CN101039768A - 用于抑制出料过程中在中间包或钢包内出现漩涡的方法和设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种在熔融物的自由面低于临界液面的情形下，利用旋转磁场来抑制中间包或钢包中漩涡产生的方法，这里所述旋转磁场是由流出管之上的熔融物通过专门设计的RMF感应器激发的。

Description

用于抑制出料过程中在中间包或钢包内出现漩涡的方法和设备

本申请要求于2004年9月13日提交的美国临时专利申请No.60/609697的权益，这里引入其全文作为参照。

背景技术

本发明总体上涉及抑制中间包内的漩涡。

在从连铸机(“CCP”)的中间包或钢包中排出熔融物的过程中，熔融物的自由面的下降可以立即导致在熔融物之前更换中间包或钢包时出现漩涡。当熔融物的液面低于正常液面时通常会发生这种现象。例如，在把中间包倒空的过程中有可能产生这样的低液面。漂浮在熔融物表面上的熔渣被卷入到漩涡中，并进入到连铸机的结晶器内。因此，连续铸锭的某一部分上含有熔渣，必须将其切除，稍后再次熔化。去除熔渣和再熔化熔渣都导致生产成本增加，降低了生产量。

目前，绝大部分的金属和合金都采用CCPs进行浇铸。因此，抑制漩涡的问题是非常紧迫的。

解决这一问题的一种尝试是在出料口上方安装结构相当复杂的陶瓷箱体(例如，参见Sankaranarayanan等人的、发明名称为“FlowControl Device For The Suppression of Vortices”(用于抑制漩涡的流量控制设备)的美国专利No.5382003)。这种方法的缺点是明显的，包括需要清洗以及此外在长期操作中间包后熔融物对陶瓷制品的破坏。因此，注入到结晶器的熔融物将基本上变得不规则。

因此，需要提供一种抑制漩涡的改进方法。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种抑制漩涡的改进方法。

本发明提议的抑制漩涡的方法采用一种旋转磁场(“RMF”)。该方法并不涉及在中间包内布置任何陶瓷部件，因此没有如上所述的缺点。此外，RMF的参数易于改变，因此，在较为宽泛的限制中，能够容易地控制采用RMF抑制漩涡的过程。

通过在低温的中间包模型上执行RMF来实施抑制漩涡的实验结果验证了所提议的抑制漩涡的方法，其中，采用易熔的铟-镓-锡合金(InGaSn)作为熔融物，其熔化温度大约为10摄氏度。

根据本发明的实施方案，提供了利用旋转磁场来抑制当熔融物的自由面低于临界液面时在中间包或钢包中产生漩涡的方法，这里所述旋转磁场是由流出管之上的熔融物中的m相电流(即任何适宜数量的电流相位或m相电压)连续激起的，其中RMF的旋转方向与漩涡中熔融物的旋转方向相反。

附图说明

在考虑了下面结合附图的详细描述后，本发明的上述和其它优点将变得更加直观，全部附图中相同的附图标记表示同样的部件，其中：

图1示出了根据本发明的中间包的部分垂直截面图，这里所述中间包邻近带有RMF感应器的出料口；

图2示出了沿图1中线A-A剖开的三相RMF感应器的水平截面图，这里该RMF感应器带有6个显式磁极(explicit pole)；

图3示出了根据本发明的、带有4个显式磁极的二相感应器的极靴结构；

图4示出了根据本发明的、带有3个显式磁极的三相感应器的极靴结构；

图5示意性地示出了根据本发明的感应绕组中感应电流的振荡；

图6示出了在抑制漩涡的试验中采用的中间包的示意性图解；

图7示出了对图6所示中间包实施的实验结果。

具体实施方式

在中间包盖板1(图1)中形成有检查窗2，检查窗2上面可以安装用来记录熔融表面4位移的光学探针3。当出料口5附近出现旋转流时，m相电压被施加给感应器6(图2)。因此，在出料口5上方激起RMF，该RMF在熔融物中引起电流的旋转系统。这些电流与RMF的相互作用产生了电磁力(“EMBF”)，该电磁力根据感应器6的接通方式能够阻碍或加速出料口5上的漩涡的形成。

对于指定的中间包(或钢包)，如果EMBF场的指向与在熔融液面下降到临界值时出现的旋转流相反，那么就能够有效地抑制漩涡的形成。

这里所述类型的感应器(如感应器6)典型地产生电流的正弦波形，因而在出料口5上激起RMF。根据本发明的其它实施方案，当感应线圈与电源(未示出)连接时，可以产生超级波(superwave)而不是典型的正弦波形，并且该超级波施加在感应器6上。

图5示意性地示出了双调制正弦电流振荡(二级超级波)的形成。图5示出了例如被波120和130调制的低频载波110。小波120和130具有逐渐增高的频率(相对于主波110)。甚至具有更高频率的其它调制电平也可以调制主波110，但是为了清楚起见并未示出。图5所示的时域中描述了这种超级波。

根据低温模型获得的实验结果，在一些情形中，施加频率和/或幅值调制的RMF，或者随时间改变RMF的旋转方向、强度或频率更加有效。

图6显示出用于该实验的中间包的示意性图解。它示出了用于评估RMF对浇口杯成形过程产生影响的效率的液面特性，其中H_m是液态金属的初始高度，H₀是对应于在没有RMF的情况下浇口杯形成的熔融物高度，在RMF的作用下，浇口杯形成的临界液面高度H_mf的相对变化是ΔH＝(H₀-H_mf)/H₀。

实验结果如图7所示。图7中的符号+t表示在打开塞棒放出熔融物之后，接通发生器的延迟。(所有实验中熔融物的初始液面都是相同的，即H_m大约为70mm)。

在使用谐波RMF(例如图7左侧的第一组数据)的情况下，3相感应器(例如参见图1和图2)线圈中的电流按照下面的规则变化：

(1)I＝I₀sin(ω₀t+α)，

其中α是时间相移，ω₀是电流的圆频率(在所述实验中，ω₀＝20Hz)。延迟+t从0至2秒变化，I₀从8A至13A变化。显然，在没有延迟，电流最大的情况下能够观察到最大的影响。应注意的是在这种情况下，还观察到中间包中金属液面的最大紊乱。

在使用调制RMF的情况下，感应线圈中的电流按照下面的规则变化：

(2)I＝I₀[1+e·sin(kω₀t+α)]sin(ω₀t+α)，

其中k是载波频率和调制频率之间的倍数比例，e是调制深度。因此，图7中的符号例如K3_04_11A+2s表示由(2)表示的电流具有下述参数：k＝3，e＝0.4，I₀＝11A，+t＝+2秒。

实施所提议的方法的设备由显式磁极感应器6(图1和2)组成，所述感应器6具有的磁极数量应当是相数m的倍数(在使用2相电流时，感应器可带有4个(图3中的标记7)、8个等的磁极；在使用3相电流时，感应器可带有3个(图4中的标记8)、6个(图2中的标记9)等的磁极)。这些磁极可以设置在流出管10(图1)周围。

感应器6的磁路优选地由铁磁体衬背(ferromagnetic back)11构成，它带有显示磁极9，12(图2)和设置在磁极上的线圈13(图1)。如果施加大约为50-60Hz的工业用频率电流，那么磁路优选由薄片电工用钢制成或形式为薄钢板壳14(图2)，并且优选用颗粒为电绝缘的铁粉15(图1)将其充满。如果是施加大约为2-10Hz的低频电流，那么磁路优选由钢或铸铁铸成。

各种结构的极靴16(图1)，7(图3)，8(图4)优选由钢、铁或层压的电工用钢制成，它们被布置在中间包底部(图1)的内衬19中的壳17内部。优选在壳17和极靴之间留有缝隙，可以通过该缝隙吹入空气，将极靴冷却至各自的铁磁体居里点之下的温度。

优选使用凸缘20将感应器固定到中间包壳17上，所述凸缘优选由可与磁路的磁极刚性连接的非磁性钢制成。

能够使用各种类型的电路和由不同材料制成的设备实施根据本发明如上所述的泵送。

因此，应当理解的是，如上所述仅仅是本发明的原理的示例说明，本领域技术人员在不脱离本发明范围和实质的情况下能够实现各种改进，本发明仅由下面的权利要求来限定。

Claims (11)

1.利用旋转磁场(RMF)抑制在熔融物的自由面降低到临界水平之下时中间包或钢包中产生漩涡的方法，所述旋转磁场由流出管之上的熔融物中的m相电流连续激发，其中RMF的旋转方向与漩涡中熔融物的旋转方向相反。

2.如权利要求1所述的方法，其中利用一定的频率和开关时间比改变RMF的旋转方向。

3.如权利要求1所述的方法，其中RMF是调幅和/或调频的，调制频率超过载波频率。

4.如权利要求1所述的方法，其中以具有某一开关时间比按非连续方式激发RMF。

5.如权利要求1所述的方法，其中根据静止的熔融液面和形成漩涡的状况，在熔融物的自由面开始下降后以一定的延迟来激发RMF。

6.如权利要求1所述的方法，其中在熔融物排出的过程中RMF的强度发生改变。

7.如权利要求1所述的方法，其中在熔融物排出的过程中，激起RMF的电流频率发生改变。

8.实施权利要求1-7中任一项所述的方法的设备，该设备由显式磁极感应器构成，其中磁极的数量是电流相位数量的倍数，所述感应器包括磁路、绕组和极靴，它们安装在流出管周围的中间包或钢包底部之下，其中磁路衬背由铁磁材料制成，其形式为带有中心孔的扁平圆盘，所述流出管设置在该中心孔内，其中所述磁极呈梯形截面，带有垂直于衬背平面的绕组，其中所述极靴是用空气冷却的，其形式为中空锥形的部分，并且被布置在排出管周围的中间包或钢包的底部的衬里中。

9.如权利要求8所述的设备，其中感应器的极靴被制成具有锥形内表面的部分中空圆柱体的形状。

10.如权利要求8所述的设备，其中感应器的磁路由铁陶瓷制成。

11.如权利要求8所述的设备，其中感应器的磁路制成为薄壁壳的形式，所述壳内充满了由电绝缘颗粒构成的铁粉。

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