在铸模中连续铸造金属的方法和设备技术

一种用于金属连续或半连续铸造的设备，它包括铸模（１）、装置（２）、第一电磁感应线圈（４）和第二电磁感应线圈（３），铸模（１）沿浇注方向两端敞开，装置（２）用来将熔融物供应到铸模（１），第一电磁感应线圈（４）由交流电流供电并适于使得铸模（１）内的熔融物（７）产生搅动运动，而第二电磁感应线圈（３）布置在该第一感应线圈（４）上游并适于控制邻近熔融物上自由表面（５）区域内的熔融物搅动运动。第二感应线圈（３）布置成由直流或交流电流可互换地供电。本发明专利技术还涉及用来控制铸模（１）内搅动运动的方法。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在一种沿着浇注方向两端敞开的铸模中连续或半连续铸造例如钢的金属和合金的方法和设备。
技术介绍
在连续铸钢作业中借助于外部施加的低频交流电磁场来搅动连续铸造铸模内的钢液是一种沿用已久的实践。电磁搅动，即通常所说的EMS，广泛应用于连续铸钢中，以便改进铸态产品的质量和过程生产率。已经证实，为了满足不同的铸造实践条件，需要控制紧邻通常称作弯液面的熔融物自由表面区域内的搅动运动。因此在弯液面区域内需要一定强度的搅动运动，以便控制主要用Si-Mn脱氧钢生产的钢坯和钢锭内的表面和次表面孔隙率、表面夹杂物以及其他缺陷。另一种铸造实践，即通常所说的在铸模粉末下方的浸没浇注需要弯液面稳定，因此它对弯液面处的搅动运动施加限制。除了从铸造实践发出的这两种相反需要之外，在弯液面区域和铸模主体中的某些组的股坯缺陷和搅动强度之间也存在直接的相关性。因此控制那些铸模区域搅动运动的需求使一些建立在应用直流或交流电磁场基础上的技术成为必要。因此在美国专利NO.4,933,005中曾描述借助于水平直流磁场来控制铸模弯液面区域内的搅动运动。根据这个专利，外部施加直流磁场与由主搅动器形成的弯液面区域搅动流动相互作用。由这个相互作用生成电磁力，并且该力与液态金属运动相反，借此降低该运动的速度。这种搅动速度控制法具有局限性。在用于连续铸造钢坯和钢锭的设备的普通外廓内，制动线圈的尺寸受到限制，其结果是由该制动器产生的直流磁场强度只足以使弯液面处的搅动速度减少到速度初始值的百分之五十至六十。以控制弯液面区搅动运动为目标的另一种现有技术已知方法是以交流电流操作的双线圈EMS系统，它在美国专利No.5,699,850中得到描述。根据这个专利，布置在铸模上部弯液面区域内的感应线圈用电源供电，该电源与布置在铸模下部的主搅动器电源无关。因此由上感应线圈产生的旋转交流磁场相对于主搅动器磁场独立地进行控制。当由上和主搅动器产生的磁场一致时，在弯液面内的搅动速度增加。这种速度增加可由输入上线圈的电流进行控制。在旋转方向彼此相反的情况下，上搅动器相对于弯液面区域内的搅动流动变成磁制动器。借助于调节制动器电流，能将弯液面区域内的搅动速度控制在一范围内，该范围从其不施加制动作用时的初始值到制动转矩与弯液面区域搅动流动的角动量平衡时的实际零值。作为这种方法的缺点，制动作用仅对由搅动或由排入铸模的浇注流冲击产生的流体流动水平分量具有影响。这些流动的纵向分量保持不受上感应线圈产生的交流磁场影响。这些纵向流体流动，根据它们的强度，使弯液面处以及在邻近弯液面的区域内的熔融物产生明显的紊流，因而影响浇注实践的工作状态和产品质量。
技术实现思路
本专利技术的目标是在用来生产例如钢坯和钢锭的连续铸造铸模熔融物弯液面区域内提供一种更加灵活的搅动速度和也就是液态金属流的熔融物流控制。本专利技术的目标借助于一种具有权利要求1特征的设备、一种具有权利要求7特征的方法以及一种具有权利要求11特征的方法来实现。根据本专利技术，双线圈搅动系统的上感应线圈，此处称之为“第二感应线圈”根据对邻近熔融物的上自由表面区域内熔融物搅动运动的所需的作用由直流或交流电流供电，而主感应线圈，此处称之为“第一感应线圈”总是作为由交流电流供电即产生交流磁场的搅动器在工作。第二感应线圈最好由来自相对于主搅动器即相对于第一感应线圈独立的电源的交流电流供电。当该搅动系统使用定径喷嘴的浇注并且需要增强弯液面区域内的搅动运动时，上感应线圈以协助主搅动器的模式工作。当浸没浇注铸造实践的弯液面处需要完全或几乎完全降低的搅动速度时，交流电流也用来激励上感应线圈。在弯液面处的搅动速度局部降低能借助于施加水平直流磁场来实现。在下述情况下需要这种局部制动作用使用定径喷嘴或浸没入口喷嘴的铸造，而且在弯液面处的搅动速度需要控制在其初始值的至多百分之六十或五十范围内。在这种情况下使用直流电流来激励上感应线圈。经验显示，这样的制动强度在许多浸没浇注铸造实践情况下和用于通过定径喷嘴的浇注是足够的。在高水平搅动强度情况下，借助于施加交流磁场来实现进一步降低搅动速度。将电流从交流转换为直流或者相反最好由电子和编程装置来完成，该装置构成系统电力供应的一部分。从由主搅动器产生的搅动、液态金属的排出流和/或铸模运动形成的弯液面区域流体流动会与由上感应线圈产生的水平直流磁场相互作用。作为该直流磁场和任何以不等于零度的角度横过该磁场流体流动之间相互作用的结果，会形成磁力并阻碍这些流动的运动。在该磁场和流体流动之间成90°角时相互作用达到最大程度。其结果是，搅动运动速度和包括排放笔直向下的浇注流的纵向流动会减小。弯液面紊流也会因此而减小，从而导致弯液面稳定性、过程工作状态和浇注产品质量的改善。因此鉴于由单个搅动系统提供并由布置在铸模弯液面区域的同一感应线圈产生的交流和直流磁场的可互换性，本专利技术为控制搅动速度和弯液面紊流的灵活性带来了明显改进，并导致冶金性能有效性和搅动系统效率的提高。本专利技术是双线圈搅动系统方法和设备的一种进一步改进。本专利技术可广泛应用于所有能电磁搅动的也就是金属和合金的导电材料，以及需要在某个或多个区域控制搅动运动的场合，所述区域与该流体金属柱其他区域的搅动运动即使有干扰，该干扰也是最小。本专利技术可应用于变化广泛的特殊铸模取向。铸模可垂直、水平或倾斜放置。附图说明现在只通过实例参照不同实施例和附图更加详细地解释本专利技术。图1示意地披露与根据本专利技术实施例的铸模相关的双线圈搅动系统；图2是根据本专利技术实施例设备的感应线圈可能电连接的单线图；图3是在水银柱中的直流磁力制动器电流与弯液面处以及电磁搅动器中间平面内的搅动速度之间关系的图解表示；以及图4是用于在有和没有交流和直流磁场制动器情况下操作的双线圈EMS系统的方形截面水银槽内多个测定搅动速度的轴向断面的图解表示。具体实施例方式图1披露一种根据本专利技术实施例的用来连续或半连续浇注金属的设备。该设备包括沿着浇注方向两端敞开的铸模1，以及用来给该铸模供应热熔融物的装置2。该设备装备着双线圈电磁搅动(EMS)系统，它包括第一感应线圈4和第二感应线圈3。第二感应线圈3安置在铸模顶端，并处于第一感应线圈4的上游。因此，第一感应线圈4安置在第二感应线圈3的下游。第一感应线圈4作为搅动器工作并由产生交流磁场的交流电流供电。第一感应线圈4构成交流电磁搅动器，并设计成在供电时使铸模1内的熔融金属7产生围绕铸模1纵轴线的旋转运动。在图1中熔融物借助于浇注管2供应到铸模内，浇注管2在熔融物上表面(弯液面5)下方敞开。当然也可利用其他类型的装置来给铸模1供应熔融物。根据本专利技术，第二感应线圈3根据在邻近熔融物上自由表面5区域内所需熔融物搅动运动的作用由直流或交流电流可互换地供电。为了控制供应到第二感应线圈3上的电流类型，该设备最好装备着图2示意地表示的装置12，它用来将到达第二感应线圈3的电流从交流转换成直流或者相反。将该电流从交流转换成直流或者相反最好由电子和编程装置12来实现，该装置构成系统电力供应的一部分。第二感应线圈3最好由来自相对于第一感应线圈4独立的电源的交流电流供电。根据本专利技术优选实施例，第一电源10提供来给第一感应线圈4供应交流电流，而第二电源11提供来给第二感应线圈3可互换地供应交流和直流电流。在图2中示意地表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来连续或半连续铸造金属的设备，它包括一铸模（１）、一装置（２）、一第一电磁感应线圈（４）和一第二电磁感应线圈（３），铸模（１）沿浇注方向两端敞开，装置（２）用来将熔融物供应到铸模（１），第一电磁感应线圈（４）由交流电流供电并适于使得铸模（１）内的熔融物（７）产生搅动运动，而第二电磁感应线圈（３）布置在第一感应线圈（４）上游并适于控制邻近该熔融物上自由表面（５）区域内的熔融物搅动运动，其特征在于，第二感应线圈（３）布置成由直流或交流电流可互换地供电。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：L贝特尔曼，
申请(专利权)人：ABB股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]