CN1894059B - 连铸结晶器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连铸结晶器，尤其是薄板坯结晶器，其中通过一个借助于布置在结晶器里的永久磁铁所产生的磁场对液态金属的流动施加影响，其中永久磁铁在宽度和/或高度上具有不同的磁场强度或者具有相互不同的间距用于不同的场强。为使磁场强度变化，可以成组不同地来调整永久磁铁用于不同的场强分布。

Description

连铸结晶器

技术领域

本发明涉及一种连铸结晶器，尤其是薄板坯结晶器，其中设有永久磁铁用于通过一个借助于在结晶器上所产生的磁场对结晶器里液态金属的流动施加影响，其中永久磁铁在宽度和/或高度上具有不同的磁强或者相互不同的距离用于不同的场强，而且可以成组不同地移动至结晶器上用于不同的场强分布，其中永久磁铁布置在连铸结晶器的水箱里并可进行调整用于直接贴靠在结晶器板上。

背景技术

使用磁性机构来使液态金属流制动和均匀是一种已知的技术并在多种技术文献中描述过。在这些文献中所述的设备部分质量都很大，这就使连铸结晶器难于实现运行所必需的振荡。此外装备也很费钱。

文献EP 0880417B1描述了一种用于在结晶器里铸造金属的磁性制动器，它包括一个磁芯和一个供给直流电或低频交流电的线圈。此外设有一个磁回路，使磁回路封闭起来。

在永久磁铁(硬铁氧体、稀土磁铁)领域里开发方面的进步已经在过渡时间内使永久磁铁开始新应用于可能的场强，这种场强使永久磁铁看来象适合于用作上面所列电磁铁的备选方案。

因而已经建议了：以前用于机电制动器(EMBr)的用来产生磁场的装备(磁场线圈、电控制装置、用于导通磁流的外磁轭等等)用永久磁铁来替代，它们直接在结晶器上使用。

文献EP 0568579描述了用于控制熔化金属流入一个连铸结晶器的未硬化的金属部位里的一种方法，其中由熔化金属组成的至少一个初流输送给该结晶器并在结晶器里形成了一个连铸段，其中至少一个静磁场由布置在结晶器旁边的并由永久磁铁组成的极产生，其中磁场用于制动和划分由熔化金属组成的流入结晶器里的初流并控制所产生的二次流，其中磁场基本上这样布置，使得在结晶器里生成的连铸段的整个宽度上它都起作用。磁场强度应在垂直于铸造方向延伸的并在磁场强度达到其最大值的水平上的那个平面里，在这最大值的60％至100％的间隔之内变化，而同时该场强在一个具有熔化金属的最高表面/弯月面(meniskus)的水平上具有500高斯(GAUβ)的最大值。通过使磁极可以运动和/或设有可调整的芯元件来控制和分配磁场。

文献EP 0040383(B1)描述了一种用于搅拌在一个连铸段里未硬化部位的方法，其中连铸段在一个结晶器里成型并使浇注射流通过一个浇注管并直接流入结晶器里。在浇注射流进入到已经位于结晶器里的熔液的地方至少产生一个在熔液里起作用的静磁场，它使浇注射流制动并使它这样分散开，从而削弱或者耗尽其脉冲。一种为此设计的装置可以由一个或多个永久磁铁组成。

文献JP 08155610具有一种矩形结构型式的结晶器，在其四角处分别设有永久磁铁用于产生南和北的磁场。

文献EP 0568579A公开了一种连铸结晶器，其中为了对液态金属的流动施加影响在结晶器上设有永久磁铁，其中磁铁具有不同的磁场强度，因为它们可以通过可推入的磁性的和非磁性的芯部元件进行设定。

永久磁铁在相同的磁感应场强时具有一种短得多的结构形式并因此使质量急剧减少。并不需要有附加的装置用于传导磁通，装置的形式为一种外磁轭。在需要时应用在结晶器框里的铁磁材料用于封闭磁通回路。

但是装入永久磁铁要求其它的方法。虽然在现有技术中永久磁铁设计成静磁场的可能的源，但只是说明了通过采用直流电DC或者低频交流电AC的电流线圈来产生磁场的情况的装备，并不是永久磁铁用的装备。

因为永久磁铁并没有用来接通和断开的开关，因此这一方面就制约了用于安装和维护装备的特殊的安全措施。但与交流电运行时不同，也需要有特殊的方法和装备用于开动连铸机。

当磁制动时，对置地在连铸结晶器的两侧上在这种情况下设有永久磁铁用于产生磁场。在这种布置时感应场强B在其永久磁铁之间的中间腔里的距离上按以下公式计算：

$B\left(z\right)=2\·B_0\·\cosh \frac{\mathrm{\π}\·[z-\frac{d}{2}]}{h}$

其中B₀是其中一个永久磁铁的感应场强，z是从一个磁铁起测得的距离，d是在磁铁之间的间距，h是磁铁的有效高度。有效高度h通过测量确定。另外π为圆周率(π＝3.14...)，cosh是双曲余弦(见图1)。

发明内容

本发明的任务在于：在连铸结晶器上提供用于改变永久磁铁的磁场强度的装置。

该任务按照本发明按如下来解决：

永久磁铁可以在可摆动的调整机构上移动至结晶器上用于与场强匹配。

这例如通过改变磁铁相互间的距离来进行，优选地通过使永久磁铁的支架从连铸结晶器处转动离开来进行。还可以借助于可旋转的轴或者液压缸(见图2)通过直线的移动来进行。若是使磁铁支架从连铸结晶器处转动离开，那么磁场的削弱按如下公式：

$\mathrm{\&Phi;}=\left|\stackrel{\&RightArrow;}{B}\right|\&CenterDot;\left|\stackrel{\&RightArrow;}{A}\right|\&CenterDot;\cos (<(\stackrel{\&RightArrow;}{B},\stackrel{\&RightArrow;}{A}))$

其中Φ是磁通量，B是磁场强度，A是至连铸结晶器的通过面积，cos为磁场强度矢量和通过面积的面积法向矢量之间夹角的余弦。磁通量通过磁场削弱B按照公式B(z)和夹角而改变。若是机械的移动作为距离的改变，那么Φ的改变就只是通过磁场削弱B按照上述公式B(z)而进行。

转动一方面使磁铁更容易脱离开通过面，因为按照规程，将永久磁铁装在一个边棱上并且然后用持续变小的夹角放到支架上(见图3)这都属于永久磁铁的安装。将磁铁不是直接放置在由铁磁性材料制成的支架上，而是为了更容易脱离开以用于转动或者安装，在这之间设有一个由非铁磁材料制成的层。这可以是一种奥氏体钢，但是大约1mm厚的塑料板也够了。这与旋转相联系的磁铁至穿过面的不均匀的距离可以通过一个穿过体穿过由铁磁材料制成的连铸结晶器的水箱来磁性平衡。

有两种结构型式的连铸结晶器，即具有用于一种从外面输入的磁制动器的空隙的结晶器和具有集成于水箱里的磁制动器的结构型式。对于两种应用都需要以下的装置：

具有用于从外面输入的磁制动器的窗口的连铸结晶器：

由永久磁铁所产生的磁场必须仍可调整其场强。为此将永久磁铁装在一个夹入在连铸结晶器的水箱的支承筋条里的耙状物的齿上。一个装置可以实现通过移动来调整齿至结晶器的距离，因此就可以改变磁场的强度。装置可以通过机械的轴或者液压缸而实现运动。

具有集成的磁制动器的连铸结晶器：

以前的用于产生磁场的电气装置被去除并在这样而露出来的铁磁性锭块上(穿过窗口)在水箱里装一个装置用于保持住永久磁铁。该装置可以通过转动而运动并因此改变磁场强度。装置可以通过一个机械的轴或液压缸而运动。此外使该装置也可以围绕一个在下部边缘的轴线旋转并因此用于保证在永久磁铁和铁磁性锭块之间变化的距离。此外，可以同样调整磁场强度。

永久磁铁磁性很强，因而它们不可能大面积地形成。一种这样的磁铁会由于其自身的磁场力而爆破，也就是说形状上断裂。那就不得不由许多单个的磁铁来制造用于连铸结晶器宽度的大面积磁铁，许多单个的磁铁都粘贴在由铁磁材料制成的大面积支架上，以便将许多单个磁铁的磁通密度联合成一个大面积的磁通量，它则在结晶器里具有冶金的作用。这就这方面来说是有意义的，因为通过磁极相同的对准、小的磁铁也不可以任意紧密地相互并排设置，最终磁铁的同名极相互排斥。因此不得不将磁铁支架作成多层的，因为在第二层里必须通过永久磁铁来覆盖住第一层的还敞开着的中间空腔。

此外对于直尺或耙状物来说(梳状制动器)磁铁不仅置于直尺的齿上，而且也置于由铁磁材料制成的磁铁支架(直尺)的背面上，而且这里又是在多个层里，因为否则的话在结晶器的冶金部分里又达不到必要的磁通密度。

根据本发明的一种优选实施方式，在所述永久磁铁和由铜制成的结晶器板之间设有一个铁芯。

根据本发明的另一种优选实施方式，将一铁芯作为穿过体装满了由铜制成的结晶器板和永久磁铁之间的水箱。

Claims (9)

1.连铸结晶器，其中通过一个借助于设置在结晶器上的永久磁铁所产生的磁场对结晶器里液态金属的流动施加影响，其中所述永久磁铁在宽度上具有不同的磁场强度或者相互不同的距离用于不同的场强，其特征在于，所述连铸结晶器具有空隙，用于将梳状地作为耙状物构成的磁制动器从外部夹入到所述连铸结晶器的水箱的支承筋条中；所述永久磁铁能够成组不同地移动，用于不同的场强分布；所述永久磁铁布置在所述耙状物的齿上，并且布置在其背面上；并且所述永久磁铁由许多较小的单个磁铁组成，它们布置在由铁磁材料制成的、所述耙状物形式的、较大面积的支架上，并且多层起作用地连接成一个大面积的磁铁。

2.按权利要求1所述的连铸结晶器，其特征在于，所述永久磁铁能够在能移动的和/或能摆动的调整机构上移动至结晶器上，用于与场强匹配。

3.按权利要求1或2所述的连铸结晶器，其特征在于，永久磁铁的调整机构是旋转机构或者液压缸。

4.按权利要求1或2所述的连铸结晶器，其特征在于，在所述永久磁铁和由铜制成的结晶器板之间设有一个铁芯。

5.按权利要求1或2所述的连铸结晶，其特征在于，所述永久磁铁布置在连铸结晶器的水箱里，并且能够在可移动和/或可摆动的调整机构上移动至结晶器上，用于与场强匹配。

6.按权利要求1或2所述的连铸结晶器，其特征在于，将一铁芯作为穿过体装满了由铜制成的结晶器板和永久磁铁之间的水箱。

7.按权利要求6所述的连铸结晶器，其特征在于，在所述穿过体和所述能调整的永久磁铁之间插入一个分隔层。

8.按权利要求7所述的连铸结晶器，其特征在于，所述分隔层由非铁磁金属或由塑料制成。

9.按权利要求1或2所述的连铸结晶器，其特征在于，永久磁铁的调整机构是旋转轴。

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