用于对水平铸造系统中的熔融金属电磁约束的方法和设备技术方案

本发明专利技术提供一种用于熔融金属的带坯铸造的设备，包括一对适合于沿着水平轴线接纳熔融金属Ｍ的铸辊Ｒ↓［１］、Ｒ↓［２］，其中，分隔该对铸辊的竖直距离限定了铸型区域；和设置在铸型区域每一侧的电磁边缘约束装置１５，该电磁边缘约束装置具有围绕磁性元件的一部分缠绕的感应线圈以在施加电流时产生磁力线，其中，所述磁性元件的磁极定位成远离到对齐铸辊的平侧壁，并且电流提供垂直于所述水平轴线的磁力线，以保持熔融金属与铸辊接触，并且基本上不会增加熔融金属的温度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】0001本专利技术涉及金属带坯的连铸，尤其是涉及在连铸系统中对熔融金属的电磁约束。
技术介绍
到目前为止，已经采用机械侧封以提供对铸造区域中熔融 金属的约束。上述装置包括与带坯一起移动的履带式側封(如在 Hazelett连铸机中)，或压在辊表面上的固定侧封。后者用于双辊钢带 铸造领域。上述固定的机械侧封具有较短的使用寿命，因为它们由于 与辊的冷侧壁接触而侵蚀。另外，上述机械侧封提供了用于形成凝壳 的部位，凝壳具有剥离的倾向，并且因此会进入到铸造的带坯中，从 而使冶金的微观结构不理想。履带式侧封尽管已证明对于较厚的板坯 铸件(10-25mm厚)来说很好，但是对于钢铁工业中的薄带连铸机或 双滚筒连铸机而言是不实用的，因为要被限制的横截面沿着铸造区域 急剧地变化。美国专利4,936,374描述了立式铸造系统和具有如上所述缺 点的电磁约束装置。此外，美国专利4，936，374描述的铸辊具有凸边部 分，其中约束磁场经过铸辊的凸边部分传导。除了感应加热和波产生 以外，在美国专利4,936,374中公开的铸辊的凸边部分还在铸件中产生 脊，因此不能提供具有均匀侧壁(边缘)的铸造带坯。采用美国专利 4,936,374中公开的设备和方法所生产的铸造带坯中形成的脊必须在 铸造带坯的轧制之前进行机加工。额外的机加工不利地增加了生产成 本。因此，仍然需要金属和合金的高速连铸方法，以在铸造带 坯表面中实现均匀性，在铸造区域中提供良好的熔融金属约束，并使 带坯边缘可以不需要通过修边机加工就能轧制。
技术实现思路
附图说明图15是具有平边缘轮廓(直边缘)的铸造带坯的图示。 进一步要注意的是，在图5中描绘的曲线也图示出在本发 明中采用的电磁侧封将在任意选定的频率下有效地操作。仅仅在大于 10kHz的频率下操作时，磁场中的损耗变得很显著。本专利技术的电磁侧封还可以实施在具有由非磁性的(非铁磁 性的)材料例如铜制成的辊的连铸机中。然而，当辊由非磁性材料构成时，会限制磁场穿透到辊间隙中，因此约束通常会产生在靠近辊端部的平面上。可通过在上述辊的端面和铸造表面200上包覆铁磁性材 料(例如铁、镍或钴)来实现穿透到辊间隙中所需的约束深度，如图 8d所示。[0062j需要注意的是，现有的铸造设备通常将电磁装置的磁极和 铸辊成形为可将磁场向着铸型区域集中。在一个例子中，现有的铸辊 采用从各个辊的侧壁伸出的唇部，并且还可以进一步地包括具有与现 有铸辊的伸出唇部相应的几何形状的磁极。与现有铸造设备不同，本 专利技术不要求特殊配置的铸辊来帮助集中由电磁侧封产生的磁场。在本 专利技术的一个实施例中，铸辊R，、 R2的侧壁113可以基本上是平的。进 一步地，本专利技术的电万兹侧封15可以这样定位，以使电磁边缘约束装置 的面与铸辊的平侧壁113的面对齐，其中电磁侧封15非常接近铸辊 Rp R2。电磁侧封15还可以定位成远离铸辊的侧壁113。不管电磁侧 封15如何定位，该电磁侧封15都要定位成提供足以将熔融金属M约 束在铸型区域20内的电/f兹力。[0063电磁侧封15的定位可以依靠在电磁侧封中采用的电流或频 率。例如，较低的电流可以提供较少的电磁力线，因此更可能要求侧 封15设置得更接近铸型区域20。通过电磁侧封传导的电流越高，电 磁力线的量就越大，因此电磁侧封就可以设置得离铸型区域更远。[0064j参见图7a-7c，在一个实施例中，选择电磁侧封15的定位 和电磁力线的多少，以在铸型区域20内的熔融金属M中形成大体上 平的侧壁(图7a)、凸的侧壁(图7b)或凹的侧壁(图7c)。在一个 例子中，2200安培/匪的电流产生具有凹侧壁的铸造带坯；1200安培/ 匝的电流产生具有大体上平的或直的侧壁的铸造带坯；而大约1200 安培/匝的电流产生具有大体上凸的侧壁的铸造带坯。需要注意的是， 上述的例子仅仅是示例性的，并不意味着对本专利技术的限制，因为任意 的电流都适用于本专利技术，只要电流向铸型区域20提供充分的约束力并 且不会导致过度的感应加热。在铸造带坯的侧壁是凹或凸的本专利技术的 一些优选的实施例中，该侧壁的曲率由大约为熔融金属压头高度的一[0065在另一个实施例中，电磁侧封15可以构造为4吏铸型区域内 的熔融金属相对于铸型区域内熔融金属M的中心线具有凸的侧壁。优 选的是，在铸型区域内的熔融金属的侧壁大体上与辊连铸机的平表面 对齐，如图8a和8c所示。可替代的是，电磁側封15可以构造为使磁 力线超出铸辊的侧壁113，其中熔融金属限制在辊连铸机的边缘之内， 如图8b和8d所示。[0066电磁侧封15的结构详细地图示在图8a中，图8a表示图2a 所示电磁侧封装置15的剖面图。在本专利技术的优选的实施例中，电磁侧 封15为磁体类型的约束系统，并且包括大体为C型的磁性元件。因 此，磁性元件30包括磁芯32，磁芯32具有上臂或上磁极34和从上 臂或上磁极34延伸的下臂或下磁极36，从而限定了大体C形的横截 面。/磁芯32包4舌感应线圏绕组38，该感应线圈绕组38由围绕/P兹性元 件30的磁芯32缠绕的线圏构成，以建立感应线圏。因此，该绕组由 围绕磁性元件30的磁芯32缠绕的多个导体组成。围绕磁芯32的磁芯 绕组38可以由完整金属例如铜丝构成。[0067仍然参见图8，上臂34终止在极面42，而下臂36终止在 极面44，熔融金属M保持在它们之间。因此，极面42和44限定了 这样的表面，从这样的表面上，由具有感应线圏38的磁性元件30产 生的磁力线从一个极面42到达另一个极面44，如图中的磁力线48所 示。[00681图9a-9c图示了依照本专利技术的极面44的不同角度和朝向。 本领域技术人员可以理解的是，随着极面之间的间隙43增加，跨过该 间隙的场强下降。图9a显示了磁性元件30的横截面，其中极面42 和44相对于大体上与引出铸件的平面垂直的竖直平面具有负角度。该 负角度指的是在各个磁极的外边缘处的极面之间间隙43小于在各个 极面的内边缘处的极面之间间隙43。因此，由图9c所示磁性元件产 生的约束力在各个极面的外边缘处比在各个极面的内边缘处强。图9b 显示了磁性元件30的横截面，其中极面42和44相对于大体上与引出铸件的平面垂直的竖直平面没有角度。零角度指的是极面之间间隙43 在各个极面的外边缘处与在各个极面的内边缘处相等。因此，由图9b 所示的磁性元件产生的磁场跨过每个极面都是相对均匀的。图9c图示 了磁性元件30的横截面，其具有的极面42和44是部分平行和部分不 平行的。极面42和44的内侧区域相对于水平面具有负角度。[0069j在本专利技术的一个实施例中，磁性元件30由铁/磁性材料例如 硅钢构成，并且可以由该铁磁性材料的一体件构成。可替代的是，磁 性元件30可以由多个铁磁材料组成，例如在图IO中所示的拼合式磁 芯设计。在另一个实施例中，》兹性元件30可以由经过机加工并采用机 械方式、粘合剂或类似方式固定在一起以产生所需结构的一 系列叠层 元件组成，，如图ll所示。在许多情况中，优选的是采用上述叠层件， 因为叠层件可以用于使得磁通线在磁性元件中更均匀地分布，并且减 少由于磁性元件的饱和造成的损耗。另外，对于由叠层的铁磁性材料 构成的磁性元件，作为热量消散的电能也更加均匀地分布和更加容易 地消除，特别是在用于将叠层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于熔融金属的带坯铸造的设备，包括：　　　　（ａ）一对适合于沿着水平轴线接纳熔融金属的铸辊，其中分隔该对铸辊的竖直距离限定了铸型区域；　　　　（ｂ）定位在铸型区域每一侧的电磁边缘约束装置，其包括感应线圈，该感应线圈围绕磁性元件的一部分缠绕，以在施加电流时产生磁力线，其中所述磁性元件包括第一磁极和第二磁极，该第一磁极和第二磁极远离和对齐所述一对铸辊的侧壁，并且电流提供垂直于所述水平轴线的磁力线，磁力线保持熔融金属与铸辊接触，同时基本上不会增加熔融金属的温度；和　　　　（ｃ）用于沿着所述水平轴线从中间包将熔融金属供给到铸型区域同时确保所述熔融金属基本上保持非氧化状态的装置，其中中间包与铸型区域分隔一定距离，以基本上消除由磁力线导致的在中间包内的波生成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-11-1 11/264,2121.一种用于熔融金属的带坯铸造的设备，包括(a)一对适合于沿着水平轴线接纳熔融金属的铸辊，其中分隔该对铸辊的竖直距离限定了铸型区域；(b)定位在铸型区域每一侧的电磁边缘约束装置，其包括感应线圈，该感应线圈围绕磁性元件的一部分缠绕，以在施加电流时产生磁力线，其中所述磁性元件包括第一磁极和第二磁极，该第一磁极和第二磁极远离和对齐所述一对铸辊的侧壁，并且电流提供垂直于所述水平轴线的磁力线，磁力线保持熔融金属与铸辊接触，同时基本上不会增加熔融金属的温度；和(c)用于沿着所述水平轴线从中间包将熔融金属供给到铸型区域同时确保所述熔融金属基本上保持非氧化状态的装置，其中中间包与铸型区域分隔一定距离，以基本上消除由磁力线导致的在中间包内的波生成。2. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述电流包括频率范围从 40Hz到10，000Hz的交流电流。3. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述电流包括小于2,000 安培/匝。4，根据权利要求1所述的设备，其中，该设备包括围绕磁性元件 设置的罩装置。5. 根据权利要求1所述的设备，其中，磁性元件具有大体C形 结构，包括》兹芯部分和与/f兹芯部分整体形成并从f兹芯部分延伸的平行 磁极。6. 根据权利要求5所述的设备，其中，感应线圏围绕磁性元件的 磁芯缠绕，其中感应线圈围绕磁性元件盘绕1到IOO次。7. 根据权利要求1所述的设备，其中，分隔该对铸辊的竖直距离 提供的金属压头高度允许通过在所述电流下的磁力线将熔融金属约束 在铸辊之间，并且基本上不会由磁力线引起在熔融金属中的温度增力口。8. 根据权利要求1所述的设备，其中，分隔所迷一对铸辊的竖直 距离小于1.0英寸。9. 根据权利要求1所述的设备，其中，磁性元件定位到铸型区域 以定位磁力线，以便使铸型区域内的熔融金属产生凸的侧壁、凹的侧 壁或大体上平的侧壁。10. 根据权利要求1所述的设备，其中，磁性元件由铁磁性材料 的粘接或机械连接的叠层片的堆叠构成，或者该磁性元件是由铁磁性 材料的完整磁芯构成。11. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述一对铸辊包括铁磁 性材料、非铁磁性材料或至少在所述一对铸辊的铸造表面和所述侧壁 上至少覆有铁磁性材料的非铁磁性材料。12. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述一对铸辊的所述侧 壁基本上是平的。13. —种用于熔融金属的带坯铸造的设备，包括(a) —对对置的环形金属带，所述一对对置的环形金属带的每个 都绕在辊子上，并且具有基本上与辊子的侧壁对齐的周边，所述对置 的环形金属带的所述每一个都具有用于接收熔融金属的表面，其中， 分隔该对对置环形金属带的竖直尺寸限定了铸型区域；(b) 定位在铸型区域每一侧的电磁边缘约束装置，其包括感应 线圏，该感应线圏围绕磁性元件的一部分缠绕，以在施加电流时产生 磁力线，其中，所述电流提供的磁力线将熔融金属限制在一定宽度内 并且与所述一对对置环形金属带的至少一部分接触，同时基本上不会 增加熔融金属的温度；和(c )用于沿着水平轴线从中间包将所述熔融金属供给到铸型区域 的装置，其中中间包与所述铸型区域分隔一定距离，以基本上消除由 于磁力线而在中间包内产生波。14. 根据权利要求13所述的设备，其中，磁性元件包括上磁极和 下磁极，该感应线圏围绕磁性元件的一部分缠绕，以产生从上磁极和 下磁极的一个流通到另一个的磁力线，并且磁性元件被定位成使得上磁极和下磁极引导磁力线在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：小DA托姆斯，A尤纳尔，GF怀特麦尔，DW迪蒙斯，
申请(专利权)人：美铝公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]