CN1216705C - 用于控制线材中搅动的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于在连续铸造时控制线材(3)的没有凝固部分的熔融金属中搅动的方法和一种用于实施该方法的装置。该装置包括置于模具(6)周围的两相或多相搅动器(1)；模具在相对端部上敞口并环绕线材(3)；搅动器(1)配置成在熔融部分中产生可运动的磁场；至少一磁流导体(15)置于搅动器(1)内周边和模具(6)外周边之间。在开式铸造时，磁流导体(15)定位在第一位置上，其中它将搅动器(1)产生的至少一部分磁流在朝线材(3)弯液面(17)的方向上移位；而在闭式铸造时，该磁流导体(15)定位在第二位置上，其中，它将至少一部分磁流离开弯液面(17)移位。

Description

用于控制线材中搅动的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于在连续铸造时控制线材的没有凝固部分的熔融金属中搅动的方法，借助该方法通过配置在模具周围的两相或多相搅动器影响该熔融部分；该模具在相对的端部上敞口并且环绕着该线材；其中，将至少一磁流导体置于搅动器内周边和模具外周边之间。

本发明还涉及一种用于在连铸时控制线材的没有凝固部分的熔融金属中搅动的装置，其包括：配置在模具周围的两相或多相搅动器；该模具在相对的端部上敞口并且环绕着该线材；该搅动器配置成在熔融部分中产生可运动的磁场并且将至少一磁流导体安置在搅动器的内周边和模具的外周边之间。

该术语搅动器应在广泛的含意中考虑，但是主要地涉及电磁搅动器，其包括一个或多个磁芯，在磁芯周围配置了绕组或线圈以便当搅动器供应电流时在位于这些磁芯之间的熔融部分中产生磁场。在只有一个磁芯情况下，这个磁芯可配置为环绕该模具的环件，然而在多个磁芯情况下，该后者可以经过由例如铁适当材料制成的轭架连接。

模具涉及所有类型的开式模具，其与金属的连续铸造结合应用，但是特别地这种模具与铸造板件，坯件和锭件相结合应用，其中应用搅动器以便当线材中的熔融部分凝固时阻止枝状晶体在朝线材中央的方向上的生长。

背景技术

当例如钢的金属或金属合金在沿铸造方向的两个端部敞口的模具中借助连续的或半连续的工艺铸造时，熔融材料作为自由浇铸射流(开式铸造)或经过铸造管(闭式铸造)输送到所述模具中。当该熔融材料通过该模具时，通过已冷却的熔化材料形成线材。在该线材离开该模具之前在该线材上已经形成至少一自身支承的表面层。在线材没有凝固部分中的不可控的金属流动将导致有关质量以及产品自身的问题。

在线材没有凝固部分中的熔化金属的流动可以借助两相或多相搅动器进行控制，通过它，可强制旋转的磁场作用到该线材这些部分中的熔化材料上，结果在该熔融材料中感应出电流。因此，由于该磁场和电流的共同作用，在该熔融材料中产生搅动力。典型的搅动器可以比拟为电马达的定子，其中，该熔化材料构成该内转子。然而，损失比传统的电机更大，这部分地取决于对于大多数的搅动器结构在磁芯和熔融材料间存在着间隙。

为了获得要求的搅动力以及相应地满足冶金的结果，必须控制和分配熔融材料的运动。因此，就对施加到熔融材料上的磁场的场强的特性和分布以及对感应电流的电流强度及电流密度都提出了要求。这些要求可以是在不同的例如开式和闭式铸造的铸造工艺之间不同的。

在闭式铸造时，该熔化材料通过其出口在所称弯液面下方的熔融部分中的铸造管输送到模具中，要求在该没有凝固部分中进行搅动，所述搅动要有足够的强度以产生关于铸造结构所要求的冶金结果。然而，在弯液面区域中的搅动还应该避免，因为这种搅动可能在弯液面表面上导致熔渣和铸造粉末，该熔渣和铸造粉末下拉进该熔化材料中并因此当熔化材料凝固时形成其中的夹杂物。

在开式铸造时，熔化材料就从容器或箱体或类似物作为自由射流输送到模具中，要求在所述弯液面处的流动速度足够高以获得需要的冶金结果。在该弯液面处的足够强的流动通过给予施加在弯液面处的磁流足够高的强度来实现。

为了在开式及闭式铸造时实现上述的关于弯液面处磁流的要求，该磁场应该从在开式铸造时靠近弯液面的第一位置移动到在闭式铸造期间离开弯液面并在其下方的位置上。文献DE 38 19 493描述了用于连续铸造的装置，其中，这个问题通过设置具有现行的线圈和磁芯并可沿着内模具可运动地布置在铸造方向上的搅动器加以解决。然而，事实上，这一解决方案很复杂并且要求大的搅动器的空间。

DE 28 53 049公开了如何当磁齿(teeth)配置在搅动器线圈和线材之间时放大源于线性马达搅动器的磁流。这些齿部分可拆卸配置并例如由变压器片制成。然而，此文献却没有描述该(磁)场如何可以向上或向下引导从而使该搅动器在开式和闭式铸造两者的情况下都可以置于相同的水平上。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于在连续铸造期间借助旋转磁场控制连铸线材的没有凝固部分的熔融金属中搅动的方法和装置；所述磁场依据其是否施加到开式铸造上或闭式铸造上而可在朝向或离开线材弯液面的方向上移位。同时，因为在搅动器的线圈和熔融部分之间具有不良磁流导体特性的间隙最小化，本发明将允许该搅动的能量损失保持在最小值。

本发明目的是基于开头限定的方法实现的，其特征在于：在开式铸造情况下，该磁流导体定位成使得搅动器产生的磁流至少一部分在朝向线材弯液面的方向上移动；而在闭式铸造情况下，该磁流导体定位成使得搅动器产生的磁流至少一部分在离开线材弯液面的方向上移动。在正常情况下，该模具通常垂直配置。因此，在开式铸造时该磁流导体靠近模具的顶部定位而在闭式铸造时离开该顶部进一步向下定位。

应该认识到，多个磁流导体可以上述的方式定位在模具的周围。作为优选，相应的磁流导体一般与相应的极性(在径向上位于内侧)相对定位以便在朝向模具的方向上限定所述极的延伸部。然而，这绝不会妨碍所述磁流导体在铸造方向上的轴向延伸以超出搅动器对应的极，这就是说，该磁流导体至少部分地位于比搅动器磁芯和线圈较高或较低的水平上。依此方式，该磁场可朝着以下区域导引，在这个区域中没有补充磁流导体时只能存在小程度的磁场。

本方法的优选实施例的特征在于：将磁流导体配置成可导引该搅动器产生磁流的主要部分。因此，作为优选，依这样的方式对磁流导体作尺寸设置并依如此材料制造磁流导体，即，一般地使搅动器产生的整个磁场经由所述磁流导体而没有过饱和地导引到所述熔融部分中。

在模具由外壳环绕从而在该外壳本身和模具的外圆周之间限定一个或多个冷却通道的情况下，该磁流导体最好定位在模具外周边和该外壳之间。在铸造坯件，锭件和板件时，现在倾向于采用这种模具，其中该铜模具由以下外壳所环绕并且其中该模具和外壳一起形成盒体，其能够例如当要铸造新的尺寸规格件时或者要从闭式铸造改为开式铸造时以单件的方式移入或移出环绕该搅动器。本发明包括一些解决方案是，该磁流导体根据应用于开式或闭式铸造，定位在不同的盒体中不同的水平上或者其中该磁流导体可运动地配置在盒体中以便能够依据所述的铸造情况定位。因此，本发明方法促进有效地利用模具和搅动器之间存在空间，同时，允许盒体解决方案的多个优点。

本发明目的还通过所述开头限定类型的装置来实现，其特征在于：在开式铸造情况下，该磁流导体定位在第一位置上，其中，它将搅动器产生的磁流至少一部分在朝着线材弯液面的方向上移位；而在闭式铸造情况下，该磁流导体定位在第二位置上，其中它将搅动器产生的磁流至少一部分离开线材弯液面移位。

作为优选，该磁流导体配置成将搅动器产生的磁流主要部分导引到熔融部分中。正如前面已描述的，该磁流导体最好尺寸设置成如此方式并由这样的材料制成，即，一般说由搅动器产生的整个磁场没有任何过饱和地经由所述磁流导体或者在多个的这种磁流导体的任一个中导引到熔融部分中。实现这一要求的方式是采用多个由适宜材料制成的和具有适当尺寸的杆形或板形的磁流导体；所述磁流导体定位在搅动器相应的极和模具之间。作为优选，磁流导体的数目对应于搅动器的极的数目，因此该数目是相位数目的两倍，此时在多相位搅动器中对于每个相位需要两个极性。该磁流导体最好可以在铸造方向上加长和延伸。

按照一实施例，该模具由外壳所环绕，该外壳在其自身和模具的外表面之间限定一个或多个冷却通道；该磁流导体定位在模具的外周边和该外壳之间。优选为水的冷却介质填充在外壳和模具之间的空间中。该磁流导体最好主要由铁制成，但是，可以作为优选包括提高抗腐蚀强度的合金元素或者设有一层任意抗腐蚀的材料以防止它们由于冷却介质的作用而腐蚀。

实际上，该模具由支承板所环绕；并按照一实施例，该磁流导体固定到支承板上。按照一可选择的实施例，该磁流导体固定到外壳上，更准确地说固定到其内周边上。

本发明之另外的优点和特征将揭示在下面的详细描述中和附带的权利要求书中。

附图说明

下面，参考附图中表明的具体实施例对本发明更详细地描述。

图1是从本发明装置第一实施例的一侧观看的剖视示意图；其中，磁性流导体在第一位置上；

图2是对应于图1的剖视图，但该磁性流导体在第二位置上；

图3是从表示对应于图1和2的第一实施例装置的一侧表示的剖视图；

图4是按照图3中IV-IV的截面图；

图5是对应于图3的剖视图，但是表明了本发明装置的第二实施例；

图6是按照图5中VI-VI的截面图；

图7是对应于图3和5但表示本发明装置第三实施例的剖视图；

图8是按照图7中VII-VII的截面图；

图9是对应于图3、5和7但表示本发明装置第四实施例的剖视图；以及

图10是按照图9中X-X的截面图。

具体实施方式

图1和2表示本发明装置的第一具体实施例，其意欲用于特别是钢的金属的连续铸造。图1表示该装置在调整成适于开式铸造的第一位置上，即用自由浇铸射流的铸造；然而图2表示该装置在调整成适于闭式铸造的第二位置上；亦即借助铸造管铸造。

本装置包括一电磁搅动器1，其包括多个芯体2，如图4所示。电导体组成的线圈4缠绕在芯体上。在本示出的实施例中，该装置以其本身公知的方式包括三对极和这些极以本身公知的方式供以三相交变电流。可选择的解决方案例如可以包括两对极并供给两相交变电流。该芯体2通过轭架5相互连接。作为优选，该芯体和轭架大致由铁制成的。该交变电流的频率是低的，例如在1-20Hz范围内。

作为一种选择，该装置可以只包括一铁芯，其配置为围绕着该模具延伸的圆环结构，并在其上以本身公知的方式缠绕相应数目的线圈。

该搅动器1配置在模具管或模具5周围，其适于包括作为其主要组分的铜；所述模具配置成适于一般地垂直铸造并且设置熔融材料通过输送到模具中的上开口7，和线材3在铸造期间通过其从模具6中连续取出的下开口8。

在图1-6所示的实施例中，该装置包括盒体，该盒体包括铜模具和外壳9，其配置在模具的外侧并与它有一距离。位于模具6和外壳9之间的空间10限定冷却通道。图5表示该外壳9包括入口孔11，优选为水的冷却介质通过入口孔引入外壳9内侧的单独下部空间12中以便随后带至沿模具6的外周边向上流动并因此冷却该后者(即模具6)。一个适于由不锈钢制成的支承板13最靠近地配置在模具6的外侧并且冷却介质从所述下部空间向上地流入位于模具6和支承板13之间的间隙中，如图中所示。在该支承板13的上面端部处，该间隙在空间10中敞口，并且通过后者向下流动，然后经过在外壳9下边部分中的排出口14流出所述交换器，该出口14正好处于将空间10与下部空间12相分隔的横向壁16之上。应该认识到，这一解决方案的多个变型当然地在本发明的保护范围内，故这个解决方案只通过实施表示。例如，完全可能的是将与入口11、出口14和横向壁16相对应的入口、出口和横向壁配置在模具的上边部分中，实际上这也是经常见的情况。然而，外壳9和支承板13却必须由非磁性材料制成。

在搅动器1和模具6之间，配置了多个最好由铁的磁流导体材料制成的磁流导体15。磁性流导体的数目对应于搅动器1的极的数目，在这种情况下为六个。每个磁流导体15配置在相应的磁极邻近并在径向上位于该后者的内侧以便改进在上述极和安置在模具内侧的线材3之间的所述导磁性。在图1中，该磁流导体15定位在上位置上，其中，它们将来自搅动器的磁场向上朝着线材的弯液面17的区域导引。因此，磁流导体15可朝着或甚至部分超过该搅动器1的极延伸经过的轴向区域的上部分或上半部分移位。这样，将可能的是，使得通过搅动器1产生的磁场朝向弯液面区域导引即使在该弯液面置于比搅动器较高水平上时的情况也如此，因为可将磁流导体15的位置向上朝着弯液面17移位。

图2表示的情况是：该磁流导体15朝着或甚至部分超过搅动器1的极延伸经过的区域的下部分或下半部分移位。因此，通过搅动器1产生的磁场离开弯液面区域并向下导引。作为优选，该磁流导体15在闭式铸造期间定位在这个第二位置上，此时，在弯液面17处需要避免强磁场。

图3和4表明一实施例，其中磁流导体固定到外壳9的外侧，并且因此置于在外壳9和模具6间的空间10中。这样，该冷却通道空间的一部分用于安置该磁流导体15，而且出于节省空间的观点这是有利的。依此，磁流导体15形成上述盒体的一部分。

图5和6表明盒体的可选择实施例，借助该盒体，磁流导体15固定到环绕该铜模具6的支承板13上。然而，原理是相同的，亦即将磁流导体15配置在搅动器1和模具6之间的冷却通道空间中以便使得在任何情况下通过盒体提供的空间获得有利有效的应用从而减少场强损失并同时导引磁场。

图1-6表示带有外部安置的搅动器1的模具箱体的实例，这就是，包括该模具6和该外壳9的盒体可单独地从该搅动器1的其余部分上拆下来。在这种情况下，拆卸通过将盒体垂直向上地举起以从搅动器1退出来完成。

图7-10表示带有内部安置的搅动器的模具箱体的实例，这就是，它不可以区分任何可从搅动器拆卸下来的界限分明的盒体。相反的是，搅动器和模具形成单个单元。在这种情况下，当具有该磁流导体15给定位置的盒体不能简单地置换成具有磁流导体15另一位置的盒体时，例如对于从开式铸造到闭式铸造的转换时，使得磁流导体15在上述第一和第二位置之间可移位或可运动的重要性增加。这当磁流导体在铸造方向上沿着模具6的外侧或如图7和8所示在该外壳18外侧可移动配置时可以实现。作为选择，它们沿着外壳9的内侧可移位配置，例如图9和10所示。该壳体18，19，当它们配置在现有传统的具有其中包含搅动器的模具箱体中时对应于上述的外壳9。

鉴于上面揭示的本发明，应该认识到，对于本领域的熟练技术人员多个进一步、可选择的实施例当然将是显而易见的，然而却没有超出随后附带的通过本说明书和附图支持的专利权利要求书限定的本发明的保护范围。

例如，在本发明的范围内，还可以提供该磁流导体15的可选择实施例并且将单个的本体分离为多个子本体等。当一个或多个磁流导体15分为子本体或分体时，这些子本体的一个或多个应该可拆卸地配置以便在正进行的铸造期间或在不同的铸造程序之间能实现磁场的重新指向。

上面的例子表示了具有三相，两极耦合的搅动器，从而采用六个磁流导体15。然而应该认识到，其他构造也是可能的。例如带有两相，两极耦合的搅动器是经常应用的，从而使用4个磁流导体，在每个极上有一个。

也可以想到的是，该搅动器的极沿着模具配置在不同的水平上并且这就可继而实现以相互不同的水平配置该磁流导体15的可能性。

该磁流导体15最好是层叠结构，这就是构造为分层的结构，然而，它们可以由均质的铁制成，但是因此将运行稍差。

Claims (19)

1.一种用于在连续铸造时控制线材(3)的没有凝固部分的熔融金属中搅动的方法，包括：

通过配置在一模具(6)周围的两相或多相搅动器(1)来影响该熔融物，其中，模具(6)在相对的端部上敞开并环绕着线材(3)；以及

将至少一磁流导体(15)安置在所述搅动器(1)之内周边和所述模具(6)外周边之间；

其特征在于，

在开式铸造情况下，将该磁流导体(15)定位成使由搅动器(1)产生的磁流的至少一部分在朝向线材(3)弯液面(17)的方向上移动；

并在闭式铸造情况下，将磁流导体(15)定位成使由搅动器(1)产生的磁流的至少一部分在离开该线材(3)弯液面(17)的方向上移动。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将该磁流导体配置成导引由该搅动器(1)产生的磁流的主要部分。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，磁流导体(15)如此方式设置尺寸并以如此材料制造，即一般地使由搅动器(1)产生的整个磁场经过所述磁流导体(15)导引到该熔融部分中而其中没有任何过饱和。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将模具(6)分别与上和下开口(7，8)垂直定位并且在开式铸造情况下将磁场沿模具(6)向上移位，而在闭式铸造情况下将磁场向下移位。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过一外壳(9)将模具(6)环绕，并且在其自身和模具(6)的外周边之间限定一个或多个冷却通道；以及将该磁流导体定位在模具(6)外周边和外壳(9)之间。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过一支承板(13)将模具(6)环绕；并且将磁流导体(15)紧固到该支承板(13)上。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，将磁流导体(15)紧固到外壳(9)上。

8.一种用于在连续铸造期间控制一线材(3)的没有凝固部分的熔融金属中搅动的装置，包括：

一配置在一模具(6)周围的两相或多相搅动器(1)；模具(6)在相对的端部上敞口并且环绕着该线材(3)；所述搅动器(1)配置成在该熔融部分中产生可移动的磁场；以及

至少一磁流导体(15)安置在所述搅动器(1)内周边模具(6)外周边之间；

其特征在于，

在开式铸造的情况下，该磁流导体(15)定位在第一位置上，其中，它将由搅动器(1)产生的磁流的至少一部分在朝线材(3)弯液面(17)的方向上移位；而在闭式铸造情况下，该磁流导体(15)定位在第二位置上，其中它将由搅动器(1)产生的磁流的至少一部分离开线材(3)弯液面(17)移位。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，该磁流导体(15)配置成将搅动器(1)产生的磁流的一部分导引到该熔融部分中。

10.如权利要求8或9所述的装置，其特征在于，该磁流导体(15)如此方式设置尺寸并以如此材料制造，即通常，由搅动器(1)产生的整个磁场经过所述磁流导体(15)导引到该熔融部分中而其中没有任何过饱和。

11.如权利要求8所述的装置，其特征在于，该模具(6)由一外壳(9)环绕，该外壳在自身和模具(6)的外周边之间限定一个或多个冷却通道；并且，该磁流导体(15)定位在模具(6)外周边和外壳(9)之间。

12.如权利要求8所述的装置，其特征在于，该模具(6)由一支承板(13)环绕；该磁流导体(15)紧固到支承板(13)上。

13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，该磁流导体(15)紧固到外壳(9)上。

14.如权利要求8所述的装置，其特征在于，该模具(6)通常分别与上和下开口(7，8)垂直配置以用于在垂直方向上连续铸造；并且，在开式铸造时该磁流导体(15)配置在模具(6)的邻近弯液面(17)的上部区域上，而在闭式铸造期间，配置在模具(6)的远离弯液面(17)的下部区域上。

15.如权利要求8所述的装置，其特征在于，其包括一个或多个配置在模具周围的极对；并且至少一磁流导体(15)配置在该极对的极的至少之一和该模具(6)之间。

16.如权利要求8所述的装置，其特征在于，其包括一个或多个配置在模具(6)周围的极对；并且相应的磁流导体(15)配置在每个极和模具(6)之间。

17.如权利要求8所述的装置，其特征在于，该磁场导体(15)具有在模具(6)纵向上延伸的杆件或板件的形状。

18.如权利要求8所述的装置，其特征在于，该搅动器(1)和模具(6)设计成不用从搅动器(1)拆卸模具(6)就允许该磁流导体(15)从第一位置移动到第二位置或从第二位置移动到第一位置上。

19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，该磁流导体(15)可移动地配置在第一位置和第二位置之间。

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