具有改进型悬浮绕组部件的电磁悬浮铸造设备制造技术

提供一个改进后的浮熔绕组部件，它是磁通集中器作用的电磁浮熔浇铸设备．改进后的浮熔绕组部件包括许多围绕在其四周的有浮熔液态金属在内的带缝环形导体．并遵循通用电力浮熔浇铸（ＧＥＬＥＣ（ＴＭ））工艺进行冷却及固化．每个带缝环形导体与围绕在自身又有许多匝的产生磁场的绕组感应偶合在一起．每个带缝环形导体将从连在一起的初级多匝绕组产生的磁场大致上集中到管形浇铸容器内截面的区域之内．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术改进了用于金属棒材连续浇铸的设备。特别着重于对1983年11月发表于美国专利4，414，285中题为“连续金属浇铸法，设备及产品一文中(作者赫尤 勒·娄瑞和罗勃特.梯.弗罗斯特等专利技术者并属于通用电器公司)所介绍的，用于超长度连续浇铸中的电磁浮熔浇铸工艺中改进的电磁浮熔绕组部件作了进一步的改进。 上述引用的美国专利是唯一利用了浮熔电磁场作连续浇铸金属棒材的工艺。用这种方法来克服浇铸棒材时熔融状态的固化过程中出现的摩擦力，力和重力的作用。为此将一多匝绕组接至一多相电源，对固化时管状热交换器内的熔融金属柱提供一个浮熔电磁场。该浮熔电磁场是个以向上移动形式出现的电磁场，并以此使熔融的金属柱约束在一起，大致上使它处于失重状态，在热交换器/浇铸凝固区内，降低其液压头，用一个棒料提取机构从热交换器/浇铸管后凝固的上方将固化的棒材取走。 在高能高温环境下具有上述性能的电磁浮熔浇铸设备在结构上和和运行中还存在着某些问题。 通用电力浮熔浇铸工艺(以后称之谓GELEC(TM)过程)要求一个强的向上移动的电磁场，它产生在管状浇铸容器/热交换器的部件内，当熔融的金属柱凝固时，用它来支承和约束液态的金属柱。当今为了实现这一过程而建的这种浮熔设备依靠在36 浮熔绕组中通过-800至1000安电流来产生浮熔电磁场。因为大小适当的带绝缘的导线不能连续承受这样大的电流。通常采用水冷铜管来做浮熔绕组。紧挨着热交换器外壁。装有绕组。接着就是用绝缘材料制成的一个管状浇铸容器。这类绕组能使管状浇铸容器内的磁场强度最大。 需要一个能通过冷却水的管形绕组，还要做好与电缆或汇统排间的连接，并能经受很大的载电流，这将会引起许多机械和电器方面的问题。此外，因为磁浮熔绕组是用铜管制成的，其匝数还须很小(典型的是每项三匝)，结果是浮熔磁场不会完全均匀。这一不均匀性必然会在用这种方法生产出来的铸棒中偶然见到轻微的不均匀的颗粒结构。 一个实际可行的，10至50千瓦的单相高频固态电源，其输出电压大致为100-500伏。这一高电压低电流输出必须用一个强迫风冷或水冷的降压变压器以产生上述浮熔绕组所要求的。一低电压高电流，由于一个高频10-50千瓦三相降压变压器设计和生产很困难。而用前使用的降压变压器及其连接高电流的供电电缆或向浮熔绕组电的汇流排又不能得到满足，因此非常希望设计出更简单，更经济的设备。 为了克服这些困难本专利技术设计出一个高效而又经济的结构。 本专利技术针对上面讨论到的问题，通过使用一个经改进后的浮熔绕组部件，提供一个唯一不易发 的解决办法，该部件利用了一种新颖的磁通集中部件。为了提高在原先工艺中用于产生大磁场的多匝绕组的使用寿命，采用了磁通集中部件，它尚未被推荐也未用于熔融金属的电磁浮熔技术中。一种磁通集中器的原先是技术说明发表在 金和、D普 特纳的科学仪器评论中524至533页题为“高强度脉冲电磁场中使用的磁通集中器”的论文中。一种用于涡流测试仪中的不同形式的磁通集中部件在约翰P华勒士和罗勃脫勃路克于1925年3月18发行的美国专利3.872，379中发表题目为“使用带裂缝的单匝导电部件的涡流测试仪”。 本专利技术中提供了一种用于熔融金属的电磁浮熔技术的浮熔绕组部件，包括许多带裂缝和环形导体，它们围绕一个管形的浇铸容器，其中是浮熔的液态金属柱按照浮熔浇铸(GELEC(TM))工艺通过冷却将其固化，每个环形带缝的导体与产生电磁场的绕组是感应偶合的，并在导体周围制作一个匝数很多的绕组。每个带裂缝的环形导体用来集中绕组产生的电磁场，大致都集中到它围绕着的管状浇铸容器截面中央。且其能与降压变压器一样。一个单独的带缝的环形导体(或一组薄导体)和连的产生电磁场的绕组由一多相激历电源中的每相来供电。该电源是专供GELEC(TM)中的浮熔绕组部件使用的。 使用带缝环形导体的磁通集中装置具有许多重要，但不太明显的优点。一个优点是它减小或消除由于使用多匝水冷铜管结构引起的难以避免的绕组感应场的变化。另一个优点是带缝的环形导体构件都将均匀地紧靠向浇铸金属柱并增强柱上的电回复力，因此能较好地控制浇铸金属柱的直往。此外，具有同等重要的是采用了经改进后的带缝环形导体磁通集中器的浮熔部件可用一较低阻抗装置来产生一个较高的浮熔磁场。随之降低了浮熔绕组部件对电压的要求，以及对总功率率的要求，而提高了用电的效率。例如阻抗降低40%，会使驱动电压和输入功率二者都降低40%。由于加上了磁通集中装置，在激历绕组四周内的磁通密度有效地被传到即磁通集中盘中央的圆柱体内。磁通从激历绕组周围到盘中央圆柱体内的这一位移是很精确的，这正是浮熔浇铸过程(GELEC(TM))所希望的。使用了磁通集中器后绕组中央的磁通密度比没用它时要更高一些，更主要的是用了磁通集中器后从中央向外的磁通梯度(即磁通密度随距离的变化)亦更高出许多。在浮熔金属柱上决定向内压力的磁通梯度比要求的梯度值要更高一些。 在现存的浮熔浇铸设备中，当熔融的铜在开始浇铸时升至熔融绕组/热交换器部件时浮熔绕组的阻抗变动十分明显。当绕组内部有铜(熔融的和凝固的)时，与浮熔绕组偶合的电力负荷会导致这一阻抗变化。因为绕组内阻抗的变化在运行前，通过调整反向输出电压，将浮熔绕组电流至于所要求的值，在 动后，必须很快将其保持在所要求的值上。在加用了磁场集中装置后就已消除了这一问题，这是因为高导电盘能 般地降低了激历绕组的阻抗，且集中盘中央附近的熔融金属对激历绕组阻抗有很小的影响，或根本不产生更进一步的影响。因此磁通集中装置使它有可能在开始浇铸前能更准确地设置浮熔绕组的电流，并在起动过程中保持这一电流值。 图的简介 当你将图与后面的详细说明一起使用时就能清楚地了解本专利技术的特性和优点并马上会赏识它们的，好几张图中有类似的部件都有同样的特性，其中有 图1是带缝的环形导体的磁场集中装置的草图，它用于-按本专利技术改进后的电磁浮熔绕组部件之中。 图2是本专利技术在一多匝电磁感应绕组的磁场中，电压随距离变化的特性曲线，并用来说明磁通集中前后的差别，其中绕组只有一个空的中心与图1中所示插入其间的带缝的环形导体的磁通集中器相对立。 图3根据本专利技术改进后制成的浮熔绕组部件的一个具体的剖面图 图4使用根据本专利技术制成的经改进后的绕组部件的电磁浮熔浇铸装置的方框图。 图5是用于带缝的环形导体磁通集中器中可替换结构的平面图。它是用于图6中所示的改进后的浮熔绕组部件的一种可替换的组装式的组件，及 图7，7A和7B介绍了本专利技术的另一种具体的装置，适用于浇铸有短形横截面的平板材料的设备。 实施本专利技术的最佳方式 图1是一个带缝的环形导体11用带绝缘的导线绕了好几圈的绕组12，绝缘导线绕在环形导体的外侧圆周上。由交流电源13对该绕组供电。环形导体11中央形成的空区14，通过不导电的裂口15与导体11的外圆周相通。一瞬间电流以箭头16所示方向流往外侧的初级多匝绕组12。在环形导体11外圆周上感应一个按箭头17所示的反向的电流。因为在原边绕组12中的安匝数必须大致与导体11中的安匝数相等，所以导体11中的电流将很大(该导体相当于一单匝的次级绕组)。若图中没有不导电的裂口15，电流17仍一样本文档来自技高网...

【技术保护点】
连续浇铸设备中包括一个垂直置放的，长的，由其底部提取待固化的液态金属的管形浇铸容器，与容器毗连的用于冷却和固化其中的液态金属的热交换器，容器上部的取走固化后金属的装置，以及用来消除液态金属柱的压头，并在液态金属柱外表面与浇铸容器内壁保持预定的尺寸关系的产生浮熔电磁场的装置，借此使液态金属柱与浇铸容器间的热传导达到最大，同时又使重力，摩擦力及粘滞力降之最低。浮熔电磁场发生装置包括由围绕在浇铸容器长度上的许多带缝环形导体组成，其中的液态金属柱处于浮熔状态。每个将绕组产生的磁场大致集中于管形浇铸容器内部截面上的导体，正受着围绕在它周围的有关的多匝绕组产生的电磁场的感应。它起着降低变压器的作用。

【技术特征摘要】
1、连续浇铸设备中包括一个垂直置放的，长的，由其底部提取待固化的液态金属的管形浇铸容器，与容器毗连的用于冷却和固化其中的液态金属的热交换器；容器上部的取走固化后金属的装置，以及用来消除液态金属柱的压头，并在液态金属柱外表面与浇铸容器内壁保持预定的尺寸关系的产生浮熔电磁场的装置，借此使液态金属柱与浇铸容器间的热传导达到最大，同时又使重力，摩擦力及粘滞力降之最低。浮熔电磁场发生装置包括由围绕在浇铸容器长度上的许多带缝环形导体组成，其中的液态金属柱处于浮熔状态。每个将绕组产生的磁场大致集中于管形浇铸容器内部截面上的导体，正受着围绕在它周围的有关的多匝绕组产生的电磁场的感应。它起着降低变压器的作用。2、权利要求1中产生电磁浮熔场的装置包括许多与产生向上移动的交流电磁场的多相交流电源的(顺序)以次各相接好的绕组，有关的产生电磁场的绕组和至少有一个带缝环形导体的集中装置是依次而准备的，每相中的每个带缝环形导体彼此都是绝缘的。3、权利要求2中，每相中与每个产生电磁场的绕组感应偶合的带缝环形导体组成一个整体结构。4、权利要求2中与每相产生电磁场的绕组感应偶合的带缝环形导体由带缝环形盘片堆装成组，它们彼此间是绝缘的。5、权利要求1中的热交换器包括一个在浮熔磁场产生装置区内，紧挨着管形浇铸容器四周的环形水冷式热交换器。管形浇铸容器和环形液冷热交换器一起放在组成磁通集中器的带缝环形导体中央空区内。连续对环形液冷热交换器供给冷却液。6、权利要求1中的热交换器在产生浮熔电磁场区域内紧挨着管形浇铸容器外壁，有由机械接触并导热的带缝环形导体，彼此间是绝缘的，在所谓带缝环形导体中有通过冷却液的通路，可往该通路中连续供给冷却水。7、权利要求2中管形浇铸容器是一内径大致一致的耐火材料管。它的底部，保存熔融金属的熔炉，以便建立一液态金属柱，并使其向上移动至一高于浮熔电磁场下端的某个液面高度。使熔融金属柱的底端其顶端连在一起，并都处在浮熔电磁场内。保持电磁场的值，因而液态金属柱的截面积的尺寸要大到足以防止柱的外表面与浇铸容器内壁间的主要间隙变形。用控制从管形浇铸容器上部提取固化后的金属产品的速率来调整固化产品的生产率。液态金属柱向上移与产生的浮熔磁场无关。8、权利要求7中的多相交流电源是个多相发电机，其输出功率及频率能随控制改变以便根据浇铸产生一个均衡向上移的浮熔电磁力。9、权利要求8中每相中产生电磁场绕组偶合的带缝环形导体组成一整体结构。10、权利要求9中的热交换器包括一个环形液冷热交换器，它在有浮熔电磁场的区域内紧挨着管形浇铸容器的四周。所谓管形浇铸容器及环形液冷热交换器都放在带缝环形导体的中央空区内，后者构成了磁通集中器，且可以往环形液冷热交换器中连续供给冷却液。11、权利要求9中的热交换器包括带缝环形导体，它们紧挨着位于浮熔电磁场内的管形浇铸容器的外表面，有机械接触并导热，但与它们保持电绝缘。所谓带缝环形导体，其中有供冷却液流通的通路，以便往这些带缝环形导体内的通路连续地供应冷却液。12、权利要求8中的与每相产生电磁场的绕组感应偶合的带缝环形导体，是由一些彼此电绝缘的带缝环形盘片叠装而成的。13、权利要求12中热交换器包括位于浮熔电磁场区内，紧挨着管形浇铸容器外表面的一环形液冷式热交换器。所谓管形浇铸容器和环形液冷式热交换器均处于环形带缝导体的中央空区内，环形导体是个磁通集中器，用来集中所产生的磁场，同时也用于连续地让冷却液通过该环形液冷式热交换器。14、权利要求12中的热交换器包括在浮熔磁场作用区域内与管形浇铸容器外表面有机械接触并导热的，紧挨着的带缝环形导体零件，彼此均是绝缘的，通过供应冷却液的通路向环形带缝导体中连续供冷却液。15、权利要求8中还包括固化后的金属产品，一从浇铸容器上部露出来后，通过预冷装置，便轧成所要求的尺寸。且将轧后的产品冷却至常温便于储存或下一步使用。16、权利要求8中还包括将预冷后的固化的金属产品再冷到室温便于储存或下一步使用。17、连续浇铸设备中包括置于垂直在位置的用来接受从该容器的下端输入的待固化的液态金属的长的管形浇铸容器，与它相毗连的用于冷却及固化其中的液态金属的热交换器，从浇铸容器上放一提取固化后...

【专利技术属性】
技术研发人员：华莱士，劳里，
申请(专利权)人：昭和电线电缆株式会社，
类型：发明
国别省市：US[美国]