CN100531962C - 电磁搅拌线圈 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以前不能实现的紧凑且高推力的电磁搅拌线圈，其通过电磁力对铸模内的钢水进行搅拌，轭铁横断面积相对于该电磁搅拌线圈的横截面中的内面积的占空系数(-)为0.5以上，而且轭铁宽度B为100mm～300mm。其中，所述电磁搅拌线圈的磁动势F除以轭铁宽度B的F/B值优选为800kAT/m以上。

Description

电磁搅拌线圈

技术领域

本发明涉及通过电磁力对铸模内的钢水进行搅拌的电磁搅拌线圈。

背景技术

在以前的连铸设备中，为使铸模内的钢水所包含的非金属夹杂物和吹入浸渍喷嘴内的Ar气泡不被铸坯捕集，而是浮在钢水的表面以便将其除去，从而得到质量优良的铸坯，一般使用通过电磁力对铸模内的钢水进行搅拌的方法，关于通过电磁力对铸模内的钢水进行搅拌的电磁搅拌线圈，此前提出了各种各样的方案。

例如，日本专利第3273105号的公报公开了一种流动控制装置，其通过设置下述的第2铁心以及第3铁心，使铁心的有效面积增加而增加饱和磁通密度，由此具有与以前装置同等程度的外形，同时可以向熔融金属施加强大的磁场。其中，第2铁心与第1铁心(轭铁)的背面相抵接，并且所述第1铁心具有用于卷绕线圈的槽口；第3铁心与第1铁心(轭铁)的上下面相抵接。

但是，日本专利第3273105号公报虽然公开了增加铁心(轭铁)的有效面积的方法，但对于轭铁横断面积相对于与铁心的有效面积相当的电磁搅拌线圈的横截面中的内面积的占空系数(—)、以及轭铁宽度B的具体的数值范围，并没有进行充分的研究，所以不能获得紧凑且高推力的电磁搅拌线圈。

发明内容

本发明的课题在于：解决上述现有技术的问题，提供一种以前不能实现的紧凑且高推力的电磁搅拌线圈。

本发明为解决上述的课题而进行了潜心的研究，结果通过特定轭铁横断面积相对于与铁心(轭铁)的有效面积相当的电磁搅拌线圈的横截面中的内面积的占空系数(—)、以及轭铁宽度B的优选的数值范围，提供一种紧凑且高推力的电磁搅拌线圈，其要点叙述如下：

(1)一种电磁搅拌线圈，其通过电磁力对铸模内的钢水进行搅拌，所述电磁搅拌线圈的特征在于：轭铁横断面积相对于所述电磁搅拌线圈的横截面中的内面积的占空系数(—)为0.5～0.9，而且轭铁宽度B为100mm～300mm。

(2)根据(1)所述的电磁搅拌线圈，其特征在于：所述电磁搅拌线圈的磁动势F除以轭铁宽度B的F/B值为800kAT/m以上。

附图说明

图1例示了本发明的电磁搅拌线圈的实施方案，(a)为平面图，(b)为侧视图。

图2是从侧面观察包含本发明的电磁搅拌线圈的铸模上部的详细图(剖视图)。

图3是本发明的电磁搅拌线圈部分的详细图。

图4是表示轭铁宽度B和上述的占空系数之间的关系的图。

图5是表示占空系数(—)和用于得到必要推力的磁动势之间的关系的图。

图6是表示轭铁宽度B和磁动势F/轭铁宽度B之间的关系的图。

图7是表示本发明的效果图。

具体实施方式

关于实施本发明的具体实施方式，使用图1～图7进行详细的说明。

图1、图2和图3例示了本发明的电磁搅拌线圈的实施方案。

在图1和图2中，1表示铸模，2表示电磁搅拌线圈，3表示浸渍喷嘴，4表示钢水，5表示连铸池(strand pool)，6表示轭铁。

图1(a)表示本发明的电磁搅拌线圈的平面图，(b)表示其侧视图。

在连铸机的铸模1中注入钢水4，使电流流过其铸模1的周围所配置的电磁搅拌线圈2，由此产生电磁力，从而将箭头(实线)方向的推力作用于钢水1上，连铸池5内的钢水4便受到搅拌。

另外，在连铸池5的中心，设置有浸渍喷嘴3，钢水从该浸渍喷嘴3注入铸模内。其结果，钢水4的流动形成如箭头(虚线)的流动。使这两者的流动互不干涉地形成，是铸造质量良好的铸坯所必要的。

图2是从侧面(横截面)观察包含本发明的电磁搅拌线圈的铸模部的详细图，图3是线圈部分的放大图(剖视图)。

在电磁搅拌线圈2的内部，设置有相当于铁心的轭铁6，向卷绕在该轭铁周围的线圈供电，便产生磁场。本发明的特征在于：轭铁6的横断面积(B×D)相对于电磁搅拌线圈2的横截面中的内面积(具体地说是由图3的线圈卷绕外形7所包围的面积)的占空系数(—)为0.5～0.9，而且轭铁宽度B为100mm～300mm。

首先，就轭铁宽度B的限定理由进行说明。

之所以设定图2所示的电磁搅拌线圈2的横截面中的轭铁宽度B为100mm以上，是因为当欲通过在凝固壳前面赋予钢水的流动，以改善铸坯表层部的清净性时，就需要100mm以上。

另外，之所以设定电磁搅拌线圈2的横截面中的轭铁宽度B为300mm以下，是因为这样可以避免喷嘴喷出流与搅拌流的干涉，可以在钢水表面附近形成稳定的回转流，是因为轭铁宽度B优选为小于图2所示的浸渍深度L，一般地说，浸渍深度L为300mm左右，所以其上限设定为300mm。如果轭铁宽度B更优选为250mm以下，则可以切实地避免喷嘴喷出流和搅拌流之间的干涉。

其次，在以下说明轭铁的占空系数(—)设定为0.5～0.9的理由。

电磁搅拌线圈2的横截面中的内面积，更具体地说是由图3的线圈卷绕外形7所包围的内面积，表示电磁搅拌线圈2的大小，该内面积越小，就越能成为紧凑的电磁搅拌线圈。

通过向电磁搅拌线圈2供电而可以形成的磁力的大小，可以用磁动势来规定。如果在轭铁6内不会达到磁饱和地形成因该磁动势而可以产生的磁场，它便成为高效率的。一旦达到磁饱和，即使再增大电磁搅拌线圈2的磁动势，也不能形成与磁动势的增加部分相当的磁场。

另一方面，磁动势的最大值是200kAT左右，如果超过该值，就会出现轭铁6的局部发热问题，从而需要在轭铁6采用内部水冷结构等方面下工夫。

本发明人在轭铁宽度为100～300mm的条件下，研究了轭铁6的横断面积(B×D)相对于电磁搅拌线圈2的横截面中的内面积的占空系数(—)与得到的推力之间的关系，结果可知通过使占空系数(—)为0.5～0.9，便大体上可以得到所希望的推力。

于是，在本发明中，将轭铁6的横断面积(B×D)相对于电磁搅拌线圈2的横截面中的内面积(具体地说是由图3的线圈卷绕外形7所包围的内面积)的占空系数(—)为0.5以上(参照图5)。

在本发明中，占空系数的上限虽然没有规定，但从容易制作的角度考虑，优选的范围是0.9以下。

另外，根据本发明，由于可以减少用于得到规定推力的磁动势，所以电源容量具有充裕，另外，当轭铁内的磁通密度充裕时，则根据需要也可以提高推力。

此外，在本发明中，虽然不管增加占空系数的方法，不过优选的是：使形成线圈的水冷铜管的外形例如缩小到4.0mm以下，以减少铜管的弯曲半径，由此使线圈的内侧形状接近轭铁的断面形状。

另外，电磁搅拌线圈的磁动势F除以轭铁宽度B的F/B值优选为800kAT/m以上。之所以设定磁动势F/轭铁宽度B为800kAT/m以上，是因为这样可以避免来自浸渍喷嘴的喷出流和搅拌流之间的干涉，同时可以得到为防止夹杂物附集在凝固壳上所必要的搅拌流速。

实施例

本发明的电磁搅拌线圈的实施例如图4～图6所示。

制作轭铁宽度和占空系数不同的几个线圈，研究了是否可以得到规定推力10,000Pa/m。在此，所谓推力就是指在距离铸模内壁面15mm的位置设置黄铜板，使用应变仪等测量在电磁搅拌线圈上通电的状态下作用于黄铜板上的力而得到的数值，单位是Pa/m。

再者，使用电磁搅拌线圈进行了实际的铸造。钢种为低碳Al镇静钢，把该钢水铸造成厚度250mm、宽度1800mm的钢坯。铸造速度为1m/min，在喷嘴内流动着3N1/min的Ar气。浸渍深度L设定为300mm。关于铸坯表层部的气泡和夹杂物的个数，从铸坯的上面、下面分别切取全宽×铸造方向长度200mm的试样，从表面每隔1mm研磨全宽度×长度200mm的表面内的气泡和夹杂物，研究了从表面到10mm的100微米以上的气泡和夹杂物个数的总和。

除此以外，为弄清楚因电磁搅拌线圈引起的搅拌流、与来自浸渍喷嘴的喷出流沿短边上升到铸模内钢水液面附近的流体是否发生干涉，研究了铸坯水平断面的凝固组织。

图4表示了轭铁宽度B和上述的占空系数之间的关系，在图4中以箭头表示本发明的范围。也就是说，在制作的电磁搅拌线圈之中，当占空系数为0.5以上、铁心厚度为100mm～300mm时，可以赋予规定推力的搅拌流。另外，如果是在该条件下，则即使研究铸坯的凝固组织，也可以确认在铸坯的整个宽度上，从铸坯表面向内部成长的树枝状晶体具有与流动的顶风方向一样的倾斜度而成长。

图5表示了占空系数(—)和用于得到规定推力的磁动势之间的关系。此外，在图5中有几个图示，表示了如下的研究结果，即制作占空系数不同的几个电磁搅拌线圈，在各自的条件下用于得到目标推力为10,000Pa/m的条件。由图5可知，通过使占空系数(—)为0.5～0.9，可以不达到磁饱和地施加所需要的推力。在此，占空系数(—)不足0.5时，磁动势迅速地增加，表示已经达到磁饱和。

使用图6所示的轭铁宽度B和磁动势F/轭铁宽度不同的几个电磁搅拌线圈，其磁动势F/轭铁宽度B和在铸坯上产生的缺陷之间的关系如图7所示。所谓图7的纵轴所表示的缺陷指数，是指在某些条件下求出从铸坯表面到10mm深处的气泡以及夹杂物个数的总和，且以不施加电磁搅拌时的个数为1进行指数化而得到的数值。在图7中已经确认：通过增加磁动势/轭铁宽度，其缺陷指数降低，但其中通过将其设定为800kAT/m以上，则缺陷指数可以明显降低。根据图7的结果，在图6中以箭头标示了本发明所优选的范围。

根据本发明，通过特定轭铁横断面积相对于与铁心(轭铁)的有效面积相当的电磁搅拌线圈的横截面中的内面积的占空系数(—)、以及轭铁宽度B的优选的数值范围，可以提供一种紧凑且高推力的电磁搅拌线圈，而且可以避免搅拌流和来自浸渍喷嘴的喷出流之间的干涉，可以产生出在钢水液面附近形成稳定的回转流等在产业上有用的明显的效果。

Claims (1)

1、一种电磁搅拌线圈，其通过电磁力对铸模内的钢水进行搅拌，并由被水冷的铜管形成线圈，所述电磁搅拌线圈的特征在于：轭铁横断面积相对于所述电磁搅拌线圈的横截面中的内面积的占空系数(—)为0.5～0.9，而且轭铁宽度B为100mm～300mm；所述电磁搅拌线圈的磁动势F除以轭铁宽度B的F/B值为800kAT/m以上。

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