用于铸型浇注的方法和装置制造方法及图纸

一种在向铸型中浇注金属的过程中利用两相或多相铸型搅拌器控制铸坯非凝固部分（１３）的金属流动的方法和装置，所述铸型的两端沿浇注方向上是开放的，所述铸型搅拌器包括两个或多个副搅拌器，每个副搅拌器至少包括一个磁芯（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）和一个环绕磁芯设置的交流相位线圈（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ），例如箔绕制的线圈。副搅拌器中磁芯与箔绕制线圈以这样的方式设计和布置，即：在铸型内部产生磁场，该磁场在与磁芯等高的位置上主要包括一个垂直浇注方向的磁场强度分量Ｂｙ，而在与相位线圈等高的位置上主要包括一个平行浇注方向的磁场强度分量Ｂｚ。通过调整磁芯与弯月面的相对位置，使得通过由熔融金属中产生的感应电流Ⅰ分别和磁场强度分量Ｂｙ以及Ｂｚ共同作用来改变作用在弯月面处及其附近熔融金属上的力，从而控制弯月面处及其附近熔融金属的流动。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在沿浇注方向两端开放的铸型中浇注铸坯时用于控制和分配一个旋转磁场的方法，所述旋转磁场作用于并搅拌所述铸型中的铸坯熔融部分。磁场由与所述铸型相邻设置的一个两相或多相搅拌器提供。本专利技术还涉及一种用于实施本专利技术方法的两相或多相铸型搅拌器。
技术介绍
当一种金属或金属合金、例如钢在一个沿浇注方向两端开放的铸型中用连续或半连续方法进行浇注时，熔融金属是通过开放式浇注法中使用的自由式顶注口或封闭式浇注法中使用的铸管注入所述铸型中。熔融金属通过铸型时被冷却而形成铸坯。在铸坯离开铸型之前，铸坯至少要形成一个凝固的自支撑表面层。铸坯未凝固部分熔融金属的自由流动会在铸坯质量和生产工艺方面带来问题。可以利用一个两相或多相铸型搅拌器来控制铸坯未凝固部分熔融金属的流动，所述搅拌器提供一个作用在铸坯未凝固部分上的旋转磁场并对其中的熔融金属进行搅拌，从而在该熔融金属中产生感应电流。在感应电流和磁场的共同作用下，形成作用在熔融金属上的力并且使熔融金属旋转和对熔融金属搅拌。为了获得所需的搅拌力和一个令人满意的金相效果，必须控制和分配熔融金属的运动。因而对作用到熔融金属上的磁场性质和场强分布以及感应电流的强度、密度和方向有具体要求。这些要求因不同的浇注方法而异，例如开放式浇注和封闭式浇注。在封闭式浇注过程中，即当通过一根插到弯月面下方熔融金属中的铸管将熔融金属提供到铸型中时，要求对铸坯的未凝固部分进行足够强度的搅拌以确保所需求的铸件结构的金相效果等，但是应避免在弯月面处的金属产生搅拌和流动。在某种意义上，封闭式浇注指的是带有浇注粉剂的浇注方法，因为熔融金属的上表面通常覆盖一层所谓的浇注粉剂。浇注粉剂具有多种作用，例如使熔融金属的上表面隔热、防止熔融金属发生氧化和其它反应、防止凝固表面层与铸型壁的粘接以及吸收与熔融金属分开的颗粒。因此应避免对覆盖有浇注粉剂的金属表面进行搅拌，以防止将浇注粉剂带入铸坯中。利用对铸坯熔融部分进行搅拌的现有技术，对于粉末浇注即封闭式浇注方法是很难在对熔融金属进行充分搅拌的同时又做到避免将浇注粉剂带入铸坯中的。在开放式浇注过程中，即当利用一根自由式顶注口使熔融金属从容器、浇包或中间包注入铸型中时，要求熔融金属在弯月面处具有足够高的流速以获得需要的金相效果。当所提供的磁场在弯月面处具有足够高的场强时，可以使熔融金属在弯月面处的流动足够充分。当按照现有技术使用开放式浇注和封闭式浇注方法时，为满足在弯月面处熔融金属流动的上述要求，如德国专利DE-C-38 19 493所披露的，需要使磁场位置沿铸型轴向相对于弯月面具有显著的位移。这种充分的位移通常不能通过弯月面在浇注方向上的位置变化或者通过搅拌器在浇注方向上的位移来得到，所述位置变化指的是在此所述的铸型类型中可能发生的变化，所述搅拌器指的是按照现有技术设计和放置的搅拌器。如果不改变磁场相对于弯月面的位移，则另一个方法是改变通过相位线圈的电流强度。但是，由于在这种情况下相位线圈的尺寸是根据可能通过的最大电流强度而定的，因此会使成本增加。另外，随着电流强度的增大，在粉末浇注过程中浇注粉剂被带入铸坯中的危险也会增大。由于现有铸型搅拌器的实际尺寸和铸型结构所限，在浇注较薄的矩形件、即所谓的薄板坯以及浇注在一定程度上较粗大的铸件、即大方坯的过程中，沿铸型轴向移动铸型搅拌器基本上是不可能的。这样就将磁场相对于弯月面位置移动的可能性限制在弯月面沿浇注方向可能的位置变化上，而这种变化通常小于100毫米。对于按照现有技术设计和放置的同一个搅拌器来说，利用磁场和弯月面之间的相对移动而既能在开放式浇注又能在封闭式浇注过程中获得最佳状态的可能性很小。本专利技术的一个目的是提供一种控制和分配旋转磁场的方法，该磁场通过两相或多相搅拌器作用于铸型中的铸坯以搅拌铸坯的非凝固部分，从而确保在铸坯弯月面下方一定距离处对熔融金属进行充分的搅拌以得到所需要的金相效果，而靠近弯月面处熔融金属的搅拌可以得到控制和检测，这样在开放式浇注和封闭式浇注过程中使用同一个铸型搅拌器都可获得最佳浇注状态，即在开放式浇注过程中可使靠近弯月面处的熔融金属得到充分的搅拌，而在封闭式浇注过程中这种搅拌又特别受到限制以使浇注粉剂被带入铸坯中的危险最小。本专利技术的另一个目的是提供一种用于实施本专利技术方法的两相或多相铸型搅拌器。专利技术概述在用连续或半连续方法浇注金属时，熔融金属或金属合金，例如钢被注入一个在浇注方向两端开放的铸型中。熔融金属在铸型中冷却，并在通过铸型时形成铸坯。当铸坯脱出铸型时，铸坯至少形成一个凝固的自支撑表面层并且剩余的熔融金属包含于其中。在金属凝固过程中，利用提供的至少一个旋转磁场作用在铸坯未凝固部分上，从而实现和维持所形成铸坯未凝固部分中熔融金属的流动或搅拌。这个旋转磁场利用一个邻近于铸型设置的两相或多相铸型搅拌器提供。铸型搅拌器包括两个或多个副搅拌器。每个副搅拌器包括至少一个磁芯和一个环绕磁芯设置的交流相位线圈，磁芯和线圈以这样一种方式设置，即能够在铸型内部与所述磁芯等高的位置产生一个磁场，该磁场主要包括垂直于浇注方向取向的磁场强度分量By。按照本专利技术，铸型搅拌器的相位线圈充分靠近铸型内壁设置并以这样一种方式进行设计，即能够在铸型内部与所述相位线圈等高的位置产生一个磁场，该磁场主要包括平行于浇注方向取向的磁场强度分量Bz。同时，沿浇注方向调整铸型搅拌器的磁芯与熔融金属上表面、即弯月面之间的相对位置。按照本专利技术，无论是利用一根铸管插入到弯月面下方进行浇注还是利用自由式顶注口从弯月面上方直接浇注熔融金属，通过沿浇注方向调整铸型搅拌器与弯月面之间的相对位置，都可以得到和维持对所述铸坯未凝固部分的有效且可控制的搅拌。对本专利技术的方法而言这是可能的，因为铸型搅拌器与弯月面之间相对位置的微小变化就可导致在弯月面处及其附近的熔融金属流动发生很大变化。当按照本专利技术的方法控制铸坯未凝固部分中熔融金属的流动时，分别利用了当按照本专利技术设置和设计磁芯而在与相位线圈以及磁芯等高位置处所得到的不同磁场强度取向。垂直浇注方向的磁场强度分量By作用于与磁芯等高的位置处，同时平行浇注方向的磁场强度分量Bz作用于与相位线圈等高的位置处。当沿浇注方向在铸型搅拌器与弯月面之间相对位置的变化量很小时，由磁场在熔融金属中产生的感应电流分别与磁场强度分量By和Bz共同作用所产生的力的变化很大，并且可从一个磁场强度分量作用的位置转换到另一个磁场强度分量作用的位置。当本专利技术用于封闭式浇注过程时，即利用一根插入到弯月面下方的铸管使熔融金属提供到铸型中时， -铸型搅拌器中磁芯的上部边缘设置在弯月面下方足够大的距离，最好位于弯月面下方大于25毫米的位置上，同时-相位线圈的前部边缘离铸型壁的内表面足够近，最好与铸型壁内表面之间的距离远远小于150毫米，这样，由于沿浇注方向的磁场分量Bz与因磁场而在熔融金属中产生的感应电流的共同作用，在与相位线圈等高的位置上产生了作用于熔融金属上的制动力矩，从而使弯月面处及其附近熔融金属的流动被制止。在弯月面处产生的这些力矩与垂直浇注方向的磁场分量By在熔融金属中产生的搅拌方向相反。铸型搅拌器中磁芯的上部边缘设置在弯月面下方25至200毫米之间，同时铸型搅拌器相位线圈的前部边缘与铸型壁内表面之间保持10至150毫米本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于金属浇注过程中控制铸坯未凝固部分的熔融金属流动的方法，所述铸坯在一个沿浇注方向两端开放的冷却铸型中成形，其中通过施加至少一个旋转磁场于铸坯未凝固部分而使其在力的作用下发生搅拌的方法来得到并维持所述未凝固部分中熔融金属的有效且可控制的流动，该力是由磁场场强分量和熔融金属中因磁场而形成的感应电流共同作用得到的，所述磁场利用一个两相或多相铸型搅拌器作用于熔融金属上，所述铸型搅拌器设置在铸型外部并且包括两个或多个副搅拌器，每个副搅拌器包括一个磁芯（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）和一个环绕磁芯设置的交流相位线圈（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ），在与所述磁芯等高位置处的磁场主要包括垂直浇注方向的磁场强度分量Ｂｙ，其特征在于，铸型搅拌器的相位线圈（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ）布置得离所述铸型的内壁足够近，因而由铸型搅拌器在铸型内部与相位线圈等高位置处所产生的磁场主要包括了平行于浇注方向取向的磁场强度分量Ｂｚ，并且通过调整铸型搅拌器磁芯（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）的位置，使得通过在熔融金属中产生的感应电流Ｉ分别与磁场强度分量Ｂｙ及Ｂｚ共同作用来改变作用在弯月面处及其附近的熔融金属上的力，从而控制弯月面处及其附近熔融金属的流动。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：L安德尔松，JE艾里克松，B何尔登，P拉尔松，A勒曼，
申请(专利权)人：瑞典通用电器勃朗勃威力公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]