CN102574202A - 钢坯和钢锭连铸的电磁搅拌器装置 - Google Patents
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Abstract
一种电磁搅拌器装置包括具有底部开口和顶部开口的壳体。电磁搅拌器位于该壳体内部。模块化的铸模组件包括铸模、水套、顶板、底板和用于连接该顶板和该底板的多个杆。该铸模具有开口的顶部和底部。该顶板位于该铸模的开口的顶部附近，并且该底板位于该铸模的开口的底部附近。该连接杆在该顶板和该底板之间延伸并且紧固在一起。该模块化的铸模组件能通过插入壳体或从壳体中移除而被容易的替换。
Description
技术领域
本发明涉及连铸钢的电磁搅拌领域，并且更具体而言涉及电磁搅拌器装置和连铸铸模组件。
背景技术
在连铸钢坯和钢锭的生产中，通常使用两种类型的关于连铸铸模的电磁搅拌器(EMS)装置，即内部的和外部的。
在内部EMS装置中，搅拌器位于铸模壳体内部。该搅拌器因此相对靠近其中容纳固化钢材的铸模。现在参考图1，其显示了一示例性内部EMS连铸铸模组件的剖视图。该组件包括铸模1、水套2、电磁搅拌器(EMS)3以及铸模壳体4。搅拌器3是旋转型的多相设备，通常用于在连续铸造工作中在铸模1中搅拌液体钢(未显示)的应用。可以将搅拌器3封闭在独立的壳体5中并且通常由从闭路提供的水或者用于铸模冷却的水来冷却搅拌器3。如图1所见，搅拌器3相对靠近水套2和铸模1，其为由搅拌器3产生的交流磁场提供最高效且有效的利用。
在外部EMS装置中，搅拌器安装在铸造机(caster)上其自身的外壳之中，其中该外壳设置在铸模壳体周围。搅拌器内径的尺寸能够容纳该铸造机的外侧壳体的最大截面尺寸，并且在铸造期间保持安装在该铸造机上。现在参考图2，其显示了示例性外部EMS连铸铸模组件的剖视图。如图可见，将搅拌器6封闭在安装在连铸机器(未显示)上的搅拌器壳体1中。将包括铸模3、水套4以及足辊5的铸模壳体2插入到搅拌器壳体1的内径中(由箭头A指示插入的方向)。并非一直需要足辊，但是对于具有增加的铸造速度和/或更大的铸坯横截面的铸造实践而言通常需要足辊，以便在铸模之下直接提供壳体支撑。
为了容纳铸模壳体2和附接的足辊5，搅拌器壳体1的内径与设置在铸模壳体4内部的搅拌器3相比应该足够大，如图1中所示的。
虽然已经证明上述铸模组件能够满足需要，但是仍然存在缺点。因此，在本领域中需要一种具有EMS的新的连续铸造装置。
发明内容
根据本发明的一个方面，公开了一种电磁搅拌器装置。该电磁搅拌器装置包括具有底部开口和顶部开口的壳体。电磁搅拌器位于该壳体内部。模块化的铸模组件包括铸模、顶板、底板和用于连接该底板和该顶板的多个杆。该铸模具有开口的顶部和底部。该顶板位于该铸模的开口的顶部端附近，并且该底板位于该铸模的开口的底部端附近。该连接杆在该顶板和该底板之间延伸并且紧固在一起。该模块化的铸模组件被设计为允许该壳体中的铸模的替换(从中插入或去除)。
根据本发明的另一个方面，公开了一种电磁搅拌器装置。该电磁搅拌器装置包括具有底部开口和顶部开口的壳体。电磁搅拌器位于该壳体内部。模块化的铸模组件包括铸模、顶板、底板和水套。该铸模具有开口的顶部端和底部端。该顶板位于该铸模的开口的顶部附近并且该底板位于该铸模的开口的底部附近。该水套位于该铸模周围，以在它们之间形成通道来引导冷却流体流过该铸模的外表面。该模块化的铸模组件是可向该壳体插入并且可从该壳体去除的。
附图说明
图1是在连铸机铸模壳体组件中的现有技术的内部EMS装置的剖视图。
图2是在连铸机铸模壳体组件的现有技术的外部EMS装置的剖图。
图3是用于显示当以恒定kVA进行输入时，搅拌器内径(ID)对于磁通量强度的影响的曲线图。
图4是用于显示搅拌器ID对于铸模之中的搅拌速度的影响的曲线图。
图5是用于显示搅拌器ID对于维持恒定磁通量强度水平所需要的kVA输入的影响的曲线图。
图6是在连铸机铸模壳体组件中的混合EMS装置的剖视图。
图7是铸模模块化组件的剖视图。
具体实施方式
电磁搅拌器(EMS)的内径影响连铸铸模中的磁通量强度值。这反过来影响由该EMS建立的磁场引起的熔化物中的搅拌速度。当对于该EMS恒定的外部功率输入(单位为kVA)时，磁通量强度随着EMS内径增加而下降。在图3的图中显示了该现象。为了说明的目的，曲线指示横截面尺寸相同的铸模的内部EMS的典型的内径与铸模外壳组件未附接有足辊的外部EMS与铸模外壳组件附接有足辊的外部EMS之间的通量强度的值。
如图3所见的，当功率输入和工作频率保持恒定时，EMS直径对于磁通量强度有显著的影响。该熔化物中的搅拌的强度是EMS冶金性能的主要的确定因子之一，且在数量上，搅拌强度通常是由熔化物搅拌速度确定。
现在参考图4，其显示了EMS内径对于搅拌速度的影响，其中功率输入(kVA)和工作频率保持恒定。为了清楚起见，在图4中使用与图3中的那些输入值相同的输入值。与对于磁通量强度的影响类似，搅拌器内径对于搅拌速度的影响非常强。图4中所显示的曲线上的标记虽然在该图中没有标识，但是是用于与图3中显示的对应标记相同类型的搅拌器装置。
可以通过增加EMS的输入功率来抵消EMS内径的增加对磁通量强度和搅拌速度的下降的影响。但是，由于实践的限制，通常不能满足该要求，因为所要求的功率输入相对于EMS内径成指数关系，如图5所示。
现在参考图6，其显示了连铸装置的剖视图，并且由标号100来整体指示该连铸装置。图7显示了从铸造装置100去除的铸模模块化组件120的剖视图。应该认识到在图6和图7两者中使用相同的附图标记来标识相同的元件。铸造装置100可以与用于不同横截面尺寸和几何形状的钢坯和钢锭的制造的任意连铸铸模，即垂直或曲线型一起使用。铸造装置100包括外部铸模壳体101，当安装了铸模模块化组件120后其外部铸模壳体101围绕在铸模102周围。壳体101在顶部和底部是开口的，使其能够接纳铸模模块化组件120。电磁搅拌器(EMS)105设置在铸模壳体101之中，并且其还可以被相同的铸模冷却水或者通过指定的冷却系统提供的水冷却。如果使用指定的冷却系统，则可以使用特别准备的冷却水来冷却EMS 105。在该实例中，可以将分离器106放置在壳体101中和EMS 105内部，以保持铸模冷却水与EMS冷却剂隔离。EMS 105是与异步电动机的定子类似的多相电力设备，其中异步电动机包括被装配在电气绕组上的铁制定子。EMS 105在低频AC电流上进行工作，典型而言在2到8Hz的范围中，产生用于建立铸模102之中的熔化物(未显示)的搅拌运动的旋转AC磁场。
模块化组件120包括铸模102，铸模102是由铜合金制造的并且在每侧具有开口端以用于液态钢通过该顶部开口T的传递以及具有固化核(未显示)的铸坯通过底部开口B的回收。水套103围绕在铸模102周围并且在铸模102的外表面与水套103的内表面之间形成通道104。冷却水通过通道104被引导以冷却铸模102。
图7中显示的铸模模块化组件120还包括靠近铸模102的顶部T和底部B开口放置的上部板107和下部板108。板107和108分别包括中央开口121和122(见图6)，它们的尺寸通常可以接纳铸模102在其中。通过与铸模102平行延伸并且与铸模102相隔的多个杆109将板107和108牢固地附接在一起。根据一个实施方式，至少四个(4)杆109以均匀间隔布置在顶板107与底板108之间延伸。根据另一个实施方式，八个(8)杆以均匀间隔布置在顶板107与底板108之间延伸。每个杆109可以用螺丝钉110紧固到各自的板107和108上。通过该方式，形成牢固的模块化的笼状结构。
如图6中所示，顶板107包括在中央开口121上的凹槽112，并且底板108包括在中央开口122上的凹槽111。凹槽111和112适用于接纳O型圈123，该O型圈123在铸模102与板107和108之间提供防水的密封。底板108还包括在其外部面向的表面上的第二凹槽125。凹槽125适用于接纳O型圈126，该O型圈126在板108与壳体101之间提供防水密封。
板116从水套103的顶部端向外延伸，周向围绕铸模102。板116分割壳体101的内部，以阻止进入的冷却水流与流出的冷却水流(由箭头所表示的水流)混合。上部板107通过阻止轴位移来支撑铸模102。此外，位于顶板107之下并且与顶板107对齐的板117也支撑铸模102。板117耦接到板107，围绕铸模102并且被接纳在铸模102的外表面上的凹槽125中。铸模壳体101的保护板113包括与铸模102的尺寸实质上相同的开口，并且被紧固在顶板107上。保护板113保护顶板107在液态钢溢出的情况下免受损坏。
现在参考图7，可以看出可以从铸模壳体101容易地去除并且替换模块化组件120。这是通过松开用于将模块化组件120的上部板107紧固到铸模壳体101的法兰115上的螺栓114(见图6)来实现的。
应该认识到，这里所述的铸造装置100包括内部和外部EMS装置两者中所发现的特征和优点。特别地说，该“混合”装置在能量效率和冶金效果方面提供了内部EMS装置的益处同时还实现与外部EMS装置相似的方便并且快速的铸模改变。
还应该认识到，与内部EMS装置相比，铸造装置100通过在与多坯段铸造机一起使用时降低铸模壳体和搅拌器的数量将设备安装的资金花费最小化。此外由于EMS较小的相对内径，与外部EMS相比降低了工作成本。较小的内径导致用降低的功率要求来获得磁通量强度和频率的工作值。当铸造坯段尺寸在例如100平方毫米到200平方毫米或更大的宽范围之中时，工作成本节约变得特别显著。
还应该认识到，模块化铸模组件120被配置为固定在铸模壳体之中，铸模段的尺寸基于搅拌器设计和工作参数，以便确保最大的搅拌效能。
还应该进一步认识到，通过使用可去除的模块化组件120，铸造装置100允许根据铸造工作的生产计划来方便并且相对快速地替换铸模102。该组件不包括铸模壳体101和EMS 105，因为它们对于现有铸模壳体组件而言是公用的。如果需要，则可以在装配有EMS 105的铸模壳体101之中彼此互换每个铸模模块化组件120。
根据生产计划要求，该替换程序发生在铸模准备车间。与在一个典型的内部EMS装置中改变铸模所需要的时间和劳动力的数量相比，模块化铸模组件120的替换所需的时间和劳动力的数量显著降低。此外，在多坯段尺寸铸造机的应用中，与现有技术的内部和外部EMS装置所需要的铸模壳体的数量相比，与模块化铸模组件一起使用的铸模壳体的数量急剧降低。这些优点结合与外部EMS装置相比的工作成本的极大降低，导致与现有常规EMS装置相比的实质的经济效益。
应该理解，前文的示例性一个或多个实施方式的描述仅仅意图用于说明本发明而不是穷举本发明。在不脱离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的前提下，本领域的普通技术人员将能够对于所述主题的一个或多个实施方式做出某些增加、删除和/或修改。
Claims (16)
1.一种电磁搅拌器装置，包括：
具有底部开口和顶部开口的壳体；
位于所述壳体内部的电磁搅拌器；
模块化的铸模组件，其包括铸模、顶板、底板和多个连接杆，所述铸模具有开口的顶部和开口的底部，所述顶板位于所述铸模的开口的顶部附近，并且所述底板位于所述铸模的开口的底部附近，所述杆在所述顶板和所述底板之间延伸并且紧固在一起；并且
其中，所述模块化的铸模组件是向所述壳体可插入并且从所述壳体可去除的。
2.如权利要求1所述的电磁搅拌器装置，其中，所述多个连接杆包括位于所述铸模周围均匀间隔布置的四(4)个杆。
3.如权利要求1所述的电磁搅拌器装置，其中，所述多个连接杆包括位于所述铸模周围均匀间隔的布置的八(8)个杆。
4.如权利要求1-3的任一项所述的电磁搅拌器装置，其中，所述模块化的铸模组件还包括位于所述多个连接杆与所述铸模之间的水套，用于指导引导在所述铸模的外表面之上的冷却流体。
5.如权利要求1-4的任一项所述的电磁搅拌器装置，其中，所述底板包括中央开口，并且所述顶板包括中央开口，所述铸模位于每个所述中央开口之中。
6.如权利要求5所述的电磁搅拌器装置，其中，所述底板的中央开口和所述顶板的中央开口中的每一个包括凹槽并且在其中接纳O型圈，所述O型圈接合所述中央开口与所述铸模的外表面。
7.如权利要求1-6的任一项所述的电磁搅拌器装置，其中，以频率为1到10Hz并且强度为50到550Amp之间的AC电流来对所述电磁搅拌器供电。
8.如权利要求1-7的任一项所述的电磁搅拌器装置，其中，所述壳体在所述顶板与所述底板之间延伸以封装所述铸模。
9.一种电磁搅拌器装置，包括：
具有底部开口和顶部开口的壳体；
位于所述壳体内部的电磁搅拌器；
模块化的铸模组件，其包括铸模、顶板、底板和水套，所述铸模具有开口的顶部和开口的底部，所述顶板位于所述铸模的所述开口的顶部附近并且所述底板位于所述铸模的所述开口的底部附近，所述水套位于所述铸模周围，以在它们之间形成通道用于引导在所述铸模的外表面之上的冷却流体；并且
其中，所述模块化的铸模组件是向所述壳体可插入并且从所述壳体可去除的。
10.如权利要求9所述的电磁搅拌器装置，还包括在所述顶板和所述底板之间延伸并且紧固在一起的多个连接杆。
11.如权利要求10所述的电磁搅拌器装置，其中，所述多个连接杆包括位于所述铸模周围的均匀间隔的布置的四(4)个杆。
12.如权利要求10所述的电磁搅拌器装置，其中，所述多个连接杆包括位于所述铸模周围的均匀间隔的布置的八(8)个杆。
13.如权利要求9-12的任一项所述的电磁搅拌器装置，其中，所述底板包括中央开口，并且所述顶板包括中央开口，所述铸模位于每个所述中央开口之中。
14.如权利要求13所述的电磁搅拌器装置，其中，所述底板的中央开口和所述顶板的中央开口的每一个分别包括凹槽并且在其中接纳O型圈，所述O型圈接合所述中央开口与所述铸模的外表面。
15.如权利要求9-14的任一项所述的电磁搅拌器装置，其中，以频率为1到10Hz并且强度为50到550Amp之间的AC电流来对所述电磁搅拌器供电。
16.如权利要求9-15的任一项所述的电磁搅拌器装置，其中，所述壳体在所述顶板与所述底板之间延伸以封装所述铸模。
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