 一條磁極位於浸入式水口的下部，另一條位於結
晶器金屬液表面區域，產生磁通量相反的穩恆磁場。在結晶器的寬面一側，上下兩條全幅磁
極相連，構成半封閉的磁芯迴路。這種電磁製動裝置，可同時減小結晶器內水口出流金屬液
的衝擊深度和金屬液表面的流動，具有較好的制動效果。該裝置主要用於大板坯連鑄，抑制
金屬液表面的鋼液流速和結晶器內下降流股的向下流速。由於施加了兩個磁場，由下部流動 被控制而引起的反向流動被押制，比全幅一段單條形電磁製動具有更有效合理的鋼液流動狀 態。但是，這種電磁製動裝置由於增加了一段磁極和線圈，裝置的體積和重量較大。
實用新型內容
針對以上現有的電磁製動裝置特點，特別是薄板坯連鑄用全幅一段電磁製動裝置，不能 夠有效抑制結晶器窄面附近區域的金屬液表面波動，易造成表面巻渣現象，以及大板坯連鑄 全幅兩段電磁製動裝置體積和重量較大的特點，本實用新型提供一種控制連續鑄造結晶器內 金屬液流動的電磁製動裝置。
基於水口出流金屬液流動的主要影響區域位於結晶器窄面附近的金屬液表面區域和水口 出流的結晶器窄面衝擊區域這一特點，本實用新型通過將磁極偏向於結晶器窄面區域布置， 以一對磁極同時覆蓋結晶器窄面附近的金屬液表面區域和水口出流的衝擊區域，且結晶器寬 面兩側相對的兩對磁極通過半環繞於結晶器窄面的磁芯連接在一起。採用的技術方案如下
本實用新型的電磁製動裝置由兩個半環繞於結晶器側壁的磁芯、勵磁線圈和磁極組成。 將磁極布置於偏向結晶器的窄面附近區域。在高度方向上，磁極頂端位於自結晶器鋼液表面 向上50mm起，至向下800mni的範圍內；在寬度方向上磁極位於自結晶器側壁向內60mm至 400mm的範圍內，使磁極在高度上同時覆蓋結晶器窄面附近的金屬液表面區域和水口出流的 沖擊點區域。通過對勵磁線圈施加電流，在兩對磁極之間產生靜磁場。通過這一對磁極間產 生的靜磁場，同時控制結晶器內金屬液在結晶器窄面附近金屬液的表面流動和水口出流衝擊 點區域的流動。
電磁製動裝置的勵磁線圈可以採用兩種布置方式 一種方式為兩組勵磁線圈分別布置於 磁芯的中心部位、位於結晶器的窄面一側。另一種方式為四組勵磁線圈分別布置於磁芯的磁 極區域，分別位於結晶器的寬面一側。
電磁製動裝置的磁芯與磁極之間可以採用兩種連接方式。 一種方式為間隙式活動連接。 該方式使得磁極能夠在結晶器的寬面方向進行水平移動，自由調整其與水口之間的距離，使 得結晶器在進行寬度調整時磁極依然能夠布置於結晶器的窄面附近。另一種方式為整體連接 方式，即磁芯與磁極為一個整體，該方式通過在結晶器寬面方向的整體水平移動，來調整其 與水口之間的距離，使得結晶器在進行寬度調整時磁極依然能夠布置於結晶器的窄面附近。
電磁製動裝置的勵磁線圈可採用水冷銅線圈或超導材料線圈，採用水冷銅線圈時，可產 生磁感應強度為0.1T 1.2T的靜磁場；採用超導材料線圈時，可產生磁感應強度為0.1T 5.0T 的靜磁場。
本實用新型的電磁製動裝置，通過一對磁極同時覆蓋結晶器窄面附近的金屬液表面區域 和水口出流的衝擊區域，克服了全幅一段電磁製動裝置不能夠有效抑制結晶器窄面區域的金 屬液表面波動、易造成表面巻渣的弊端，同時也減弱了水口浸入深度和水口出流角度改變時
對電磁製動效果的影響程度，能夠同時有效地抑制結晶器窄面的金屬液表面巻渣和水口出流 金屬液的衝擊深度，促進金屬凝固殼前沿夾雜物、氣泡等異相物質的上浮和去除。同時由於 採用兩個半環形的磁體結構，形式簡單、結構體積小，體積和重量比全幅一段和全幅兩段電 磁製動裝置大幅度減輕，可以節能降耗。

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圖1為本實用新型電磁製動裝置的結構示意圖，其中勵磁線圈分別布置於磁芯的中心部 位，位於結晶器的窄面一側；
圖2為本實用新型電磁製動裝置的勵磁線圈另一種方式布置的結構示意圖，即四組勵磁 線圈分別布置於磁芯的磁極區域，分別位於結晶器的寬面一側。其中磁極與磁芯連接方式為 整體式連接；
圖3為本實用新型電磁製動裝置的磁極與磁芯連接另一種方式示意圖，即磁極與磁芯連 接方式為間隙式活動連接；
圖4本實用新型電磁製動裝置的實施效果示意圖中l結晶器，2磁芯，3勵磁線圈，4磁極，5結晶器窄面附近金屬液，6水口。
具體實施方式
例1:
如圖1所示，本實用新型的電磁製動裝置由半環繞於結晶器1側壁的磁芯2、勵磁線圈3 和磁極4組成，磁極4布置於偏向結晶器1的窄面區域，磁極4在高度上同時覆蓋結晶器1 窄面附近的金屬液5表面區域和水口6出流的衝擊點區域，通過對勵磁線圈3施加電流，在 兩對磁極4之間產生靜磁場，此實施例的兩組勵磁線圈3分別布置於磁芯2的中心部位，位 於結晶器的窄面一側。
對於截面尺寸1400x230mm，水口浸入深度150mm，水口側孔傾角-15度的結晶器，將 該電磁製動器磁極安置於連鑄結晶器窄面附近。在高度方向上，磁極頂端位於自結晶器鋼液 表面向上50mm起，至向下300mm的範圍內；在寬度方向上磁極位於自結晶器側壁向內 150mm的範圍內。即磁極截面尺寸為150x300mm ，使磁極同時覆蓋結晶器窄面附近的金屬 液表面區域和水口出流的衝擊點區域。磁芯與磁極間為整體連接。當勵磁線圈採用水冷銅線 圈時，施加電流產生0.3T靜磁場後，對於拉坯速度為2.0m/min的連鑄條件，可顯著降低鋼 液表面區域的流速和水口出流衝擊區域的流速，如圖4所示。
例2:
按圖3所示電磁製動器的磁極、磁芯和勵磁線圈布置方案，磁極與磁芯連接的連接方式。 對於截面尺寸1400x230mm，水口浸入深度150mm,水口側孔傾角-15度的結晶器，將電磁 制動器磁極安置於連鑄結晶器窄面附近。在高度方向上，磁極頂端位於自結晶器鋼液表面向 上50mm起，至向下500mm的範圍內；在寬度方向上磁極位於自結晶器側壁向內180mm的
範圍內。即磁極截面尺寸為180x500mm ，使磁極同時覆蓋結晶器窄面附近的金屬液表面區 域和水口出流的衝擊點區域。當連鑄過程中結晶器窄面調整寬度，鑄坯的寬度由1400mm減 小到1100mm時，電磁製動器的磁極可向結晶器中心移動150mm，使得磁極依然控制結晶器 窄面附近的鋼液表面和水口出流衝擊點附近的鋼液流動。當勵磁線圈採用超導材料線圈時， 施加電流產生1.5T靜磁場後，對於拉坯速度為5.0m/min的連鑄條件，也能夠顯著降低鋼液
表面區域的流速和水口出流衝擊區域的流速。 例3:
裝置的結構同例l,不同之處在於對於截面尺寸1400x230mm，水口浸入深度150mm， 水口側孔傾角-15度的結晶器，將該電磁製動器磁極安置於連鑄結晶器窄面附近。在高度方向 上，磁極頂端位於自結晶器鋼液表面向上50mm起，至向下800mm的範圍內；在寬度方向上 磁極位於自結晶器側壁向內400mm的範圍內。即磁極截面尺寸為400x800mm ，使磁極同時 覆蓋結晶器窄面附近的金屬液表面區域和水口出流的衝擊點區域。磁芯與磁極間為整體連接。
權利要求1、一種控制連續鑄造結晶器內金屬液流動的電磁製動裝置，其特徵在於該裝置由半環繞於結晶器側壁的磁芯、勵磁線圈和磁極組成，將磁極布置於偏向結晶器的窄面區域，磁極在高度上同時覆蓋結晶器窄面附近的金屬液表面區域和水口出流的衝擊點區域，通過對勵磁線圈施加電流，在兩對磁極之間產生靜磁場，通過這一靜磁場同時控制結晶器內金屬液在結晶器窄面附近金屬液的表面流動和水口出流衝擊點區域的流動。
2、 如權利要求1所述的控制連續鑄造結晶器內金屬液流動的電磁製動裝置，其特徵在於 所述勵磁線圈的布置為兩組勵磁線圈分別布置於磁芯的中心部位、位於結晶器的窄面一側， 或為四組勵磁線圈分別布置於磁芯的磁極區域，分別位於結晶器的寬面一側。
3、 如權利要求l所述的控制連續鑄造結晶器內金屬液流動的電磁製動裝置，其特徵在於 所述磁芯與磁極的連接為間隙式活動連接，磁極在磁芯內移動，調節磁極位置，或為整體連 接，磁芯與磁極為一個整體。
4、 如權利要求1所述的控制連續鑄造結晶器內金屬液流動的電磁製動裝置，其特徵在於 所述勵磁線圈為水冷銅線圈，產生磁感應強度為0.1T-1.2T的靜磁場，或為超導材料線圈， 產生磁感應強度為0.1T 5.0T的靜磁場。
專利摘要一種控制連續鑄造結晶器內金屬液流動的電磁製動裝置，該裝置由半環繞於結晶器側壁的磁芯、勵磁線圈和磁極組成，將磁極布置於偏向結晶器的窄面區域，磁極在高度上同時覆蓋結晶器窄面附近的金屬液表面區域和水口出流的衝擊點區域，通過對勵磁線圈施加電流，在兩對磁極之間產生靜磁場，通過這一靜磁場同時控制結晶器內金屬液在結晶器窄面附近金屬液的表面流動和水口出流衝擊點區域的流動。本實用新型優點能夠同時有效地抑制結晶器窄面附近的金屬液表面卷渣和水口出流金屬液的衝擊深度，促進金屬凝固殼前沿夾雜物、氣泡等異相物質的上浮和去除，同時也減弱了水口浸入深度和水口出流角度改變時對電磁製動效果的影響程度，且形式簡單、結構體積小，體積和重量比全幅一段和全幅兩段電磁製動裝置大幅度減輕，節能降耗。
文檔編號B22D11/11GK201211558SQ200820012258
公開日2009年3月25日 申請日期2008年4月18日 優先權日2008年4月18日
發明者麗 康, 王恩剛, 赫冀成, 鄧安元, 陳芝會 申請人:東北大學