RU2266798C2 - Method for metal continuous casting to mold and apparatus for performing the same - Google Patents
Method for metal continuous casting to mold and apparatus for performing the same Download PDFInfo
- Publication number
- RU2266798C2 RU2266798C2 RU2003101963/02A RU2003101963A RU2266798C2 RU 2266798 C2 RU2266798 C2 RU 2266798C2 RU 2003101963/02 A RU2003101963/02 A RU 2003101963/02A RU 2003101963 A RU2003101963 A RU 2003101963A RU 2266798 C2 RU2266798 C2 RU 2266798C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- induction coil
- melt
- mold
- alternating current
- magnetic field
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/10—Supplying or treating molten metal
- B22D11/11—Treating the molten metal
- B22D11/114—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means
- B22D11/115—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means by using magnetic fields
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для непрерывной или полунепрерывной разливки металлов и сплавов, например стали, в кристаллизатор, который открыт на обоих концах в направлении разливки.The present invention relates to a method and apparatus for continuous or semi-continuous casting of metals and alloys, for example steel, into a mold that is open at both ends in the casting direction.
Описание известного уровня техникиDescription of the prior art
В операциях непрерывной разливки стали устоялась практика перемешивания жидкой стали в кристаллизаторе устройства непрерывной разливки стали с помощью прикладываемого извне низкочастотного электромагнитного поля переменного тока. Электромагнитное перемешивание, обычно именуемое как ЭМП, широко применяется при непрерывной разливке стали для повышения качества продукции в литом состоянии и производительности процесса. Было установлено, что для удовлетворения условиям различных методов разливки необходимо управлять перемешивающим движением в области, тесно прилегающей к свободной поверхности расплава, обычно именуемой мениском. Следовательно, в области мениска требуется перемешивающее движение с определенной интенсивностью, чтобы контролировать поверхностную и подкорковую пористость, подкорковые включения и другие дефекты заготовок круглого и квадратного сечения, получаемых в основном из раскисленной Si-Mn стали. В других технологиях разливки, известных как погруженная заливка под порошок кристаллизатора, мениск должен быть стабильным, и поэтому накладываются ограничения на перемешивающее движение на мениске. Кроме этих двух противоположных требований, вытекающих из разных методов разливки, была установлена прямая корреляция между определенными группами дефектов ручья и интенсивностью перемешивания как в области мениска, так и в основной массе в кристаллизаторе. Потребность в управлении перемешивающим движением в этих областях кристаллизатора обусловила необходимость создания ряда методик, основанных на применении электромагнитных полей постоянного или переменного тока. В патенте США №4933005 было предложено управлять перемешивающим движением в области мениска в кристаллизаторе с помощью горизонтального магнитного поля постоянного тока. Согласно этому патенту прикладываемое извне магнитное поле постоянного тока взаимодействует с перемешивающим потоком в области мениска, создаваемым основным устройством для перемешивания. Это взаимодействие порождает электромагнитную силу, которая противодействует движению жидкого металла и тем самым уменьшает скорость этого движения. Данный способ управления скоростью перемешивания имеет недостатки. В обычных конструкциях оборудования, используемого для непрерывной разливки заготовок круглого и квадратного сечения, размеры тормозящей катушки ограничены, поэтому сила магнитного поля постоянного тока, создаваемого тормозящей катушкой, достаточна только для уменьшения скорости перемешивания на мениске до 50-60 процентов от исходного значения скорости.In operations of continuous casting of steel, the practice of mixing liquid steel in the mold of a continuous casting steel using an externally applied low-frequency electromagnetic field of alternating current has been established. Electromagnetic stirring, commonly referred to as EMF, is widely used in continuous casting of steel to improve the quality of the cast product and the productivity of the process. It was found that in order to satisfy the conditions of various casting methods, it is necessary to control the mixing motion in the area closely adjacent to the free surface of the melt, usually called the meniscus. Therefore, in the meniscus region, mixing motion with a certain intensity is required to control surface and subcortical porosity, subcrustal inclusions and other defects of round and square billets, obtained mainly from deoxidized Si-Mn steel. In other casting technologies, known as submerged crystallizer powder, the meniscus must be stable, and therefore restrictions are placed on the stirring movement on the meniscus. In addition to these two opposite requirements arising from different casting methods, a direct correlation was established between certain groups of creek defects and the intensity of mixing both in the meniscus and in the bulk in the mold. The need to control the mixing motion in these areas of the mold necessitated the creation of a number of techniques based on the use of electromagnetic fields of direct or alternating current. In US patent No. 4933005 it was proposed to control the mixing motion in the meniscus in the mold using a horizontal magnetic field of direct current. According to this patent, an external DC magnetic field applied externally interacts with the mixing flow in the meniscus region created by the main mixing device. This interaction generates an electromagnetic force that counteracts the movement of the liquid metal and thereby reduces the speed of this movement. This method of controlling the mixing speed has disadvantages. In conventional equipment designs used for continuous casting of round and square billets, the dimensions of the braking coil are limited, therefore, the strength of the DC magnetic field generated by the braking coil is sufficient only to reduce the mixing speed on the meniscus to 50-60 percent of the initial speed value.
Другой известный способ, предназначенный для управления перемешивающим движением в области мениска, представляет собой двухкатушечную систему ЭМП, работающую на переменном токе и описанную в патенте США №5699850. Согласно этому патенту индукционная катушка, расположенная в верхней части кристаллизатора в области мениска, возбуждается источником тока, независимым от источника тока основного устройства для перемешивания, расположенного в нижней части кристаллизатора. Таким образом, вращающее магнитное поле переменного тока, создаваемое верхней индукционной катушкой, управляется независимо от магнитного поля основного устройства для перемешивания. Когда направление вращения магнитных полей, создаваемых верхним и основным устройствами для перемешивания, совпадает, скорость перемешивания в области мениска увеличивается. Это увеличение скорости можно регулировать посредством ввода тока в верхнюю катушку. Если направления вращения противоположны друг другу, верхнее устройство для перемешивания превращается в магнитный тормоз по отношению к перемешивающему потоку в области мениска. Путем регулирования тока этого тормоза можно управлять скоростью перемешивания в области мениска в интервале от ее исходного значения, когда не прикладывается никакого тормозящего действия, до эффективного нуля, когда магнитный момент тормоза находится в равновесии с кинетическим моментом перемешивающего потока в области мениска.Another known method for controlling the stirring movement in the meniscus is an alternating current electromagnetic coil double coil system described in US Pat. No. 5,699,850. According to this patent, an induction coil located in the upper part of the mold in the meniscus is excited by a current source independent of the current source of the main mixing device located in the lower part of the mold. Thus, the rotating magnetic field of the alternating current generated by the upper induction coil is controlled independently of the magnetic field of the main mixing device. When the direction of rotation of the magnetic fields created by the upper and main devices for mixing coincides, the mixing speed in the meniscus increases. This increase in speed can be controlled by introducing current into the upper coil. If the directions of rotation are opposite to each other, the upper mixing device turns into a magnetic brake with respect to the mixing flow in the meniscus region. By adjusting the current of this brake, it is possible to control the mixing speed in the meniscus in the interval from its initial value when no inhibitory effect is applied to effective zero when the magnetic moment of the brake is in equilibrium with the kinetic moment of the mixing flow in the meniscus.
Недостатком этого способа является то, что тормозящее действие влияет только на азимутальную составляющую потоков жидкости, вызванных перемешиванием или воздействием струи, заливаемой в кристаллизатор. Продольная составляющая этих потоков остается незатронутой магнитным полем переменного тока, создаваемым верхней индукционной катушкой. Эти продольные потоки жидкости в зависимости от их интенсивности создают значительную турбулентность в расплаве на мениске и в области рядом с мениском, что влияет на рабочие условия метода разливки и качество продукции.The disadvantage of this method is that the inhibitory effect only affects the azimuthal component of the fluid flows caused by mixing or by the action of a jet poured into the mold. The longitudinal component of these flows remains unaffected by the alternating current magnetic field generated by the upper induction coil. These longitudinal fluid flows, depending on their intensity, create significant turbulence in the melt on the meniscus and in the area near the meniscus, which affects the working conditions of the casting method and product quality.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
В основу настоящего изобретения положена задача обеспечения более гибкого управления скоростью перемешивания и потоком расплава, т.е. протоком жидкого металла, в области мениска расплава в кристаллизаторе устройств для непрерывной разливки, используемых для изготовления, например, заготовок круглого и квадратного сечения.The present invention is based on the task of providing more flexible control of the mixing speed and melt flow, i.e. a molten metal duct in the melt meniscus in the mold of continuous casting devices used for manufacturing, for example, round and square billets.
Задачу изобретения решает устройство, существенные признаки которого охарактеризованы в пункте 1 формулы изобретения, способ, существенные признаки которого охарактеризованы в пункте 7 формулы изобретения, и способ, существенные признаки которого охарактеризованы в пункте 11 формулы изобретения.The invention is solved by a device, the essential features of which are described in paragraph 1 of the claims, a method, the essential features of which are described in paragraph 7 of the claims, and a method, the essential features of which are described in
Согласно настоящему изобретению верхняя индукционная катушка, в данном контексте именуемая как "вторая индукционная катушка", двухкатушечной системы перемешивания возбуждается либо постоянным, либо переменным током в зависимости от требуемого воздействия на перемешивающее движение расплава в области, смежной с верхней свободной поверхностью расплава, а главная индукционная катушка, именуемая как "первая индукционная катушка", всегда действует как устройство для перемешивания, возбуждаемое переменным током, т.е. создающее магнитное поле переменного тока.According to the present invention, the upper induction coil, in this context referred to as the "second induction coil", of the two-coil mixing system is excited by either direct or alternating current, depending on the desired effect on the mixing motion of the melt in the region adjacent to the upper free surface of the melt, and the main induction a coil, referred to as a “first induction coil”, always acts as a stirring device driven by alternating current, i.e. creating an alternating current magnetic field.
Вторая индукционная катушка предпочтительно возбуждается переменным током от независимого источника относительно главного устройства для перемешивания, т.е. относительно первой индукционной катушки. Когда данная система перемешивания используется для разливки с применением измерительного сопла и возникает потребность усилить перемешивающее движение в области мениска, тогда верхняя индукционная катушка работает в режиме помощи основному устройству для перемешивания. Переменный ток также используется для возбуждения верхней индукционной катушки, когда требуется полное или почти полное снижение скорости перемешивания на мениске в методе разливки с погруженной заливкой металла.The second induction coil is preferably driven by alternating current from an independent source relative to the main mixing device, i.e. relative to the first induction coil. When this mixing system is used for casting using a measuring nozzle and there is a need to increase the mixing movement in the meniscus, then the upper induction coil operates in the mode of assistance to the main mixing device. Alternating current is also used to excite the upper induction coil when a complete or almost complete decrease in the mixing speed on the meniscus is required in the casting method with submerged metal casting.
Частичное снижение скорости перемешивания на мениске можно обеспечить путем применения горизонтального магнитного поля постоянного тока. Такое частично тормозящее действие требуется при разливке с использованием либо измерительного сопла, либо погруженного впускного сопла, и при этом необходимо регулировать скорость перемешивания на мениске в пределах до 50-60% ее исходного значения. В этом случае используется постоянный ток для возбуждения верхней индукционной катушки. Опыт показал, что такой интенсивности торможения достаточно во многих случаях применения технологии разливки с погруженной заливкой и при разливке через измерительное сопло. При высоких уровнях интенсивности перемешивания дополнительное снижение скорости перемешивания достигается путем применения магнитного поля переменного тока. Переключение от переменного тока к постоянному и наоборот предпочтительно осуществляется с помощью электронных и программирующих (программируемых) средств, которые являются частью источника электропитания системы. Потоки жидкости, возникающие в области мениска в результате перемешивания, вызванного основным устройством для перемешивания, выпуска струи жидкого металла и/или движения кристаллизатора, будут взаимодействовать с горизонтальным магнитным полем постоянного тока, создаваемым верхней индукционной катушкой. В результате взаимодействия между горизонтальным магнитным полем постоянного тока и потоками жидкости, пересекающими это магнитное поле под любым, не равным нулю градусов углом, будут возникать магнитные силы, затрудняющие движение этих потоков. Максимальное взаимодействие достигается, когда угол между магнитным полем и потоком жидкости составляет 90 градусов. В результате скорость перемешивания и продольных потоков, включая выпускаемую прямолинейно вниз заливаемую струю, будет уменьшаться. При этом уменьшится турбулентность в мениске и повысится стабильность мениска, улучшатся рабочие условия и качество отлитой продукции.A partial decrease in the stirring speed on the meniscus can be achieved by applying a horizontal direct current magnetic field. Such a partially inhibitory effect is required when casting using either a measuring nozzle or a submerged inlet nozzle, and it is necessary to adjust the mixing speed on the meniscus up to 50-60% of its initial value. In this case, direct current is used to drive the upper induction coil. Experience has shown that such braking intensity is sufficient in many cases using casting technology with submerged casting and when casting through a measuring nozzle. At high levels of mixing intensity, an additional decrease in the mixing speed is achieved by applying an alternating current magnetic field. Switching from alternating current to direct and vice versa is preferably carried out using electronic and programming (programmable) means, which are part of the power supply system. Fluid flows arising in the meniscus region as a result of mixing caused by the main device for mixing, the release of a jet of liquid metal and / or the movement of the mold will interact with the horizontal direct current magnetic field generated by the upper induction coil. As a result of the interaction between the horizontal direct current magnetic field and the fluid flows crossing this magnetic field at any angle not equal to zero, magnetic forces will arise that impede the movement of these flows. The maximum interaction is achieved when the angle between the magnetic field and the fluid flow is 90 degrees. As a result, the speed of mixing and longitudinal flows, including the jet being discharged straight down straight, will decrease. At the same time, meniscus turbulence will decrease and meniscus stability will increase, working conditions and the quality of cast products will improve.
Таким образом, благодаря взаимозаменяемости магнитных полей переменного тока и постоянного тока, обеспечиваемых одной системой перемешивания и создаваемых одной и той же индукционной катушкой, расположенной в области мениска в кристаллизаторы, настоящее изобретение позволяет существенно повысить гибкость управления скоростью перемешивания и турбулентностью на мениске, что обеспечивает более высокую производительность металлургического процесса и эффективность системы перемешивания.Thus, due to the interchangeability of the magnetic fields of alternating current and direct current provided by one mixing system and created by the same induction coil located in the meniscus in the molds, the present invention can significantly increase the flexibility of controlling the mixing speed and turbulence on the meniscus, which provides more high productivity of the metallurgical process and the effectiveness of the mixing system.
Изобретение является дальнейшим усовершенствованием способа и устройства двухкатушечной системы перемешивания. Оно может широко применяться для всех электропроводящих материалов, т.е. металлов и сплавов, которые можно перемешивать электромагнитным путем, и там, где требуется управлять перемешивающим движением в некоторой области или областях с минимальным воздействием или при полном отсутствии воздействия на перемешивающее движение в других областях столба жидкого металла. Изобретение может применяться при различных специальных ориентациях кристаллизатора. Кристаллизатор может быть установлен вертикально, горизонтально или наклонно.The invention is a further improvement in the method and apparatus of a double coil mixing system. It can be widely applied to all electrically conductive materials, i.e. metals and alloys that can be mixed electromagnetically, and where it is required to control the mixing motion in some area or areas with minimal impact or in the complete absence of impact on the mixing motion in other areas of the liquid metal column. The invention can be applied to various special orientations of the mold. The mold can be mounted vertically, horizontally or obliquely.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
В дальнейшем настоящее изобретение будет более подробно описано со ссылкой на варианты осуществления, приведенные лишь в качестве примеров, и на прилагаемые чертежи, на которых:Hereinafter the present invention will be described in more detail with reference to the embodiments given only as examples, and to the accompanying drawings, in which:
фиг.1 изображает в схематичном виде двухкатушечную систему перемешивания относительно кристаллизатора согласно одному варианту осуществления изобретения,figure 1 depicts in schematic form a two-coil mixing system relative to the mold according to one variant embodiment of the invention,
фиг.2 изображает однолинейную схему возможных электрических соединений для индукционных катушек устройства согласно одному варианту осуществления изобретения,figure 2 depicts a single-line diagram of possible electrical connections for the induction coils of a device according to one embodiment of the invention,
фиг.3 графически представляет взаимосвязь между током магнитного тормоза постоянного тока и скоростью перемешивания на мениске и в средней плоскости электромагнитного устройства для перемешивания в столбе ртути, и3 graphically represents the relationship between the current of the DC magnetic brake and the mixing speed on the meniscus and in the middle plane of the electromagnetic device for mixing in a mercury column, and
фиг.4 графически изображает осевые профили измеренной скорости перемешивания в ртутной ванне с квадратным поперечным сечением для двухкатушечной системы ЭМП, работающей как с тормозом на основе магнитного поля переменного тока и постоянного тока, так и без него.figure 4 graphically depicts the axial profiles of the measured mixing speed in a mercury bath with a square cross-section for a two-coil EMF system that works both with and without a brake based on the magnetic field of alternating current and direct current.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретенияDescription of preferred embodiments of the invention
На фиг.1 изображено устройство для непрерывной или полунепрерывной разливки металлов согласно одному варианту изобретения. Устройство содержит кристаллизатор 1, который открыт на обоих концах в направлении разливки, и средства 2 для подачи горячего расплава 7 в кристаллизатор. Это устройство снабжено двухкатушечной системой электромагнитного перемешивания (ЭМП), содержащей первую индукционную катушку 4 и вторую индукционную катушку 3. Вторая индукционная катушка 3 расположена на верхнем конце кристаллизатора выше по потоку, чем первая индукционная катушка 4. Следовательно, первая индукционная катушка 4 расположена ниже по потоку, чем вторая индукционная катушка 3. Первая индукционная катушка 4 работает как устройство для перемешивания и возбуждается переменным током, создающим магнитное поле переменного тока. Первая индукционная катушка 4 составляет электромагнитную мешалку переменного тока, выполненную с возможностью при ее возбуждении индуцировать (вызывать) вращательное движение расплавленного металла 7 в кристаллизаторе 1 вокруг продольной оси кристаллизатора 1. На фиг.1 расплав подается в кристаллизатор через литниковую трубку 2, открытую под верхней поверхностью расплава, т.е. мениском 5. Конечно, можно также использовать и другие типы средств для подачи расплава в кристаллизатор 1.Figure 1 shows a device for continuous or semi-continuous casting of metals according to one embodiment of the invention. The device comprises a mold 1, which is open at both ends in the casting direction, and means 2 for supplying hot melt 7 to the mold. This device is equipped with a two-coil electromagnetic stirring system (EMF) comprising a
Согласно изобретению вторая индукционная катушка 3 взаимозаменяемо возбуждается либо постоянным током, либо переменным током в зависимости от требуемого воздействия на перемешивающее движение расплава в области, смежной с верхней свободной поверхностью 5 расплава. Для управления видом тока, подаваемого во вторую индукционную катушку 3, устройство предпочтительно снабжено средствами 12, схематически изображенными на фиг.2, для переключения тока, подаваемого во вторую индукционную катушку 3, с переменного тока на постоянный и наоборот. Переключение тока с переменного тока на постоянный и наоборот предпочтительно осуществляется электронными и программирующими средствами 12, которые являются частью источника электропитания системы.According to the invention, the second induction coil 3 is interchangeably excited either by direct current or by alternating current, depending on the desired effect on the stirring movement of the melt in the region adjacent to the upper free surface 5 of the melt. To control the type of current supplied to the second induction coil 3, the device is preferably provided with
Вторая индукционная катушка 3 предпочтительно возбуждается переменным током от независимого источника относительно первой индукционной катушки 4. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения предусмотрен первый источник электропитания 10 для подачи переменного тока в первую индукционную катушку 4, а также предусмотрен второй источник электропитания 11 для взаимозаменяемой подачи переменного тока и постоянного тока во вторую индукционную катушку 3. Первый и второй источники питания схематически показаны на фиг.2. Средства для переключения переменного тока на постоянный и наоборот схематически показаны позицией 12 на фиг.2. Следовательно, для питания второй катушки 3 можно выбирать либо переменный ток, либо постоянный ток. Такая схема позволяет независимо управлять перемешивающим действием либо первой, либо второй индукционных катушек независимо от рисунка направлений перемешивания, создаваемого первой индукционной катушкой 4.The second induction coil 3 is preferably driven by alternating current from an independent source with respect to the
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения первая индукционная катушка 4 содержит ряд катушек 8, расположенных вокруг периферии кристаллизатора 1. Эти катушки 8 предпочтительно имеют многофазную и многополюсную конструкцию. Также предпочтительно, чтобы вторая индукционная катушка 3 содержала ряд катушек 9, расположенных вокруг периферии кристаллизатора 1. Катушки 9 предпочтительно также имеют многофазную и многополюсную конструкцию.According to a preferred embodiment of the invention, the
Согласно одному аспекту изобретения вторая индукционная катушка 3 выполнена с возможностью обеспечения по меньшей мере трех различных режимов работы, а именно:According to one aspect of the invention, the second induction coil 3 is configured to provide at least three different modes of operation, namely:
- первого режима, в котором вторая индукционная катушка 3 возбуждается переменным током, и направление вращения магнитного поля, создаваемого второй индукционной катушкой 3, совпадает с направлением вращения магнитного поля, создаваемого первой индукционной катушкой 4, за счет чего магнитное поле, создаваемое второй индукционной катушкой 3, повышает скорость перемешивающего движения, индуцированного первой индукционной катушкой 4 в области расплава, смежной с верхней свободной поверхностью 5 расплава, при этом скоростью перемешивания расплава в этой области управляют путем регулировки величины переменного тока, подаваемого во вторую индукционную катушку 3;- the first mode, in which the second induction coil 3 is excited by alternating current, and the direction of rotation of the magnetic field generated by the second induction coil 3 coincides with the direction of rotation of the magnetic field generated by the
- второго режима, в котором вторую индукционную катушку 3 возбуждают переменным током, и направление вращения магнитного поля, создаваемого второй индукционной катушкой 3, противоположно направлению вращения магнитного поля, создаваемого первой индукционной катушкой 4, за счет чего магнитное поле, создаваемое второй индукционной катушкой 3, снижает скорость перемешивающего движения, индуцированного первой индукционной катушкой 4 в области расплава, смежной с верхней свободной поверхностью 5 расплава, при этом скоростью перемешивания расплава в этой области управляют путем регулировки величины переменного тока, подаваемого во вторую индукционную катушку 3, и- the second mode, in which the second induction coil 3 is excited by alternating current, and the direction of rotation of the magnetic field generated by the second induction coil 3 is opposite to the direction of rotation of the magnetic field created by the
- третьего режима, в котором вторую индукционную катушку 3 возбуждают постоянным током с тем, чтобы создать горизонтально направленное магнитное поле постоянного тока, которое индуцирует электромагнитные силы в расплаве 7, противоположные направлению потоков жидкости как в поперечной, так и продольной пространственных плоскостях кристаллизатора 1 в области расплава, смежной с верхней свободной поверхностью 5 расплава, за счет чего магнитное поле, создаваемое второй индукционной катушкой 3, снижает скорость перемешивающего движения, индуцированного первой индукционной катушкой 4 в области расплава, смежной с верхней свободной поверхностью 5 расплава, скорость продольных потоков, создаваемых в расплаве 7 перемешивающим действием первой индукционной катушки 4, а также продольных потоков, создаваемых непрерывным выпуском расплава в кристаллизатор 1.- the third mode, in which the second induction coil 3 is excited by direct current in order to create a horizontally directed magnetic field of direct current, which induces electromagnetic forces in the melt 7, opposite to the direction of fluid flows in both transverse and longitudinal spatial planes of the mold 1 in the region melt adjacent to the upper free surface 5 of the melt, due to which the magnetic field generated by the second induction coil 3 reduces the speed of the mixing motion, ind -skilled
Требуемый режим работы выбирают из перечисленных выше режимов в зависимости от применяемого процесса разливки. Требуемое воздействие второй индукционной катушки 3 на перемешивающее движение расплава в области, смежной с мениском 5, изменяется в зависимости от типа используемого процесса разливки.The required operating mode is selected from the above modes depending on the casting process used. The required effect of the second induction coil 3 on the mixing motion of the melt in the area adjacent to the meniscus 5 varies depending on the type of casting process used.
Согласно изобретению вторая индукционная катушка 3 возбуждается либо постоянным током, либо переменным током с тем, чтобы обеспечить тормозящее действие в области мениска кристаллизатора для улучшения управления перемешивающим движением. Также достигается металлургическая эффективность системы ЭМП. Тормозящее действие, осуществляемое магнитным полем переменного тока, может управлять скоростью перемешивания около мениска в широком интервале, включая эффективную нулевую скорость. Отрицательное воздействие, оказываемое торможением на перемешивающее движение в объеме кристаллизатора, таково, что скорость перемешивания в этой области может быть снижена вплоть до 20%. Обеспечение тормозящего действия горизонтальным магнитным полем постоянного тока может управлять скоростью перемешивания в области мениска в диапазоне вплоть до 50% исходного значения скорости, не влияя при этом на перемешивающее движение в объеме кристаллизатора. Этого достаточно для большинства требований, возникающих в процессах непрерывной разливки стали с погруженной заливкой.According to the invention, the second induction coil 3 is excited either by direct current or by alternating current in order to provide a braking effect in the area of the mold meniscus to improve control of the stirring motion. The metallurgical efficiency of the EMF system is also achieved. The braking action of an alternating current magnetic field can control the mixing speed near the meniscus over a wide range, including the effective zero speed. The negative effect exerted by braking on the mixing motion in the mold volume is such that the mixing speed in this region can be reduced up to 20%. Providing an inhibitory effect with a horizontal direct current magnetic field can control the mixing speed in the meniscus in the range up to 50% of the initial speed value, without affecting the mixing motion in the mold volume. This is sufficient for most requirements arising in the continuous casting processes of steel with submerged casting.
Тормозящее действие, возникающее в результате взаимодействия между горизонтальным магнитным полем постоянного тока, создаваемым второй индукционной катушкой 3, и вращающимся перешивающим потоком в области мениска, в основном заключено внутри границ между мениском и нижним концом магнитного тормоза. Перемешивающее движение в объеме кристаллизатора, создаваемое основным устройством для перемешивания, т.е. первой индукционной катушкой 4, практически не подвержено влиянию тормозящего действия в области мениска, создаваемого горизонтальным магнитным полем постоянного тока.The inhibitory effect resulting from the interaction between the horizontal direct current magnetic field generated by the second induction coil 3 and the rotating alteration flow in the meniscus region is mainly enclosed within the boundaries between the meniscus and the lower end of the magnetic brake. The stirring movement in the mold volume created by the main mixing device, i.e. the
Интенсивность вращательного потока в расплаве 7 характеризуется его окружной (угловой) скоростью U, которая, в свою очередь, зависит от параметров магнитного момента и его пространственного распределения в расплаве, а также размера и геометрии поперечного сечения кристаллизатора. Для системы с относительно малой осесимметричной геометрией, например, с цилиндрическим или квадратным поперечным сечением, магнитный момент можно определить в соответствии со следующим выражением:The intensity of the rotational flow in the melt 7 is characterized by its peripheral (angular) velocity U, which, in turn, depends on the parameters of the magnetic moment and its spatial distribution in the melt, as well as the size and geometry of the crystallizer cross section. For a system with a relatively small axisymmetric geometry, for example, with a cylindrical or square cross-section, the magnetic moment can be determined in accordance with the following expression:
Т=0,5πfσB2R4L,T = 0.5πfσB 2 R 4 L,
гдеWhere
Т - магнитный момент, создаваемый 2-фазным или 3-фазным магнитным полем переменного тока;T is the magnetic moment created by a 2-phase or 3-phase alternating current magnetic field;
f - частота тока;f is the current frequency;
σ - удельная электрическая проводимость жидкого металла;σ is the electrical conductivity of the liquid metal;
В - магнитная индукция;B - magnetic induction;
R - радиус ванны перемешивания;R is the radius of the mixing bath;
L - длина железной станины (ярма) устройства для перемешивания.L is the length of the iron frame (yoke) of the device for mixing.
Независимое управление перемешивающим движением около мениска 5, обеспечиваемое взаимозаменяемым использованием переменного тока и постоянного тока для возбуждения второй индукционной катушки 3, позволяет достичь более высокой гибкости и точности управления процессом перемешивания, а также управления турбулентностью в области мениска, вызванной продольными потоками жидкости, создаваемыми первой индукционной катушкой 4, заливаемой струей, показанной позицией 18 на фиг.1, и колебательным движением кристаллизатора 1.Independent control of the stirring movement near the meniscus 5, provided by the interchangeable use of alternating current and direct current to excite the second induction coil 3, allows for higher flexibility and accuracy in controlling the mixing process, as well as controlling the turbulence in the meniscus region caused by the longitudinal fluid flows created by the
Уменьшение движения потока жидкости как в поперечной, так и в продольной плоскостях, вызываемое тормозом постоянного тока, т.е. второй индукционной катушкой 3, когда она возбуждается постоянным током, происходит благодаря возникновению электромагнитной силы, т.е. силы Лоренца, в результате взаимодействия междумагнитным полем постоянного тока и движущимся потоком электропроводящей жидкости в соответствии со следующими выражениями:The decrease in the movement of the fluid flow in both the transverse and longitudinal planes caused by the DC brake, i.e. the second induction coil 3, when it is excited by direct current, occurs due to the occurrence of electromagnetic force, i.e. Lorentz forces resulting from the interaction between a direct current magnetic field and a moving flow of an electrically conductive liquid in accordance with the following expressions:
F=В×JF = B × J
J=σ(Е+UB),J = σ (E + UB),
гдеWhere
J - плотность индуцированного тока в расплаве,J is the density of the induced current in the melt,
U - скорость потока расплава,U is the melt flow rate,
Е - электрический потенциал.E is the electric potential.
Так как электромагнитная сила F зависит от величины как магнитной индукции В, так и скорости U потока жидкости, ясно, что требуется значительное увеличение тока для уменьшения скорости потока жидкости до близкого к нулю значения. Во многих практических ситуациях непрерывной разливки такое уменьшение скорости не требуется. Как показано на фиг.3, скорость перемешивания около мениска ванны ртути уменьшалась от исходной скорости 7,3 рад/с до 2,7 рад/с при подаче постоянного тока в 250 А. Линейная экстраполяция уменьшения скорости предполагает, что для уменьшения скорости перемешивания до эффективного нулевого уровня потребуется ток в 335 А.Since the electromagnetic force F depends on both the magnitude of the magnetic induction B and the velocity U of the fluid flow, it is clear that a significant increase in current is required to reduce the fluid flow velocity to a value close to zero. In many practical situations of continuous casting, such a reduction in speed is not required. As shown in FIG. 3, the mixing speed near the meniscus of the mercury bath decreased from the initial speed of 7.3 rad / s to 2.7 rad / s when applying a direct current of 250 A. A linear extrapolation of the decrease in speed suggests that to reduce the mixing speed to effective zero level requires a current of 335 A.
Уменьшение скорости перемешивания в области мениска с помощью тормоза постоянного тока также оказывает тормозящее действие на скорость перемешивания в средней плоскости основного ЭМП, т.е. первой индукционной катушки 4, подобно эффекту, создаваемому тормозом переменного тока. На фиг.3 и 4 видно, что скорость перемешивания в средней плоскости ЭМП была приблизительно 11,7 рад/с или 86% от исходного значения в 13,6 рад/с, когда скорость перемешивания на мениске была снижена до 2,7 рад/с с помощью тормоза постоянного тока.A decrease in the stirring speed in the meniscus using the DC brake also has an inhibitory effect on the stirring speed in the middle plane of the main EMF, i.e. the
В настоящем изобретении предложен усовершенствованный способ управления движением жидкого металла как в горизонтальном, так и в продольном направлении в области мениска кристаллизатора. Продольную составляющую движения жидкого металла, индуцированного главным ЭМП и другими средствами, такими как вливающаяся струя жидкого металла, выпускаемого в кристаллизатор, минимизируют с помощью индукционных катушек в форме модификатора устройства для перемешивания, т.е. второй индукционной катушки, расположенной вокруг области мениска расплава и возбуждаемой постоянным электрическим током, а более полное управление скоростью перемешивания, т.е. его азимутальной составляющей, обеспечивают с помощью магнитного поля переменного тока, создаваемого модификатором устройства для перемешивания.The present invention provides an improved method for controlling the movement of molten metal in both horizontal and longitudinal directions in the area of the meniscus of the mold. The longitudinal component of the motion of the molten metal induced by the main EMF and other means, such as the inflowing jet of molten metal discharged into the mold, is minimized using induction coils in the form of a modifier of the mixing device, i.e. a second induction coil located around the meniscus of the melt and excited by direct electric current, and more complete control of the mixing speed, i.e. its azimuthal component is provided using an alternating current magnetic field generated by a modifier of the mixing device.
Выражение "индукционная катушка", использованное в данном описании и прилагаемой формуле изобретения, также охватывает индукционную катушку, состоящую из нескольких отдельных катушек, как показано на фиг.2.The expression "induction coil" used in this description and the attached claims also encompasses an induction coil consisting of several separate coils, as shown in FIG.
Настоящее изобретение, конечно, не ограничено описанными выше предпочтительными вариантами его осуществления, и для обычных специалистов в данной области техники будет очевидно множество возможных модификаций, не выходящих за рамки основной идеи изобретения, охарактеризованной в прилагаемой формуле изобретения.The present invention, of course, is not limited to the preferred embodiments described above, and many ordinary modifications will be apparent to those of ordinary skill in the art without departing from the basic idea of the invention described in the appended claims.
Claims (13)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE0002459A SE519840C2 (en) | 2000-06-27 | 2000-06-27 | Method and apparatus for continuous casting of metals |
SE0002459-6 | 2000-06-27 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003101963A RU2003101963A (en) | 2004-07-20 |
RU2266798C2 true RU2266798C2 (en) | 2005-12-27 |
Family
ID=20280309
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003101963/02A RU2266798C2 (en) | 2000-06-27 | 2001-06-27 | Method for metal continuous casting to mold and apparatus for performing the same |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20030106667A1 (en) |
EP (1) | EP1303370A1 (en) |
JP (1) | JP4831917B2 (en) |
KR (1) | KR20030036247A (en) |
CN (1) | CN1293965C (en) |
AU (1) | AU2001267977A1 (en) |
RU (1) | RU2266798C2 (en) |
SE (1) | SE519840C2 (en) |
WO (1) | WO2002000374A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2458759C2 (en) * | 2007-11-26 | 2012-08-20 | Смс Зимаг Аг | Method and device for leveling solidification of, particularly, fused metal produced in continuous or straight-line casting |
RU2743437C1 (en) * | 2020-04-30 | 2021-02-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр магнитной гидродинамики" | Device for electromagnetic mixing of liquid core of ingot in crystallizer |
Families Citing this family (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2861324B1 (en) * | 2003-10-27 | 2007-01-19 | Rotelec Sa | ELECTROMAGNETIC BREWING PROCESS FOR CONTINUOUS CASTING OF EXTENDED SECTION METAL PRODUCTS |
KR101129500B1 (en) * | 2004-11-09 | 2012-03-28 | 주식회사 포스코 | Fluid Control Device and the Method Using Electro-Magnetic Braking Principle |
FR2893868B1 (en) * | 2005-11-28 | 2008-01-04 | Rotelec Sa | ADJUSTING THE ELECTROMAGNETIC BREWING MODE ON THE HEIGHT OF A CONTINUOUS CASTING LINGOTIERE |
JP4859661B2 (en) * | 2006-12-27 | 2012-01-25 | 財団法人電力中央研究所 | Electromagnetic stirring device |
DE102007038281B4 (en) | 2007-08-03 | 2009-06-18 | Forschungszentrum Dresden - Rossendorf E.V. | Method and device for the electromagnetic stirring of electrically conductive liquids |
DE102007037340B4 (en) | 2007-08-03 | 2010-02-25 | Forschungszentrum Dresden - Rossendorf E.V. | Method and device for the electromagnetic stirring of electrically conductive liquids |
US20090242165A1 (en) * | 2008-03-25 | 2009-10-01 | Beitelman Leonid S | Modulated electromagnetic stirring of metals at advanced stage of solidification |
DE102010041061B4 (en) | 2010-09-20 | 2013-10-24 | Forschungsverbund Berlin E.V. | Crystallization plant and crystallization process for producing a block from a material whose melt is electrically conductive |
CN103162550B (en) * | 2011-12-09 | 2016-01-20 | 北京有色金属研究总院 | A kind for the treatment of apparatus and method of casting use metal bath |
CN102528002A (en) * | 2011-12-30 | 2012-07-04 | 洛阳理工学院 | Process and device for high-temperature alloy fine-grain casting with composite electromagnetic fields |
CN102642013A (en) * | 2011-12-30 | 2012-08-22 | 洛阳理工学院 | Method and device for improving quality of high-temperature alloy master alloy ingot by applying compound electromagnetic field |
US10197335B2 (en) * | 2012-10-15 | 2019-02-05 | Apple Inc. | Inline melt control via RF power |
BR112016026772B1 (en) | 2014-05-21 | 2021-06-01 | Novelis Inc | SYSTEM TO REDUCE MACROSSEGREGATION IN CAST METALS, METHOD TO REDUCE MACROSSEGREGATION IN CAST METALS, ALUMINUM PRODUCT, AND APPARATUS TO REDUCE MACROSSEGREGATION IN CAST METALS |
CN105935751A (en) * | 2016-07-05 | 2016-09-14 | 湖南中科电气股份有限公司 | Multifunctional multi-mode electromagnetic flow control device of slab continuous casting crystallizer |
EP3415251A1 (en) * | 2017-06-16 | 2018-12-19 | ABB Schweiz AG | Electromagnetic brake system and method of controlling an electromagnetic brake system |
EP3760337A4 (en) * | 2018-02-26 | 2021-07-14 | Nippon Steel Corporation | Molding facility |
CN108515153B (en) * | 2018-05-03 | 2020-02-04 | 燕山大学 | Composite magnetic field spiral electromagnetic stirring device |
CN111151182A (en) * | 2018-11-07 | 2020-05-15 | 中国科学院大学 | Method and device for driving and transporting low-conductivity liquid by using high-frequency traveling wave magnetic field |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4446909A (en) * | 1981-02-20 | 1984-05-08 | Olin Corporation | Process and apparatus for electromagnetic casting of multiple strands having individual head control |
US4933005A (en) * | 1989-08-21 | 1990-06-12 | Mulcahy Joseph A | Magnetic control of molten metal systems |
JP2839637B2 (en) * | 1990-05-07 | 1998-12-16 | 新日本製鐵株式会社 | Continuous casting equipment for molten metal |
JPH04327346A (en) * | 1991-04-30 | 1992-11-16 | Kawasaki Steel Corp | Tundish having coil device for generating shifiting magnetic field |
JPH0671403A (en) * | 1992-08-28 | 1994-03-15 | Nippon Steel Corp | Controller for fluid of molten steel in continuous casting mold |
US5699850A (en) * | 1993-01-15 | 1997-12-23 | J. Mulcahy Enterprises Inc. | Method and apparatus for control of stirring in continuous casting of metals |
JP2779344B2 (en) * | 1995-06-07 | 1998-07-23 | ジェイ. マルカヒー エンタープライズイズ, ア ディヴィジョン オブ インバーパワー コントロールズ リミテッド | Method and apparatus for controlling stirring in continuous casting of metal |
DE19542211B4 (en) * | 1995-11-13 | 2005-09-01 | Sms Demag Ag | Electromagnetic stirring device for a slab casting mold |
JP3437895B2 (en) * | 1996-07-22 | 2003-08-18 | 新日本製鐵株式会社 | Flow controller for molten metal |
JPH11156502A (en) * | 1997-12-01 | 1999-06-15 | Kawasaki Steel Corp | Equipment and method for controlling molten steel flow in mold, in continuous casting |
FR2772294B1 (en) * | 1997-12-17 | 2000-03-03 | Rotelec Sa | ELECTROMAGNETIC BRAKING EQUIPMENT OF A MOLTEN METAL IN A CONTINUOUS CASTING SYSTEM |
-
2000
- 2000-06-27 SE SE0002459A patent/SE519840C2/en not_active IP Right Cessation
-
2001
- 2001-06-27 KR KR1020027017714A patent/KR20030036247A/en not_active Application Discontinuation
- 2001-06-27 CN CNB018147992A patent/CN1293965C/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-06-27 RU RU2003101963/02A patent/RU2266798C2/en active
- 2001-06-27 AU AU2001267977A patent/AU2001267977A1/en not_active Abandoned
- 2001-06-27 US US10/311,696 patent/US20030106667A1/en not_active Abandoned
- 2001-06-27 EP EP01945868A patent/EP1303370A1/en not_active Withdrawn
- 2001-06-27 WO PCT/SE2001/001498 patent/WO2002000374A1/en not_active Application Discontinuation
- 2001-06-27 JP JP2002505144A patent/JP4831917B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2458759C2 (en) * | 2007-11-26 | 2012-08-20 | Смс Зимаг Аг | Method and device for leveling solidification of, particularly, fused metal produced in continuous or straight-line casting |
RU2743437C1 (en) * | 2020-04-30 | 2021-02-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр магнитной гидродинамики" | Device for electromagnetic mixing of liquid core of ingot in crystallizer |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN1293965C (en) | 2007-01-10 |
AU2001267977A1 (en) | 2002-01-08 |
JP4831917B2 (en) | 2011-12-07 |
CN1449313A (en) | 2003-10-15 |
WO2002000374A1 (en) | 2002-01-03 |
JP2004501770A (en) | 2004-01-22 |
US20030106667A1 (en) | 2003-06-12 |
SE519840C2 (en) | 2003-04-15 |
KR20030036247A (en) | 2003-05-09 |
SE0002459D0 (en) | 2000-06-27 |
SE0002459L (en) | 2001-12-28 |
EP1303370A1 (en) | 2003-04-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2266798C2 (en) | Method for metal continuous casting to mold and apparatus for performing the same | |
US20080164004A1 (en) | Method and system of electromagnetic stirring for continuous casting of medium and high carbon steels | |
US7449143B2 (en) | Systems and methods of electromagnetic influence on electroconducting continuum | |
EP2682201A1 (en) | Method and apparatus for the continuous casting of aluminium alloys | |
RU2468886C2 (en) | Electromagnetic brake to be mounted on continuous casting mould | |
KR100264946B1 (en) | Continuous casting mould having electomagnetic | |
EP0489202B1 (en) | Method of controlling flow of molten steel in mold | |
CA2153995C (en) | A.c. magnetic stirring modifier for continuous casting of metals | |
US7237597B2 (en) | Method and device for continuous casting of metals in a mold | |
Garnier | The Clifford Paterson Lecture, 1992 Magentohydrodynamics in material processing | |
CA1334337C (en) | Magnetic streamlining and flow control in tundishes | |
UA78923C2 (en) | Method of electromagnetic mixing of liquid metal by the system of rotating magnetic fields |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20190129 |