CN1216704C

CN1216704C - 金属材料的连铸或半连铸装置

Info

Publication number: CN1216704C
Application number: CN018144438A
Authority: CN
Inventors: N·雅各布松; J·E·艾利松; E·斯文松
Original assignee: ABB AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2001-05-28
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2021-05-28
Also published as: DE60121169T2; KR20030036237A; JP2003535701A; US20030150591A1; KR100760494B1; DE60121169D1; US20050205235A1; ATE331579T1; AU2001274711A1; SE0002333L; CN1447726A; WO2001098002A1; SE0002333D0; US7156154B2; JP4925546B2; EP1303369A1; EP1303369B1; SE516635C2

Abstract

本发明涉及金属材料的连铸或半连铸装置，它包括一个有一线圈(7)的第一装置，线圈(7)在一被设置成盛装熔融金属的区域内围绕结晶器(2)地延伸。给该线圈供应交流电以便产生一个变化磁场并且把该变化磁场施加到在结晶器(2)中的熔融金属上。该装置也包括一个有至少两个设置在结晶器(2)相对侧的磁极(8)的第二装置。这两个磁极(8)被设置用来为在铸造区内的熔融金属提供一个静磁场或周期性低频磁场。这两个磁极(8)包括至少一个有许多彼此电绝缘的材料层的磁极部分(11)。

Description

金属材料的连铸或半连铸装置

技术领域

本发明涉及金属材料的连铸或半连铸装置，其中，该装置包括一允许将金属材料铸造成所需形状的结晶器、将熔融金属供给结晶器的装置、包括一个线圈的第一装置，所述线圈在一被设置成盛装熔融金属的结晶器区内具有围绕结晶器的延伸部并且该线圈被布置成如此接受交流电，即产生了一个变化磁场并且该变化磁场被施加到结晶器内的熔融金属上，该装置还包括一个有至少两个设置于结晶器相对侧上的磁极的第二装置，所述磁极被布置成给结晶器内的熔融金属施加静磁场或周期性低频磁场。

背景技术

在这种铸造方法中使用的金属材料可以是纯金属或合金。常用的结晶器是水冷结晶器，它在铸造方向上两端开口。该结晶器通常具有大致成方形或矩形的横截面。所述装置被布置成允许在敞开或闭合的铸造环境下供应熔融金属。与制造通常长长的铸坯的连铸法有关地，众所周知地使用了一种被称为电磁铸造(EMC)的装置。电磁铸造的意思是人们给结晶器内的熔融金属施加变化磁场。由于在熔融金属中存在变化磁场，该熔融金属就受到一个指向结晶器内部的力作用。熔融金属与结晶器壁面之间的接触压力减小并且于是可以获得表面光洁度更高的成品金属材料。与连铸法有关地，人们同样知道了使用另一种被称为电磁制动器(EMBR)的装置。这样的电磁制动器包括设置在结晶器周围的磁轭和磁极。该磁轭和磁极由实心磁性钢构成。线圈设置在磁极的周围。这些线圈被布置成接受直流电，从而在磁极间的气隙内产生一个静磁场，该静磁场被施加到在结晶器内的熔融金属上。这样的静磁场制止了熔融金属在结晶器内的运动。由此一来，减小了在成品铸坯内出现成渣和气体形式的有害夹杂的危险性。

但是，紧挨着接受交流电的线圈地设置电磁制动器的由磁性材料构成的实心磁极导致了对变化磁场的大小和范围产生影响。根据计算，变化磁场的磁通密度在有这种实心磁极的情况下在熔融金属中下降了约23％。另外，电磁制动器的实心磁极受到由变化磁场产生的感应加热的作用。因此，这些磁极需要进行冷却。

发明内容

本发明的目的是提供一种允许采用电磁铸造以及电磁制动器但它们又没有不利地影响到其它装置的金属材料的连铸或半连铸装置。

根据本发明，提供一种金属材料的连铸或半连铸装置，该装置包括一个允许把金属材料铸造成所需形状的结晶器、把熔融金属供给该结晶器的装置、一个包括一个线圈的第一装置，该线圈在一个布置成盛装熔融金属的浇铸区内围绕该结晶器延伸并且被布置成接受交流电以产生一个变化磁场并该变化磁场被施加到在该结晶器中的熔融金属上，该装置还包括一个有至少两个在该结晶器相对侧设置的磁极的第二装置，这两个磁极被设置用来给在该浇铸区内的熔融金属提供一个静磁场或周期性低频磁场，其中，该磁极包括至少一个有许多相互间电绝缘的材料层的磁极部分。由于这些磁极包括至少一个这样的可层叠的磁极部分，所以这些磁极对变化磁场的大小和范围的影响相当小。另外，一叠实心磁极导致它们不按照相同的方式受到变化磁场的感应加热。这取决于在层叠材料中明显低于在实心材料中的所谓涡流损耗。因此，不需要使用专用冷却装置来急冷层叠磁极，而自动对流式冷却通常就足以防止磁极达到太高的温度。

根据本发明的一个优选实施例，所述材料层包括电工钢。可以使用不同类型的电工钢，但使用高电阻率的硅化电工钢是有利的。高电阻率有利地影响了变化磁场的贯穿深度。因此，这些材料层不必被制得太薄。有利的是，材料层的厚度为0.25mm-0.5mm。

根据本发明的另一个优选实施例，所述磁极部分包括一个磁极最靠近第一装置的线圈的磁极区域。通常，这些磁极安置在产生变化磁场的线圈的外面。为此，最靠近线圈的磁极区域遇到最强的变化磁场并因而应该首先进行层叠。

可以与在磁极材料中的所谓磁场贯穿深度有关地选择层叠厚度。在知道了磁场频率、磁极材料电阻率和导磁率的情况下，可以计算出贯穿深度。有利的是，每一层包括一个板状部件，它有两个基本是平面的侧表面，所述侧表面在一个基本上垂直于在线圈最近部分内的电流方向的平面内延伸。因此，获得了这样的层取向，即通过变化磁场获得了最小的磁场收缩并且基本上可以忽略磁极对变化磁场的影响。

根据本发明的另一个优选实施例，彼此相互基础地设置第一装置的线圈和第二装置的至少一个磁极。这样，获得了一个紧凑的装置。同时，获得了在彼此对置的磁极端面之间的小气隙。磁极端面之间的小气隙导致了，只需要为获得一个作用于结晶器内的熔融金属的所需静磁场而提供少量电能。为了进一步缩小在彼此对置的磁极端面之间的气隙，一个磁极可以至少包括一个被设置成容纳该线圈的凹槽，于是，获得了更紧凑的单元。有利的是，线圈及磁极在此构成一个整体。

根据本发明的另一个有利的实施例，第二装置在所述相对侧的每侧上有至少一个磁极以及一使所述磁极彼此相连的磁轭，这些磁极基本上沿结晶器的整个宽度延伸。

通过这样的装置，获得至少一个静磁场或周期性低频磁场，它覆盖了结晶器的整个宽度。根据一个取代实施例，第二装置在相对侧的每一侧上可具有至少两个磁极和将位于结晶器同侧的磁极连接起来的磁轭。这样一来，获得了至少两个局部的静磁场或周期性低频磁场，它可沿结晶器宽度位于适当位置上。根据第二装置的另一个取代实施例，这两个安置在结晶器同侧的磁极可以基本上沿整个结晶器宽度延伸并且与结晶器有关地被设置在不同高度上。由此一来，形成两个平行的静磁场或周期性低频磁场，它们分别覆盖结晶器的整个宽度。在这种情况下，应该在这两个磁场之间的一高度上供应熔融金属。

根据本发明的另一个优选实施例，第二装置包括绕每个磁极延伸的线圈，所述线圈被设置成接受直流电或低频交流电。于是，将形成会产生大小适当的静磁场或周期性低频磁场的磁极，从而获得了对结晶器中熔融金属的有效制动效果。有利的是，该装置包括一个管状部件，它在结晶器的适当位置处供应熔融金属材料。或者，所述装置可以包括一个柄杆，熔融金属材料通过它被浇入结晶器。有利的是，铸造金属材料包括钢，它是可以利用本发明装置成功地进行连铸的材料。

附图说明

以下，参考附图描述并举例来描述本发明的优选实施例，其中：

图1是本发明装置的第一实施例的横截面俯视图，

图2是图1所示装置的截面侧视图，

图3是本发明第二实施例的横截面俯视图，

图4是图3所示装置的截面侧视图，

图5是本发明第三实施例的横截面俯视图，

图6是图5所示装置的截面侧视图。

具体实施方式

图1、2示出了一装置，它被指定用于长长的铸坯1的连铸或半连铸方法。铸坯1为例如是钢的金属材料。该装置包括一成结晶器2形式的铸模。结晶器2露出一个浇铸空间，该浇铸空间具有一个熔融金属在此被送入的上开口以及一个凝固金属在此作为铸坯1被连续送出的下开口。结晶器2的浇铸空间由两个长侧壁和两个短侧壁限定。每个长侧壁和短侧壁包括一内板3及一外支承板4。内板3通常由铜或铜基合金构成。因而，内板3显露出优良的导热性和导电性。有利的是，外支承板4由工字钢制成。至少一块板3、4具有用于循环冷却介质如水的内部通道。但是，这些冷却通道在图中未示出。在结晶器2的长侧壁与短侧壁之间的所有接头处，使用了绝缘材料5。该装置包括一个管状部件6，它被设置用来引导熔融金属通过结晶器2上开口流到结晶器2内的浇铸空间。管状部件6在下端包括两个这样设置的径向开口，即熔融金属材料获得了从管状部件6到朝结晶器2的短侧壁的主要移动方向。

该装置包括一个允许结晶器2内的金属材料的所谓电磁铸造(EMC)的第一装置。第一装置包括一个线圈7，它在一个盛装熔融金属的区域内围绕结晶器2延伸。通过给围绕结晶器2延伸的线圈7供应交流电，在线圈7的周围产生一个变化磁场。有利地供应频率为50Hz-1000Hz的交流电。因此，围绕线圈7产生的变化磁场被施加到结晶器2内的熔融金属上。所施加的变化磁场对熔融金属产生一个作用力，它指向结晶器2的内部，从而在熔融金属与结晶器2的内接触面之间的压力减小了。在熔融金属与结晶器2壁面之间的较低接触压力对铸坯表面光洁度有积极影响。

该装置也包括一个允许对熔融金属在结晶器2内运动进行所谓电磁制动(EMBR)的第二装置。第二装置包括两个磁极8，它们在一个布置成盛装熔融金属的区域内设置在结晶器相对侧上。这两个磁极8设置在线圈7外面并基本上沿结晶器2整个长度延伸。一个围绕结晶器2延伸的磁轭9将磁极8相互连接起来。围绕每个磁极8地设有一个线圈10。给线圈10供应直流电或低频交流电，从而在磁极8之间产生这种静磁场或周期性低频磁场。在这种情况下，磁极8仅由一层叠部分11组成，该层叠部分11包括许多矩形的薄板件。这些薄板件成行设置，从而它们的平滑侧面与其它相邻薄板件的侧面接触。这些薄板件彼此电绝缘。薄板件的侧面在一个垂直于在线圈7的最近部分中的电流方向的平面内延伸，围绕所述线圈7产生所述的变化磁场。这些薄板件有利地包括有高电阻率的硅化电工钢。

当给这些线圈10提供直流电或低频交流电时，在彼此对向的磁极8端面之间的气隙中产生一个低频磁场。通过沿结晶器长侧地纵长形成磁极8，沿结晶器2的整个宽度施加一个静磁场或周期性低频磁场。这样的磁场制止了熔融金属运动，从而在结晶器2浇铸空间内的整个熔融金属中获得了更均匀的速度分布。因此，在熔融物凝固于结晶器2中时形成夹杂的危险减小了。

但是，如果紧靠线圈7地设置一个带实心磁极的传统电磁制动器，则由线圈7施加到熔融金属上的变化磁场在大小和范围显著缩小了。根据所进行的理论计算，变化磁场的磁通密度在存在这种实心磁极的情况下可以缩小约23％。另外，电磁制动器的实心磁极受到变化磁场的感应加热。因此，这些磁极需要有效地进行冷却。通过本发明的装置，如此解决此问题，即磁极8包括至少一个层叠部分11，即一个由许多在并列成行设置的且彼此电绝缘的薄板件组成的磁极部分。有利的是，这些薄板件的厚度为0.25mm-0.5mm。当薄板件遇到变化磁场时，很小的涡流电路出现在有这样厚度的薄板件中。据此，当叠片磁极8遇到变化磁场时，它们不会象实心电极那样多地被加热。对叠片磁极8来说，自动对流式样冷却一般就足以防止这些磁极升温太高。另外，当叠片磁极8遇到变化磁场时，磁场收缩不象在实心磁极中那样出现在叠片磁极中。但是，这些磁极8应该是层叠的，从而这些薄板件的侧面基本上与该变化磁场传播离开线圈7方向平行地延伸，即应该与垂直于在线圈7最近部分中的电流I方向地设置。

图3、4表示本发明的第二实施例。在这种情况下，层叠部分11只组成了磁极8的一部分。层叠部分11是磁极8最接近线圈7的部分并因此是磁极8受到最强变化磁场的部分。在多数情况下，只叠层形成磁极8部分11就够了。在这里，第二装置包括四个磁极8。两个磁极8设置在结晶器2的各侧。一个磁轭9连接在结晶器2同侧的两个磁极8。设置在同侧的磁极8与结晶器2有关低设置在不同高度上并且分别基本上沿结晶器2的整个宽度延伸。这些线圈10围绕每个磁极8设置。在这种情况下，通过给这些线圈10供应直流电或低频交流电，在结晶器2内产生两个平行的、在不同高度上的静磁场或周期性低频磁场。这些磁场被布置成经过装有熔融金属的结晶器2区域。在这里，在两个平行磁场之间的高度上，有利地把熔融金属供应给结晶器2。

图5、6表示本发明的第三实施例。在这种情况下，全部磁极8包括一个层叠部分11。这些磁极8配备有被设置用来容纳线圈7的凹槽12。在这里，这些磁极8和线圈7有一整体部件构成。因此，该装置变得紧凑并因此需要较小空间。另外，获得了比上述实施例更小的在磁极8端面之间的气隙。据此，不必把一样多的电能供应给线圈10，以便产生铸造所需的在气隙中的磁场。在这里，第二装置包括四个磁极8。两个磁极8设置在结晶器2的每一侧。一磁轭9将设置在结晶器2同侧的两个磁极8连接起来。设置于同侧的这两个磁极8位于同一高度上并且沿结晶器2宽度的一部分延伸。这些线圈10围绕每个磁极8而设。在这种情况下，通过给这些线圈10供应直流电或低频交流电，产生两个与结晶器2有关地在同一高度上的且平行的静磁场或周期性低频磁场。

总之，本发明不局限于附图中的上述实施例，而是可以在权利要求书的范围内随意修改。例如，如图所示的不同种类的电磁制动器可以随意地与所示的磁极可选层叠实施例结合。

Claims

1、金属材料的连铸或半连铸装置，其中，该装置包括一个允许把金属材料铸造成所需形状的结晶器(2)、把熔融金属供给该结晶器(2)的装置(6)、一个包括一个线圈(7)的第一装置，该线圈(7)在一个布置成盛装熔融金属的浇铸区内围绕该结晶器延伸并且被布置成接受交流电以产生一个变化磁场并该变化磁场被施加到在该结晶器(2)中的熔融金属上，该装置还包括一个有至少两个在该结晶器(2)相对侧设置的磁极(8)的第二装置，这两个磁极(8)被设置用来给在该浇铸区内的熔融金属提供一个静磁场或周期性低频磁场，其特征在于，这些磁极(8)包括至少一个有许多彼此电绝缘的材料层的磁极部分(11)。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述材料层包括电工钢。

3、如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述材料层包括有高电阻率的硅化电工钢。

4、如权利要求1-3之一所述的装置，其特征在于，所述材料层具有0.25mm-0.5mm的厚度。

5、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁极部分(11)包括一个最靠近第一装置的所述线圈(7)的磁极区域。

6、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的每个材料层包括有两个基本成平面的侧面的板状部件，这些侧面在一个基本上垂直于在该线圈(7)的最近部分中的电流(I)的方向的平面内延伸。

7、如权利要求1所述的装置，其特征在于，彼此接触地设置所述第一装置的该线圈(7)和所述第二装置的至少一个磁极(8)。

8、如权利要求7所述的装置，其特征在于，至少一个所述磁极(8)包括一个被设置用来容纳所述线圈(7)的凹槽(12)。

9、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二装置在所述相对侧的每侧上具有至少一个磁极(8)，这些磁极(8)具有一个基本沿该结晶器(2)的整个宽度延伸的部分并具有一使所述磁极(8)彼此连接的磁轭(9)。

10、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二装置在所述相对侧的每侧上有至少两个磁极(8)和将位于该结晶器(2)同侧的所述磁极(8)连接起来的磁轭(9)。

11、如权利要求10所述的装置，其特征在于，在该结晶器(2)同侧的所述磁极(8)基本上沿该结晶器(2)的整个宽度延伸并且与该结晶器(2)有关地被安置在不同的高度上。

12、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二装置包括围绕每个所述磁极(8)延伸的线圈(10)，所述磁极(8)被布置成接受直流电或低频交流电。

13、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述熔融金属供应装置包括一把该熔融金属供应给该结晶器(2)的管状部件(6)。

14、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述铸造金属材料包括钢。