CN110290888A - 用于控制电磁搅拌器的方法和搅拌系统 - Google Patents

Abstract

本公开内容涉及控制电磁搅拌器的方法，该电磁搅拌器被布置在中间包的浸入式进入喷嘴SEN周围，该中间包设置有塞棒以控制中间包的吞吐量，该SEN被配置成提供熔融金属从中间包的出料，并且该电磁搅拌器被配置成在SEN中生成旋转磁场，其中，该方法包括控制(S1)电磁搅拌器仅在通过塞棒的气体流速在1.5NL/min至20NL/min的第一范围内时进行操作。

Description

用于控制电磁搅拌器的方法和搅拌系统

技术领域

本公开内容总体涉及金属制造，尤其涉及用于控制电磁搅拌器的方法和搅拌系统。

背景技术

浸入式进入喷嘴(Submerged Entry Nozzles，SEN)用于控制板坯(slab)连铸机模具中的流动模式，从而控制板坯质量和最终产品质量。通常的做法是将氩气吹扫到SEN中，目的是避免由于在SEN内壁上积聚的氧化物引起的喷嘴堵塞并且用于控制模具中的流动模式。

随着对产品质量的更高要求，已经确定了常规SEN的若干问题，并且旋流喷嘴被认为是改善模具中的流动并且因此改善产品质量的一种有效措施。

在过去的二十年，已经对流过中间包(tundish)喷嘴的熔融金属的电磁搅拌进行了开发。布置在喷嘴周围的电磁搅拌器的原理是在喷嘴中生成旋转磁场。由此在流过喷嘴的熔融金属中引起涡流。这就产生了使熔融金属在SEN中水平旋转的电磁力。

CN 100357049C公开了一种电磁旋流喷嘴。电磁旋流装置被设置在喷嘴周围的移动机构上，该移动机构可从铸造位置移动。

发明内容

尽管借助于SEN中的旋转/行进的磁场的搅拌可能对最终产品具有有益效果，但本发明人已经认识到为了能够提供所期望的较高质量的最终产品，即使将电磁搅拌用于在SEN中提供搅拌，也应该满足许多附加参数。

鉴于以上所述，本公开内容的目的是提供一种控制设置在SEN周围的电磁搅拌器的方法，该方法解决或至少减轻了现有技术的问题。

因此，根据本公开内容的第一方面，提供了一种控制电磁搅拌器的方法，该电磁搅拌器被设置在中间包的浸入式进入喷嘴SEN周围，该中间包设置有塞棒以控制中间包的吞吐量，该SEN被配置成提供熔融金属从中间包的出料(tapping)，并且该电磁搅拌器被配置成在SEN中生成旋转磁场，其中，该方法包括：控制电磁搅拌器仅在通过塞棒的气体流速在1.5NL/min至20NL/min的第一范围内时才进行操作。

发明人已经发现，通过控制电磁搅拌器仅在气体流速为1.5NL/min或更高时才进行操作，可以提供比针对较低气体流速的电磁搅拌更有效的电磁搅拌。此外，发明人已经发现，结合比20NL/min高的气体流速的电磁搅拌器的操作会在SEN中生成气塞，这可能对模具中的流动和产品质量有害。因此，通过仅当气体流速在第一范围内时操作电磁搅拌器，可以提供SEN中的最佳搅拌，如果所有其他条件相同则确保较高质量的最终产品。

NL/min意指标准升每分钟。术语“操作”在这里意指电磁搅拌器被配置成仅在通过塞棒的气体流速在指定的第一范围内时提供旋转磁场。电磁搅拌器具有被通电以提供该旋转磁场的线圈，因此，当操作电磁搅拌器时，线圈被通电，从而产生旋转磁场。当未操作电磁搅拌器时，线圈通常不通电，至少不会使它们在熔融金属中产生旋转磁场。

根据一个实施方式，第一范围是2NL/min至15NL/min。已证明2NL/min至15NL/min的范围在能够提供较高质量的最终产品方面是特别有利的。

根据一个实施方式，除了通过塞棒的气流在第一范围内，控制还涉及控制电磁搅拌器仅在铸造吞吐量至少为1.5ton/min时进行操作。发明人已经发现，如果在吞吐量小于1.5ton/min时应用电磁搅拌，则可以促进气泡的聚结，在SEN中生成气塞，这可能对模具中的流动和产品质量有害。

根据一个实施方式，所述控制涉及控制电磁搅拌器仅在铸造吞吐量至少为1.8ton/min时才进行操作。

一个实施方式包括，在控制步骤之前，获得通过塞棒的气体流速，其中，所述控制基于所获得的气体流速。

根据一个实施方式，电磁搅拌器的控制涉及将在模具中熔融金属的受控的子弯液面(sub-meniscus)速度设置在0.20m/s至0.50m/s的第二范围内。

根据一个实施方式，第二范围是0.25m/s至0.45m/s。

一个实施方式包括获得模具中熔融金属的子弯液面速度，其中所述控制基于所获得的子弯液面速度。

根据一个实施方式，气体是氩气。

根据本公开内容的第二方面，提供了一种用于金属制造处理的搅拌系统，包括：电磁搅拌器，该电磁搅拌器被配置成布置在中间包的浸入式进入喷嘴SEN周围，该中间包设置有塞棒以控制中间包的吞吐量；以及控制系统，该控制系统被配置成控制电磁搅拌器仅在通过塞棒的气体流速在1.5NL/min至20NL/min的第一范围内时进行操作。

根据一个实施方式，第一范围是2NL/min至15NL/min。

根据一个实施方式，除了通过塞棒的气流在第一范围内，控制系统还被配置成控制电磁搅拌器仅在铸造吞吐量至少为1.5ton/min时进行操作。

根据一个实施方式，控制系统被配置成控制电磁搅拌器仅在铸造吞吐量至少为1.8ton/min时才进行操作。

根据一个实施方式，控制系统被配置成控制电磁搅拌器以将模具中熔融金属的受控的子弯液面速度设置在0.20m/s至0.50m/s的第二范围内。

根据一个实施方式，第二范围是0.25m/s至0.45m/s。

一个实施方式包括电源，该电源被配置成为电磁搅拌器供电，其中，控制系统被配置成控制电源从而控制电磁搅拌器。

一个实施方式包括传感器，该传感器被配置成对SEN被配置成降低进入其中的模具中熔融金属的子弯液面速度进行测量，其中控制系统被配置成基于由传感器测量的子弯液面速度来控制电源。

根据一个实施方式，传感器包括被配置成浸入熔融金属中的陶瓷杆，传感器被配置成测量陶瓷杆上的扭矩，其中，控制系统被配置成基于该扭矩控制电源。

通常，权利要求中使用的所有术语将根据它们在技术领域中的一般含义来进行解释，除非本文另有明确限定。除非另有明确说明，否则应该将对“一/一个/所述元件、设备、部件、装置等”的所有引用开放性地解释为指代元件、设备、部件、装置等的至少一个实例。

附图说明

现在将参照附图，借助示例描述本发明构思的具体实施方式，在附图中：

图1示意性地示出了控制系统的框图；

图2示意性地示出了包括图1中的控制系统的用于金属制造的组件；以及

图3示出了借助图1中的控制系统控制电磁搅拌器的方法的流程图。

具体实施方式

现在将在下文中参照附图更全面地描述本发明构思，附图中示出了示例性实施方式。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明构思，并且本发明构思不应该被解释为限于本文阐述的实施方式；相反，这些实施方式是借助示例提供的，使得本公开内容将是详尽的和完整的，并且将本发明构思的范围完全传达给本领域技术人员。相同的附图标记在整个说明书中指代相同的元件。

本公开内容涉及借助控制系统控制电磁搅拌器的方法。该方法用于金属制造处理，通常是连续铸造处理，例如钢制造处理、铝制造处理、铅制造处理或金属合金制造处理。该方法可以被配置成与小方坯(billet)连铸机、大方坯(bloom)连铸机或板坯连铸机一起使用。

电磁搅拌器为被配置成布置在中间包的浸入式进入喷嘴(SEN)周围的类型。因此，电磁搅拌器被配置成提供对流过SEN的熔融金属的搅拌。因此，电磁搅拌器为在SEN周围周向延伸的类型。

中间包包括SEN和具有轴向通道的塞棒，气体能够通过该轴向通道流动以控制中间包的铸造吞吐量。该气体通常是氩气。

该方法涉及借助控制系统控制电磁搅拌器，使得电磁搅拌器仅在通过塞棒的气体流速在1.5NL/min至20NL/min的第一范围内时才进行操作。第一范围可以是例如2NL/min至15NL/min。为此，控制系统被配置成控制电磁搅拌器，使得仅当通过塞棒的气体流速在第一范围内时，电磁搅拌器在流过SEN的熔融金属中生成旋转磁场。

参照图1，现在将对被配置成控制电磁搅拌器的控制系统的示例进行描述。示例性控制系统1包括处理电路3和包括计算机可执行部件的存储介质5，当由处理电路3执行计算机可执行部件时，使控制系统1执行如本文所公开的方法。

处理电路3使用能够执行任何本文所公开的关于电磁搅拌器的控制的操作的合适的中央处理单元(CPU)、多处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等中的一个或更多个的任何组合。

存储介质5可以例如被实施为存储器，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，更具体地被实施为外部存储器中的装置的非易失性存储介质诸如USB(通用串行总线)存储器或闪速存储器诸如紧凑型闪速存储器。

图2示出了控制系统1在控制电磁搅拌器时进行操作的环境的示例。组件7用于金属制造处理并且包括中间包9，该中间包9是设置有底部出料孔的冶金容器，SEN 11被配置成提供熔融金属从中间包9特别是经由底部出料孔和塞棒15的出料。SEN 11可以是单片的或非单片的。

组件7还包括搅拌系统，该搅拌系统包括电磁搅拌器13和控制系统1，该电磁搅拌器13被配置成安装在SEN 11周围。搅拌系统还包括被配置成为电磁搅拌器13供电的电源17。电源17可以例如是功率转换器诸如AC/AC转换器或DC/AC转换器。控制系统1被配置成控制电源17从而控制电磁搅拌器13。以这种方式，可以对施加到SEN 11的旋转磁场进行控制。因此可以对使流过SEN 11的熔融金属旋转的电磁力进行控制。

电磁搅拌器13可以被配置成相对于中间包并相对于SEN固定安装，或者电磁搅拌器13可以相对于SEN可移动地安装。在前一种情况下，电磁搅拌器被配置成相对于中间包和SEN不可移动地安装。特别地，电磁搅拌器在这种情况下被配置成安装到固定结构，该固定结构相对于中间包并且相对于SEN固定。该固定结构例如可以是中间包本身例如中间包底部、安装至中间包底部的SEN切割装置或者通常被配置成将SEN的两个纵向延伸的喷嘴部分附接并锁定在一起的锁定装置。

从在围绕SEN 11的部分中不存在移动部件的意义上来说，电磁搅拌器13可以是闭合类型的电磁搅拌器。电磁搅拌器13可以具有闭合且一体的SEN封闭部或被配置成围绕SEN11的环形端部。根据该示例，电磁搅拌器13是不可打开的。因此环形端部是一体的，尽管应该理解的是，环形端部可以包括许多不同的部件，例如磁芯和缠绕在芯周围的线圈。环形端部形成被配置成接纳SEN 11的通道。可以说该通道在沿着通道的内圆周的圆周方向上是无缝的。在电磁搅拌器13为闭合类型的情况下，在闭合之前，电磁搅拌器13在安装期间不能被打开并且从SEN 11的两侧放置在SEN 11周围。相反，在安装期间，电磁搅拌器13沿其轴向方向穿过SEN 11。SEN封闭部提供圆周闭合且一体的环形通道，SEN被配置成通过该环形通道延伸。闭合且一体的SEN封闭部不具有移动部件，这延长了电磁搅拌器的寿命。与打开类型的电磁搅拌器相比，可以获得较高的磁场强度，并且可以减少磁漏。

根据另一变型，电磁搅拌器13可以是可打开的。在这种情况下，电磁搅拌器13可以具有可打开的SEN封闭部。SEN封闭部可以例如是铰接的，或者电磁搅拌器13可以包括两个可以放置在SEN 11周围的可分离的半部，其中半部彼此组装在一起。

在使用组件7时，将熔融金属从浇包(ladle)出料到中间包9中。可以通过SEN 11通常借助于塞棒15来控制从中间包排出的熔融金属的流动。塞棒15具有借助于沿纵向方向延伸的通道15a连接的气体入口和气体出口，以使得气体能够从气体入口通过塞棒15流动到气体出口，并且进入与塞棒15对齐但在塞棒15下游布置的SEN 11。因此在SEN 11中可以控制熔融金属的流动以避免喷嘴堵塞。塞棒15还被配置成垂直上下移动，以调节从中间包9经由SEN 11流动到模具19的熔融金属的流速。

在中间包9下方设置有模具19，SEN 11延伸到模具19中，并且熔融金属从SEN 11排出到模具19中。熔融金属在模具19中部分固化。然后，部分固化的金属从模具19通过重力作用通常移动通过辊的布置以用于成形和用于冷却。以这种方式，可以获得小方坯、大方坯或板坯。

参照图3，现在将描述控制系统1的操作。在步骤S1中，控制电磁搅拌器13仅在通过塞棒15的气体流速在1.5NL/min至20NL/min的第一范围内时进行操作，第一范围优选地在2NL/min与15NL/min之间。如上所述，该控制由控制系统1提供。

在铸造期间，将气体流速有利地控制为高于1.5NL/min，优选地至少为2NL/min，以便由于在SEN中设置电磁搅拌而获得改进的模具流动。将气体流速有利地控制为低于20NL/min，优选地不高于15NL/min。在SEN中比20NL/min高的气体流速结合电磁搅拌可能在SEN中生成气塞，这可能对模具中的流动和产品质量有害。气体流速可以借助于控制系统1或者通过专用于控制通过塞棒15的气体流速的另一控制器来进行控制。

控制系统1可以被配置成在步骤S1之前获得流过塞棒的气流的气体流速。可以例如根据通过一个或更多个气体流速传感器的测量结果和/或借助估计来获得气体流速。然后，控制的步骤S1基于所获得的气体流速。

此外，步骤S1可能涉及附加的约束条件，即最小铸造吞吐量为1.5ton/min，优选地为1.8ton/min。对此，控制系统1可以被配置成控制电磁搅拌器13仅在通过塞棒15的气体流速在第一范围内并且当铸造吞吐量至少为1.5ton/min优选地至少为1.8ton/min时才进行操作。

以小于1.8ton/min的吞吐量对SEN 11施加电磁搅拌会促进气泡的聚结并在SEN11中生成气塞，这可能对模具中的流动和产品质量有害。

根据一个示例，控制电磁搅拌器13的步骤S1可以涉及将在模具中熔融金属的受控的子弯液面速度设置在0.20m/s至0.50m/s的第二范围内，第二范围优选地在0.25m/s与0.45m/s之间。特别地，电磁搅拌器13的控制目标可以是达到模具中的双辊金属流动模式并且达到第二范围内的受控的子弯液面速度。为此，控制系统1可以被配置成借助电源17控制电磁搅拌器13以达到该控制目标。

搅拌系统还可以包括传感器21。传感器21被配置成提供铸造参数通常是子弯液面速度或速率的在线测量。传感器21可以被配置成测量模具19中熔融金属的子弯液面速度。控制系统1可以被配置成基于由传感器21测量的子弯液面速度来控制电源17，从而控制电磁搅拌器13，以获得子弯液面速度的期望设定值。

传感器21可以例如包括被配置成浸入到模具19中的熔融金属中的陶瓷杆。传感器21可以被配置成测量施加到陶瓷杆的扭矩。扭矩提供了子弯液面速度的量度。控制系统1可以被配置成评估由传感器21测量的扭矩并将该扭矩转换为子弯液面速度。控制系统1可以被配置成基于所获得的子弯液面速度来控制电源17。

作为以上描述的扭矩测量的替选方案，可以对弯液面的波高进行测量，并且控制系统1可以被配置成对波高进行评估以获得对子弯液面速度的估计。

作为另一替选方案，可以在线测量金属吞吐量，或者金属吞吐量和通过塞棒6的氩气气流可以被测量或估计并且用作用于借助控制系统1控制电磁搅拌器13的基础。

根据一个示例，控制系统1被配置成对电源17进行控制，使得电磁搅拌器7提供在熔融金属中生成电磁力的旋转磁场，当熔融金属从SEN 11的一端流到SEN 11的另一端时，该电磁力使熔融金属沿SEN 11的纵向方向旋转至少一圈、通常多于一圈。

上面主要参考几个示例描述了本发明构思。然而，如本领域技术人员容易理解的，除了以上公开的实施方式之外的其他实施方式同样可以在由所附权利要求限定的本发明构思的范围内。

Claims (15)

1.一种控制电磁搅拌器(13)的方法，所述电磁搅拌器(13)被布置在中间包(9)的浸入式进入喷嘴(11)SEN周围，所述中间包(9)设置有塞棒(15)以控制所述中间包(9)的吞吐量，所述SEN(11)被配置成提供熔融金属从所述中间包(9)的出料，并且所述电磁搅拌器(13)被配置成在所述SEN(11)中生成旋转磁场，其中，所述方法包括：

控制(S1)所述电磁搅拌器(13)仅在通过所述塞棒(15)的气体流速在1.5 NL/min至20NL/min的第一范围内时进行操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一范围是2 NL/min至15 NL/min。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，除了通过所述塞棒(15)的所述气流在所述第一范围内，所述控制(S1)还涉及控制所述电磁搅拌器(13)仅在铸造吞吐量至少为1.5ton/min时进行操作。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述控制涉及控制所述电磁搅拌器(13)仅在所述铸造吞吐量至少为1.8ton/min时进行操作。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：在所述控制的步骤(S1)之前，获得通过所述塞棒(13)的气体流速，其中，所述控制(S1)基于所获得的气体流速。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述电磁搅拌器(13)的所述控制(S1)涉及将在模具(19)中熔融金属的受控的子弯液面速度设置在0.20m/s至0.50m/s的第二范围内。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第二范围是0.25m/s至0.45m/s。

8.根据权利要求6或7所述的方法，包括获得所述模具(19)中熔融金属的子弯液面速度，其中，所述控制(S1)基于所获得的子弯液面速度。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述气体是氩气。

10.一种用于金属制造处理的搅拌系统，包括：

电磁搅拌器(13)，其被配置成布置在中间包(9)的浸入式进入喷嘴(11)SEN周围，所述中间包(9)设置有塞棒(15)以控制所述中间包(9)的吞吐量，以及

控制系统(1)，其被配置成控制所述电磁搅拌器仅在通过所述塞棒(15)的气体流速在1.5 NL/min至20 NL/min的第一范围内时进行操作。

11.根据权利要求10所述的搅拌系统，其中，所述第一范围是2NL/min至15 NL/min。

12.根据权利要求10或11所述的搅拌系统，其中，除了通过所述塞棒(15)的所述气流在所述第一范围内，所述控制系统(1)还被配置成控制所述电磁搅拌器(13)仅在铸造吞吐量至少为1.5ton/min时进行操作。

13.根据权利要求12所述的搅拌系统，其中，所述控制系统(1)被配置成控制所述电磁搅拌器(13)仅在所述铸造吞吐量至少为1.8ton/min时进行操作。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的搅拌系统，其中，所述控制系统(1)被配置成控制所述电磁搅拌器(13)以将模具(19)中熔融金属的受控的子弯液面速度设置在0.20m/s至0.50m/s的第二范围内。

15.根据权利要求14所述的搅拌系统，其中，所述第二范围是0.25m/s至0.45m/s。