CN1194601A - 连续铸造结晶器的电磁装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种尤其用于铸钢的固定式连续铸造结晶器,它有一包括多个分搅拌器的电磁装置,分搅拌器成对地设在连铸结晶器外壁上互相有一间距,并与一交流电压连接。分搅拌器(21—24)至少包括两对,每一对分搅拌器互相对置并在一个平行于浇注方向的平面内围绕一个角度呈X状相对转动地布置,其中,各对基本上位于同一个高度上。

Description

连续铸造结晶器的电磁装置

本发明涉及一种尤其用于铸钢的固定式连续铸造结晶器，它具有一个包括多个分搅拌器的电磁装置，分搅拌器设在连续铸造结晶器的外壁上互相有一间距，并与一个具有适当相位的交流电压连接，以便产生一个旋转的电磁力场。

固定式连铸结晶器适用于实施按插入管铸造工艺的铸钢方法，其中，伸入连续结晶器内的插入管浸没在熔体中。众所周知，连铸时高熔点金属如钢的凝固，通过在固定式连铸结晶器内产生旋转电磁场引起搅拌加以影响。例如由DE-OS3819492已知一种用于固定式连铸结晶器的搅拌装置，它有两个可彼此独立工作的依次沿浇注方向设置在连铸结晶器外壁上的分搅拌器。在这种情况下在结晶器内产生旋转电磁场。借助于这种搅拌装置应达到的目的主要是，均匀地细化铸坯的组织结构，均匀地分布非金属杂质，改善散热等。

为了产生磁通量，搅拌装置(“Herrmann，E.Handbuch desStranggiebens，Aluminium-Verlag GmbH，Düsseldorf 1958，417-429页”)可例如设计为由多个用马蹄形变压器硅钢片制成的电磁铁组成，它们垂直或水平地设在连铸结晶器的壁上。其中，磁通从马蹄铁的一个边通过液态金属熔体到另一边。在这种情况下，通过结晶器流动的金属熔体由于此所产生的磁通而形成一种连续的机械式的环流。搅拌器工作时这样控制其磁场例如沿结晶器垂直轴线的方向分布的电磁铁，即，使最大磁通量的方向围绕着结晶器垂直轴线旋转。由此，应在具有高效率的同时获得金属熔体的一种良好的旋转。

然而，借助于这种搅拌装置搅拌熔体有各种缺点。例如，尽管进行搅拌仍往往导致熔体表面起泡，其结果是将插入管上的浇注粉和小渣粒引入铸坯外壳区内。另一个缺点是，尽管进行搅拌仍经常在连续结晶器上部区内陶瓷进料管与结晶器壁之间形成凝固金属的桥。在这种类型的搅拌时还导致过多的热量集中在结晶器内部，其结果是强化了枝状晶的形成，它们通常以不希望的方式作为微球体积聚在熔体的凝固面上。虽然借助于已知的设备可以获得一种均匀的凝固面，但在熔体内形成负的偏析带。

本发明的目是提供一种用于固定式连铸结晶器的电磁装置，借助于这种装置搅拌在连铸结晶器内的熔体，可以避免熔体表面起泡，防止在陶瓷浇注管与连铸结晶器上部区的结晶器壁之间形成凝固金属的桥，以及避免在结晶器内部区集中过多的热量。

本发明通过专利权利要求1特征部分所述特征达到此目的。通过从属权利要求2至7特征部分所述的特征，可按有利的方式设计固定式连铸结晶器的按本发明的这一装置。

本发明规定，此电磁装置至少包括两对分搅拌器，每对分搅拌器设置成互相对置，而且围绕一角度x状地相对转动，其中，此转动在一个平行于浇注方向的平面内进行。在这种情况下各对基本上设置在同一个高度上。

由此使液态金属熔体原来沿垂直方向的流动速度在浇注管区域内反向，至少显著减小，在这种情况下由于分搅拌器总是附加地引起液态金属熔体的水平搅拌，所以在显著减小垂直流动的同时克服了湿度的成层现象。此电磁装置使结晶器中央区内液态金属熔体的螺旋状向上的旋转运动，其结果是使过热的钢水从结晶器的下部区向上运动，从而再次防止了在陶瓷浇注管与结晶器壁之间熔体凝固(所谓搭桥)。采用按本发明的电磁装置导致熔体水平和垂直地旋转。在熔体内产生的这种旋转运动有效地防止形成白带(负的偏析带)。

此外，此电磁装置还提高了铸坯的纯度，因为在熔体内垂直流动的减小有利于杂质浮入渣层内。

对具有矩形的所谓beam-blank(梁坯)横截面的固定式连铸结晶器，有利的建议设两对分搅拌器，其中，成对的搅拌器互相对置地设在宽侧上。在这种情况下这两对彼此独立地各在位于它们之间的结晶器区域内产生一个螺旋形向上的转向相反的旋转运动，从而在固定式连铸结晶器内插入管所在区钢水的流动相互影响，以致即使在插入管周围也形成了熔体的一种螺旋形的向上的旋转运动。

若每一对分搅拌器在电路上串联时，使具有两对分搅拌器的矩形横截面的固定式连铸结晶器中分搅拌器的控制更加容易。

若分搅拌器相对于浇注方向围绕其转动地布置着的角度值在30°与60°之间的范围内时，按本发明的电磁装置具有特别良好的效果。

在一种有利的实施形式中，分搅拌器设计为具有一U形铁磁体芯的线圈。因此可以在固定式连铸结晶器内用小的耗费产生强的磁场。

采用所设的一种伺服驱动装置，简化了适应于各种浇注条件的操作，通过这种伺服驱动装置可使每一对分搅拌器在工作期间相对转动。为此，这些分搅拌器最好支承在可旋转的支架内，支架可被伺服驱动装置操纵。控制一般或用手动进行，或借助于预先规定的调整规律。在熔体表面起泡的频度例如可用作为调节参数，但也可以采用金属熔体在插入管处形成的吸入喇叭口的深度作为调节参数。

下面借助于示意图说明用于连续铸造金属尤其是钢的具有按本发明的电磁装置的固定式连续铸造结晶器的实施例。其中：

图1具有按本发明的电磁装置用于连续铸造金属的固定式连铸结晶器立体示意图；

图2图1所示之固定式连铸结晶器俯视图和电磁装置分搅拌器与交流电源的接线图；以及

图3  按图1的固定式连铸结晶器立体示意图和通过按本发明的电磁装置在熔体中感应的机械力场。

如图1所示，用于连续铸造金属的固定式连铸结晶器10有一个连铸结晶模，它由四个金属的结晶器壁11、12构成，亦即两个宽侧12和两个窄侧11。连铸结晶器10上和下开口；金属铸坯通过它离开结晶器的下部横截面积通常小于等于连铸结晶器10的上部横截面积。结晶器壁11、12围绕着结晶器内腔13，插入管14伸入其中，在插入管的自由端上有一个或多个流出孔。熔化的金属在结晶器内腔13中，它可连续地经插入管14供入并通过结晶器下部出口连续排出。熔化的金属在与连铸结晶器10内冷的结晶器壁11、12接触时凝固，从而形成铸坯外壳。当金属经过此连铸结晶器10时，壳的厚度逐渐增加，直至作为铸坯从连铸结晶器10的下部排出。在从连续铸造结晶器10排出时，壳必须有足够的厚度，因为在这一时刻此铸坯尚未完全凝固，足够厚的外壳可以控制住仍处于熔化状态的芯部，芯部最终凝固并形成固体铸坯。

在结晶器内腔13内形成的浇注液面位于插入管14流出孔的上方并用浇注粉覆盖。浇注粉起润滑剂的作用，减小熔体外表面与结晶器壁11、12之间的摩擦。

此连铸结晶器10设有一电磁装置20，它由设置在结晶器壁11、12上的分搅拌器21-24构成。分搅拌器21-24组合成对21、24和22、23。在此实施例中，设有两对21、24和22、23，它们布置在浇注方向A的右侧和左侧，一对的分搅拌器21、24和22、23总是互相对置地设在连铸结晶器10的宽侧上。由图1可见，一对的分搅拌器21、24和22、23在一个平行于浇注方向的平面内围绕一个角度呈X形地相对转动。一对分搅拌器围绕着它相对转动地布置的这一角度，最好在30°与60°之间的范围内。在此实施例中，一对分搅拌器总是围绕着45°角相对转动，也就是说，一对的分搅拌器的旋转是(2乘45°等于)90°。准确的角度按已知的方法取决于交流电压的相位，此交流电压用于激励此分搅拌器21-24。若这些分搅拌器21-24如在此实施例中那样与交流电压连接，而此交流电压按分搅拌器21-24的顺序各有相位差45°的差别，则得出的一对分搅拌器围绕其相对转动地布置的角度值是45°。

每一个分搅拌器21-24有一个设计为U形的铁磁体芯。在此实施例中，此芯体涉及的是铁芯，它由硅钢片制成并带有铜线绕制的线圈。铁芯的横截面设计为矩形；极靴放在结晶器壁11、12上。分搅拌器21-24产生的磁场通过结晶器壁11、12进入结晶器内腔13并穿过金属熔体。

在正在运动的熔体中，按感应定律感应电压，这一电压等于磁通量对时间的导数。由此感应电压得到的电流按Biot-Sarvartsche定律在熔体内引起作用力，此力与电感和电流的矢量积成正比。通过磁场感应的力场在熔体内导致机械式流动，这种流动导致搅拌熔体的效果。

每一对搅拌器21、24和22、23彼此独立工作并按相位连接成，使得在结晶器内腔13中分搅拌器21、24和22、23之间分别产生一个合成的旋转磁场，它在熔体内感应了一个如图3所示的旋转的机械力场，此力场在结晶器左半部其起源邻近前面的宽侧12，而在右半部靠近后面的宽侧12。此旋转的力场总是向上的，但方向朝着对置的结晶器壁，也就是说，存在着既沿垂直方向也沿水平方向的分力。因此在结晶器的左半和右半中感应了反向的力场，它们在结晶器左半的熔体中产生一个从中央到左外壁的旋转流动，在结晶器右半的熔体中产生一个从中央到右壁的旋转流动。在结晶器的中部，力场的垂直分量方向向上；但矢量的水平分量对于结晶器的两个半部方向相反。分搅拌器对21、24和22、23的距离选择的，使插入管所在区内的熔体实施搅拌运动，不会对通过插入管进入结晶器中的熔体在插入管内就受到制动。在插入管的外面此装置20的电磁制动作用则是绝对希望的。

因此通过分搅拌器对21、24和22、23在结晶器的中央区内产生了热熔体持续的向上流动；在这种情况下迫使熔体作向上的螺旋形旋转运动。这种运动与熔体在结晶器内腔13中自然的运动方向是反向的，所以在结晶器内腔13内部导致至少部分抑制熔体的自然运动，以及防止了与之相联系的表面处的起泡和将浇注粉和小渣粒引入铸坯外壳区内去的缺点。

此电磁装置20可以在水平搅拌熔体的同时，具有上述优点地在固定式连铸结晶器中使垂直的流动方向逆转。

通过在结晶器的左部和右部中同时进行水平搅拌阻止了温度成层现象，过多的热量被均匀地散开。搅拌掉形成的枝状晶，否则它们会作为微球体积聚在熔体凝固面上。通过熔体的水平和垂直搅拌，防止了形成负的偏析(所谓的白带)。

图2表示的是图1所示固定式连铸结晶器的俯视图。附加地还表示了电磁装置20的分搅拌器21-24的连线图。由图2可见，电磁装置20的分搅拌器对21、24和22、23在电路上是分别串联的。所以线圈25、27和26、28的上部接头互相连接起来。通过串联，分搅拌器对21、24和22、23可以用普通的交流电源工作。

当采用分搅拌器对21、24和22、23适当的非对称空间结构时，当然也可以用互相的相位差为120°的多相交流电取得相同的效果。

为了适应于不同的浇注条件设伺服驱动装置(图中未表示)，通过它使每对分搅拌器21、24和22、23在工作期间能按规定相对转动，为的是最佳地调整电磁装置20。为此分搅拌器21、24和22、23最好装在可旋转的支架中，支架可被伺服驱动装置操纵。控制通常通过微处理机进行，或用手调整或借助干预先规定的调整规律。在熔体表面起泡的频率例如可用作为调节参数，但也可以采用金属熔体在插入管处形成的吸入喇叭口的深度作调节参数。

当然，电磁装置20也可以由多个分搅拌器对21、24和22、23构成，它们分别在固定式连铸结晶器的一个分腔内产生具有相应的旋转方向的上述旋转磁场，通过相的方向控制分搅拌器对和相应的每对分搅拌器21、24和22、23相对的转动角可以调整此旋转磁场。

Claims (7)

1.尤其用于铸钢的固定式连续铸造结晶器，具有一电磁装置，它包括多个分搅拌器，分搅拌器成对地设在连铸结晶器外壁上互相有一间距，并与一个具有适当相位的交流电压连接，用以产生一个旋转的电磁力场，其特征为：分搅拌器(21-24)至少包括两对(21、24和22、23)，每一对分搅拌器(21、24和22、23)互相对置并在一个平行于浇注方向的平面内围绕一个角度呈X状地相对转动，以及，各对(21、24和22、23)基本上设置在同一高度上。

2.按照权利要求1所述的连续铸造结晶器，其特征为：在具有矩形横截面的固定式连铸结晶器中，成对的分搅拌器(21、24和22、23)互相对置地设在宽侧(12)上。

3.按照权利要求1或2所述的连续铸造结晶器，其特征为：每一对分搅拌器(21、24和22、23)在电路上是串联的。

4.按照权利要求3所述的连续铸造结晶器，其特征为：电路串联的分搅拌器(21、24和22、23)各与相位差90°的交流电压连接。

5.按照权利要求1至4之一所述的连续铸造结晶器，其特征为：分搅拌器(21、24和22、23)分别围绕其相对转动地布置着的角度值为30°至60°。

6.按照权利要求1至7之一所述的连续铸造结晶器，其特征为：分搅拌器(21、24和22、23)设计为具有一U形铁磁体芯的线圈(25-28)。

7.按照权利要求1至6之一所述的连续铸造结晶器，其特征为：设有伺服驱动装置，通过它可使每一对分搅拌器(21、24和22、23)在工作期间按规定相对转动。

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