CN101472695A - 用于控制结晶器中的钢水流动的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于通过向板坯连铸机中的钢水施加至少一个磁场来控制结晶器中的钢水流动的方法。这是通过以下方式实现：当弯月面上的钢水流速高于保护渣夹带临界流速时，施加静态磁场以给来自浸没喷嘴的排出流一稳定和制动力，从而将钢水熔池液面即弯月面上的钢水流速控制在预定的钢水流速，并且当弯月面上的钢水流速低于夹杂物附着临界流速时，通过施加移动磁场以增加钢水流动，从而将钢水熔池液面上的钢水流速控制在大于等于夹杂物附着临界流速到小于等于保护渣夹带临界流速的范围内。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用板坯连铸机来控制结晶器中的钢水流动的方法和装置，以及用于利用流动控制方法和装置生产板坯的方法。
背景技术
对于由板坯连铸机生产的铸件，所要求的一个质量因素是铸件表层中夹带的夹杂物的量要少。这些夹带在铸件表层中的夹杂物例如是：
(1)在使用铝等进行的脱氧步骤中产生并悬浮在钢水中的脱氧产物；
(2)吹到中间罐内的钢水中的氩气泡或者通过浸没喷嘴吹入的氩气泡；
(3)由喷洒在钢水熔池液面上的保护渣产生并进入钢水作为悬浮物质的夹杂物。
这些夹杂物的任何一种都会造成钢件的表面缺陷，因此减少任何种类的夹杂物都非常重要。作为用于减少上述夹杂物中的例如脱氧产物和氩气泡的方法中，存在用于防止夹带夹杂物的常用工艺，这些工艺类型通过驱使结晶器内的钢水沿水平方向运动，由此使钢水表面获得钢水速度以清洁凝固表面。通过施加磁场来使结晶器内的钢水沿水平方向旋转的实际执行过程如下，驱动沿结晶器的长侧方向水平运动的磁场，使得该磁场沿着相对的长侧表面彼此反方向运动，以诱发沿着所述凝固表面在水平方向上旋转的钢水流。在本文中，所述应用过程被称为不同的搅拌模式(见以下各种描述)，例如“EMDC”、“EMDC-模式”或者“EMDC-磁场应用模式”结合“EMLA”、“EMLA-模式”、“EMLA-模式磁场应用”和/或“EMRS”、“EMRS-模式”或者“EMRS-模式磁场应用”。
总体来说，EMDC(电磁直流)制动技术(其中搅拌器在结晶器的下部位置)是目前为止占支配地位的技术并因此也可能将频率降为零并调整结晶器中用于最高磁通密度的相位角。直流技术通常具有很多优点，例如稳定性并能自动调节等，也就是说，如果一侧的流速较高，制动力也会较高。与低频率例如1Hz或更低频率相比，结晶器下部的直流磁场能够对结晶器中的流体流动进行更加稳定的制动控制。
当在电磁水平加速模式(EMLA)下工作，并且搅拌器位于结晶器的下部位置时，钢向外流动的速度，即向窄边流动的速度增加从而确保了对低速铸造也能实现双重流态。对结晶器中的流动进行优化涉及建立稳定的二辊流态。通过对模式和正确的FC MEMS(流动控制结晶器电磁搅拌)(见下面的描述)参数进行选择，可以在不同的板坯几何参数和不同的铸造速度下实现所需的流态。这可以通过FC MEMS使用存储有不同操作条件下的相关参数的数据库进行控制，而不是使用分析F值来进行控制。这些参数通常由数字式三维建模程序包，即电磁(EM)工具产生，该程序包对结晶器中的磁场、流体流动和温度特性进行建模。当在EMLA模式下工作时，FCMEMS应当移动到其下部位置。对于低速铸造来说，FC MEMS能够使流体朝窄面的流动加速以确保结晶器中的正常流动。F值转化成钢水表面流速。然而，如EP-A-1486274中所述，F值和钢水流速具有一一对应关系，从而可以通过使用F值进行控制，不需要将F值转化为钢水表面流速。
对于每个结晶器，板坯结晶器搅拌器式的FC MEMS包括一组搅拌器。每组搅拌器包括四个线形部分搅拌器。结晶器每侧上的两个部分搅拌器一起装配到外部盒体中形成搅拌器单元，并且安装到宽侧的水套中的垫板后的现有的凹穴中。两个相对的部分搅拌器并联并连接到一个变频器上。一个结晶器总共需要两个变频器，并且所述搅拌器被设计和制造成用于在结晶器中连续工作。搅拌器将来自变频器的低频电流转换成低频磁场，所述磁场穿透铜板结晶器和股(Strand)的凝固壳体并在钢水诱发电流。这些电流与运动的磁场相互作用在钢水中产生力和运动。所述搅拌器包括绕组和叠层铁芯。搅拌器绕组由矩形横截面的铜管制成并通过闭环系统中循环的去离子细水从内部直接冷却。搅拌器由保护盒包围，该保护盒的侧面由非磁性钢板制成，正面由非导电材料制成。
电磁旋转搅拌模式(EMRS)是用于在结晶器中进行搅拌的占统治地位的技术，它发生在结晶器上部紧邻弯月面处，搅拌器的位置对于流体流动的受控搅拌至关重要。为了实现受控和最佳的搅拌必须使搅拌发生在结晶器中的较高位置处，因此FC MEMS必须向上移动。在较低位置处进行搅拌会与喷嘴中的流动发生冲突并造成结晶器中不确定的扰流。因此建议在EMLA-/EMDC-模式变为搅拌模式时使搅拌器向上移动。FC MEMS在结晶器中的钢上产生转动力。变频器装置允许在两个线圈上施加较低的电流，其中流动被引向窄侧并因此有可能使搅拌参数最优化。然而，需要使两个变频器的频率同步以使可能产生的扰动最小化。
(JFE工程公司的)欧洲专利申请1486274描述了一种与上述的过程类似的一个例子，在该例子中，电磁液面稳定器(EMLS)与EMLA和/或EMRS结合使用。
发明内容
本发明提供一种对用于使用板坯连铸机将结晶器中的钢水熔池液面(弯月面)上的钢水流速控制在预定的钢水流速的方法和装置的改进，以及一种用于使用所述的流动控制方法和装置生产板坯的方法。
这通过以下方式实现，当弯月面上的钢水流速高于保护渣夹带临界流速时，通过施加静态磁场给来自浸没喷嘴的排出流一稳定和制动力，并且当弯月面上的钢水流速低于夹杂物附着临界流速时，通过施加移动磁场以增加钢水流动，从而将钢水熔池液面上的钢水流速控制在大于等于夹杂物附着临界流速到小于等于保护渣夹带临界流速的范围内。
当弯月面上的钢水流速高于0.32m/s的保护渣夹带临界流速时，通过施加静态磁场以给来自浸没喷嘴的排出流一稳定和制动力，从而将钢水流速控制在预定的钢水流速。当所述钢水流速低于0.20m/s的夹杂物附着流速并大于等于0.10m/s的熔池液面结皮临界流速时，通过施加移动磁场来沿水平方向转动模内钢水，从而将钢水流速控制在0.20-0.32m/s的范围内。当钢水流速低于所述夹杂物附着临界流速时，通过施加移动磁场以对来自浸没喷嘴的排出流施加加速力，从而将钢水流速控制在0.21-0.32m/s的范围内。
所述FC MEMS可以在不同的模式下工作，例如在EMLA、EMRS和EMDC下，并且FC MEMS的设计在几个方面不同于其他的搅拌设备：
搅拌器被设计用于三相电流，与两相电流相比，该三相电流每相去掉了一根电缆。在使用三相标准转换器的情况下，也可以使线圈的最大相电流最小化。两相系统在共同的回线中需要2倍大的相电流。用于搅拌器设备的标准转换器已经经过了修改并且也包括在不同相电流上对称的特征。相电流中实现的对称性越高，通过搅拌器实现的性能就越好。常规的变频器在共同相电压下工作，并且因为不同的绕组之间的互感不同，这会导致不同的相电流；
FC MEMS设计包含能够产生用于EMDC的静态磁场和用于EMLA和EMRS的移动磁场的线圈。用于EMLA和EMRS的移动磁场通过使用供应给线圈的多相交流电产生。相应的静态磁场则通过在不同相提供直流电和通过在不同相提供不同的电流强度产生。作用在结晶器上磁场的分布也不同，由此导致结晶器不同部分的制动冲击也不同。制动效果随时间改变可能是有好处的，因此也希望随时间改变所述相位中的直流电之间的关系。由于用于产生一个特定流态所需的时间至少为10秒，因此希望能够在所述的时间内改变所述的直流电；
所述搅拌器被设计用于EMLA(加速模式)和EMRS(搅拌模式)。额定电流的频率可以在0.4-2Hz之间。该搅拌器由不锈钢盒体保护并且使用压力稍微过大的干燥空气来隔绝湿气。该搅拌器单元具有用于冷却水的两个输入口和两个输出口。一组或另一组输入口和输出口的使用取决于搅拌器在结晶器中的位置，另一组被堵塞。
附图说明
下面结合附图更加详细地描述本发明：
图1是以EMRS模式执行本发明时使用的板坯连铸机的示意图；
图2是以EMLA模式执行本发明时使用的板坯连铸机的示意图；
图3是执行本发明时使用的板坯连铸机示意图。
具体实施方式
下面参考附图对本发明的实施方式进行描述。图1和图2分别是执行本发明时使用的板坯连铸机的示意图。更具体地，图1和图2都是根据本发明的结晶器部分的示意性立体图/主视图。
参考图1和图2，在结晶器1上方的预定位置处设置有中间罐(未示出)，该结晶器1具有彼此相对的结晶器长侧2和向内设置在所述结晶器长侧2之间的彼此相对的结晶器短侧3。浸没喷嘴4设置成与所述中间罐连接的滑动喷嘴(未示出)的底面接触，该浸没喷嘴的下部具有一对排出口5。形成有钢水流出口6，其用于使钢水从所述中间罐流出到结晶器1。在所述结晶器长侧2的背面上，总共四个磁场产生装置7分开地设置在相对于浸没喷嘴4的左右两相对侧上，作为每个结晶器长侧2的宽度方向上的分界线。因此，各个侧上的磁场产生装置被布置成使所述结晶器长侧2被分隔，以使其具有沿铸造方向的中间位置作为所述排出口5的直接下游位置。每个磁场产生装置7连接到电源(未示出)，并且该电源连接到控制磁场运动方向和磁场强度的控制单元(未示出)上。所述磁场强度和磁场运动方向独立地通过由电源供应的电能根据从所述控制单元已经输入的磁场运动方向和磁场强度加以控制。所述控制单元(未示出)连接到控制连铸操作的过程控制单元(未示出)，并由此例如根据从该过程控制单元发送的操作信息控制磁场应用的时间。
在EMRS模式的情形下，应用磁场以在凝固表面上诱发如图1所示的诸如水平方向旋转的钢水流动，所述移动磁场的运动方向被设置成沿彼此相对设置的结晶器长侧2彼此相反。在用于对从浸没喷嘴4排出的排出钢水流动施加加速力的EMLA磁场应用模式的情形下，如图2所示，磁场的运动方向被设置成从浸没喷嘴4一侧到结晶器短侧3一侧。根据图1，尽管所述移动磁场被设置成诸如顺时针旋转的运动模式，但在磁场逆时针运动时也具有同样的优点。
同时，图1和图2分别是从结晶器1的正上方观看时根据EMRS模式和EMLA模式施加的磁场的运动方向的视图，其中，用箭头表示了磁场的运动方向。
在结晶器1的下部，有用于支持有待通过铸造生产的铸件的多个引导辊(未示出)和用于取回所述铸件的多个压辊(未示出)。
钢水从锅(未示出)倒入中间罐(未示出)中。当钢水的量达到预定量时，打开滑板(未示出)以将钢水通过所述钢水流出口6注入结晶器1中。所述钢水形成了向结晶器短侧3的钢水排出流8，然后从浸没在结晶器1中的钢水中的排出口5注入结晶器1中。注入到结晶器1中的钢水被结晶器1冷却，并由此形成凝固壳体(未示出)。当向结晶器1中注入的钢水达到预定量时，开始进行取回铸件的操作，该铸件的内部包含未凝固的钢水而外壳则是凝固的壳体。在开始取回后，钢水弯月面9的位置控制在结晶器1中基本固定的位置，并且铸造速度增加到预定的铸造速度。向结晶器1中的弯月面9添加保护渣。该保护渣熔化，从而具有例如防止钢水氧化的效果。同时，熔化的保护渣在所述凝固壳体和结晶器1之间流动并因此具有润滑的效果。在铸造操作中，钢水在弯月面9上接近结晶器短侧3处的流速根据具体的铸造条件加以确定。
一种用于确定所述钢水流速的方法是通过利用依据各个具体的铸造条件的已知的方程式来预测钢水在弯月面9上的流速。
另一种方法是实际测量钢水在弯月面9上的流速。在铸造条件已经确定并设定好后，钢水在弯月面9上的流速在该条件下基本是固定的。由此，预先测量各个具体铸造条件下钢水在弯月面9上的流速，就可以由相应的铸造条件确定流速了。在这种情形下，可以保存钢水流速的实际测量值，并且该保存的钢水流速的实际测量值可以确定为钢水的流速。钢水的流速可以以这种方式测量，即将耐火材料制成的薄棒浸没到弯月面9中，然后由薄棒接收到的动能测量所述流速。
当弯月面9上接近结晶器1短侧处的钢水流速小于等于夹杂物附着的临界流速时，更具体地说是低于0.20m/s时，根据EMRS或者EMLA模式施加移动磁场。
当弯月面9上接近结晶器1短侧处的钢水流速高于保护渣的夹带临界流速时，更具体来说是高于0.32m/s时，根据EMDC模式施加静态磁场。
另外，当弯月面9上接近结晶器1短侧处的钢水流速低于夹杂物附着的临界流速时，施加移动磁场的过程分成两个子过程。
在上述的钢水流速低于所述弯月面结皮临界速度的情形下，更具体来说是小于0.10m/s时，优选根据EMLA模式施加移动磁场。
在上述的钢水流速低于夹杂物附着临界流速同时大于等于弯月面9结皮临界流速的情形下，更具体来说是大于等于0.10m/s并小于0.20m/s时，优选根据EMRS模式施加移动磁场。
以上述方式，通过连续铸造钢水并控制结晶器2中的钢水流动，即使通过很大范围的铸造速度进行铸造，也可以稳定地生产出清洁、高品质的铸件，该工件含有的诸如脱氧产品和氩气泡等物质的量非常少，而且含有的保护渣夹带物的量也非常少。
本发明并不限于公开的实施方式，而是可以在所附的权利要求的范围内进行改变和变型。
Claims (18)
1.一种用于通过向板坯连铸机中的钢水施加至少一个磁场来控制结晶器中的钢水流动的方法，其特征在于，包括：
当弯月面上的钢水流速高于保护渣夹带临界流速时，通过施加静态磁场以给来自浸没喷嘴的排出流一稳定和制动力，从而将钢水熔池液面即弯月面上的钢水流速控制在预定的钢水流速；和
当弯月面上的钢水流速低于夹带物附着临界流速时，通过施加移动磁场以增加钢水流动，从而将弯月面上的钢水流速控制在大于等于夹带物附着临界流速到小于等于保护渣夹带临界流速的范围内。
2.一种用于通过向板坯连铸机中的钢水施加至少一个磁场来控制结晶器中的钢水流动的方法，其特征在于，包括：
当弯月面上的钢水流速高于保护渣夹带临界流速时，通过施加静态磁场以给来自浸没喷嘴的排出流一稳定和制动力，从而将钢水熔池液面即弯月面上的钢水流速控制在预定的钢水流速；和
当钢水熔池液面上的钢水流速低于夹带物附着临界流速时，通过施加移动磁场以使钢水沿水平方向转动，从而将弯月面上的钢水流速控制在大于等于夹带物附着临界流速到小于等于保护渣夹带临界流速的范围内。
3.一种用于通过向板坯连铸机中的钢水施加至少一个磁场来控制结晶器中的钢水流动的方法，其特征在于，包括：
当弯月面上的钢水流速高于保护渣夹带临界流速时，通过施加静态磁场以给来自浸没喷嘴的排出流一稳定和制动力，从而将钢水熔池液面即弯月面上的钢水流速控制在预定的钢水流速；和
当弯月面上的钢水流速低于夹带物附着临界流速时，通过施加移动磁场以给来自浸没喷嘴的排出流施加加速力，从而将弯月面上的钢水流速控制在大于等于夹带物附着临界流速到小于等于保护渣夹带临界流速的范围内。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述保护渣夹带临界流速为0.32m/s，所述夹带物附着临界流速为0.20m/s。
5.一种用于通过向板坯连铸机中的钢水施加至少一个磁场来控制钢水流动的方法，其特征在于，包括：
当弯月面上的钢水流速高于保护渣夹带临界流速时，通过施加静态磁场以给来自浸没喷嘴的排出流一稳定和制动力，从而将钢水熔池液面即弯月面上的钢水流速控制在预定的钢水流速；和
当弯月面上的钢水流速低于夹带物附着临界流速并且大于等于熔池液面结皮临界流速时，通过施加移动磁场以使钢水沿水平方向转动，从而将弯月面上的钢水流速控制在大于等于夹带物附着临界流速到小于等于保护渣夹带临界流速的范围内；
当弯月面上的钢水流速低于弯月面结皮临界流速时，通过施加移动磁场以给来自浸没喷嘴的排出流施加加速力，从而将弯月面上的钢水流速控制在大于等于夹带物附着临界流速到小于等于保护渣夹带临界流速的范围内。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述保护渣夹带临界流速为0.32m/s，所述夹带物附着临界流速为0.20m/s，所述弯月面结皮临界流速为0.10m/s。
7.一种用于通过向板坯连铸机中的钢水施加至少一个磁场来控制结晶器中的钢水流动的方法，其特征在于，包括：
当钢水熔池液面即弯月面上的钢水流速高于最佳流速值时，施加静态磁场以给来自浸没喷嘴的排出流一稳定和制动力，在所述最佳流速值，保护渣夹带量最小，并且附着到凝固壳体的夹带物最少；
当弯月面上的钢水流速低于所述最佳流速值时，施加移动磁场以使钢水沿水平方向转动。
8.一种用于通过向板坯连铸机中的钢水施加至少一个磁场来控制结晶器中的钢水流动的方法，其特征在于，包括：
当钢水熔池液面即弯月面上的钢水流速高于最佳流速值时，施加静态磁场以给来自浸没喷嘴的排出流一稳定和制动力，在所述最佳流速值，保护渣夹带量最小，并且附着到凝固壳体的夹带物最少；
当弯月面上的钢水流速低于所述最佳流速值时，施加移动磁场以给来自浸没喷嘴的排出流一加速力。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述最佳流速值为0.25m/s。
10.一种用于通过向板坯连铸机中的钢水施加至少一个磁场来控制钢水流动的方法，其特征在于，包括：
当钢水熔池液面即弯月面上的钢水流速高于最佳流速值时，施加静态磁场以给来自浸没喷嘴的排出流一稳定和制动力，在所述最佳流速值，保护渣夹带量最小，并且附着到凝固壳体的夹带物最少；
当弯月面上的钢水流速低于所述最佳流速值并大于等于熔池液面结皮临界流速时，施加移动磁场以使钢水沿水平方向转动；
当弯月面上的钢水流速低于熔池液面结皮临界流速时，给弯月面上的钢水提供流速以给来自浸没喷嘴的排出流一加速力。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述最佳流速值为0.25m/s，并且所述熔池液面结皮临界流速为0.10m/s。
12.根据权利要求1至11所述的方法，其特征在于，所述静态磁场具有不同的结构并且能够随时间在这些结构之间转换，每种结构的保持时间为最少10秒钟。
13.一种用于控制结晶器中的钢水流动的方法，其特征在于，包括：
第一步，从铸件厚度、铸件宽度、铸造速度、注入钢水流出口喷嘴中的惰性气体量和浸没喷嘴形状中获取至少一个条件作为铸造条件；
第二步，根据获取的铸造条件计算钢水熔池液面上的钢水流速；
第三步，通过将得出的钢水流速同保护渣夹带临界流速和夹杂物附着临界流速进行比较判断得出的钢水流速是否高于保护渣夹带临界流速以及是否低于夹杂物附着临界流速；
第四步，当得出的钢水流速高于保护渣夹带临界流速时，施加静态磁场以给来自浸没喷嘴的排出流一稳定和制动力，
当得出的钢水流速低于夹杂物附着临界流速时，施加移动磁场以使钢水沿水平方向转动，其中，通过向板坯连铸机中的钢水施加预定的移动磁场来控制钢水的流动。
14.一种用于控制结晶器中的钢水流动的方法，其特征在于，包括：
第一步，从铸件厚度、铸件宽度、铸造速度、注入钢水流出口喷嘴中的惰性气体量和浸没喷嘴形状中获取至少一个条件作为铸造条件；
第二步，根据获取的铸造条件计算钢水熔池液面上的钢水流速；
第三步，通过将得出的钢水流速同保护渣夹带临界流速、夹杂物附着临界流速和熔池液面结皮临界流速进行比较判断得出的钢水流速是否高于保护渣夹带临界流速、是否低于夹杂物附着临界流速、以及是否低于熔池液面结皮临界流速；
第四步，当得出的钢水流速高于保护渣夹带临界流速时，施加静态磁场以给来自浸没喷嘴的排出流一稳定和制动力，
当得出的钢水流速低于夹杂物附着临界流速并大于等于熔池液面结皮临界流速时，施加移动磁场以使结晶器内的钢水沿水平方向转动，并施加移动磁场以给来自浸没喷嘴的排出流一加速力，其中，通过向板坯连铸机中的钢水施加预定的移动磁场来控制钢水的流动。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，在铸造过程中重复执行第一到第四步并且在执行过程中响应于铸造条件施加最佳的移动磁场。
16.一种用于通过向板坯连铸机中的钢水施加至少一个磁场来控制结晶器中的钢水流动的装置，其特征在于，包括：
铸造条件获取部件，用于从铸件厚度、铸件宽度、铸造速度、注入钢水流出口喷嘴中的惰性气体量和浸没喷嘴形状中获取至少一个条件作为铸造条件；
计算部件，用于根据获取的铸造条件计算钢水熔池液面上的钢水流速；
判断部件，用于通过将得出的钢水流速同保护渣夹带临界流速、夹杂物附着临界流速进行比较，判断得出的钢水流速是否高于保护渣夹带临界流速、是否低于夹杂物附着临界流速；
控制部件，用于当得出的钢水流速高于保护渣夹带临界流速时，施加静态磁场以给来自浸没喷嘴的排出流一稳定和制动力，当得出的钢水流速低于夹杂物附着临界流速时，施加移动磁场以使钢水沿水平方向转动；和
移动磁场产生装置，用于根据所述控制部件的输出产生预定的移动磁场。
17.一种用于通过向板坯连铸机中的钢水施加至少一个磁场来控制结晶器中的钢水流动的装置，其特征在于，包括：
铸造条件获取部件，用于从铸件厚度、铸件宽度、铸造速度、注入钢水流出口喷嘴中的惰性气体量、浸没喷嘴形状中获取至少一个条件作为铸造条件；
计算部件，用于根据获取的铸造条件计算钢水熔池液面上的钢水流速；
判断部件，通过将得出的钢水流速同保护渣夹带临界流速、夹杂物附着临界流速和熔池液面结皮临界流速进行比较，判断得出的钢水流速是否高于保护渣夹带临界流速、是否低于夹杂物附着临界流速、以及是否低于熔池液面结皮临界流速；
控制部件，用于当得出的钢水流速高于保护渣夹带临界流速时，施加静态磁场以给来自浸没喷嘴的排出流一稳定和制动力，当得出的钢水流速低于夹杂物附着临界流速并且大于等于熔池液面结皮临界流速时，施加移动磁场以使钢水沿水平方向转动，并施加移动磁场以给来自浸没喷嘴的排出流一加速力；和
移动磁场产生装置，用于根据所述控制部件的输出产生预定的移动磁场。
18.一种用于在连续铸造机中生产铸件的方法，其特征在于，根据权利要求1到17中任一项所述的控制钢水流动的方法控制钢水的流动，将中间罐中的钢水注入结晶器中，通过取回结晶器中产生的凝固壳体来制造板坯。
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