CN108723316B - 一种连铸末端具有加热功能的电磁搅拌系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种连铸末端具有加热功能的电磁搅拌系统，电磁搅拌系统安装在连铸坯凝固末端，电磁搅拌系统包括设置有连铸坯通道的搅拌器，通道两端开口分别为连铸坯入口和出口；搅拌器在靠近连铸坯入口且围绕通道的位置设有M1个磁极，且N极和S极围绕通道交替设置以形成对连铸坯的加热，M1≥2；搅拌器在靠近连铸坯出口且围绕通道的位置设有M2个磁极，且各个N极均围绕通道相邻设置、各个S极均围绕通道相邻设置，以形成对连铸坯的搅拌，M2≥2。本发明的电磁搅拌系统具有加热和搅拌两种功能，分别解决连铸坯表面、角部裂纹和解决连铸坯内部成分偏析等问题，解决两套装置安装空间不足、结构复杂与干涉的问题。

Description

一种连铸末端具有加热功能的电磁搅拌系统

技术领域

本发明涉及电磁冶金领域用的电磁搅拌器，特别指适用在连铸坯末端可加热用电磁搅拌器。

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，而成为现代连铸技术中的关键技术之一。根据搅拌器在连铸机上的安装位置，可分为：结晶器电磁搅拌、二冷区电磁搅拌、凝固末端电磁搅拌。凝固末端电磁搅拌安装在连铸坯凝固末端的固液两相区间内，其通过搅拌器产生的电磁力促使钢液流动以消除连铸坯中心偏析、中心疏松和V型偏析，从而达到改善连铸坯内部质量的目的。因此，连铸坯凝固末端电磁搅拌的冶金效果与凝固末端电磁搅拌器位置和连铸工艺参数密切相关。

目前，广泛应用的末端电磁搅拌器存在以下缺陷：(1)安装位置固定；一台末端电磁搅拌器通常需适用多个断面和不同钢种，在不同连铸工艺下，凝固末端的位置也不尽相同，因此固定搅拌器的位置和获得最佳冶金效果是一个矛盾。中国专利CN 104942248A，CN104690242B提出了在搅拌器与连铸机之间增加一个位置调整的移动装置，但该装置结构复杂，工程实施难度大。(2)功能单一，现有的电磁搅拌器都只有搅拌功能。通常连铸坯在凝固末端的凝固率都在60％以上，凝固后的坯壳与未凝固的液芯温差较大，加之凝固表面的边角部散热快，导致温差与温度的不均匀性进一步增大，使连铸坯表面与角部极易产生裂纹。裂纹的出现和扩展，使材料的机械性能明显变差；(3)结构形式固定；传统电磁搅拌器铁芯结构通常设计成圆形或者方形的整体式结构，整体式结构虽然结构紧凑，便于固定安装，但固定的结构形式无法保证同一连铸机上浇注一定范围断面的最佳冶金效果。现有专利中，也有通过电磁搅拌器组合使用以实现不同断面最佳的搅拌功能，但该类电磁搅拌器只有搅拌功能，而不具备加热功能。而且，现有的电磁搅拌器所形成的磁场容易产生漏磁现象，所产生的磁场无法得到有效利用，从而影响电磁搅拌的效果。

发明内容

本发明要解决的问题是针对现有技术中电磁搅拌器无法同时进行搅拌和加热的问题，提供一种电磁搅拌系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种连铸末端具有加热功能的电磁搅拌系统，所述电磁搅拌系统安装在连铸坯凝固末端，所述电磁搅拌系统包括设置有连铸坯通道的搅拌器，所述通道的两端开口分别为连铸坯的入口和出口；所述搅拌器在靠近连铸坯的入口且围绕所述通道的位置设有M1个磁极，且N极和S极围绕所述通道交替设置以形成对连铸坯的加热，M1≥2且M1为正整数；所述搅拌器在靠近连铸坯的出口且围绕所述通道的位置设有M2个磁极，且各个N极均围绕所述通道相邻设置、各个S极均围绕所述通道相邻设置，以形成对连铸坯的搅拌，M2≥2且M2为正整数。

本发明中，能有效兼顾一定范围的连铸坯，实现同一台电磁搅拌系统在其前端对连铸坯加热，在其后端对连铸坯实施搅拌功能。在靠近连铸坯的入口且围绕所述通道的位置，通过设置N极和S极交替设置，可以使得靠近连铸坯的入口的磁力线穿过连铸坯的表面即连铸坯的坯壳，形成较好的对坯壳的加热效果，可以补偿连铸坯表面温度，减少连铸坯芯表(液芯与坯壳)温差，可有效抑制裂纹的生成。在靠近连铸坯的出口且围绕所述通道的位置，通过设置各个N极均相邻设置且各个S极均相邻设置，使得各个N极组合在一起组成N极，且各个S极组合在一起组成S极，使得靠近连铸坯的出口的磁力线穿过液芯，从而达到对液芯的搅拌效果。

进一步地，所述搅拌器包括k个基体，k＝2或4；

各个基体在靠近连铸坯的入口、靠近连铸坯的出口位置分别设置有线圈绕组；

各个靠近连铸坯的入口的位置的线圈绕组通入电流后在靠近连铸坯的入口且围绕所述通道的位置形成所述M1个磁极，

各个靠近连铸坯的出口的位置的线圈绕组通入电流后在靠近连铸坯的出口且围绕所述通道的位置形成所述M2个磁极；

当k＝2时，2个基体相对设置且两个基体之间形成所述连铸坯通道；当k＝4时，4个基体围成所述连铸坯通道；

优选地，至少两个相对设置的基体或每个基体在靠近连铸坯的入口位置且围绕所述通道分别设置有至少两个线圈绕组；和/或至少两个相对设置的基体或每个基体在靠近连铸坯的出口位置且围绕所述通道分别设置有至少两个线圈绕组。

本发明中，搅拌器包括k个基体，k个基体形成搅拌器中的连铸坯通道，使得搅拌器便于加工。本发明中，各个靠近连铸坯的入口的线圈绕组构成至少两对磁路，在铸坯的入口对坯壳实现较好的加热功能。各个靠近连铸坯的出口的线圈绕组构成一对磁路，在铸坯的出口对液芯实现较好的搅拌功能。实际工况中，考虑到安装的简便性，k优选为2或4。在一个基体的靠近连铸坯的入口位置且围绕通道设置至少两个线圈绕组，可以增加围绕通道的磁极的个数，从而可以增强在入口位置加热的效果。同样的，在一个基体的靠近连铸坯的出口位置且围绕所述通道设置至少两个线圈绕组，可以增加围绕通道的磁极的个数，从而可以增强在出口位置搅拌的效果。

进一步地，所述线圈绕组均设置在所述基体的朝向所述通道的内壁面上。由于各个基体开设的凹槽均朝向通道，因此便于在凹槽内分别容纳的线圈绕组所形成的磁场的磁路主要位于搅拌器内部，防止漏磁。

进一步地，各个基体均开设有用于容纳线圈绕组的凹槽；各个凹槽内分别设置有用于缠绕线圈绕组的铁芯齿部；

优选的，每个基体中，靠近连铸坯入口位置的线圈绕组容纳在相同的凹槽中和/或靠近连铸坯出口位置的线圈绕组容纳在相同的凹槽中。

本发明中，通过开设凹槽，使得线圈绕组便于放置。通过设置铁芯齿部，使得线圈通电后形成的磁场较强。在一个基体中，仅需要开设两个凹槽，分别容纳靠近连铸坯入口位置的线圈绕组、靠近连铸坯出口位置的线圈绕组即可，使得凹槽便于加工且线圈绕组便于放置。

进一步地，当k＝4时，4个基体分别为位于通道的顶部、底部、两个侧部的第一基体、第二基体、第三基体、第四基体。

进一步地，所述电磁搅拌系统还包括用于调整第三基体和第四基体之间距离的第一调整装置。

实际使用中，铸坯的宽度的变化范围较大。本发明中，搅拌器的第三基体和第四基体之间的距离可通过第一调整装置进行调整，以适应不同的连铸坯断面，通过调整距离使得第三基体、第四基体可以更靠近连铸坯，实现更好的加热或搅拌效果。

进一步地，所述第三基体上安装有限制第三基体与第一基体在搅拌器的轴向方向上的相对运动的第一限位滑块、限制第三基体与第二基体在搅拌器的轴向方向上的相对运动的第二限位滑块；

所述第四基体上安装有限制第四基体与第一基体在搅拌器的轴向方向上的相对运动的第三限位滑块、限制第四基体与第二基体在搅拌器的轴向方向上的相对运动的第四限位滑块；

所述第一限位滑块、第二限位滑块上分别安装有可抵住第一基体、第二基体的第一紧固螺钉、第二紧固螺钉以使第三基体分别与第一基体、第二基体固定；

所述第三限位滑块、第四限位滑块上分别安装有可抵住第一基体、第二基体的第三紧固螺钉、第四紧固螺钉以使第四基体分别与第一基体、第二基体固定；

所述第一限位滑块、第二限位滑块、第三限位滑块、第四限位滑块、第一紧固螺钉、第二紧固螺钉、第三紧固螺钉、第四紧固螺钉构成所述第一调整装置。

进一步地，当k＝2时，2个基体分别为通道的两个侧部的第三基体、第四基体；所述电磁搅拌系统还包括位于通道底部的基座，所述第三基体、第四基体安装在基座上，所述电磁搅拌系统还包括用于调整第三基体、第四基体之间的距离的第一调整装置；优选地，所述第三基体上安装有限制第三基体与基座在搅拌器的轴向方向上的相对运动的第二限位滑块；所述第四基体上安装有限制第四基体与基座在搅拌器的轴向方向上的相对运动的第四限位滑块；所述第二限位滑块上安装有可抵住基座的第二紧固螺钉以使第三基体与基座固定；所述第四限位滑块上安装有可抵住基座的第四紧固螺钉以使第四基体与基座固定；所述第二限位滑块、第四限位滑块、第二紧固螺钉、第四紧固螺钉构成所述第一调整装置。通过设置第一调整装置，使得第三基体、第四基体之间的距离可调，从而适应不同的连铸坯断面，使得第三基体、第四基体可以更靠近连铸坯，实现更好的加热或搅拌效果。

进一步地，还包括控制单元、用于测量连铸坯的入口处的连铸坯中液芯位置的液芯位置检测装置、用于测量搅拌器在连铸坯的运行方向上的位置的位置传感器和可调整搅拌器在连铸坯的运行方向上的位置的第二调整装置，所述液芯位置检测装置、第二调整装置均与所述控制单元连接；

优选地，所述液芯位置检测装置为电磁超声液芯探测仪，所述电磁超声液芯探测仪包括用于向连铸坯的液芯发射超声波的超声发生装置和用于接收连铸坯的液芯反射的信号的超声接收装置。

由于连铸同一炉大包钢水在连续浇注过程中，浇注的工艺参数相对固定，钢液的凝固具有一定规律，则一次连续浇注过程中的连铸坯行在进到搅拌器的通道入口时，液芯的位置近似相等。本发明中，在通道入口处对液芯的位置进行检测，且通过位置传感器测量搅拌器在连铸坯运行方向上的位置，从而可以调整搅拌器的位置使得液芯高度与整个连铸坯的高度的比例达到最优，实现较好的加热、搅拌效果。对同一大包钢水，一次连续浇注过程仅需对连铸坯的位置进行一次调整即可。大包钢水更换时，才需要利用液芯位置检测装置检测连铸坯中液芯位置。液芯高度即为连铸坯中液芯底面与顶面之间的距离。连铸坯高度即为连铸坯底面与顶面之间的距离。

进一步地，还包括安装脚、轨道，安装脚的一端固定连接在搅拌器底面，其另一端装设在所述轨道上且可在轨道上沿连铸坯的运行方向前后移动，所述第二调整装置安装在轨道上；

优选地，所述位置传感器安装在安装脚的侧面；

优选地，所述第二调整装置为液压驱动装置。

通过在轨道上安装第二调整装置，使得搅拌器在轨道的位置在线可调，从而使得在垂直于连铸坯通道的竖直面上，液芯面积与连铸坯的面积的比例达到最优，从而可以达到最佳搅拌效果。

进一步地，还包括用于测量连铸坯的入口处的连铸坯的温度的测温装置、用于调整流过各个线圈绕组的电流的大小和/或频率和/或相位的控制单元，所述测温装置和控制单元电连接；

优选地，所述测温装置为红外测温仪。

本发明中，在连铸坯的入口测量连铸坯的温度，可以计算所需的连铸坯的加热功率，从而通过调整流过各个线圈绕组的电流的大小和/或频率来实现加热功率的动态调整，从而实现较好的加热效果，也可以避免加热功率过大或过小。

进一步地，所述控制单元为PLC控制器；

各个基体上的线圈绕组分别与不同的供电电源连接，且各个供电电源分别独立受控于PLC控制器，流过所述线圈绕组的电流的频率、相位由PLC控制器进行调整；

优选地，所述供电电源为三相交流电源，每个基体上靠近连铸坯的入口位置、靠近连铸坯的出口位置的线圈绕组分别连接到三相交流电源的两路输出端，所述三相交流电源的各路输出电流的相序由PLC控制器进行调整。

通过设置与电磁装置连接的供电电源分别独立受控于PLC控制器，使得电流的大小、频率、相位、相序便于进行调整，从而便于调整连铸坯入口、出口形成的磁场的大小。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：

1)多功能，冶金效果好。本系统具有加热和搅拌两种功能，分别解决连铸坯表面、角部裂纹和解决连铸坯内部成分偏析等质量问题。根据连铸工艺的不同，搅拌器的安装位置可在线调整，使搅拌器一直工作在凝固末端的两相区内，以保证搅拌器的搅拌效果。在凝固末端区域(连铸坯入口)增设感应加热装置，补偿表面温度，减少连铸坯芯表温差，可有效抑制裂纹的生成。

2)设备的适用性和利用率高。本系统中的搅拌器由四台一字型基体通过限位滑块和紧固螺钉连接而成。根据不同连铸坯断面，搅拌器的宽边基体可通过移动滑块进行移动，以适应不同连铸坯断面。另外同一套搅拌系统同时具有加热和搅拌两种功能，在设备上就解决了两套装置安装空间不足、结构复杂与干涉的问题。

3)节能、能源利用率高。本系统的加热功率是由温度闭环控制系统实时动态输出。即保证了加热效果，又节约了电能，避免了连铸坯过烧或能源的浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例1的电磁搅拌系统的结构示意图；

图2为本发明的实施例1的搅拌器的结构示意图；

图3为图2的A部分的放大示意图；

图4为本发明的实施例1的基体的结构示意图；

图5为图4的剖面结构示意图；

图6为本发明的实施例1的搅拌器和连铸坯的内部结构示意图；

图7为本发明的实施例1的电磁搅拌系统的加热功能的磁路示意图；

图8为本发明的实施例1的电磁搅拌系统的搅拌功能的磁路示意图；

图9为本发明的实施例2的第一基体的结构示意图；

图10为本发明的实施例2的电磁搅拌系统的加热功能的磁路示意图；

图11为本发明的实施例2的电磁搅拌系统的搅拌功能的磁路示意图；

图12为本发明的实施例3的搅拌器的结构示意图。

图13为本发明的实施例的电磁搅拌系统的工作原理图。

上述附图中，1、连铸坯，11、液芯，12、坯壳，131、第一限位滑块，141、第一紧固螺钉，15、磁路，2、液芯位置检测装置，3、测温装置，4、位置传感器，5、搅拌器，51、第一基体，52、第二基体，53、第三基体，54、第四基体，5011、第一铁芯齿部，5012、第二铁芯齿部，6、上位机，7、PLC控制器，8、轨道，9、第二调整装置，56、搅拌器加热功能，57、搅拌器搅拌功能，58、安装脚。

具体实施方式

下面将结合本申请的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明针对连铸方坯或板坯提出一种连铸末端可加热用电磁搅拌系统。在同一电磁搅拌系统上，能有效兼顾一定范围的连铸坯，实现同一台电磁搅拌系统前端对连铸坯加热，后端对连铸坯实施搅拌功能，同时为达到最佳搅拌效果，搅拌器的位置在线可调。

本发明提供的电磁搅拌系统为连铸末端具有加热功能的电磁搅拌系统，电磁搅拌系统安装在连铸坯凝固末端，电磁搅拌系统包括：连铸坯1、搅拌器5、轨道8、液压驱动装置9、红外测温仪、电磁超声液芯探测仪、上位机、PLC控制器、位置传感器。

本发明提供的电磁搅拌系统，包括设置有连铸坯1通道的搅拌器5，通道的两端开口分别为连铸坯1的入口和出口；搅拌器5在靠近连铸坯1的入口且围绕通道的位置设有至少两个磁极，且N极和S极围绕通道交替设置以形成对连铸坯1的坯壳12的电磁加热，M1≥2且M1为正整数；搅拌器5在靠近连铸坯1的出口且围绕通道的位置设有至少两个磁极，且各个N极均围绕通道相邻设置、各个S极均围绕通道相邻设置，以形成对连铸坯1的液芯11的电磁搅拌，M2≥2且M2为正整数。

在本发明的一个优选实施例中，搅拌器5包括围成连铸坯1通道的k个基体，k可取2、4或大于4的正整数。优选k为偶数。各个基体上在朝向通道的内壁面上靠近连铸坯1的入口、靠近连铸坯1的出口的位置分别设置有线圈绕组。

优选地，至少两个相对设置的基体或每个基体在靠近连铸坯1的入口位置且围绕所述通道分别设置有至少两个线圈绕组；和/或至少两个相对设置的基体或每个基体在靠近连铸坯1的出口位置且围绕所述通道分别设置有至少两个线圈绕组。

在靠近连铸坯1的入口位置且围绕所述通道设置的线圈绕组的个数与在连铸坯1的入口位置且围绕所述通道形成的磁极的个数相同。

在靠近连铸坯1的出口位置且围绕所述通道设置的线圈绕组的个数与在连铸坯1的出口位置且围绕所述通道形成的磁极的个数相同。

在本发明一个优选实施例中，控制单元为PLC控制器7。不同基体上的线圈绕组分别与不同的供电电源连接，且各个供电电源分别独立受控于PLC控制器，流过线圈绕组的电流的频率、相位由PLC控制器进行调整。

在本发明一个优选实施例中，供电电源为三相交流电源，每个基体上靠近连铸坯1的入口位置、靠近连铸坯1的出口位置的线圈绕组分别连接到三相交流电源的两路输出端，三相交流电源的各路输出电流的相序由PLC控制器进行调整。

在本发明一个优选实施例中，各个基体均开设有分别用于容纳线圈绕组的凹槽；各个凹槽内分别设置有用于缠绕线圈绕组的铁芯齿部。

优选的，每个基体中，靠近连铸坯1入口位置的线圈绕组容纳在相同的凹槽中和/或靠近连铸坯1出口位置的线圈绕组容纳在相同的凹槽中。因此，在每个基体中，仅需要开设两个凹槽，每个凹槽中可容纳1个、2个或多个线圈绕组。每个凹槽中铁芯齿部的数量与线圈绕组的数量相同。

实施例1

如图1所示，本发明由连铸坯1、红外测温仪3、电磁超声液芯检测仪2、搅拌器5、滑动轨道8、安装脚58、液压推动装置9、位置传感器4，上位机6和PLC控制器7(未显示)构成。连铸坯1连续并从搅拌器5中间运动穿过，置于搅拌器5上面的红外测温仪3与电磁超声液芯检测仪2，对连铸坯1的坯壳12和液芯11分别进行温度和液芯的检测，并将数据上传至上位机6，PLC控制器7经过数据处理后确定搅拌器的加热功率和搅拌器的安装位置，并通过液压驱动装置9对搅拌器5位置调整好后，搅拌器开始对连铸坯1进行前端加热与后端搅拌。搅拌器5的加热功能是利用温度闭环控制系统实行的加热功率动态调整。搅拌器5的位置调整只有在连铸坯1成分与断面等其他工艺条件发生变化时，才进行位置调整。搅拌器5的位置调整通过以下方案实现：搅拌器5的安装脚58一端焊接在搅拌器5底面上，另一端与滑动轨道8连接，位置传感器4安装在安装脚58侧面上，通过液压推动装置9推动安装脚58在滑动轨道上前后的移动，以实现搅拌器5位置的在线调整。

电磁搅拌系统还包括安装脚58、轨道8，安装脚58的一端固定连接在搅拌器5底面，其另一端装设在轨道8上且可在轨道8上沿连铸坯的运行方向前后移动，第二调整装置9安装在轨道8上。搅拌器通过安装脚与滑动轨道连接，安装脚焊接在搅拌器底面上，通过液压推动装置实现安装脚在滑动轨道上的位置移动，实现搅拌器位置的在线动态调整。

位置传感器4优选安装在安装脚58的侧面。

第二调整装置9优选为液压驱动装置。

电磁搅拌系统还包括控制单元、用于测量连铸坯1的入口处的连铸坯1中液芯位置的液芯位置检测装置2、用于测量搅拌器5在连铸坯1的运行方向上的位置的位置传感器4和可调整搅拌器5在连铸坯1的运行方向上的位置的第二调整装置9，液芯位置检测装置2、第二调整装置9均与控制单元连接；

优选地，液芯位置检测装置2为电磁超声液芯探测仪。优选地，控制单元为PLC控制器7。液芯位置检测装置2为电磁超声液芯探测仪。电磁超声液芯探测仪置于搅拌器前段外壳上。优选地，电磁超声液芯探测仪设置在第一基体的顶部。

在连铸坯进入搅拌器前，电磁超声液芯探测仪就对连铸坯液芯位置进行在线检测，并将检测的数据上传至上位机，由PLC控制器7对数据处理分析后，液压驱动装置对搅拌器位置进行在线调整后实施搅拌功能。电磁超声液芯探测仪包括用于向连铸坯的液芯发射超声波的超声发生装置和用于接收连铸坯的液芯反射的信号的超声接收装置。

电磁搅拌系统还包括用于测量连铸坯1的入口处的连铸坯1的温度的测温装置3、用于调整流过各个线圈绕组的电流的大小和/或频率的控制单元，测温装置3和控制单元电连接。测温装置3优选为红外测温仪。红外测温仪置于搅拌器5前段外壳上，它与上位机、PLC控制器7、搅拌器5构成一个温度闭环控制系统。红外测温仪将检测的温度数据，上传至上位机，经过PLC控制器7进行数据处理后，可动态调节搅拌器5加热的功率，避免加热功率过大或过小。测温装置3可为红外测温仪。

本发明中，测量连铸坯1的入口处的连铸坯1的温度，将测量得到的连铸坯1的温度与设定的目标温度进行比较，根据比较结果计算所需的连铸坯1的加热功率，根据计算得到的加热功率调整流过各个线圈绕组的电流的大小和/或频率。

本发明中，还包括测量搅拌器5在连铸坯1的运行方向上的位置，测量连铸坯1的入口处的连铸坯1中液芯位置，若连铸坯1中液芯位置发生变化，则调整搅拌器5在连铸坯1的运行方向上的位置，使得在垂直于连铸坯通道的竖直平面上，连铸坯1中液芯的面积占整个连铸坯1的面积百分比为第一面积百分比。液芯的面积、连铸坯1的面积可分别由液芯高度、连铸坯高度计算。液芯的高度为液芯底部与顶部之间的距离，连铸坯1的高度为连铸坯1底部与顶部之间的距离。优选地，第一面积百分比为60％。

如图2所示，k＝4。搅拌器5包括分别设置于顶部第一基体51、设置于底部的第二基体52、设置于一侧的第三基体53、设置于另一侧的第四基体54。第一基体51、第三基体53、第二基体52、第四基体54围成通道。搅拌器5由四台E字型基体通过限位滑块和紧固螺钉连接而成。即搅拌器5由2台长边基体(第一基体51、第二基体52)和2台宽边基体(第三基体53、第四基体54)通过限位滑块13和紧固螺钉14连接而成。2台长边基体位置固定，连铸坯1断面调整时，主要通过限位滑块13实现宽边基体移动，使搅拌器满足连铸坯断面在长度上的调整。图3是图2中A部分的放大示意图。第一基体51、第二基体52、第三基体53、第四基体54均为E字型基体。搅拌器同时具有加热和搅拌两种功能，根据功能区分：搅拌器前段(靠近连铸坯入口的位置)加热，后段(靠近连铸坯出口的位置)搅拌。长边基体(第一基体51、第二基体52)位置固定。连铸坯1断面调整时，主要通过限位滑块实现宽边基体(第三基体53、第四基体54)移动，使搅拌器适用不同长度的连铸坯断面。各个基体均由E字形铁芯、绕制在铁芯齿上的线圈绕组、水冷外壳组成。四台E字形基体分别由不同的PLC控制器单独控制。PLC控制器不仅可控制通入基体的线圈绕组内的电流、频率，同时可控制电流的相位和相序。

电磁搅拌系统还包括用于调整第三基体53和第四基体54之间距离的第一调整装置。

第三基体53上安装有第一限位滑块131、第二限位滑块132。

第四基体54上安装有第三限位滑块133、第四限位滑块134。

第一限位滑块131用于限制第三基体53与第一基体51在搅拌器5的轴向方向上的相对运动。

第二限位滑块132用于限制第三基体53与第二基体52在搅拌器5的轴向方向上的相对运动。

第三限位滑块133用于限制第四基体54与第一基体51在搅拌器5的轴向方向上的相对运动。

第四限位滑块134用于限制第四基体54与第二基体52在搅拌器5的轴向方向上的相对运动。

第一限位滑块131上安装有可抵住第一基体51的第一紧固螺钉141以使第三基体53与第一基体51固定。

第二限位滑块132上安装有可抵住第二基体52的第二紧固螺钉142以使第三基体53与第二基体52固定。

第三限位滑块133上安装有可抵住第一基体51的第三紧固螺钉143以使第四基体54与第一基体51固定。

第四限位滑块134上安装有可抵住第二基体52的第四紧固螺钉144以使第四基体54与第二基体52固定。

第一限位滑块131、第二限位滑块132、第三限位滑块133、第四限位滑块134、第一紧固螺钉141、第二紧固螺钉142、第三紧固螺钉143、第四紧固螺钉144构成第一调整装置。

图4为第一基体51的结构示意图。第二基体52、第三基体53、第四基体54的结构与第一基体51的结构相同或相似。图6为电磁搅拌系统中搅拌器和连铸坯的内部结构的局部剖面示意图。搅拌装置的感应器由E字形铁芯、绕制在铁芯齿上的线圈绕组、水冷外壳(未示出)组成。线圈绕组501A、502A、503A、504A分别为4台基体的前端绕组且共同构成搅拌器5的加热感应器。线圈绕组501B、502B、503B、504B分别为4台基体的后端绕组且共同构成搅拌器5的搅拌感应器。搅拌器5的加热感应器对坯壳12进行加热，搅拌器5的搅拌感应器对液芯11进行搅拌。

第一基体51、第二基体52、第三基体53、第四基体54的内壁面上靠近连铸坯1的入口的位置分别设置有线圈绕组501A、线圈绕组502A、线圈绕组503A、线圈绕组504A。

第一基体51、第二基体52、第三基体53、第四基体54的内壁面上靠近连铸坯1的出口的位置分别设置有线圈绕组501B、线圈绕组502B、线圈绕组503B、线圈绕组504B。

线圈绕组501A、线圈绕组502A、线圈绕组503A、线圈绕组504A均可通入电流，从而在靠近连铸坯1的入口且围绕通道的位置形成4个磁极且N极和S极交替设置，从而实现对连铸坯的表面加热的功能。

线圈绕组501B、线圈绕组502B、线圈绕组503B、线圈绕组504B均可通入电流，从而在靠近连铸坯1的出口且围绕通道的位置形成2个相邻设置的N极和两个相邻设置的S极，从而实现对连铸坯的搅拌的功能。

各个线圈绕组均绕在铁芯齿部上。如图4、图5所示，以第一基体51为例，线圈绕组501A、线圈绕组501B分别绕在第一铁芯齿部5011、第二铁芯齿部5012上。

图7与图8为本发明中加热和搅拌功能的磁路示意图，由于加热是对连铸坯1表面的坯壳12进行加，搅拌是针对连铸坯1的液芯11进行搅拌，所以搅拌器5内部磁路15的设计有区别。如图7所示，在靠近连铸坯1的入口且围绕通道的位置，搅拌器5加热功能的磁路15是2对极，磁场透入深度相对较浅。而如图8所示，在靠近连铸坯1的出口且围绕通道的位置，搅拌功能的磁路15是1对极，磁力线透入至搅拌器液芯，而达到对液芯的搅拌效果。

如图13本发明的工作原理图，本发明的加热原理如下：连铸坯1在进入搅拌器5前，红外测温仪3对坯壳12温度进行测温，并将检测的温度数据上传至上位机6，通过PLC控制器7对检测的温度与目标设定的温度进行对比及数据处理分析，确定搅拌器5的加热功率。红外测温仪3、上位机6、PLC控制器7、搅拌器5构成一个温度闭环控制系统，实时动态调整输入搅拌器的加热功率。本发明搅拌功能的工作原理：连铸坯1在进入搅拌器5前，电磁液芯超声检测仪2对液芯11进行检测，并将检测的结果上传至上位机6，同时位置传感器4也将搅拌器5当前的位置信息上传至上位机6，PLC控制器7对液芯11和搅拌器位置信息进行分析处理，并指令液压驱动装置9对搅拌器5位置进行动态调整，位置调整后，搅拌器对连铸坯1的液芯11进行搅拌。

实施例2

本实施例2与实施例1的区别在于：一个基体在靠近连铸坯1的入口位置且围绕通道可设置至少两个线圈绕组，例如设置2个、3个或4个线圈绕组；一个基体在靠近连铸坯1的出口位置且围绕通道可设置至少两个线圈绕组，例如设置2个、3个或4个线圈绕组。

优选地，相对设置的两个基体中在靠近连铸坯1的入口位置设置数量相等的线圈绕组。

优选地，相对设置的两个基体中在靠近连铸坯1的出口位置设置数量相等的线圈绕组。

当通道由4个基体围成时，相对设置的第一基体51、第二基体52在靠近连铸坯1的入口位置设置的线圈绕组的数量与相对设置的第三基体53、第四基体54在靠近连铸坯1的入口位置设置的线圈绕组的数量可相同，也可不同。

当通道由4个基体围成时，相对设置的第一基体51、第二基体52在靠近连铸坯1的出口位置设置的线圈绕组的数量与相对设置的第三基体53、第四基体54在靠近连铸坯1的出口位置设置的线圈绕组的数量可相同，也可不同。

优选地，每个基体在靠近连铸坯1的入口位置设置数量相等的线圈绕组。

优选地，每个基体在靠近连铸坯1的出口位置设置数量相等的线圈绕组。

图9为本实施例中第一基体51的结构示意图。第二基体52、第三基体53、第四基体54与第一基体51具有相同或相似的结构。

如图9-11所示，第一基体51的内壁面上靠近连铸坯1的入口的位置且围绕通道依次设置有线圈绕组501A、线圈绕组501C。

第二基体52的内壁面上靠近连铸坯1的入口的位置且围绕通道依次设置有线圈绕组502A，线圈绕组502C。

第三基体53的内壁面上靠近连铸坯1的入口的位置且围绕通道依次设置有线圈绕组503A，线圈绕组503C。

第四基体54的内壁面上靠近连铸坯1的入口的位置且围绕通道依次设置有线圈绕组504A，线圈绕组504C。

第一基体51的内壁面上靠近连铸坯1的出口的位置且围绕通道依次设置有线圈绕组501B，线圈绕组501D。

第二基体52的内壁面上靠近连铸坯1的出口的位置且围绕通道依次设置有线圈绕组502B，线圈绕组502D。

第三基体53的内壁面上靠近连铸坯1的出口的位置且围绕通道依次设置有线圈绕组503B，线圈绕组503D。

第四基体54的内壁面上靠近连铸坯1的出口的位置且围绕通道依次设置有线圈绕组504B，线圈绕组504D。

线圈绕组501A、线圈绕组501C、线圈绕组502A、线圈绕组502C、线圈绕组503A、线圈绕组503C、线圈绕组504A、线圈绕组504C均可通入电流，从而在靠近连铸坯1的入口且围绕通道的位置形成8个磁极且N极和S极交替设置，从而实现对连铸坯的表面加热的功能。

线圈绕组501B、线圈绕组501D、线圈绕组502B、线圈绕组502D、线圈绕组503B、线圈绕组503D、504B、线圈绕组504D均可通入电流，从而在靠近连铸坯1的出口且围绕通道的位置形成4个相邻设置的N极和4个相邻设置的S极，从而实现对连铸坯的搅拌的功能。

图10、图11分别表示靠近连铸坯1的入口且围绕通道的位置、靠近连铸坯1的出口且围绕通道的位置形成的磁场及磁力线，图10、图11中仅表示出主要的磁力线。如图10所示，在靠近连铸坯1的入口且围绕通道的位置，形成8个磁极，从而实现加热功能。如图11所示，在靠近连铸坯1的入口且围绕通道的位置，形成8个磁极，从而实现搅拌功能。由于在围绕通道的位置形成更多磁极，可以实现更好的加热或搅拌效果。

实施例3

本实施例3与实施例1、实施例2的区别在于，k＝2。当k＝2时，2个基体相对设置且两个基体之间形成连铸坯1通道。

优选地，2个相对设置的基体在靠近连铸坯1的入口位置且围绕通道分别设置有至少两个线圈绕组。

优选地，2个相对设置的基体在靠近连铸坯1的出口位置且围绕通道分别设置有至少两个线圈绕组。

如图12所示，当k＝2时，2个基体分别为通道的两个侧部的第三基体53、第四基体54；电磁搅拌系统还包括位于通道底部的基座5，第三基体53、第四基体54安装在基座55上，电磁搅拌系统还包括用于调整第三基体53、第四基体54之间的距离的第一调整装置。

优选地，第三基体53上安装有限制第三基体53与基座55在搅拌器5的轴向方向上的相对运动的第二限位滑块132；第四基体54上安装有限制第四基体54与基座55在搅拌器5的轴向方向上的相对运动的第四限位滑块134；第二限位滑块132上安装有可抵住基座55的第二紧固螺钉132以使第三基体53与基座55固定；第四限位滑块134上安装有可抵住基座55的第四紧固螺钉144以使第四基体54与基座55固定；第二限位滑块132、第四限位滑块134、第二紧固螺钉142、第四紧固螺钉144构成第一调整装置。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (16)

1.一种连铸末端具有加热功能的电磁搅拌系统，所述电磁搅拌系统安装在连铸坯凝固末端，所述电磁搅拌系统包括设置有连铸坯（1）通道的搅拌器（5），所述通道的两端开口分别为连铸坯（1）的入口和出口；其特征在于：

所述搅拌器（5）在靠近连铸坯（1）的入口且围绕所述通道的位置设有M1个磁极，且N极和S极围绕所述通道交替设置以形成对连铸坯（1）的加热，M1≥4且M1为正整数，通过设置N极和S极交替设置，使得靠近连铸坯的入口的磁力线穿过连铸坯的表面；

所述搅拌器（5）在靠近连铸坯（1）的出口且围绕所述通道的位置设有M2个磁极，且各个N极均围绕所述通道相邻设置、各个S极均围绕所述通道相邻设置，以形成对连铸坯（1）的搅拌，M2≥4且M2为正整数，通过设置各个N极均相邻设置且各个S极均相邻设置，使得靠近连铸坯的出口的磁力线穿过液芯；

所述搅拌器（5）包括4个基体，4个基体围成所述连铸坯（1）通道；4个基体分别为位于通道的顶部的第一基体（51）、位于通道的底部的第二基体（52）、位于通道的两个侧部的第三基体（53）和第四基体（54）；

各个基体在靠近连铸坯（1）的入口、靠近连铸坯（1）的出口位置分别设置有线圈绕组；每个线圈绕组通入电流后形成的两个磁极分别位于靠近所述连铸坯（1）通道一侧、远离所述连铸坯（1）通道一侧；

所述第一基体（51）在靠近连铸坯（1）的出口位置设置的线圈绕组通入电流后形成的位于靠近所述连铸坯（1）通道一侧的磁极为N极；

所述第二基体（52）在靠近连铸坯（1）的出口位置设置的线圈绕组通入电流后形成的位于靠近所述连铸坯（1）通道一侧的磁极为S极；

所述第三基体（53）在靠近连铸坯（1）的出口位置设置的线圈绕组通入电流后形成的位于靠近所述连铸坯（1）通道一侧的磁极为S极；

所述第四基体（54）在靠近连铸坯（1）的出口位置设置的线圈绕组通入电流后形成的位于靠近所述连铸坯（1）通道一侧的磁极为N极；

各个靠近连铸坯（1）的入口的位置的线圈绕组通入电流后在靠近连铸坯（1）的入口且围绕所述通道的位置形成所述M1个磁极，

各个靠近连铸坯（1）的出口的位置的线圈绕组通入电流后在靠近连铸坯（1）的出口且围绕所述通道的位置形成所述M2个磁极。

2.根据权利要求1所述的电磁搅拌系统，其特征在于：至少两个相对设置的基体在靠近连铸坯（1）的入口位置且围绕所述通道分别设置有至少两个线圈绕组，或每个基体在靠近连铸坯（1）的入口位置且围绕所述通道分别设置有至少两个线圈绕组；和/或

至少两个相对设置的基体在靠近连铸坯（1）的出口位置且围绕所述通道分别设置有至少两个线圈绕组，或每个基体在靠近连铸坯（1）的出口位置且围绕所述通道分别设置有至少两个线圈绕组。

3.根据权利要求1所述的电磁搅拌系统，其特征在于：所述线圈绕组均设置在所述基体的朝向所述通道的内壁面上。

4.根据权利要求1所述的电磁搅拌系统，其特征在于：各个基体均开设有用于容纳线圈绕组的凹槽；各个凹槽内分别设置有用于缠绕线圈绕组的铁芯齿部。

5.根据权利要求2所述的电磁搅拌系统，其特征在于：各个基体均开设有用于容纳线圈绕组的凹槽；各个凹槽内分别设置有用于缠绕线圈绕组的铁芯齿部；

每个基体中，靠近连铸坯（1）入口位置的线圈绕组容纳在相同的凹槽中和/或靠近连铸坯（1）出口位置的线圈绕组容纳在相同的凹槽中。

6.根据权利要求1所述的电磁搅拌系统，其特征在于：所述电磁搅拌系统还包括用于调整第三基体（53）和第四基体（54）之间距离的第一调整装置。

7.根据权利要求6所述的电磁搅拌系统，其特征在于：所述第三基体（53）上安装有限制第三基体（53）与第一基体（51）在搅拌器（5）的轴向方向上的相对运动的第一限位滑块（131）、限制第三基体（53）与第二基体（52）在搅拌器（5）的轴向方向上的相对运动的第二限位滑块（132）；所述第四基体（54）上安装有限制第四基体（54）与第一基体（51）在搅拌器（5）的轴向方向上的相对运动的第三限位滑块（133）、限制第四基体（54）与第二基体（52）在搅拌器（5）的轴向方向上的相对运动的第四限位滑块（134）；所述第一限位滑块（131）、第二限位滑块（132）上分别安装有可抵住第一基体（51）、第二基体（52）的第一紧固螺钉（141）、第二紧固螺钉（142），以使第三基体（53）分别与第一基体（51）、第二基体（52）固定；所述第三限位滑块（133）、第四限位滑块（134）上分别安装有可抵住第一基体（51）、第二基体（52）的第三紧固螺钉（143）、第四紧固螺钉（144），以使第四基体（54）分别与第一基体（51）、第二基体（52）固定；所述第一限位滑块（131）、第二限位滑块（132）、第三限位滑块（133）、第四限位滑块（134）、第一紧固螺钉（141）、第二紧固螺钉（142）、第三紧固螺钉（143）、第四紧固螺钉（144）构成所述第一调整装置。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的电磁搅拌系统，其特征在于：还包括控制单元、用于测量连铸坯（1）的入口处的连铸坯（1）中液芯（11）位置的液芯位置检测装置（2）、用于测量搅拌器（5）在连铸坯（1）的运行方向上的位置的位置传感器（4）和可调整搅拌器（5）在连铸坯（1）的运行方向上的位置的第二调整装置（9），所述液芯位置检测装置（2）、第二调整装置（9）均与所述控制单元连接。

9.根据权利要求8所述的电磁搅拌系统，其特征在于：所述液芯位置检测装置（2）为电磁超声液芯探测仪，所述电磁超声液芯探测仪包括用于向连铸坯（1）的液芯发射超声波的超声发生装置和用于接收连铸坯（1）的液芯反射的信号的超声接收装置。

10.根据权利要求8所述的电磁搅拌系统，其特征在于：还包括安装脚（58）、轨道（8），安装脚（58）的一端固定连接在搅拌器（5）底面，其另一端装设在所述轨道（8）上且可在轨道（8）上沿连铸坯的运行方向前后移动，所述第二调整装置（9）安装在轨道（8）上。

11.根据权利要求10所述的电磁搅拌系统，其特征在于：所述位置传感器（4）安装在安装脚（58）的侧面。

12.根据权利要求10所述的电磁搅拌系统，其特征在于：所述第二调整装置（9）为液压驱动装置。

13.根据权利要求1-7中任一项所述的电磁搅拌系统，其特征在于：还包括用于测量连铸坯（1）的入口处的连铸坯（1）的温度的测温装置（3）、用于调整流过各个线圈绕组的电流的大小和/或频率和/或相位的控制单元，所述测温装置（3）和控制单元电连接。

14.根据权利要求13所述的电磁搅拌系统，其特征在于：所述测温装置（3）为红外测温仪。

15.根据权利要求13所述的电磁搅拌系统，其特征在于：所述控制单元为PLC控制器（7）；

各个基体上的线圈绕组分别与不同的供电电源连接，且各个供电电源分别独立受控于PLC控制器（7）。

16.根据权利要求15所述的电磁搅拌系统，其特征在于：所述供电电源为三相交流电源，每个基体上靠近连铸坯（1）的入口位置、靠近连铸坯（1）的出口位置的线圈绕组分别连接到三相交流电源的两路输出端，所述三相交流电源的各路输出电流的相序由PLC控制器进行调整。