CN105458199B - 方坯分体多模式电磁搅拌器及其控制方法 - Google Patents

方坯分体多模式电磁搅拌器及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种方坯分体多模式电磁搅拌器及其控制方法，由2个或4个L形电磁搅拌装置通过自锁快接扣紧装置连接而成；自锁快接扣紧装置包括分别焊于L形电磁搅拌装置两端的定位销和定位孔；定位孔的外壁上设有紧定螺钉；L形电磁搅拌装置连接时，一个L形电磁搅拌装置上的定位销插入另一个L形电磁搅拌装置上定位孔内，并通过推进定位孔外壁上的紧定螺钉对定位销进行夹紧，实现两个L形电磁搅拌装置之间的快速连接和定位。本发明在同一连铸机上，能有效兼顾一定范围的铸坯断面，能根据现场工况实时通过PLC控制单元改变L形电磁搅拌装置内线圈(4)电流的相位，实现不同搅拌模式和磁场形式。

Description

方坯分体多模式电磁搅拌器及其控制方法
技术领域
本发明涉及电磁搅拌器，特别涉及一种适用与连铸方坯的方坯分体多模式电磁搅拌器及其控制方法。
背景技术
电磁搅拌(Electromagnetic stirring:EMS)技术，因其在改善连铸坯质量、稳定连铸操作、扩大品种钢和提高生产率方面具有不可替代的作用，而成为连铸技术中的关键技术之一。电磁搅拌的基本原理是利用电磁搅拌器激发的交变磁场渗透到铸坯的钢水内，在其中感应起电流，该感应电流与当地磁场相互作用产生电磁力，电磁力是体积力，作用在钢水体积元上，从而能推动钢水运动。由此可见，电磁搅拌控制铸坯凝固过程实质上是通过电磁力控制铸坯液相穴内钢水的流动形态和流动强度，从而使连铸坯的表面质量及皮下质量等得到明显的改善，提高钢的清洁度，扩大铸坯的等轴晶区，降低成分偏析，减轻或消除中心疏松和中心缩孔，实现生产优质、高品种钢材的目的。
传统方坯电磁搅拌器的设计都是：a将铁芯结构设计成圆形或者方形整体式结构；整体式结构虽然结构紧凑，便于安装固定，但固定的结构形式无法保证同一连铸机上浇注的一定范围断面的最佳冶金搅拌效果；b对特定电搅搅拌其磁场形式和搅拌功能都是唯一的，无法根据工艺条件的变化而在线实时改变。但现有连铸生产中，因铸坯断面、钢种、拉速、搅拌器的安装位置等工艺条件千变万化，客观上需要经常性改变电磁搅拌的磁场形态和搅拌功能。例如对结晶器电磁搅拌而言，安装在液面水口附近的电磁搅拌器，为形成较好的坯壳，清洗凝固前沿，需要搅拌液面的旋转磁场，而钢坯内部磁场不能太大，以免引起钢水液面波动。距离水口液面相对较远的结晶器电磁搅拌，主要解决消除铸坯内部的过热度，形成等轴晶，则希望钢坯内部磁场尽可能的大，需要采用穿透能力强的一对极旋转或者行波磁场搅拌模式。对二冷或末端电磁搅拌而言，绝大多数钢种适合采用旋转电磁搅拌功能，而有的钢种更希望用行波磁场型的直线搅拌功能加强钢液补缩，增加搅拌区域，获得最佳的搅拌效果。
发明内容
本发明所解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，针对连铸方坯提出一种分体多模式电磁搅拌器及其控制方法，在同一连铸机上，能有效兼顾一定范围的铸坯断面，实现同一电磁搅拌装置能根据现场工况实时改变磁场形式和搅拌功能的多模式电磁搅拌功能。
为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：
一种方坯分体多模式电磁搅拌器，由2个或4个L形电磁搅拌装置1通过自锁快接扣紧装置2连接而成；具体选用2个还是4个L形电磁搅拌装置，由铸坯断面的大小决定。
所述自锁快接扣紧装置2，包括分别焊于L形电磁搅拌装置1两端的定位销6和定位孔7；定位孔7的外壁上设有紧定螺钉9；L形电磁搅拌装置连接时，一个L形电磁搅拌装置上的定位销6插入另一个L形电磁搅拌装置上定位孔7内，并通过推进定位孔7外壁上的紧定螺钉9对定位销6进行夹紧，实现两个L形电磁搅拌装置之间的快速连接和定位；
所述L形电磁搅拌装置1包括L形铁芯3和均匀分布在L形铁芯3上的多个线圈4；
每台L形电磁搅拌装置所连接的三相变频电源分别独立受控于PLC控制单元；通过PLC控制单元改变L形电磁搅拌装置内线圈4电流的相位，实现不同搅拌模式和磁场形式；通过PLC控制单元改变L形电磁搅拌装置内线圈电流的大小、频率，改变方坯分体多模式电磁搅拌器的磁感应强度和电磁力变化规律；
所述搅拌模式包括单区旋转搅拌模式与多区旋转搅拌模式，多区旋转搅拌模式的区域数n≥2。
每种搅拌模式中都包含1对磁极与多对磁极的两种磁场形式。
通过PLC控制单元改变L形电磁搅拌装置内线圈4电流的相位，产生磁场的磁极对数为1～20。
所述定位销6的侧面和定位孔7的外壁的内侧设有相对的凹槽；所述定位孔7的外壁内侧的凹槽内设有楔子8；楔子8的宽度与定位销6侧面的凹槽宽度相同；紧定螺钉9的螺杆上分段设有左旋螺纹和右旋螺纹，紧定螺钉9的螺杆依次穿过定位孔7的外壁和楔子8上的通孔，左旋螺纹与楔子8螺纹连接，右旋螺纹与定位孔7的外壁螺纹连接。拧紧紧定螺钉9(向右旋转紧定螺钉9)，则紧定螺钉9旋进楔子8，推动楔子8嵌入定位销6侧面的凹槽内，两个L形电磁搅拌装置之间夹紧定位；反之则解除。
所述L形铁芯3，由高电导率的硅钢叠片叠制而成。
所述线圈4为克莱姆形式的绕组线圈，L形电磁搅拌装置1的线圈个数为2～18个。采用克莱姆形式的绕组线圈，线圈均匀分布在铁芯上，无齿槽效应，磁场分布均匀、搅拌效率高。
所述L形铁芯3和线圈4之间的非工作面安装有高电导率的磁屏蔽装置5，对搅拌器外围非工作面的漏磁进行屏蔽。
所述方坯分体多模式电磁搅拌器，由2个L形电磁搅拌装置1通过自锁快接扣紧装置2连接而成；
每个L形电磁搅拌装置包括6个线圈，6个线圈在L形铁芯3上均匀分布，沿顺时针方向分别记为线圈①、②、③、④、⑤和⑥；线圈①和④串联为一相线圈，线圈②和⑤串联为一相线圈，线圈③和⑥串联为一相线圈；
一个L形电磁搅拌装置的三相线圈的首端分别和一个三相变频电源的三相接线柱连接，三相线圈的末端连在一起形成公共星点；
每个L形电磁搅拌装置所连接的三相变频电源分别独立受控于PLC控制单元，即每个L形电磁搅拌装置上三相线圈的电流相位分别独立受控于PLC控制单元。
一种方坯分体多模式电磁搅拌器控制方法，采用上述的方坯分体多模式电磁搅拌器；通过PLC控制单元分别控制2个L形电磁搅拌装置所连接的三相变频电源，从而控制L形电磁搅拌装置内线圈4电流的相位，实现不同搅拌模式和磁场形式。
控制2个L形电磁搅拌装置内线圈4电流的相位为：2个L形电磁搅拌装置上三相线圈的电流相序相同，按顺时针方向分别为U、V和W。通过该组合方式，使得该分体多模式电磁搅拌器的磁场形式为4对极磁场的单区旋转搅拌模式；多对极的单区旋转磁场，有利于清洗坯壳凝固前沿，形成较好的凝固坯壳。
控制2个L形电磁搅拌装置内线圈4电流的相位为：一个L形电磁搅拌装置上三相线圈的电流相序按顺时针方向为U、V和W；另一个L形电磁搅拌装置上三相线圈的电流相序按顺时针方向为-U、-V、-W。通过该组合方式，使得该分体多模式电磁搅拌器组成形成穿透能力强的1对极磁场的单区旋转搅拌模式，实现对钢液芯部的搅拌功能。
控制2个L形电磁搅拌装置内线圈4电流的相位为：一个L形电磁搅拌装置上三相线圈的电流相序按顺时针方向为U、V和W；另一个L形电磁搅拌装置上三相线圈的电流相序按顺时针方向为W、U、V。通过该组合方式，使得该分体多模式搅拌器组成形成1对极二区搅拌模式，实现钢液穿透能力较强的二分区搅拌功能。
控制2个L形电磁搅拌装置内线圈4电流的相位为：一个L形电磁搅拌装置上三相线圈的电流相序按顺时针方向为U、V和W；另一个L形电磁搅拌装置上三相线圈的电流相序按顺时针方向分别为-W、-U、-V。通过该组合方式，使得该分体多模式电磁搅拌器形成4对极的二分区旋转搅拌模式，搅拌效果即能清洗凝固前沿，又能深入液芯。
本发明有以下优点和有益效果：
本发明的分体多模式电磁搅拌器，较好的兼顾了连铸方坯不同断面的搅拌效果，结构简单尺寸小，漏磁小，工作效率高。对同一电磁搅拌可根据现场工艺及工况条件的变化，实现不同磁场形态和搅拌功能的多模式电磁搅拌，设备利用率高，适合连铸工艺多变的电磁搅拌生产，具有较高应用前景和价值。
附图说明
图1为本发明分体多模式电磁搅拌器的结构示意图；图1(a)为2个L形电磁搅拌装置1连接而成的分体多模式电磁搅拌器；图1(b)为4个L形电磁搅拌装置1连接而成的分体多模式电磁搅拌器；
图2为本发明自锁快接扣紧装置的结构示意图；
图3为本发明L形电磁搅拌装置的结构及内部接线示意图；图3(a)为本发明L形电磁搅拌装置的结构示意图；图3(b)为本发明L形电磁搅拌装置的内部接线示意图；
图4为本发明4对磁极单区旋转搅拌模式及磁路示意图；
图5为本发明1对磁极单区旋转搅拌模式及磁路示意图；
图6为本发明1对磁极二区旋转搅拌模式及磁路示意图；
图7为本发明4对磁极二区旋转搅拌模式及磁路示意图；
附图标记说明：
1、L形电磁搅拌装置，2、自锁快接扣紧装置，3、L形铁芯，4、线圈，5、磁屏蔽装置，6、定位销，7、定位孔，8、楔子，9、紧定螺钉。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
参见图1，为本发明一种多功能电磁搅拌器分体实施例的结构示意图(搅拌器内部件其他部件未示出)，本发明的方坯分体多模式电磁搅拌器，包括L形电磁搅拌装置1、自锁快接扣紧装置2和PLC控制单元。方坯分体多模式电磁搅拌器整体由2个或4个L形电磁搅拌装置1通过自锁快接扣紧装置2连接而成。L形电磁搅拌装置1由L形铁芯，克莱姆形式的线圈绕组和安装在铁芯和线圈之间的磁屏蔽装置组成。每台L形电磁搅拌装置独立连接PLC控制单元，通过改变L形电磁搅拌装置1内线圈的相位，实现搅拌器磁场形式与运动方向的改变，达到多模式搅拌功能；
如图2为自锁快接扣紧装置的结构示意图，由焊于L形电磁搅拌装置一端的定位销6焊于另一端的定位孔7及紧定螺钉8组成。定位销6的侧面和定位孔7的外壁的内侧设有相对的凹槽；所述定位孔7的外壁内侧的凹槽内设有楔子8；楔子8的宽度与定位销6侧面的凹槽宽度相同；紧定螺钉9的螺杆上分段设有左旋螺纹和右旋螺纹，左旋螺纹与楔子8螺纹连接，右旋螺纹与定位孔7的外壁螺纹连接。其工作原理为定位销6穿过定位孔7一侧，通过拧紧紧定螺钉9，紧定螺钉9旋进楔子8，推动楔子8嵌入定位销6侧面的凹槽内，两个L形电磁搅拌装置之间夹紧定位；反之则解除。
本实施例的L形电磁搅拌装置包括6个线圈；
图3为本发明L形电磁搅拌装置的结构及内部接线示意图，包括L形铁芯3及线圈4，磁屏蔽装置5设置在线圈4与铁芯3之间。L形电磁搅拌装置的外壳上焊有自锁快接扣紧装置2。每台L形搅拌器内部线圈接线为：线圈①和④串联为一相线圈，线圈②和⑤串联为一相线圈，线圈③和⑥线圈串联为一相线圈，三相线圈的首端分别和三相变频电源(未示出)的三个接线柱U、V和W连接，三相线圈的末端连在一起形成公共星点。
实施例1：
图4所示的为本发明一种分体多模式电磁搅拌器激发单区搅拌模式的4对磁极磁路。所述的分体多模式电磁搅拌器由2台L形分体电磁搅拌器组成，每一台L形电磁搅拌装置都分别和装有PLC控制单元的三相变频电源(未示出)的三相电U、V和W连接。通过如图4的组合方式，该分体多模式电磁搅拌器的磁场形式为4对极磁场的单区旋转搅拌模式；多对极的单区旋转磁场，有利于清洗坯壳凝固前沿，形成较好的凝固坯壳。
实施例2：
图5所示的为本发明一种分体多模式电磁搅拌器激发单区搅拌模式的1对磁极磁路。通过PLC控制单元改变实施例1中一台L形电磁搅拌装置的电流相位，将该L形电磁搅拌装置的相位由先前的U、V、W变成-U、-V、-W分布形式(如图5所示)，则该分体多模式电磁搅拌器组成形成穿透能力强的1对极磁场的单区旋转搅拌模式，实现对钢液芯部的搅拌功能。
实施例3：
图6所示的为本发明一种分体多模式电磁搅拌器激发二区旋转搅拌模式的1对磁极磁路。通过PLC控制单元将实施例1中一台L形电磁搅拌的相序沿顺时针方向互换，由先前的U、V、W变成W、U、V分布形式,则该分体多模式搅拌器组成形成1对极二区搅拌模式，实现钢液穿透能力较强的二分区搅拌功能。
实施例4：
图7所示的为本发明一种分体多模式电磁搅拌器激发二区旋转搅拌模式的4对磁极磁路。通过PLC控制单元将实施例1中一台L形电磁搅拌的相序沿顺时针方向互换，由先前的W、U、V变成-W、-U、-V分布形式，则该分体多模式电磁搅拌器形成4对极的二分区旋转搅拌模式，搅拌效果即能清洗凝固前沿，又能深入液芯。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均就包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种方坯分体多模式电磁搅拌器，其特征在于，由2个或4个L形电磁搅拌装置(1)通过自锁快接扣紧装置(2)连接而成；
所述自锁快接扣紧装置(2)，包括分别焊于L形电磁搅拌装置(1)两端的定位销(6)和定位孔(7)；定位孔(7)的外壁上设有紧定螺钉(9)；L形电磁搅拌装置连接时，一个L形电磁搅拌装置上的定位销(6)插入另一个L形电磁搅拌装置上定位孔(7)内，并通过推进定位孔(7)外壁上的紧定螺钉(9)对定位销(6)进行夹紧，实现两个L形电磁搅拌装置之间的快速连接和定位；
所述L形电磁搅拌装置(1)包括L形铁芯(3)和均匀分布在L形铁芯(3)上的多个线圈(4)；
每台L形电磁搅拌装置所连接的三相变频电源分别独立受控于PLC控制单元。
2.根据权利要求1所述的方坯分体多模式电磁搅拌器，其特征在于，所述定位销(6)的侧面和定位孔(7)的外壁的内侧设有相对的凹槽；所述定位孔(7)的外壁内侧的凹槽内设有楔子(8)；楔子(8)的宽度与定位销(6)侧面的凹槽宽度相同；紧定螺钉(9)的螺杆上分段设有左旋螺纹和右旋螺纹，紧定螺钉(9)的螺杆依次穿过定位孔(7)的外壁和楔子(8)上的通孔，左旋螺纹与楔子(8)螺纹连接，右旋螺纹与定位孔(7)的外壁螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的方坯分体多模式电磁搅拌器，其特征在于，所述L形铁芯(3)，由硅钢叠片叠制而成；
所述线圈(4)为克莱姆形式的绕组线圈；
L形电磁搅拌装置(1)的线圈个数为2～18个。
4.根据权利要求1所述的方坯分体多模式电磁搅拌器，其特征在于，所述L形铁芯(3)和线圈(4)之间的非工作面安装有磁屏蔽装置(5)，对搅拌器外围非工作面的漏磁进行屏蔽。
5.根据权利要求1所述的方坯分体多模式电磁搅拌器，其特征在于，所述方坯分体多模式电磁搅拌器，由2个L形电磁搅拌装置(1)通过自锁快接扣紧装置(2)连接而成；
每个L形电磁搅拌装置(1)包括6个线圈，6个线圈在L形铁芯(3)上均匀分布，沿顺时针方向分别记为线圈①、②、③、④、⑤和⑥；线圈①和④串联为一相线圈，线圈②和⑤串联为一相线圈，线圈③和⑥串联为一相线圈；
一个L形电磁搅拌装置的三相线圈的首端分别和一个三相变频电源的三相接线柱连接，三相线圈的末端连在一起形成公共星点；
每个L形电磁搅拌装置所连接的三相变频电源分别独立受控于PLC控制单元，即每个L形电磁搅拌装置上三相线圈的电流相位分别独立受控于PLC控制单元。
6.一种方坯分体多模式电磁搅拌器控制方法，其特征在于，采用权利要求5所述的方坯分体多模式电磁搅拌器；通过PLC控制单元分别控制2个L形电磁搅拌装置所连接的三相变频电源，从而控制L形电磁搅拌装置内线圈(4)电流的相位，实现不同搅拌模式和磁场形式。
7.根据权利要求6所述的方坯分体多模式电磁搅拌器控制方法，其特征在于，控制2个L形电磁搅拌装置内线圈(4)电流的相位为：2个L形电磁搅拌装置上三相线圈的电流相序相同，按顺时针方向分别为U、V和W。
8.根据权利要求6所述的方坯分体多模式电磁搅拌器控制方法，其特征在于，控制2个L形电磁搅拌装置内线圈(4)电流的相位为：一个L形电磁搅拌装置上三相线圈的电流相序按顺时针方向为U、V和W；另一个L形电磁搅拌装置上三相线圈的电流相序按顺时针方向为-U、-V、-W。
9.根据权利要求6所述的方坯分体多模式电磁搅拌器控制方法，其特征在于，控制2个L形电磁搅拌装置内线圈(4)电流的相位为：一个L形电磁搅拌装置上三相线圈的电流相序按顺时针方向为U、V和W；另一个L形电磁搅拌装置上三相线圈的电流相序按顺时针方向为W、U、V。
10.根据权利要求6所述的方坯分体多模式电磁搅拌器控制方法，其特征在于，控制2个L形电磁搅拌装置内线圈(4)电流的相位为：一个L形电磁搅拌装置上三相线圈的电流相序按顺时针方向为U、V和W；另一个L形电磁搅拌装置上三相线圈的电流相序按顺时针方向分别为-W、-U、-V。
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