CN1264625C - 一种连铸电磁制动器 - Google Patents

Abstract

本发明一种金属连铸电磁制动器，尤其是冶金生产过程的连铸电磁制动装置。它安装在连铸中包的底部，由水口电磁流体阻流管，两极直流电磁铁，可调直流电源组成。电磁流体阻流管的内孔壁上均布有环形沟槽，构成液态金属磁流体发电通道，其环形沟槽内的钢水作为阻流管中心液态金属磁流体发电的外负载回路，使感生的电磁力有效地形成对中包钢水下流的阻滞力，减缓了中包水口和塞棒的冲刷磨损，延长中包的寿命，阻滞力可以通过可调直流电源调控，方便实现冶金生产过程的自动化。本发明可用于液态金属的连铸。

Description

一种连铸电磁制动器

技术领域

本发明涉及一种金属连铸电磁制动器，尤其是冶金生产过程的连铸电磁制动装置。

背景技术

在冶金生产中，连铸是将熔化金属连续铸成一定形状的金属坯的冶金方法。如连续铸钢，是将大钢包中的高温钢水通过专门的浇注系统连续不断地注入带有强烈冷却的金属模结晶器，液态金属在结晶器内按一定的铸造速度连续不断地从结晶器中拉出来。这种专门的浇注系统中一个重要的部件是中间包(简称中包)，它是大钢包与结晶器之间的中间容器，其功能是减少大钢包钢液静压力的作用，使钢流平稳，控制和调节注入结晶器的钢液流量。在中包的底部设有流出钢水的水口导流管，该导流管上端口为圆锥形的钢水流入口，称为水口，水口上方，同轴设置有一具有圆锥形头部的塞棒，钢水从此塞棒与水口之间的间隙流入导流管，通常靠工人在炉边控制塞棒与水口之间的间隙的开度大小，控制经过水口导流管下流钢水的流量，从而调控钢坯拉出的速度。显然，水口处钢水流速最快，最易受冲刷磨损，通常使用寿命仅24小时，必须经常更换新的水口和重新构筑中包内部耐火材料里衬，更换中包。因此，不仅影响连铸生产率，也增加了生产成本；工人劳动强度大，并难以控制产品质量。

目前连续铸钢生产过程中，为了控制结晶器内钢水流动使用了一种电磁制动器，在结晶器两个宽面，设置一对π形电磁铁，外加磁场，在钢水中感生出涡流电流，通过涡流电流与磁场作用产生的电磁力使结晶器中的入注流股减速，流动均匀化，尽快镇静下来，减少渣的卷吸和内部夹渣，以提高产品质量。然而对于中包水口导流管至今尚末见用电磁制动器阻滞中包钢水的下流速度，原因是在中包水口导流管中的钢水在外加横向磁场作用下，在其内部产生的涡流电流，正反电流大小相等方向相反，正反电流产生的电磁力都作用于钢流中，总的作用于钢流的电磁力为零，因此，现有的电磁制动器不能用于中包水口导流管。

发明内容

为克服现有技术的缺点，本发明提出一种连铸电磁制动器，可以方便地调控中包下流钢水的流量，减轻中包塞棒和水口受钢水流的冲刷，从而大大延长中包的使用寿命，提高生产率，降低生产成本。

本发明采取的技术方案是基于磁流体发电原理，引入外负载回路，设计了一种水口电磁流体阻流管取代现用水口导流管。本发明由水口电磁流体阻流管，两极直流电磁铁，可调直流电源组成。水口电磁流体阻流管外形为一圆形或圆锥形管，材质是非导磁的耐火材料或石墨材料，其内孔壁的中段均布有环形沟槽，内孔上端水口形状为圆锥形，构成液态金属磁流体发电通道。本发明安装在连铸中包底部，其水口电磁流体阻流管垂直向下，中心与结晶器入口同轴。

在连铸过程中，流经电磁流体阻流管的钢水，自动充满环形沟槽，在环形沟槽中的钢水构成了液态金属磁流体发电的外负载回路。在电磁流体阻流管外两侧，水平方向上设有一П形的两极直流电磁铁，磁铁的N-S极面相对，极面轴线与电磁流体阻流管的中轴线垂直，N-S极之间的磁力线垂直穿过电磁流体阻流管，N-S极面为矩形，极面宽大于或等于电磁流体阻流管环形沟槽的外直径，极面长大于或等于环形沟槽沿轴线方向总长度。电磁铁的电磁绕组与可调直流电源相连接，由可调直流电源控制流经电磁铁电磁绕组电流大小，改变电磁铁的磁场强度，也即改变穿过电磁流体阻流管的磁场强度。

当电磁流体阻流管中从上向下有钢水以速度u流过时，由于与钢水流垂直方向上有上述磁场B的作用，根据磁流体发电原理，在与导流管中心钢水流垂直的方向上产生感生电场，即E_MHD＝u×B。使钢水流垂直面方向上形成横向感生电流J_MHD＝σ(1-K)u×B，其中σ为钢水电导率，K为负载系数。而在环形沟槽中的钢水基本上不流动，u_槽≈0，其中不会因电磁流体作用产生感生电动势，而恰好成为导流管中心流液态金属磁流体发电的外负载，即阻流管中感生的横向电流经过环形沟槽中的钢水外负载构成闭合回路，本发明的环形沟槽钢水外负载回路，是与中心流直接连为一体的钢水，没有通常液态金属磁流体发电的电极与中心流的接触电阻，也没有了外负载回路中的连接电阻，而且处于中心流外围环形沟槽中的钢水温度比中心流钢水温度低，有更高的电导率。如此设计的磁流体发电外负载，相当于短路的外负载闭合回路，使阻流管中感生电流I_MHD达到最大值。流经环形沟槽钢水的电流I_MHD′，大小与I_MHD相等，方向相反。根据电磁流体推进原理，有电流流过的钢水中，在上述磁场作用下产生电磁力(洛仑茨力)，F_MHD＝J_MHD×B，在阻流管中的电流产生的电磁力与钢水流动方向相反，成为钢水流的阻滞力；而在环形沟槽中流过的电流产生的电磁力与钢水流动方向相同，但它是施于阻流管的环形沟槽的壁上，对阻流管中心钢水的流动不起作用。电磁力的大小与电磁铁的磁场强度成正比，因此，用调控直流电源施于电磁绕组的电流大小，即可调控作用于阻流管中心钢水流的阻滞力，在维持原定钢坯拉出速度条件下，水口与塞棒之间的开度增大，从而降低了水口与塞棒之间钢水的流速。

本发明一方面可以方便地调控中包下流钢水的流量，容易实现自动控制，减轻劳动强度，便于控制和提高产品质量。另一方面可以减轻中包塞棒和水口受钢水流的冲刷，从而大大延长中包的使用寿命，提高了生产率，降低了生产成本，产生巨大的经济效益。

附图说明

图1为连铸电磁制动器构成正视图，图中1为圆锥形塞棒，2为锥形水口，3为电磁流体阻流管，4为n形电磁铁，5为环形沟槽。

图2为连铸电磁制动器构成俯视图，图中6为电磁绕组，7为可调直流电源。

图3为水口电磁流体阻流管中电磁作用矢量图。

图4为电磁流体阻流管中环形沟槽断面上电流分布示意图。

具体实施方式：

下面结合附图及具体实施方式，详细说明本发明。

本发明的一个实施例如图1和图2所示，它包括水口电磁流体阻流管3，两极n形电磁铁4，可调直流电源7。1为圆锥形塞棒，2为电磁流体阻流管上端的锥形水口，5为电磁流体阻流管环形沟槽，6为电磁铁绕组。水口电磁流体阻流管3外形为一圆形管，材质是非导磁的锆质耐火材料，其内孔壁的中段均布有环形沟槽5，内孔上端水口2形状为圆锥形。电磁流体阻流管3的内孔直径60毫米，长200毫米，在内孔中段均布有6条半圆形环形沟槽4，槽宽10毫米，深5毫米，两沟槽中心距20毫米，在阻流管3两侧垂直平面上布置有一两极П形电磁铁4，N-S极面为矩形，宽70毫米，长110毫米，两极头间距250毫米，电磁铁的绕组6与外部可调直流电源7连接，电磁绕组6为3060匝，外接电流调节范围0～42A，，N-S极间磁场强度0～0.5Tesla。

图3为水口电磁流体阻流管中心钢水流各参量矢量图，在阻流管3中钢水下流速度为u，在横向磁场B的作用下，产生感生电动势E_MHD，和感生电流J_MHD，而感生电流J_MHD与磁场B的作用产生的与钢流方向相反的电磁力F_MHD。

图4表示在阻流管3内中心钢水流产生的感生电流J_MHD和在环形沟槽4内钢水作为外负载回路流过的电流

在阻流管3中以速度u下流的钢水，在横向磁场B的作用下，受到一个与流速相反的电磁力一体积力F_MHD作用，产生流动阻滞力F_MHD，此力大小与电磁场强度，即绕组线圈电流I和钢水流速u成正比，控制电流I大小可以控制作用于钢水流动的阻滞力F_MHD，经数学模型分析计算，结果显示磁场强度0.5Tesla，在5m/s流速下，产生电磁阻滞力F_MHD相当于钢水下流作用力50％。因此，在保持原有钢坯拉速条件下，阻流管水口2与其上方的塞棒1之间的间隙开度增大，在水口2处流过的钢水流速降低，从而减少了钢水对水口2的冲刷磨损，延长了中包水口和中包的寿命。本发明的直流电源7可以方便地调控电磁绕组的电流大小，进而控制磁场强度，可有效地控制钢水下流至结晶器的流速和流量。本发明可取代现有技术中的人工调控塞棒1，实现自动控制，减轻了工人劳动强度，更好地保证了产品质量，可取得巨大的经济效益和社会效益。

本发明可用于本发明可用于液态金属的连铸。

Claims (5)

1、一种连铸电磁制动器，包括电磁铁和直流电源，其特征在于它还包括水口电磁流体阻流管，水口电磁流体阻流管中段的内孔壁上均布有环形沟槽；电磁铁为两极电磁铁，电磁铁设置在水口电磁流体阻流管外两侧，磁铁的N-S极面相对，N-S极两个极面的中心线与水口电磁流体阻流管中心轴线垂直相交；直流电源为可调直流电源。

2、按照权利要求1所述的电磁制动器，其特征在于水口电磁流体阻流管由非导磁的耐火材料或石墨制成。

3、按照权利要求1所述的电磁制动器，其特征在于其两极电磁铁为n形的直流电磁铁，其电磁绕组与直流电源相接，通过可调直流电源调控电磁绕组的电流，改变电磁铁两极面之间的磁场强度。

4、按照权利要求1至3中任一项所述的电磁制动器，其特征在于其两极电磁铁的N-S极面为矩形，极面宽度大于或等于阻流管内壁环形沟槽之外直径，极面的长度大于或等于阻流管内壁环形沟槽沿轴向的总长度。

5、按照权利要求1至3中任一项所述的电磁制动器，其特征在于其安装于连铸中包的底部，其水口电磁流体阻流管垂直向下，中心与结晶器入口同轴。

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