CN105127410B - 一种浸入式水口电磁搅拌装置及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浸入式水口电磁搅拌装置及其安装方法，包括平行安装在浸入式水口两侧的一对磁场相反运动的行波电磁感应装置，以及传动装置，可以通过纵向和横向导轨来实现行波电磁感应装置的纵向、横向推拉，在不改变连铸装置的条件下，在线操作方便、快捷，新型的磁路设计方案可在水口轴线中心形成穿透钢水厚度的磁场，其大大改善了小直径下水口内钢水的磁场利用率。并且采用两对条形行波磁场感应装置结构，避免了开口型U型或C型电磁旋流装置由于力矩不对称而对钢水造成的偏流。采用本发明，不会对水口的在线更换、液面检测等现有生产工艺操作产生影响，可最大限度的保证电磁旋流连铸的顺畅运行。

Description

一种浸入式水口电磁搅拌装置及其安装方法

技术领域

本发明属于连铸技术领域，具体涉及一种浸入式水口电磁搅拌装置及其安装方法。

背景技术

在钢的连铸过程中，浸入式水口的偏流是不可避免的，且对结晶器内钢水的流场、温度场的分布以及液面波动等都有影响，最终影响连铸坯表面和内部质量及连铸的拉速。而在水口内使钢水产生水平旋转流动是抑制偏流产生的有效手段。早在19世界末期，日本住友金属公司等就在浸入式水口颈部放置旋转叶片来产生旋流，其研究表明，通过在水口内部产生旋流能进一步改善结晶器内钢水流动和温度的均匀分布，并且明显降低液面的波动；但这种方法存在着明显的不足：一是耐火材料旋转叶片由于钢液的冲刷寿命短，并且夹杂物吸附在叶片上容易发生堵塞，经常更换叶片不仅成本提高，更严重影响生产效率；二是这种叶片产生的旋流主要受钢水静水压力的推动作用，并不能主动调节钢水产生的旋转速度，难以适用不同工艺要求，因此应用受到限制。

基于电磁力产生的旋转虽有效地避免了传统机械式旋流的不足，但是，如果想在浸入式水口区域安装电磁旋流装置，其安装方式对现场工艺操作等产生的负面影响则需特别考虑。以专利CN203956040U提到的一种两瓣式浸入式水口电磁旋流装置，虽在一定程度上，解决了开浇初期和末期电磁旋流装置的安装与拆卸问题，但对于运行过程中，出现的紧急情况，无法方便及时的应对，另外此装置所占空间比较大，对结晶器内液面的人工检查及保护渣的添加带来了诸多不便，同时，由于采用的开瓣驱动装置采用的是电动方式，在如此恶劣的工况下，其驱动装置发生的机械失效难以避免，若运行过程中出现故障，更是难以应对。另外，专利CN203956039U提到的一种单侧开口的电磁旋流装置，如U字型电磁旋流装置，但由于浸入式水口直径一般在100～180mm左右，这样在感应器本体结构设计时，弧形部分的绕线空间受到很大的限制，很难达到产生所需电磁力要求下线圈的匝数，同时，磁场利用率非常低，并且由于电磁力沿周向分布不均匀势必会造成浸入式水口内钢水的偏流。目前，要实现工业化运行存在的主要问题一是结晶器上端面到中间包包底空间、浸入式水口与摆流槽之间安装距离非常有限；二是浸入式水口直径比较小且磁场有效作用距离比较短，其内钢水流速比较大，要在短时间内实现水口内钢水旋流，对磁场形式和性能要求极高。

基于上述原因，必须对水口电磁搅拌装置进行重新设计，既能满足连铸电磁旋流的性能要求，又不对现有的连铸工艺产生较大的影响。

发明内容

针对现有电磁旋流水口在实用技术上存在的问题，本发明提供一种浸入式水口电磁搅拌装置及其安装方法，在不改变连铸装置的条件下，在浸入式水口两侧采用一对相反行波磁场感应装置，并采用传动装置悬挂在中间包包底进行纯机械移动安装定位与拆卸，可在线方便的进行人工液面检测及保护渣的添加。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：

一种浸入式水口电磁搅拌装置，浸入式水口安装在中间包底部并插入结晶器钢液面以下，包括平行对称安装于浸入式水口左右两侧的两台磁场运动方向相反的行波电磁感应装置，以及传动装置；

所述行波电磁感应装置包括外壳、设置于外壳内的铁芯和多组线圈；记线圈总组数为MN，M、N均为大于等于2的正整数；

所述每组线圈上各通有一定相位、频率和电流强度的交流电流，其中的相位满足如下关系：

每组相邻线圈分别通以不同相位的电流，且各组相邻线圈之间所通电流的相位差相同，N组线圈形成一个完整的相位周期，一个相位周期形成一个磁极；每台行波电磁感应装置在铁芯长度方向上形成有M个磁极；并且相邻磁极为异性磁极；外壳上正对相邻磁极的分界线处设置有分界标志；每台行波电磁感应装置必须具备两个以上相位周期的线圈，即M大于等于2；浸入式水口位置必须正对在两个相位周期分界处，即浸入式水口的中心轴线与分界标志(相邻磁极的分界线)对齐。

所述传动装置包括平行横向设置于中间包底部的两条包底导轨、沿铁芯长度方向(纵向)设置在行波电磁感应装置上方的箱体导轨以及四个连接支架；

所述连接支架的上方和下方均设有运动机构；上方的运动机构能沿包底导轨横向移动，下方的运动机构能沿箱体导轨纵向移动；

每台行波电磁感应装置均通过两个连接支架悬挂在包底导轨上；两台磁场运动方向相反的行波电磁感应装置平行对称安装于浸入式水口左右，且浸入式水口的中心轴线与分界标志(相邻磁极的分界线)对齐。

所述运动机构为滚动轴承、滚轮或滑块。

优选的，所述连接支架的上方和下方各设有一对滚动轴承；上方的一对滚动轴承能沿包底导轨横向滚动，下方的一对滚动轴承能沿箱体导轨纵向滚动；采用滚动轴承，能减少与导轨之间的摩擦，使运行更加顺畅，同时也降低运行过程中的噪音。

所述的浸入式水口电磁搅拌装置，还设置有U型屏蔽罩，U型屏蔽罩紧贴铁芯外表面安装，或安装在线圈外侧，铁芯未被屏蔽的面(即U型屏蔽罩的开口方向)为磁场工作面(面对浸入式水口)。

所述线圈总组数MN可以取6n，并使每3组线圈形成一个完整的相位周期，即N＝3，M＝2n，其中n为大于等于1的正整数；考虑到空间和长度的限制，取n＝1，即所述线圈总组数MN＝6，每3组线圈形成一个完整的相位周期，即N＝3，M＝2。

所述铁芯，由条形或弧形的硅钢片或电工纯铁叠置而成，硅钢片或电工纯铁之间及铁芯外侧设有绝缘层；所述多组线圈按克莱姆绕线形式绕置于条形或弧形铁芯外面，各组线圈的匝数相同。

所述铁芯的尺寸为：

宽度K满足：30mm<K<100mm；

高度G满足：150mm<G<270mm；

长度L满足：300mm<L<700mm。

所述多组线圈的采用内冷结构或外冷结构；冷却可采用外冷或内冷方式。

所述线圈由铜管制成，其中循环有冷却水。

所述每组线圈共有18～50匝线圈。

一种浸入式水口电磁搅拌装置的安装方法，所述浸入式水口电磁搅拌装置为上述的浸入式水口电磁搅拌装置，安装方法为：

a)：将两个连接支架下方的运动机构通过箱体导轨一端的开口纵向送入箱体导轨；将两个连接支架上方的运动机构分别通过两条包底导轨一端的开口横向送入两条箱体导轨；重复上述操作，将两台磁场运动方向相反的行波电磁感应装置都悬挂在包底导轨上；

b)：通过连接支架下方的运动机构与箱体导轨配合，使行波电磁感应装置相对于中间包纵向移动，至浸入式水口的中心轴线与分界标志(相邻磁极的分界线)对齐；

c)：通过连接支架上方的运动机构与包底导轨配合，使行波电磁感应装置相对于中间包横向移动，调节两台行波电磁感应装置的相隔距离。

行波电磁感应装置通过连接支架悬挂在中间包底部的包底导轨上，在安装或拆卸过程中，可手动的推动行波电磁感应装置直至行波电磁感应装置外壳上的分界标志(相邻磁极的分界线)与浸入式水口的中心轴线对齐，然后采用卡销将运动机构固定；采用纯机械手动驱动方式，可靠性更高。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、通过本发明的磁路设计，在浸入式水口中产生的是旋转磁场且穿透水口内的钢水；而类似结构采用其它的磁路设计，只是在正对电磁搅拌的钢水区域才存在一对相反运动的行波磁场，中心并没有磁力线通过，磁场利用率低，在直径为80mm的浸入式水口内作用的区域则更加有限，这种磁路产生的磁场强度不足以推动水口中钢水短时间内实现旋流；而通过本发明的磁路设计，提供的电磁力较大，大大改善了小直径下水口内钢水的磁场利用率。

2、本发明可以通过纵向和横向导轨可以实现行波电磁感应装置的快速纵向、横向推拉，在不改变连铸装置的条件下，操作方便、快捷，而且所采用的传动装置避免了电动或液压传动装置的失效带来的负面影响，同时，不影响水口的在线更换等操作，可以最大限度的保证电磁旋流连铸的顺畅运行。采用纯机械手动驱动方式，可靠性更高。

3、本发明的一对行波电磁感应装置平行设置在浸入式水口的左右两侧，浸入式水口的前后两侧两均开口，给现场工人进行结晶器液面检查、挑渣以及添加保护渣等带来了方便，对现场工艺改动极小，不会对现有生产工艺操作产生影响，可最大限度的保证电磁旋流连铸的顺畅运行；且采用一对条形行波磁场感应装置结构，避免了开口型U型或C型电磁旋流装置由于力矩不对称而对钢水造成的偏流。在受局限的现场安装空间内可完全取代圆形电磁旋流装置带来的有益效果。

4、本发明铁芯外设置有屏蔽罩，一方面加大了工作区域——浸入式水口中磁场强度以及磁路的磁场利用率，另一方面，也降低了其它非工作面区域内感应电流对中间包包底的涡流发热及其造成的负面变形，提高了设备的可靠性。

5、本发明绕线采用克莱姆绕组形式，较带齿的电磁搅拌装置，在有限的空间内，产生同样的磁场所需的安装尺寸小，并且，采用本发明的绕线形式和铁芯结构，其浸入式水口中心磁场分布比较均匀，通过两组绕组共同形成的磁极(N或S极)，在工作区域内的磁通密度强度为叠加形式，更适合于浸入式水口电磁旋流装置的使用工况的要求。

综上所述，本发明的前后两侧开口的浸入式水口电磁搅拌装置及其支撑和传动装置既不影响现有的连铸工艺，又能有效的控制水口及结晶器内钢液流动，有效提高了铸坯的质量。本发明可普遍适用于现有的方坯、圆坯及板坯连铸机。

附图说明

图1为本发明的侧视图；

图2为本发明铁芯及绕组绕线结构示意图；图2(a)为本发明铁芯结构示意图；图2(b)为本发明绕组绕线结构示意图；

图3为本发明磁路磁场运动及浸入式水口钢水运动示意图；

图4为本发明安装方式示意图；

图5为本发明的行波电磁感应装置剖视图；

附图标记说明：

1—中间包，2—包底导轨，3—连接支架，4—箱体导轨，5—铁芯，6—线圈，7—U型屏蔽罩，8—浸入式水口，9—行波电磁感应装置，10—水电接头，11—进出水口接头，12—结晶器

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

实施例1：

如图1-3所示，图1为本发明的侧视图，一种浸入式水口电磁搅拌装置，浸入式水口8安装在中间包1底部并插入结晶器12的钢液面以下；图2为本发明铁芯及绕组绕线结构示意图，其中铁芯5采用无齿条形结构，线圈6采用克莱姆绕组形式，铁芯外设置有U型屏蔽罩7；图3为本发明新型磁路磁场运动及浸入式水口钢水运动示意图，其中一对方向相反的行波电磁感应装置9正对安装，每台行波电磁感应装置9包括6组线圈，每3组线圈为形成一个完整的相位周期，构成一个磁极，每台行波电磁感应装置9相邻磁极的分界线处，形成一个对立的N或S极；采用本发明的磁路设计，在两相反的行波磁场下，对称的两台行波电磁感应装置的相应分界标志之间，可形成旋转的磁场，且穿透水口内的钢水，提供的电磁力较大，而类似结构采用其它的磁路设计，只是在正对电磁搅拌的钢水区域才存在一对相反运动的行波磁场，中心并没有磁力线通过，磁场利用率低，在直径为30～80mm的浸入式水口8内作用的区域则更加有限。因此，其它磁路结构产生的磁场强度不足以推动水口中钢水短时间内实现旋流。

如图4-5所示，图4为本发明安装方式示意图。本实施例采用的连接支架的上方和下方各设有一对滚动轴承；上方的一对滚动轴承能沿包底导轨横向滚动，下方的一对滚动轴承能沿箱体导轨纵向滚动；其安装装置包括包底导轨2，控制水平(横向)移动，连接支架3(上下各一对滚动轴承)，箱体导轨4，控制垂直(纵向)移动；工作过程中，第一步：将两个连接支架下方的滚动轴承通过箱体导轨一端的开口纵向送入箱体导轨；将两个连接支架上方的滚动轴承分别通过两条包底导轨一端的开口横向送入两条箱体导轨；重复上述操作，将两台磁场运动方向相反的行波电磁感应装置都悬挂在包底导轨上；第二步：通过连接支架下方的滚动轴承与箱体导轨配合，使行波电磁感应装置相对于中间包纵向运动，至行波电磁感应装置9外壳上的分界标志(相邻磁极的分界线)与浸入式水口8的中心轴线对齐(图1所示位置)；最后，通过连接支架上方的滚动轴承与包底导轨配合，使行波电磁感应装置相对于中间包横向运动，调节两台行波电磁感应装置的相隔距离，实现最终的工作位置调节与固定。

图5为本发明行波电磁感应装置剖视图，其行波电磁感应装置9，包括铁芯5，线圈6，U型屏蔽罩7，水电接头10，进出水口接头11；水电接头11连接铜管线圈，水电接头10和进出水口接头11通过四氟管连接，用于引进外部的冷却水，对铜管线圈6进行内冷；水电接头10是水内冷结构的关键部件。它不仅用于电联结，而且同时还必须是一个可靠的水接头，使线圈既能接通电路又能方便地从外部水系统引入冷却水或从线圈内排出；此外，行波电磁感应装置9的外壳和线圈6之间设有内部空间水路，构成线圈与铁芯的外冷，较好的解决了浸入式水口钢水热辐射及涡流发热等问题。

实施例2：

本实施例中，激励电流为：50～2000A，采用频率为：50～500Hz，相邻的两同相位的线圈采用串联方式连接，铁芯高度为200mm，宽50mm，长度为500mm，行波电磁感应装置本体长度为690mm，两条包底导轨相距300mm，行波电磁感应装置纵向可移动范围为0～380mm，行波电磁感应装置横向可移动(向浸入式水口靠近距离)范围为0～210mm，横向移动行波电磁感应装置，使两行波电磁感应装置中心相距270mm，上述移动装置采用纯机械手动推拉，有效避免了电动或液压传动带来的负面效果。图3中，水口中心磁感应强度可以达到1000～4000Gs，其旋转磁场产生的扭矩可达到5～60Kg.cm，采用本实施例，不会对水口的在线更换、液面检测等现有生产工艺操作产生影响，同时，可最大限度的保证电磁旋流连铸的顺畅运行，在受局限的现场安装空间内可完全取代圆形电磁旋流装置带来的磁场特性。

上述所举实施例主要说明的是浸入式水口电磁搅拌装置的磁路结构形式以及在中间包包底的安装方式，至于行波电磁感应装置的具体尺寸则可以根据现场条件而定，本发明未作特别的限制。

Claims (8)

1.一种浸入式水口电磁搅拌装置，浸入式水口安装在中间包底部并插入结晶器钢液面以下，其特征在于，包括平行对称安装于浸入式水口左右两侧的两台磁场运动方向相反的行波电磁感应装置，以及传动装置；

所述行波电磁感应装置包括外壳、设置于外壳内的铁芯和多组线圈；记线圈总组数为MN，其中M、N均为大于等于2的正整数；

所述每组线圈上各通有一定相位、频率和电流强度的交流电流，其中的相位满足如下关系：

每组相邻线圈分别通以不同相位的电流，且各组相邻线圈之间所通电流的相位差相同，N组线圈形成一个完整的相位周期，一个相位周期形成一个磁极；每台行波电磁感应装置在铁芯长度方向上形成有M个磁极；并且相邻磁极为异性磁极；外壳上正对相邻磁极的分界线处设置有分界标志；

所述传动装置包括平行横向设置于中间包底部的两条包底导轨、沿铁芯长度方向设置在行波电磁感应装置上方的箱体导轨以及四个连接支架；

所述连接支架的上方和下方均设有运动机构；上方的运动机构能沿包底导轨横向移动，下方的运动机构能沿箱体导轨纵向移动；

每台行波电磁感应装置均通过两个连接支架悬挂在包底导轨上；两台磁场运动方向相反的行波电磁感应装置平行对称安装于浸入式水口左右，且浸入式水口的中心轴线与分界标志对齐；

所述运动机构为滚动轴承、滚轮或滑块；

所述浸入式水口电磁搅拌装置，还设置有U型屏蔽罩，U型屏蔽罩紧贴铁芯外表面安装，或安装在线圈外侧，铁芯未被屏蔽的面为磁场工作面。

2.根据权利要求1所述的浸入式水口电磁搅拌装置，其特征在于，所述线圈总组数MN＝6，每3组线圈形成一个完整的相位周期，即N＝3，M＝2。

3.根据权利要求1所述的浸入式水口电磁搅拌装置，其特征在于，所述铁芯，由条形或弧形的硅钢片或电工纯铁叠置而成，硅钢片或电工纯铁之间及铁芯外侧设有绝缘层；所述多组线圈按克莱姆绕线形式绕置于条形或弧形铁芯外面，各组线圈的匝数相同。

4.根据权利要求1所述的浸入式水口电磁搅拌装置，其特征在于，所述铁芯的尺寸为：

宽度K满足：30mm<K<100mm；

高度G满足：150mm<G<270mm；

长度L满足：300mm<L<700mm。

5.根据权利要求1所述的浸入式水口电磁搅拌装置，其特征在于，所述多组线圈的采用内冷结构或外冷结构。

6.根据权利要求1所述的浸入式水口电磁搅拌装置，其特征在于，所述线圈由铜管制成，其中循环有冷却水。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的浸入式水口电磁搅拌装置，其特征在于，所述每组线圈共有18～50匝线圈。

8.一种浸入式水口电磁搅拌装置的安装方法，其特征在于，所述浸入式水口电磁搅拌装置为权利要求1～6中任一项所述的浸入式水口电磁搅拌装置，安装方法为：

a)：将两个连接支架下方的运动机构通过箱体导轨一端的开口纵向送入箱体导轨；将两个连接支架上方的运动机构分别通过两条包底导轨一端的开口横向送入两条箱体导轨；重复上述操作，将两台磁场运动方向相反的行波电磁感应装置都悬挂在包底导轨上；

b)：通过连接支架下方的运动机构与箱体导轨配合，使两台行波电磁感应装置相对于中间包纵向移动，至浸入式水口的中心轴线与分界标志(相邻磁极的分界线)对齐；

c)：通过连接支架上方的运动机构与包底导轨配合，使行波电磁感应装置相对于中间包横向移动，调节两台行波电磁感应装置的相隔距离。