發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于進行金屬帶材鑄造的方法和裝置。本發(fā)明特別適用于雙輥鑄造，但也可應用于其它連續(xù)或準連續(xù)鑄造工藝，例如帶式鑄造，塊鑄造和DC(直接冷卻)鑄造。

有關(guān)技術(shù)

本發(fā)明人已經(jīng)提出使用電磁邊緣屏障(electromagnetic edge dam)用于鋁雙輥鑄造。其相關(guān)討論在參考文獻McBrien和Allwood(2013)中闡述。

雙輥鑄造包括在兩個反向旋轉(zhuǎn)的冷卻輥之間供給液態(tài)金屬，金屬在冷卻輥之間固化并形成具有均勻厚度和寬度的片材。液態(tài)金屬通常被約束在具有設(shè)定片材寬度的機械的“邊緣屏障”的固定的陶瓷供料系統(tǒng)中。這些屏障在每次澆鑄后，或者當要澆鑄不同寬度的片材時必須更換。

期望的是限制在鑄造工藝和最終產(chǎn)品形成之間金屬的產(chǎn)率損失。

McBrien和Allwood(2013)提出了一種在雙輥鑄造工藝中使用的可移動電磁(EM)邊緣屏障。與已知的機械的解決方案相比，EM約束的非接觸性質(zhì)意味著可以實現(xiàn)更長的鑄造時間，同時EM邊緣屏障的幾何形狀被設(shè)計成使得線圈的寬度可以在鑄造期間通過邊緣屏障的簡單位移來改變。

發(fā)明概述

本發(fā)明人認為可以進一步改進已知的帶材鑄造方法，例如雙輥鑄造。特別地，在本發(fā)明的第一發(fā)展中，他們認為更緊密地控制固化的金屬帶材的橫截面樣式(即，橫截面形狀和/或橫截面面積)的能力將具有顯著的商業(yè)意義，允許鑄造具有比已知方法更接近期望的最終形狀的形狀的帶材。這又將允許在將鑄造帶材修整成期望的最終形狀時浪費較少的鑄造帶材。已經(jīng)設(shè)計了本發(fā)明的第一發(fā)展以便解決已知的方法不能為這個問題提供令人滿意的解決方案的事實。優(yōu)選地，本發(fā)明減少、改善、避免或克服了該問題。

在總體方面，本發(fā)明的第一發(fā)展提供了在帶材鑄造期間與屏障的移動協(xié)作地控制熔融金屬供料中的熔融金屬壓力，以便改變供給到輥的熔融金屬供料的橫截面樣式，并因此改變固化的金屬帶材的橫截面樣式。

因此，在第一優(yōu)選方面中，本發(fā)明的第一發(fā)展提供了一種連續(xù)鑄造裝置，用于鑄造具有沿著帶材的長度變化的橫截面樣式的金屬帶材，該連續(xù)鑄造裝置包括：

相對的冷卻設(shè)備；

熔融金屬供料系統(tǒng)，其可定位以在該相對的冷卻設(shè)備之間提供用于固化的熔融金屬供料，以沿著長度方向形成固化的金屬帶材；

樣式調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其包括至少一個屏障以至少部分地確定供給到相對的冷卻裝備的熔融金屬供料的橫截面樣式，從而確定固化的金屬帶材的橫截面樣式，其中，屏障在裝置的操作期間是可移動的以改變供給到相對的冷卻設(shè)備的熔融金屬供料的橫截面樣式，

該連續(xù)的鑄造裝置還包括：

熔融金屬壓力控制系統(tǒng)，其可操作以在裝置的操作期間與屏障的移動協(xié)作地控制熔融金屬供料中的熔融金屬的壓力。

在第二優(yōu)選的方面中，本發(fā)明的第一發(fā)展提供了一種連續(xù)鑄造方法，用于鑄造具有沿著帶材的長度變化的橫截面樣式的金屬帶材，該方法包括：

提供用于在兩個相對的冷卻設(shè)備之間固化的熔融金屬供料，以沿著長度方向形成固化的金屬帶材；

操作樣式調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該樣式調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括至少一個屏障以至少部分地確定到供給相對的冷卻設(shè)備的熔融金屬供料的橫截面樣式，并且從而影響固化的金屬帶材的橫截面樣式，其中，屏障在裝置的操作期間被移動以改變到供給相對的冷卻設(shè)備的熔融金屬供料的橫截面樣式，

操作熔融金屬壓力控制系統(tǒng)，用于在鑄造期間與屏障的移動協(xié)作地控制熔融金屬供料中的熔融金屬的壓力。

本發(fā)明的第一發(fā)展的第一和/或第二方面可以具有以下可選特征的任何一個或在它們是兼容的范圍內(nèi)的任何組合。

優(yōu)選地，本發(fā)明用在雙輥鑄造中。在這種情況下，該相對的冷卻設(shè)備是輥。由于下游變形(即，在雙輥鑄造之后為了制造最終產(chǎn)品而施加到帶材上的變形)通常相對較小，因此雙輥鑄造特別適合。因此，通常不會進行帶材的隨后的軋制，或者僅進行到較小的程度。這意味著帶材的不規(guī)則橫截面樣式不是顯著的長形的。

可選地，本發(fā)明可應用于其它連續(xù)或準連續(xù)鑄造工藝，例如帶式鑄造，塊鑄造和DC(直接冷卻)鑄造。

鑄造帶材的橫截面樣式包括鑄造帶材的橫截面形狀和/或橫截面面積。在本領(lǐng)域中，術(shù)語“橫截面輪廓”通常被保留以描述帶材橫跨其寬度的厚度的變化。該術(shù)語因此包括在術(shù)語“橫截面形狀”的范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明的優(yōu)選的實施方案可以用于在鑄造連續(xù)的帶材期間改變帶材的橫截面樣式，例如，通過增加帶材的寬度和/或減小帶材的寬度和/或包括帶材中的孔。預期的是，帶材的橫截面樣式的變化不包括帶材的僅厚度的均勻變化(橫跨帶材的寬度)。這種厚度變化可以例如通過在鑄造運行期間改變輥的間距和速度和/或改變沿著輥的固化長度來實現(xiàn)。

優(yōu)選地是，帶材的寬度為至少500mm，更優(yōu)選地，至少1000mm。帶材的寬度通常不大于2000mm。帶材的厚度優(yōu)選地為至少1mm，更優(yōu)選地為至少2mm。帶材的厚度可以達到10mm。帶材的長度沒有特別的限制。實踐中，帶材的最大長度由待鑄造的可用金屬和制造商處理鑄造帶材，例如，通過將鑄造帶材置于卷取機上的能力決定。

優(yōu)選地，屏障是由至少一個電磁體提供的AC電磁場屏障。優(yōu)選地，該電磁場屏障以至少0.5kHz的頻率操作。更優(yōu)選地，該電磁場屏障以至少1kHz的頻率操作。該電磁場屏障可以以多達100kHz的頻率操作。更優(yōu)選地，該電磁場屏障以多達50kHz或達到30kHz的頻率操作。

優(yōu)選地，該電磁場屏障是可操作的以在熔融金屬供料內(nèi)提供至少25mT的磁場強度(磁通密度)。

優(yōu)選地，提供電磁場屏障的電磁體是可操作的以提供至少1000At(安匝)的磁動勢。

該電磁體優(yōu)選地具有已知的種類的通量集中器和載流繞組。該通量集中器優(yōu)選地具有馬蹄形或C形，其中提供間隙以便將通量集中器安裝在供料嘴(feed tip)周圍。通量集中器的形狀適合于符合供料嘴附近的輥的形狀，這將在下面討論。該電磁體優(yōu)選地定向成使得馬蹄形或C形的臂沿著鑄造帶材的縱向方向在供料嘴后面會合。這允許屏障沿供料嘴橫向于鑄造方向在寬范圍內(nèi)移動。

該熔融金屬供料系統(tǒng)通常包括供料嘴。供料嘴通常將熔融金屬輸送到相對的冷卻設(shè)備。可以提供熔融金屬儲器。金屬儲器可以經(jīng)由管道與供料嘴流體連通。儲器，管道和/或供料嘴可以設(shè)置有合適的加熱和/或絕緣，以便在固化之前將熔融金屬保持在期望的溫度。忽略管道和供料嘴中的損失(其特別適合于例如，在雙輥鑄造中的相對小的流速的情況)，供料嘴中的熔融金屬的靜態(tài)壓力與在和供料嘴相同的高度處的儲器中的熔融金屬的靜態(tài)壓力大體上相同。因此，可以通過控制儲器中的熔融金屬的壓力來控制供料嘴處的熔融金屬的壓力。方便地，這可以通過控制儲器中的熔融金屬的水平來完成。實現(xiàn)這一點的一種方式是相對于供料嘴升高或降低儲器。然而，這可能需要柔性管道，且因此這不是特別優(yōu)選的。更優(yōu)選的選擇是使儲器中的熔融金屬排開，以便控制與供料嘴相比的儲器中的熔融金屬的水平的位置。

特別優(yōu)選的布置具有排開主體，該排開主體布置成被推入到儲器中。合適的排開主體被設(shè)定尺寸并成形為安裝到儲器中以為該儲器中的熔融金屬留下合適的空間。合適的排開主體是絕緣的和/或主動加熱的，以便限制其對冷卻熔融金屬的影響。將排開主體推入到儲器中以使熔融金屬排開，從而改變儲器中的熔融金屬的水平。進而，這調(diào)節(jié)儲器和供料嘴中的熔融金屬的靜態(tài)壓力。

與例如限制熔融金屬沿管道的流動相比，使用排開主體控制壓力的優(yōu)點在于，實現(xiàn)熔融金屬壓力的快速且精確的調(diào)節(jié)是可能的。

優(yōu)選地，當屏障被移動以便增加帶材的寬度時，熔融金屬壓力增加。據(jù)認為，這通過更快地填充先前被屏障阻塞的供料嘴中的空間而提供了優(yōu)點。這允許帶材的寬度更快且更確定地增加。

優(yōu)選地，一旦屏障已經(jīng)被移動以增加帶材的寬度且該寬度已經(jīng)增加至所需的量，熔融金屬壓力減小。例如，熔融金屬壓力可以減小到與帶材的寬度增加之前所使用的水平相對應的水平。

優(yōu)選地，當屏障被移動以便減小帶材的寬度時，熔融金屬壓力減小。據(jù)認為，這通過減小抵抗帶材寬度的減小而作用的力而提供了優(yōu)點。這允許帶材的寬度更快且更確定地減小。

優(yōu)選地，一旦屏障已經(jīng)被移動以減小帶材的寬度且該寬度已經(jīng)減小至所需的量，熔融金屬壓力增加。例如，熔融金屬壓力可以增加到與帶材的寬度減小之前所使用的水平相對應的水平。

通過這種方式，優(yōu)選地，熔融金屬壓力控制系統(tǒng)用于在屏障運動期間調(diào)節(jié)熔融金屬壓力，以便增加帶材的橫截面樣式的可靠變化的速度。

此外，熔融金屬壓力控制系統(tǒng)可以用于在需要保持帶材的大體上恒定的橫截面樣式，例如，恒定的寬度的情況下保持大體上恒定的熔融金屬壓力。

優(yōu)選地，該方法大體上允許帶材的橫截面樣式的階躍變化。例如，該方法可以允許帶材的寬度沿帶材的縱向(鑄造)方向在30cm的距離上改變至少10％。在一些實施方案中，該方法允許實現(xiàn)更急劇的寬度變化。例如，實現(xiàn)帶材的寬度沿帶材的縱向(鑄造)方向在10mm或更少的距離上改變至少10％?？梢詫崿F(xiàn)甚至更大的寬度變化。例如，可以實現(xiàn)帶材的寬度沿帶材的縱向(鑄造)方向在10mm或更少的距離上改變多達50％。在這種情況下，寬度的絕對變化從130mm到65mm。這里，邊緣屏障以大約100mm/s的速度移動，這遠大于Smith等人(2004)用機械屏障所表明的速度(1.5mm/s)。

屏障可以是可移動的，例如通過具有沿供料嘴橫向可移動的電磁體。然而，在不同位置處提供能夠選擇性地切換到操作的至少兩個屏障的陣列是可能的。從一個屏障切換到另一個屏障的效果具有移動屏障位置的效果。因此，這相當于移動屏障?？梢蕴峁﹥蓚€以上的屏障的陣列，例如，三個、四個、五個、六個或更多。屏障的實際位置可以相對于供料嘴是固定的，但是選擇性地接通和切斷屏障提供了有效可移動的屏障。優(yōu)選地，這些屏障是EM屏障。

在邊緣屏障的控制控制鑄造帶材的邊緣的位置的意義上，該屏障可以是邊緣屏障?？梢栽阼T造帶材的相對側(cè)提供邊緣屏障。

然而，該屏障不一定必需是邊緣屏障。這是因為本發(fā)明人已經(jīng)認識到，具有在屏障的每一側(cè)上的熔融金屬流動的屏障的操作使得屏障充當分流器，使熔融金屬流從分流器作用的特定區(qū)域轉(zhuǎn)向。在分流器不在熔融金屬流的外邊緣處的情況下，分流器的操作可以導致在鑄造帶材中形成開口。當鑄造繼續(xù)時，分流器的移動可以導致開口的形狀的相應變化。分流器的進一步運動和/或分流器的停用可以關(guān)閉該開口。

該分流器可以是EM分流器，其具有如上面描述的關(guān)于EM屏障的結(jié)構(gòu)和操作能力?？梢蕴峁┮粋€或多個可移動分流器?？蛇x地，可以提供兩個或更多個的靜態(tài)分流器的陣列，其可以如上面描述的靜態(tài)屏障陣列一樣切換到操作以及從操作中切換出來。

發(fā)明人已經(jīng)認識到，然而，當使用分流器時(盡管其可能是優(yōu)選的)，壓力控制可能不是必需的。因此，在本發(fā)明的第二發(fā)展中，本發(fā)明人已經(jīng)考慮可以對帶材鑄造進行的另外的可能的改進。他們已經(jīng)認識到，不僅在帶材的邊緣的位置方面，而且在帶材中定位孔方面影響帶材的橫截面樣式是可能的。這里“孔”可以是穿過帶材厚度的腔，該“孔”是封閉的或部分打開的。在優(yōu)選的實施方案中，它們是封閉的。

以這種方式控制帶材的橫截面樣式具有當期望的產(chǎn)品包括帶材中的孔時在減少浪費的意義上的優(yōu)點。因此，再次，控制固化的金屬帶材的橫截面樣式(即，橫截面形狀和/或橫截面面積)具有顯著的商業(yè)意義，允許鑄造具有比已知方法更接近期望的最終形狀的形狀的帶材。這又允許在將鑄造帶材修整成期望的最終形狀時浪費較少的鑄造帶材。已經(jīng)設(shè)計了本發(fā)明的第二發(fā)展以解決這個問題。優(yōu)選地，本發(fā)明減少、改善、避免或克服了這個問題。

在總體方面，本發(fā)明的第二發(fā)展提供了分流器的操作以側(cè)向地分開熔融金屬供料，以便改變供料到輥的熔融金屬的樣式橫截面，并且因此改變固化的金屬帶材的橫截面樣式，從而在固化的金屬帶材中提供至少一個孔。

因此，在第一優(yōu)選方面中，本發(fā)明的第二發(fā)展提供了一種連續(xù)鑄造裝置，用于鑄造具有沿帶材的長度變化的橫截面樣式的金屬帶材，該連續(xù)鑄造裝置包括：

相對的冷卻設(shè)備；

熔融金屬供給系統(tǒng)，其可定位以在該相對的冷卻設(shè)備之間提供用于固化的熔融金屬供給，以沿長度方向形成固化的金屬帶材；

樣式調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其包括至少一個分流器，其中，該分流器是可操作的以側(cè)向地分開熔融金屬供料，以便改變供應到輥的熔融金屬供料的橫截面樣式，并且因此改變固化的金屬帶材的橫截面樣式，從而在固化的金屬帶材中提供至少一個孔。

在第二優(yōu)選的方面中，本發(fā)明的第二發(fā)展提供了一種連續(xù)鑄造方法，用于鑄造具有沿帶材的長度變化的橫截面樣式的金屬帶材，該方法包括：

提供用于在兩個相對的冷卻設(shè)備之間固化的熔融金屬供給，以沿長度方向形成固化的金屬帶材；

提供樣式調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其包括至少一個分流器，并操作該分流器以側(cè)向地分開熔融金屬供料，以便改變供給到輥的熔融金屬供料的橫截面樣式，并且因此改變固化的金屬帶材的橫截面樣式，從而在固化的金屬帶材中提供至少一個孔。

本發(fā)明的第二發(fā)展的第一和/或第二方面可以具有以下可選特征中的任何一個或在它們是相容的程度上的任何組合，和/或具有關(guān)于第一發(fā)展闡述的可選特征中的任何一個或在它們相容的程度上任何組合。

特別地，關(guān)于第一發(fā)展所闡述的屏障的優(yōu)選特征可以應用于第二發(fā)展的分流器。例如，該分流器優(yōu)選地是電磁分流器。其可以是可移動的。可以提供一個以上的分流器，以便為鑄造帶材產(chǎn)生橫截面樣式上的所需的變化?？梢蕴峁﹥蓚€或更多分流器的陣列。這些分流器可以是靜態(tài)的，通過對陣列中的分流器的適當控制來提供鑄造帶材的橫截面形狀的所需變化。

可選地，提供熔融金屬壓力控制系統(tǒng)，該熔融金屬壓力控制系統(tǒng)是可操作的以在裝置的操作期間與分流器的操作協(xié)作地來控制熔融金屬供料中的熔融金屬的壓力。在操作分流器以將熔融金屬轉(zhuǎn)向遠離特定區(qū)域的情況下，可以通過使供料系統(tǒng)中的熔融金屬的靜壓力的相應減小來輔助轉(zhuǎn)向。當通過分流器的操作減小帶材的總橫截面積時，這是有利的。類似地，當分流器被切斷或以其它方式操作以增加帶材的總橫截面積時，增加供給系統(tǒng)中的熔融金屬的靜態(tài)壓力可以有助于填充所需的區(qū)域。熔融金屬壓力的這些變化可以如上文關(guān)于第一發(fā)展所闡述的那樣來實現(xiàn)。

不像邊緣屏障，意圖是操作屏障以允許每一個橫向側(cè)上的熔融金屬流。因此，有必要考慮熔融金屬應該如何達到每一側(cè)。從熔融金屬儲器提供一個以上的供料管道是可能的。第一供料管道可以將熔融金屬供給到分流器的一個橫向側(cè)，并且第二供料管道可以將熔融金屬供給到分流器的另一個橫向側(cè)。在提供多于一個分流器的情況下，可以為每個分流器的每個橫向側(cè)提供相應的供料管道。

在分流器是可移動的情況下，提供對應于分流器的每個可能位置的供料管道陣列可能是不切實際的。在這種情況下，可以提供至少一個旁路管道。旁路管道可以是可操作的，以允許熔融金屬到達分流器的遠離供料嘴的主供給管道的橫向側(cè)。

在EM分流器的情況下，該旁路管道可以是大體上屏蔽旁路管道內(nèi)的熔融金屬免受EM場的管道。例如，該旁路管道可以是形成在供料嘴內(nèi)的管道。該旁路管道可以由導電材料形成，例如，諸如耐火金屬的金屬。

本發(fā)明人已經(jīng)認識到，與邊緣屏障的操作相比，分流器轉(zhuǎn)移熔融金屬流的操作可能存在更顯著的挑戰(zhàn)。這是由于分流器必須將熔融金屬推出熔融金屬流的主體內(nèi)的所要求的位置，而不是在邊緣位置。因此，可能提供一個或多個轉(zhuǎn)向輔助特征部。這些特征部例如可以設(shè)置在供料嘴內(nèi)。它們可以具有固定的位置。在EM分流器的情況下，合適的轉(zhuǎn)向輔助特征部是允許EM分流器產(chǎn)生的EM場集中在供料嘴中的結(jié)構(gòu)性特征部。通常，EM場的集中與分流器輔助特征部的位置一致。其效果是，當由EM分流器產(chǎn)生的EM場增長時，該EM場集中在轉(zhuǎn)向輔助特征部處，并且在熔融金屬中開始形成腔。該腔由于腔中的EM場的集中而增長，轉(zhuǎn)移熔融金屬并形成開口。

合適的轉(zhuǎn)向輔助特征部是結(jié)構(gòu)特征部，其減少或阻擋在該特征部處的熔融金屬的流動，但允許EM場比EM場可以穿透熔融金屬更容易地穿透。例如，可以通過供料嘴內(nèi)的非鐵磁材料(例如，諸如陶瓷的非導電材料)的突出部來提供分流器輔助特征部。合適的突出部可以從供料嘴的后內(nèi)面向前突出。另外地或可選地，合適的突出部可以從對應于鑄造帶材的主表面的供料嘴的內(nèi)面朝上或朝下突出。

一旦在熔融金屬中形成合適的開口，該分流器可以被控制(例如，移動)以控制孔的形狀。

本發(fā)明的其它可選特征在下面闡述。

附圖簡述

參考附圖，通過示例的方式，現(xiàn)在將描述本發(fā)明的實施方案，在附圖中：

圖1示出雙輥鑄軋機的示意性橫截面視圖，其示出了固化區(qū)域。

圖2示出Whittington等人(1998)的EM邊緣屏障布置的示意性局部橫截面視圖。

圖3示出McBrien和Allwood(2013)的EM邊緣屏障布置的示意性側(cè)視圖。

圖4示出McBrien和Allwood(2013)的EM邊緣屏障你兇的示意性透視局部橫截面圖。

圖5示出McBrien和Allwood(2013)所使用的用于確定EM邊緣屏障保持的熔融鋁的靜態(tài)壓力的實驗布置的示意性透視圖。

圖6示出本工作中所使用的實驗布置的示意性透視圖，其示出了供料系統(tǒng)和EM邊緣屏障。

圖7示出了電路圖以圖示電感器(EM邊緣屏障)和電容器的并聯(lián)諧振組合，該電容器放大來自在電源中使用的信號發(fā)生器的信號，以向在本工作中使用的EM邊緣屏障提供電流。

圖8示出來自早期低頻測試和本工作中使用的電源(對于所有頻率應用于EM邊緣屏障的1700At)的磁場測量的圖形比較。FEA代表有限元分析。

圖9示出了鑄造帶材的視圖以及當EM屏障被接通時對寬度的影響。

圖10示出靜止時的EM邊緣屏障的剛度圖，包括用于數(shù)據(jù)的最佳擬合線。

圖11示出了鑄造帶材的視圖以及當EM屏障反復接通和斷開時對寬度的影響。

圖12示出與目標寬度相比，隨著移動EM邊緣屏障和可變壓頭鑄造帶材寬度的測量。

圖13示出具有和不具有EM邊緣屏障(根據(jù)ASTM B557-06，1″標距長度，0.5mm/min測試)的拉伸試樣品的極限拉伸強度和伸長率的擴展。

圖14示出橫跨正常和EM鑄造帶材寬度上的硬度變化(根據(jù)ASTM E92-92使用10kg載荷測試)。

圖15示出鑄造帶材的貫穿厚度的顯微照片：(a)縱向視圖，帶材中心線，無EM邊緣屏障(EMED)(b)縱向視圖，帶材中心線，接通EMED(c)橫向視圖，帶材邊緣，無EMED(d)橫向視圖，接通EMED，靠近邊緣(e)橫向視圖，接通EMED，遠離邊緣。

圖16示出在EM邊緣屏障的成功(綠色)使用和不成功(紅色)使用中生產(chǎn)的鑄造帶材的測量的寬度和厚度。

圖17示出用于在鑄造期間模擬力平衡的簡化的2D切片。

圖18示出了對于圖17的模型表面張力對約束的貢獻。

圖19示出鑄造帶材和對靜態(tài)EM邊緣屏障輸入的寬度的階躍反應的視圖。

圖20示出了隨著寬度變化，在無鋁表面上的壓力變化的FEA計算的曲線圖。

圖21示出優(yōu)選實施方案的裝置的平面圖，表示了所提出的攪拌機構(gòu)。

圖22示出根據(jù)本發(fā)明的實施方案的熔融金屬供料裝置的示意性透視圖。

圖23和圖24示出通過排開主體的移動引起的熔融金屬水平的位移的示意性剖視圖。

圖25-27示出EM邊緣屏障線圈電流、位置和壓頭的相互作用以實現(xiàn)片材寬度的期望變化。

圖28示出使用靜態(tài)EM邊緣屏障陣列的可選的實施方案。

圖29示出形成鑄造帶材中的孔的實施方案的供料嘴、鑄造帶材以及EM分流器的示意性平面圖。

圖30示出圖29的可選的實施方案。

圖31示出圖30的實施方案的縱向橫截面視圖。

圖32示出穿過用于在鑄造帶材中形成孔的變化的實施方案的供料嘴的示意性橫截面透視圖。

圖33示出圖32的可選的實施方案。

優(yōu)選的實施方案的詳細描述以及本發(fā)明的另外的可選特征

由于供應鏈配置成制造均為規(guī)則形狀的原料產(chǎn)品，因此在制造不規(guī)則形狀的產(chǎn)品的過程中，大量的鋁被鑄造且然后被切去。用于片材金屬產(chǎn)品的供應鏈的更好的集成是可能的，其中，電磁體用于在雙輥鑄造中操縱片材金屬的輪廓。下面，提出了第一實驗性試驗，在該實驗性試驗期間片材的一個邊緣由電磁體控制和移動。

鋁供應鏈分為兩個不同的部分：金屬工業(yè)，其從礦石生產(chǎn)鋁，然后鑄造和軋制金屬以制造諸如片材卷的原料產(chǎn)品；以及制造工業(yè)，其采用這些原料產(chǎn)品并使它們重新成形以制造例如汽車門的消費產(chǎn)品。這使得供應鏈是減量性的，金屬鑄件的很大的部分被移除并且不能實現(xiàn)最終的消費產(chǎn)品。該損失可以通過產(chǎn)率來量化，產(chǎn)率是最終產(chǎn)品中的金屬與金屬鑄件的初始質(zhì)量的比率。Cullen和Allwood(2013)計算所有鋁產(chǎn)品的平均產(chǎn)率為60％，在一個鋁車門的案例研究中Milford等人(2011)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)率為40％，其中一半的金屬減量歸因于矩形片材被切割以在沖裁和沖壓過程中產(chǎn)生門和窗輪廓。因此，直接鑄造不規(guī)則片材產(chǎn)品的輪廓的能力將產(chǎn)生顯著提高產(chǎn)率的機會。

本發(fā)明的優(yōu)選實施方案基于為了鑄造更接近凈厚度的現(xiàn)有努力通過添加額外的控制以允許直接鑄造不規(guī)則片材產(chǎn)品的輪廓。最成熟的直接片材鑄造工藝，雙輥鑄造，被作為起點。如圖1中所示，在雙輥鑄造(TRC)中，通過在兩個反向旋轉(zhuǎn)冷卻輥12、14(相對的冷卻裝備)之間通過耐火的(例如，陶瓷)供料嘴10供給液態(tài)金屬20來直接鑄造片材。一旦液態(tài)金屬接觸輥，它開始形成固體殼層，該固體殼層在朝向標記為線B的輥縫移動時增長。上部輥和底部輥上的殼層在即將到達輥縫之前在固化點18處會合，并且從那里片材16像其處在熱軋過程中時那樣形變。固化區(qū)域的橫截面示出在圖1中。鑄造方向是方向C。液槽深度標記為22。

電磁(EM)邊緣屏障可以用于通過在鑄造期間沿液槽施加壓力來操縱金屬，允許控制金屬的邊緣，從而改變鑄造片材的寬度。如下面更加詳細地討論的，EM邊緣屏障可以用在帶材的每一個邊緣上，和/或EM致動器可以被添加以鑄造具有孔的帶材(需要對金屬供料進行另外的改變)。作為第一步，在本公開中，通過在實驗室規(guī)模的雙輥鑄軋機上控制鑄造帶材的一個邊緣來說明該方法。

下面描述在常規(guī)雙輥鑄造工藝中設(shè)置和改變寬度的方法以及電磁約束的原理，并且識別使用用于寬度控制的EM邊緣屏障的機會。

該雙輥鑄造工藝在Ferry(2006)文本中詳細描述。液態(tài)鋁經(jīng)由耐火的供料嘴被進給至TRC的背部，該耐火的供料嘴完全約束金屬直到其固化。頂部件和底部件的端部位于由所需的固化長度確定的從輥縫的固定退后(setback)處。兩個邊緣件進一步朝向輥縫突出，以提供對液態(tài)金屬的物理屏障，從而用作靜態(tài)的機械的邊緣屏障。為了改變帶材的寬度，必須停止鑄造過程，并且插入具有不同寬度的新的供料嘴或用于減小現(xiàn)有供料嘴中的孔的寬度的耐火塞。

Smith等人(2004)提出并在試驗性鑄軋機上展示了Fata Hunter Optiflow系統(tǒng)，該系統(tǒng)將邊緣屏障與供料嘴分開，使其可以在該嘴內(nèi)沿寬度橫向滑動。石墨密封件防止液態(tài)鋁穿過間隙泄漏，并且邊緣屏障被致動以提供受控的寬度。在不停止鑄造的情況下，它們展示在兩小時的鑄造過程中以最大速率1.5mm/s遞增地200mm的寬度增加。Optiflow系統(tǒng)被設(shè)計成在不中斷鑄造的情況下鑄造不同寬度的片材的順序卷，但是當試圖以快得多的速率移動邊緣屏障時會遇到問題：石墨在供料嘴中可以保持良好的密封嗎？其壽命會受到快速運動的危害嗎？當減小寬度時，移動的邊緣屏障與部分固化的殼層如何相互作用？文獻中沒有作出后續(xù)報告。

在所有機械的邊緣屏障的情況下，在向前移動的固體殼層和邊緣屏障的面向靜態(tài)金屬的表面之間存在滑動接觸。摩擦和從帶材傳遞出來的不期望的熱在其邊緣處導致缺陷。特別是，邊緣裂紋通過Monaghan等人(1993)描述的機理形成。穿過邊緣屏障的額外的熱傳遞導致在帶材的邊緣處比在中心處更早發(fā)生固化，且因此當帶材被軋制時，邊緣形變更多導致開裂，特別是對于硬合金。這是鋁雙輥鑄造中的常見問題，并且因此所有工業(yè)鑄軋機在下游具有邊緣修整以從2000mm的總寬度去除通常20-30mm的破裂區(qū)域(Romano和Romanowski，2009)。

鑒于這些缺陷，已經(jīng)提出和證明了用于鋁雙輥鑄造中的電磁(EM)約束。Davidson(2001)更詳細地得出的原理涉及對所包含的表面切向地施加AC磁場。在適當高的頻率(kHz數(shù)量級)下，交變場可以僅擴散進入金屬小的距離(“皮膚深度”)。金屬的表面中感應出電流，并且所施加的磁場與該電流的相互作用產(chǎn)生用于從場中排斥金屬的磁壓力。平均磁壓力Pm在公式(1)中給出。μ₀是自由空間的磁導率，且B₀是磁場的大小。

在雙輥鑄軋中使用EM邊緣屏障已經(jīng)由Whittington等人(1998)在實驗室規(guī)模上針對水平的鋁TRC和由Gerber(2000)提出的用于豎直的鋼鑄軋機的理論設(shè)計中得到證明。Whittington EM邊緣屏障的幾何形狀及其磁場在圖2中示出。Whittington設(shè)計是螺栓連接到鑄軋機側(cè)面的馬蹄形芯部30，其使用以下事實：鋼輥32、34是磁性的，以將通量(flux)36、38引導到輥縫中。磁場的分布使得鋁中的壓力的增加將導致場聚集并在強度上增加，使得該布置是內(nèi)在地剛性的和穩(wěn)定的。

Whittington EM邊緣屏障在16-30kHz下操作，具有所施加的高達4000At，并且成功地約束鑄造帶材的一個邊緣。當在啟動期間改變施加到EM邊緣屏障的電流時，注意到3mm的小的寬度變化，但是由于遠離磁體場快速衰減，因此通過單獨改變電流，寬度上的大變化將是不可能的?；趧偠鹊膬?yōu)化選擇操作頻率；在該頻率下，隨著鋁中的壓力寬度上的變化被最小化。鋁中的皮膚深度是0.6mm。在施加4000At的情況下，EM邊緣屏障需要水冷卻以引出由芯部中的渦電流和滯后作用產(chǎn)生的熱。

Gerber設(shè)計使用沒有通量集中器的楔形導體，在圍繞其的同心圓中產(chǎn)生磁場。導體的幾何形狀被設(shè)計成使得磁場在輥縫處變得最強，其中靜壓力最大，使得自由液態(tài)金屬表面近似豎直。

這兩個EM邊緣屏障設(shè)計不適合于寬度上的快速且大的變化，因為它們不能容易地沿輥橫向移動而不撞擊液態(tài)金屬。不同的幾何形狀由McBrien和Allwood(2013)提出，且該設(shè)計示出在圖3和圖4中。類似于Whittington EM邊緣屏障，使用了馬蹄形電磁體40，但是旋轉(zhuǎn)90°并且位于供料嘴的后面，指向鑄造方向C。馬蹄形物被設(shè)定輪廓以安裝在供料嘴周圍并且經(jīng)由輥42、44的表面將磁場引導到輥咬合區(qū)域中，從而允許其直接橫向(平行于輥的旋轉(zhuǎn)軸線)移動以控制寬度。這種EM邊緣屏障設(shè)計在5kHz和15kHz的頻率下用低熔點合金進行測試，并且表明需要較低的頻率以增加輥縫處的通量密度，以提高約束的強度和剛度。

除了約束之外，EM場和液態(tài)金屬的相互作用可以用于產(chǎn)生更寬范圍的效應。在工業(yè)應用的綜述中，Li(1998)確定了在運輸金屬(閥、制動器和泵)，攪拌以分配溶質(zhì)(在鋼的連續(xù)鑄造中)或熔化金屬中的用途。在工業(yè)中，EM用于約束的使用主要是通過在DC鑄造過程中替代銅模具的EM場，其中可選的冷卻條件和攪拌產(chǎn)生更均勻的微觀結(jié)構(gòu)，使得用于去除表面的鑄造毛坯的剝離被減少。Vives(1989)描述的CREM(“鑄造、精煉、電磁”)方法和Mao(2003)的“電磁輥鑄造”方法均使用較低頻磁場(10-50Hz)的攪拌效應來細化鑄造金屬的微觀結(jié)構(gòu)。在固化點施加，攪拌破壞了固-液界面并廣泛分布成核位置。在這兩種情況下，觀察到的晶粒細化沒有比通過添加專用晶粒細化添加劑獲得的晶粒細化更好。

McBrien和Allwood(2013)的EM邊緣屏障設(shè)計包括4.75轉(zhuǎn)的銅線圈和適合圍繞鑄軋機供料噴嘴安裝馬蹄形的芯部。見圖3和圖4。芯部40具有與輥半徑匹配的被設(shè)定輪廓的端部46、48，使得通量50可以有效地連接到它們中。磁場線被集中穿過該芯部并且被引導到鐵磁輥中，通過跳過它們之間的空氣間隙而形成環(huán)。與Whittington(1998)的設(shè)計一樣，空氣間隙中的場提供了液態(tài)金屬的約束。該EM邊緣屏障可以平行于輥的轉(zhuǎn)動軸線移動以實現(xiàn)期望的寬度變化。

McBrien和Allwood(2013)的EM邊緣屏障被數(shù)個外部因素約束。它必須適合現(xiàn)有的實驗室規(guī)模的雙輥鑄軋機，并因此受到輥半徑和材料的約束。Statipower BSP12電源用于McBrien和Allwood(2013)報道的初步試驗中，該電源具有合適的額定電流(高達3000A)并且在恰當?shù)念l率范圍(約15-30kHz)中操作。另外的幾何約束是取決于片材厚度的供料噴嘴的高度，和對防止凍結(jié)的足夠的絕緣的要求。

McBrien和Allwood(2013)的EM邊緣屏障使用由Fluxtrol公司，“Fluxtrol EM”制造的實驗材料制成的芯部。它是摻雜了塑料的鐵，其減少因振蕩磁場中產(chǎn)生的渦流而導致的內(nèi)部加熱。盡管這樣，但是仍然需要冷卻。經(jīng)由在芯部的兩個半部的內(nèi)表面上機加工的冷卻通道(未示出)提供內(nèi)部水流。這些半部膠合在一起以提供密封，通過軟管在芯部的后部供給水。

McBrien和Allwood(2013)中的實驗的基礎(chǔ)是雙輥鑄軋機的對磁場的分布具有重要影響的區(qū)域的代表。進行兩個實驗；首先，進行磁場的測量，其次，用液態(tài)金屬測試邊緣屏障以確定可以約束的壓力的極限。

為了測量磁場，使用圍繞瓷模纏繞的銅線來構(gòu)造探測線圈。穿過線圈的平均通量密度可以從其面積和開路電壓推斷。在EM邊緣屏障靜態(tài)保持的情況下，將探測線圈放置在輥之間的各個位置處以測量通量密度的分布。

使用在70℃熔化的伍德合金來驗證EM邊緣屏障對于液態(tài)金屬的性能?，F(xiàn)在參考圖5(其中未示出輥)，來自聚碳酸酯儲器52的固定體積的伍德合金填充陶瓷噴嘴51，其中輥間隙在距輥縫的各種偏移處被堵塞和密封。EM邊緣屏障54經(jīng)由致動器56在輥之間移動，向伍德合金施加磁壓力并使其流回到儲器中。壓頭提高到可以由EM邊緣屏障施加的極限，并且金屬和EM邊緣屏障的相對運動指示邊緣屏障的剛度。

磁場分布測量和靜壓約束測試的實驗結(jié)果描述如下。EM邊緣屏障以384A和16.3kHz操作。

磁場分布的測量表明該邊緣屏障具有低剛度。

在靜壓約束試驗中確定的最大壓力等于約5mm的鋁。

在McBrien和Allwood(2013)中報告的實驗顯示，系統(tǒng)的操作將受到輥縫附近的通量密度的影響，從而限制可以約束的總體壓力以及EM邊緣屏障的剛度，影響鑄造過程中邊緣的穩(wěn)定性。

通量密度以及因此可以約束的壓力隨著離EM邊緣屏障芯部的距離而衰減。存在多種選擇來增加輥縫通量密度；可以增加到EM邊緣屏障的電流以增加各處場的強度。使用在McBrien和Allwood(2013)中陳述的設(shè)計，芯部的飽和度將限制超過大約800A的電流的增益，并且更高的電流將在芯部中產(chǎn)生更多的熱量，增加冷卻需求或限制操作時間。更有吸引力的選擇是降低操作頻率，這增加了輥中的趨膚效應的厚度，從而允許傳送更多的通量。隨著電流增加到800A并且頻率降低到3kHz，可以實現(xiàn)60mT的輥縫通量密度，產(chǎn)生等同于30mm Al頭的磁壓。這是低的，但對于水平雙輥鑄造操作是足夠的。

由于EM邊緣屏障的定向，EM邊緣屏障的低剛度是該幾何形狀的固有缺點，由于需要執(zhí)行寬度上的大變化的能力，這將看起來是唯一可能的定向，并且因此必須接受低剛度。在實踐中，低剛度可能在鑄造期間在邊緣位置中引起振蕩，并且當在不同尺寸的片材之間改變時限制寬度的變化率。為了減輕這種影響，將需要液態(tài)金屬中的低的總壓力，這將降低傳遞到輥的熱傳遞以及鑄造工藝的潛在的穩(wěn)定性。

已經(jīng)進行了進一步的實驗工作，以便顯示可以實現(xiàn)鑄造帶材的寬度上的怎樣的相對快速的變化。

實驗在實驗室規(guī)模的水平TRC上進行。該鑄軋機是一種較小型的工業(yè)規(guī)模單元，具有小直徑輥(320mm)和窄工作區(qū)段(相比于最大工業(yè)鑄軋機的2000mm，其為120mm的片材寬度)。該輥由H13熱加工工具鋼制成，其具有大約680的磁相對磁導率(Smithells Metal Reference，2004)。這種鑄軋機的主要用途是進行需要未變形的微觀結(jié)構(gòu)的冶金實驗，因此其設(shè)計成具有低剛度。上部輥可以朝上移動，從而不施加大的軋制力，意味著帶材微觀結(jié)構(gòu)盡可能接近鑄造狀態(tài)。EM邊緣屏障和其它設(shè)備專門設(shè)計為適合該鑄軋機。

EM邊緣屏障60是纏繞在由Fluxtrol100制成的通量集中器上的銅線圈。Fluxtrol100是鐵摻雜的塑料，其具有120的相對磁導率，具有因渦流的最小化而引起的減少的熱生成。盡管這樣，但是芯部仍然必須經(jīng)由內(nèi)部通道進行水冷卻。如在圖4中示出的，集中器幾何形狀被設(shè)定輪廓以將通量引導到輥表面中，其中通量朝向輥縫被向前傳送，并且圍繞供料嘴安裝。EM邊緣屏障的橫向位置經(jīng)由線性致動器控制。

供料系統(tǒng)和EM邊緣屏障示出在圖6中。供料嘴62必須是非導電的和非磁性的，以便對由EM邊緣屏障產(chǎn)生的磁場是可透過的。它是由N17制成，N17是一種通常用在TRC供料嘴中的硅酸鈣耐火材料。供料嘴被設(shè)計成盡可能薄，使得EM邊緣屏障可以更靠近輥縫放置，從而增加沿液槽的磁場的強度。兩個機械邊緣屏障64、66集成在供料嘴中——一個用于在不受控的邊緣上提供約束，并且一個用于在啟動期間位于EM邊緣屏障旁邊，并且如果EM邊緣屏障斷電則提供故障保護情況。

目標寬度變化為供料嘴開口寬度的50％至100％(65mm至130mm)。為了允許所需的EM邊緣屏障運動，進入到該嘴的液態(tài)金屬供料是不對稱的。供料嘴的內(nèi)部輪廓是錐形的，以促進橫跨寬度的均勻流動。在鑄造期間一旦建立了來自已經(jīng)固化的帶材的阻塞，則液態(tài)金屬填充整個嘴。液態(tài)金屬經(jīng)由供料管(也由N17制成)從不銹鋼儲器70供給，該儲器70距EM邊緣屏障足夠遠，以便不影響磁場的分布。整個供料系統(tǒng)用插入在每個部分中的機加工孔中的筒式加熱器72來預熱。由于N17是有效的絕緣體并且具有低的熱質(zhì)量，因此供料嘴62和供料管68使用低功率(每個部分中2×100W的加熱器，總共400W)，而儲器70具有更多的加熱器和更高的功率以補償更多的被傳導走的熱(6個加熱器，總共1400W)。通過改變預熱溫度和/或時間，或通過改變澆注時液態(tài)鋁的過熱，可以改變液態(tài)鋁在其輸送到鑄軋機時的溫度。

液體鋁的金屬靜壓力，其與來自EM邊緣屏障的所施加的磁性壓力平衡，由儲器中的液態(tài)金屬表面的高度設(shè)定(具有小流量和低粘度，供料管中的壓力損失被忽略)。OptoNCDT-1302激光距離傳感器74用于測量壓頭，并且可以通過在鑄造期間改變澆注速率來手動控制該頭部。附圖標記76表示儲器中的液態(tài)金屬表面的高度變化。

使用EM邊緣屏障概念的先前測試的建議是在1-3kHz的較低頻率下操作，以便提高輥縫處的場強度。由于沒有合適規(guī)格的現(xiàn)成解決方案，制造了定制電源。這包括一起產(chǎn)生正弦輸出電壓的信號發(fā)生器和工業(yè)放大器。放大器90是AE Techron 7700(最大75Vrms，1.2kHz)。電感器(EM邊緣壩)和電容器的并聯(lián)諧振組合放大信號，以向EM邊緣屏障提供高電流。電容器92是并聯(lián)的12×47μF，提供564μF的總電容。由電感器94和電阻器96示意性表示的EM邊緣屏障具有24μH的電感和20mΩ的電阻。圖7給出了電路圖。電感和電容的值選擇成在大約1.2kHz諧振。

這些實驗的目的是證明和量化變化寬度的EM邊緣屏障的操作，以確定哪些參數(shù)或物理效應是重要的，并且檢查鑄造帶材的質(zhì)量。首先，調(diào)試試驗是必要的，以確定新設(shè)備用于可靠鑄造的最佳設(shè)定點。EM邊緣屏障首先作為靜態(tài)邊緣屏障被測試，旨在保持恒定的寬度，然后作為動態(tài)單元，旨在改變寬度。通過保持磁體靜止并接通和斷開，觀察寬度變化，，獲得EM邊緣屏障的階躍響應，然后在具有和不具有壓力頭的變化的情況下，通過橫向移動EM邊緣屏障，嘗試受控制的寬度變化。

用拉伸試驗和硬度測量來檢查鑄造片材的機械性能，并且樣品用于金相分析。

在COMSOL AC/DC模塊中創(chuàng)建了有限元模型，以計算輥之間的區(qū)域中的磁場的分布。該模型計算磁場如何與輥和代表性的鋁供料幾何形狀相互作用，包括趨膚效應，不包括來自導電金屬內(nèi)部的磁場。該模型假設(shè)了用于自由鋁表面的形狀，而不是解決磁場分布和流體壓力/表面張力的耦合問題。其之前通過在McBrien和Allwood(2013)描述的實驗中對雙輥鑄軋機的實物模型部分進行的測量得到證實，并且在這里用于解釋觀察到的對鋁運動的影響。

從使用TRC的所建立的成功鑄造試驗開始，發(fā)現(xiàn)表1中給出的鑄造參數(shù)提供了可靠的鑄造帶材，在供料嘴中沒有破裂或過早固化。為了避免粘結(jié)，所選擇的合金具有2.5wt％的Mg含量，并且在鑄造之前用石墨潤滑劑對輥進行噴涂。該合金由純鋁和鎂預先制備，混合并在澆鑄之前允許其均質(zhì)化1小時，并且通過就在澆注之前撇去表面而除去氧化物。

表1-鑄造參數(shù)

在供料嘴中進行的溫度測量表明熱損失高于預期，因此使用40℃的澆注過熱來補償。預熱溫度在筒式加熱器的能力的極限上，但是使用足夠的預熱時間，可以達到穩(wěn)定狀態(tài)。

輥速度設(shè)定為1rpm，并且在3mm的標稱輥間隙下以18mm/s的線性鑄造速度生產(chǎn)厚度為4-5mm的帶材。這表明固化點從輥縫處充分偏移以確保鑄造不無液體中斷的傾向。使用為供料嘴的部分的機械邊緣屏障，生產(chǎn)寬度為130mm的帶材且通常觀察到一些邊緣裂紋。

該EM邊緣屏障初始地獨立于供料系統(tǒng)被測試。其操作的限制是在放大器過熱并跳閘之前可以保持輸出信號多長時間。以170A輸出(等于施加到8轉(zhuǎn)EM邊緣屏障的1400At)和1.2kHz的3分鐘的操作是可能的。在朝向輥縫突出的芯部的中心線上的點處進行通量密度測量，并且與FEA結(jié)果一起，在圖8中在來自定制電源單元的磁場和先前使用的較高頻率之間進行比較。由于頻率較低，磁場在輥之間傳送得更遠，因此磁場在最終固化發(fā)生的區(qū)域中更強。測量的磁通密度表明磁壓力從供料嘴出口處的6mmAl到靠近EM邊緣屏障的多達15mmAl。由于磁場線傾向于圍繞鋁邊緣聚集，因此這些值在鋁的存在下增大。

通過使用更強大的放大器或并聯(lián)的兩個放大器來提高輸出，從而產(chǎn)生更強的磁場是可能的。從對較高頻率電源的先前經(jīng)驗來看，限制是芯部中的熱產(chǎn)生或芯部材料的飽和?？紤]到這些，使用增加的放大器功率，基于上述公式(1)，磁場強度可以增加兩倍，因此壓力將是四倍大。

通過保持在供料嘴的中心線處并用于鑄軋機械邊緣屏障的寬度的大約一半的片材EM邊緣屏障得到證明。在這些試驗中，在接通EM邊緣屏障之前澆注金屬，所以隨著金屬耗盡，壓頭降低。觀察到寬度的逐漸減小，如圖9中所示，并用于通過在圖10中繪制寬度對壓頭的曲線推斷EM邊緣屏障的剛度，圖10示出了用于兩個單獨的鑄造運行的數(shù)據(jù)。剛度是每兩個鑄件的壓頭中的每毫米變化的約2.1-2.7mm的寬度變化，給出了使用EM邊緣屏障以恒定寬度鑄造所需的壓力控制的精度的指示。曲線還表明，對于相同的所施加的電流、壓頭以及鑄造條件，帶材寬度變化10mm，表明EM邊緣屏障的響應不是完全可重復的。

在保持EM邊緣屏障靜止的同時，此外使中心與供料嘴的中心對齊，通過接通和斷開開關(guān)電流來測量EM邊緣屏障的階躍響應。產(chǎn)生的帶材示出在圖11中。接通EM邊緣屏障導致在寬度上從130mm到大約75mm的初始的減小，并且在穩(wěn)定下來之前有輕微的反彈。在所有豎直后緣上可以觀察到“尾部”特征。當切斷EM邊緣屏障時，寬度回到130mm，在一些情況下，具有超過供料嘴的短暫溢出。在接通電源和觀察到的寬度減小之間存在約5s的延遲，但是當切斷EM邊緣屏障時，響應立即發(fā)生。這表明使寬度增加和減小的機制是不同的，并且在下面的討論中進一步探討。

最后一組鑄造試驗使用移動的EM邊緣屏障進行，目的是將寬度從90mm改變?yōu)?30mm，并且通過以2mm/s的速度的斜坡運動復原。獲得的最準確的結(jié)果如圖12中所示。目標寬度由EM邊緣屏障的運動來計算，而實際寬度經(jīng)由在鑄造帶材上的直接測量獲得。還給出的是用激光器測量的壓頭的測量。在通過改變澆注速率而具有壓頭的一些手動擾動的情況下，片材寬度遵循與目標相同的形狀。對于EM邊緣屏障的40mm移動，帶材在寬度上的變化為大約30mm。再次，在磁體的作用和片材寬度的減小之間存在觀察到的延遲，而增加寬度幾乎是瞬時的。

在EM邊緣屏障有效的情況下，在邊緣開裂方面或帶材表面的可見的情況中不存在可察覺的變化。在EM邊緣屏障有效以及無效的情況下，從帶材獲取拉伸試樣并根據(jù)ASTM B557-06進行測試，其中所獲得的機械性能繪制在圖13中。結(jié)果表明，當施加磁場時，鑄造帶材的強度和延展性都增加。然而，在使用EM邊緣屏障的情況下，結(jié)果的擴展更大，并且對于最壞情況的試樣，在失效表面中存在可見的腔，表明EM邊緣屏障的效果是不穩(wěn)定的。圖13中的結(jié)果來自縱向樣品-橫向樣品也被測試且沒有發(fā)現(xiàn)性能上的差異。

還在接通或不接通EM邊緣屏障的情況下橫跨帶材的頂表面的寬度在三個點處進行硬度測量。圖14示出了橫跨寬度的平均值和針對正常帶材和EM邊緣屏障的總平均值。鋁的平均硬度從53HV增加到59HV，然而從圖14的曲線我們可以看到，如同拉伸測試一樣，這些值比“正?！睅Р木哂休^大的變化。橫跨寬度在硬度上沒有顯著差異，表明EM邊緣屏障在距邊緣60mm的距離處具有一些效果。

為了解釋機械性能的明顯改進，從樣品中獲取顯微照片，將帶材的正常微觀結(jié)構(gòu)與在施加磁場的情況下的微觀結(jié)構(gòu)進行比較。切割、安裝和拋光樣品，然后在Barker溶液中在20V下電解蝕刻30秒，其中樣品作為陽極，不銹鋼罐作為陰極。在偏振光下用著色板拍攝圖像。

圖15(a)和圖15(b)是分別穿過正常鑄件和EM鑄件的厚度檢查微觀結(jié)構(gòu)的縱向視圖(注意，樣品之間在厚度上存在差異；這是由于當帶材較窄時鑄軋機的偏轉(zhuǎn)減小)。兩個微觀結(jié)構(gòu)顯示有在與輥接觸的表面處的細晶粒尺寸和非常高的局部冷卻速率，以及在最終固化點處的從底表面向上約2/3的厚度的中心線偏析。然而，盡管正常帶材具有遍布的大的樹枝狀晶粒，但是EM帶材在帶材的頂部部分中顯示出顯著的晶粒細化和更圓的“玫瑰狀”晶粒形狀。底部的第三區(qū)段似乎不受場的作用的影響。

圖15還示出了將正常帶材的邊緣(圖15(c))與距EM邊緣屏障最近(d)和最遠(e)邊緣處的EM帶材比較的橫向視圖。再次，可以看到晶粒細化，但是遠離EM屏障越遠晶粒細化程度則較小，表明橫跨帶材的寬度的不均勻影響。

鑄造試驗的結(jié)果已經(jīng)證明了對帶材寬度的有希望的控制和鑄造帶材的性質(zhì)的有趣變化。在該部分中，討論了這些結(jié)果的影響。

總的來說，新的供料系統(tǒng)設(shè)計和預熱方法如預期地工作，沒有金屬過早凍結(jié)的問題，并且獲得了具有合理邊緣質(zhì)量的固體帶材。供料的不對稱性不會導致關(guān)于鑄造的問題。然而，有理由相信鑄造操作不一致足以干擾EM邊緣屏障的性能。圖16示出了針對用EM邊緣屏障的不同試驗中獲得的一系列點的范圍的寬度對厚度的曲線圖，其中基于試驗是否成功來著色點(綠色，指示由EM邊緣屏障的作用控制的寬度上的變化)，不成功(紅色，寬度上沒有變化)，或者其間的某處(琥珀色，其中寬度改變，但是并不與EM邊緣屏障的動作直接相關(guān))。

存在一個總體趨勢，其中對于更成功的試驗而言，在給定寬度處的厚度更大。寬度和厚度之間的比由鑄軋機的剛度，其是恒定的，以及通過促使輥分開的固化殼層的生長來確定。較厚的鑄造片材可以歸因于較早的固化，更靠近EM邊緣屏障——在這種情況下，磁場更強，因此預期試驗變得更成功。改變輥速度以試著直接測試該理論，并且結(jié)果一致。在鑄件11和12中，使用較慢的輥速度以引起較早的固化，導致如所預期的更大的厚度。

因此，在本工作中所使用的機構(gòu)中的鑄軋機和供料系統(tǒng)的組合不足以重復以適當?shù)毓铝ψ罱K固化點的位置非常敏感的EM邊緣屏障的性能。推測這可能是由于當鋁離開供料嘴時鋁溫度的變化或者輥速度的變化。

最大約束壓力為15mmAl(來自圖10)，顯著大于供料嘴出口處的磁壓力(圖8)，甚至在考慮由于鋁的存在而引起的場強增強時。鋁不會泄漏出來，因此一定有輔助約束帶材邊緣的額外的因素。

磁場的物理效應是將磁壓力施加到鋁邊緣的表面。該壓力必須與流體壓力、表面張力以及在動態(tài)情況下的慣性和粘度平衡。在三個維度上，問題是復雜的——液態(tài)鋁的邊緣形成自由表面，該自由表面可以改變供料嘴中的輪廓中的形狀，以及改變沿著邊緣的截面中的形狀。磁場的分布和強度耦合到該形狀，并且表面張力的貢獻根據(jù)與供料嘴的固定幾何形狀和移動的固體殼層的接觸角而變化。

在圖17中提出了簡單的二維近似，圖17示出了橫向于鑄造方向(即，鑄造方向進入到頁面的平面中)的切片。假設(shè)在平面外沒有變化，并且液態(tài)金屬被約束在具有凸度104的間隔h的兩個固體殼層100、102之間，以在液體和表面張力γ起作用的固體表面之間形成一定的接觸角α。磁場106在輥之間被豎直地傳送，并且由于趨膚效應而被約束在鋁的表面。磁場施加磁壓力Pm，其用于排斥帶材。最后，存在來自儲器中的壓頭的內(nèi)部流體壓力Pf，其用于將液態(tài)鋁從自由邊緣朝外推出，以及潛在地分別來自慣性和粘性阻力Fi和Fv的貢獻，兩者都與液態(tài)鋁的運動相反。

現(xiàn)在考慮用移動EM邊緣屏障控制寬度的影響，力的平衡根據(jù)磁體運動而變化，并且存在三種不同的狀態(tài)：

·恒定寬度，其中慣性和粘性力為零，并且表面張力與磁壓力一起工作以約束液態(tài)鋁

·增加寬度——流體壓頭克服表面張力、慣性和粘度，并且磁場的作用是控制最終寬度

·減小寬度——最具挑戰(zhàn)性的情況，其中磁場朝內(nèi)推動邊緣并且必須克服壓頭、慣性和粘度以及代替表面張力對約束的貢獻

顯然，最大的挑戰(zhàn)是減小帶材的寬度，如在鑄造試驗期間的這種情況下的響應延遲所證實的。

對于恒定寬度的情況，其中慣性和粘性力為零，在公式(2)中給出水平力平衡：

_Pmh+2γsinα＝P_fh 公式(2)

使用公式(2)，我們可以確定表面張力在通過圖18的曲線幫助具有液槽中的液態(tài)金屬約束的EM邊緣屏障方面是如何起重要作用的。當固體殼層生長時，更靠近輥縫的固體殼層的間隔h變得更小，并因此水平力平衡中的表面張力的作用增加。在剛剛形成的固體殼層之間存在h＝6mm的分離的供料嘴出口處，表面張力可以保持高達4mmAl的壓頭。這增加直到最終固化點，例如在固化之前5mm，20mmAl的壓頭可以僅通過表面張力來保持。

如果表面張力對于靜態(tài)約束是重要的，則其中寬度是變化的任何情況都需要克服表面張力以及壓頭、慣性和粘度。由于通過移動EM邊緣屏障或降低EM邊緣屏障的功率可以降低磁場的強度，并且如果必要，增加壓頭以克服表面張力，因此增加寬度是相對簡單的。這就解釋了為什么在增加片材寬度時沒有觀察到延遲。

為了減小寬度，磁場必須將液體彎液面推回到供料嘴內(nèi)部并且保持固體殼層之間的約束。對于給出小的表面厚度的頻率，則固體殼層將主要用于阻擋來自已經(jīng)開始固化的區(qū)域的場。因此，寬度變化必須在供料嘴內(nèi)開始，并且將不可避免地存在延遲，其取決于固化長度和輥的速度。在使用移動的EM邊緣屏障(圖12)和靜態(tài)、切斷的EM邊緣屏障兩者的試驗中觀察到延遲。偏移為43mm且輥表面速度為18mm/s，產(chǎn)生2.4s的延遲。這比觀察到的延遲(5-10s)短，所以其它因素一定在發(fā)揮作用。

在供料嘴內(nèi)，兩個效應抵抗液態(tài)金屬的運動。首先，表面張力將用于試圖保持最小自由表面區(qū)域，該最小自由表面區(qū)域?qū)⒂脧墓腆w殼層到供料嘴的后部的直邊緣獲得。其次，必須克服液態(tài)鋁的慣性和供料嘴的壁上的粘性阻力。沒有一個鑄造試驗給出表面張力的影響的明顯證據(jù)，并且計算慣性力將取決于流體在供料嘴內(nèi)部如何流動。作為近似，我們可以說，如果流出鑄軋機的質(zhì)量(其隨著寬度線性地變化，如果厚度和片材速度是固定的話)遠大于改變寬度的橫向質(zhì)量流，則只有小體積的金屬需要受到EM邊緣屏障的影響，且慣性只有很小的影響。如果橫向質(zhì)量流大(對應于快速的寬度變化)，則由于質(zhì)量守恒定律，金屬必須被推回到儲器中并且慣性力大。

現(xiàn)在我們考慮通過接通和切斷靜態(tài)EM邊緣屏障改變寬度。顯示了在減小和增加寬度上的非常快速的變化的帶材的階躍響應意味著存在用于控制帶材寬度的另外的機制。不是用于移動帶材的邊緣，而是當EM邊緣屏障接通時，它將已經(jīng)在供料管中的流分開。圖19示出了在使用切換的、靜止的EM邊緣屏障的鑄造試驗中產(chǎn)生的特征圖案，以及該圖案隨著鑄造的持續(xù)時間如何變化。由于場在帶材的中間產(chǎn)生，所以它在供料嘴中將金屬在中心線處有效地分成兩部分。在圖19中的底部上的固定邊緣具有鋁的連續(xù)供料，而到頂部邊緣的供料被磁場阻擋。其余的鋁從該頂部邊緣作為尾部固化，然后快速流出，留下大約一半寬度的帶材。

當EM邊緣屏障切斷時，在產(chǎn)生標準130mm帶材之前，短暫地發(fā)生超過由機械邊緣屏障設(shè)定的孔的溢出。在沒有由已經(jīng)固化的帶材提供的阻塞的情況下，液態(tài)金屬最初可以流動超出供料嘴的寬度，但是如果這種液態(tài)金屬固化而沒有從鑄軋機完全泄漏，則形成固體屏障，并且情況迅速轉(zhuǎn)變從而產(chǎn)生穩(wěn)定的鑄件。當壓頭較小并且金屬將已經(jīng)冷卻時，溢出效應變得更小，并且然后在鑄件中消失，這表明可以通過適當控制這些參數(shù)來防止溢出。

在所有的情況中，在接通EM邊緣屏障之后發(fā)生寬度的單振蕩。過沖(overshoot)和最終穩(wěn)定下來的寬度隨著鑄造時間而變化，并且由于儲器的溫度低于澆注的鋁，因此供料溫度的變化是這種變化的最可能的原因，并且存在觀察到的共同的趨勢。最高的供料溫度產(chǎn)生最大的過沖和最寬的帶材，并且隨著溫度降低，過沖和寬度減小到它們最終步驟的最小值。供料溫度影響固化輪廓，再次顯示固化點的位置在確定EM邊緣屏障的性能方面的重要性。

場的分布根據(jù)液態(tài)鋁填充供料嘴的程度而變化，其中金屬表面上的磁壓相對于帶材寬度的曲線圖在圖20中作出。這些值是根據(jù)有限元模型計算的，假設(shè)液態(tài)鋁具有完全填充供料嘴直到帶材的寬度的形狀，并且假設(shè)自由邊緣平行于澆鑄方向——這兩個在實踐中不太可能是真實的，因此只能從這些結(jié)果作出定性結(jié)論。結(jié)果表明，對于寬帶材，自由邊緣上的磁壓力是弱的，在自由邊緣與EM邊緣屏障位置對齊的位置增加到最大，然后再次減小。這可以解釋為什么在階躍響應中觀察到回彈和穩(wěn)定下來的效應——金屬首先響應緩慢，因為場弱，朝向較小的寬度加速并且過沖，并且然后因為場更弱，它反彈到與EM邊緣屏障相一致的平衡位置。假設(shè)該機制是正確的，則可以用控制EM邊緣屏障電流和壓頭來改善階躍響應的精度以抑制該振蕩。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)向鑄造帶材的質(zhì)量，注意到，帶材應當滿足或超過對正常片材的要求，以便用于制造產(chǎn)品。實際上，這意味著由于預期修整，EM邊緣屏障可能產(chǎn)生質(zhì)量差的邊緣，但是片材的表面質(zhì)量必須良好，并且片材的機械特性必須超過規(guī)格，并且理想地遍布板材是一致的。在邊緣裂紋或表面質(zhì)量方面沒有可辨別的變化，但是由于微觀結(jié)構(gòu)的變化而改善了機械性能。

這種變化歸因于EM邊緣屏障的攪拌運動。這種產(chǎn)生攪拌運動的機制在圖21中提出。磁場102從邊緣屏障100朝向輥縫B減弱，并且該梯度沿著平行于鑄造方向的邊緣建立流體流動。通過質(zhì)量守恒，液態(tài)金屬必須再循環(huán)104，在液-固界面處產(chǎn)生液態(tài)鋁的橫向流動。反而該橫向流動中斷樹枝狀生長，分布潛在的成核位點，并產(chǎn)生觀察到的特征性玫瑰狀結(jié)構(gòu)。沒有與添加晶粒細化劑進行比較，但是看起來EM邊緣屏障將至少實現(xiàn)與通常鑄造片材的機械性能同等。

圖15的顯微照片顯示微觀結(jié)構(gòu)細化主要發(fā)生在帶材的上半部分，其中底部三分之一的厚度顯示出與正常帶材相比很少的改變。這可能是由于熱傳遞的差異以及因此帶材的固化速率的差異——由于中心線偏析被發(fā)現(xiàn)更接近帶材的頂部表面，清楚的是固體殼層在底部輥上比在頂部上更快地生長，留下用于攪拌的更少的時間以影響微觀結(jié)構(gòu)。固化速率的差異可以歸因于供料嘴的設(shè)置的細節(jié)以及液態(tài)金屬和輥之間的接觸壓力的差異。供料嘴相對于鑄軋機的底部輥固定，并且液態(tài)金屬和該底部輥之間的接觸將直接位于供料嘴的出口處，而上部輥朝上偏轉(zhuǎn)1-2mm，導致初始接觸的延遲。由于壓頭與片材的厚度具有相同的數(shù)量級，接觸壓力也變化，使得頂部表面接觸壓力低至底部表面的一半，導致熱傳遞系數(shù)降低，并因此使固化更慢。

另外的點涉及帶材的機械特性。它們是相對不一致的，因為，不是從EM控制帶材取得的所有樣品都具有超過正常帶材的改進。這表明，對所產(chǎn)生的攪拌流存在不穩(wěn)定的因素，這可能需要進一步的工作，假定期望改善機械特性，而不僅僅是提高產(chǎn)率(這項工作的主要焦點)。

在該部分的結(jié)論中，盡管沒有使得該方法準備好供實踐中使用所需的控制程度，但是已經(jīng)成功地證明了所提出的EM邊緣屏障設(shè)計在雙輥鑄造中比任何先前的嘗試更快地改變寬度。使用EM邊緣屏障的鑄造試驗已經(jīng)確定了兩種改變寬度的方法——隨著片材寬度上的同時變化橫向移動EM邊緣屏障，或者通過接通和求單靜態(tài)EM邊緣屏障，其分開流并且產(chǎn)生寬度上的離散的階躍變化。

切換的靜態(tài)EM邊緣屏障產(chǎn)生更快的寬度變化，但是兩種方法都使用另外的控制來改進。特別地，由于EM邊緣屏障性能對固化輪廓的敏感性，鑄造工藝必須進一步穩(wěn)定，并且壓頭連同EM邊緣屏障位置和電流的直接控制對于實現(xiàn)精確的幾何形狀和更快的寬度變化是必要的。

除了示出在這些鑄造試驗中的一個邊緣的移動，第二EM邊緣屏障可以以類似的方式用于控制相對的邊緣。電磁體也可以圍繞供料嘴中心地定位，并且在對金屬供料的方式進行一些修改的情況下，用于鑄造孔，這將賦予在鑄造片材中的任何輪廓的靈活性，實現(xiàn)產(chǎn)率損失的最大可能的降低。因為仍然存在邊緣裂紋，需要進行一些修整，并且產(chǎn)率不會是100％，但是在高度不規(guī)則的產(chǎn)品中，改進仍將是相當大的。特別合適的目標應用將是車身板，雖然這將需要雙輥鑄造工藝的一些發(fā)展以提高鑄造片材的質(zhì)量。

可以改進這里公開的鑄造程序以更精確地控制固化點，并且可以使用更寬的雙輥鑄軋機來提供更大的寬度變化?？梢酝ㄟ^利用更強大的電源(例如，使用并聯(lián)的多個放大器)增加輸出來改善EM邊緣堤屏障。這些改變提供了更穩(wěn)定的基礎(chǔ)，根據(jù)該基礎(chǔ)構(gòu)建控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)將EM邊緣屏障電流和位置與儲器中的壓頭的控制相連，以便鑄造精確的寬度幾何形狀。對于恒定寬度和變化寬度的兩種情況，已經(jīng)顯示出了對該控制的需要。

圖22示出不具有鑄造輥或EM邊緣屏障的鑄造系統(tǒng)的示意性透視圖。供料嘴62如前圖所示，熔融金屬通過來自熔融金屬儲器70的加熱管道68提供到供料嘴。在該實施方案中，熔融金屬儲器的位置相對于供料嘴是固定的。儲器中熔融金屬的水平由兩個因素確定。首先，由儲器中熔融金屬的量。其次，由排開主體110侵入儲器中的熔融金屬的程度。如將被清楚地理解的，圖22中的排開主體朝下移動至熔融金屬中將使一些熔融金屬朝上排開。這使儲器中的熔融金屬的水平上升并增加供料嘴中的熔融金屬的靜態(tài)壓力。這示出在圖23和圖24中，示意性地示出了由于排開主體在熔融金屬中的最大浸入，以及儲器中熔融金屬在供料嘴62的水平之上的從而發(fā)生的高度h而導致的熔融金屬供料嘴中的靜壓力的增加。

熔融金屬供料壓力的控制和EM邊緣屏障之間的相互作用被示出在圖25-27中。

鑄造帶材邊緣的位置的控制取決于液態(tài)金屬中的流體壓力，液態(tài)金屬邊緣上的表面張力以及由EM邊緣屏障施加在金屬邊緣上的磁壓力的平衡。如上所討論的，液態(tài)金屬壓力可以通過改變儲器中的金屬與供料嘴(稱為壓頭)的高度相比的高度來控制，并且磁壓力由施加到EM邊緣屏障的電流及EM邊緣屏障相對于液態(tài)金屬邊緣的位置控制。

上述實驗工作表明，這些因素的聯(lián)動控制對于在使用適當?shù)目刂茖崿F(xiàn)寬度的快速變化方面是重要的。圖25-27示出EM邊緣屏障位置和壓頭可以如何被調(diào)節(jié)以便實現(xiàn)寬度的期望的變化。應注意，這種方法最適合于在片材的相對的邊緣通過在鑄造帶材的相對側(cè)處的EM屏障對稱地移動的情況下的寬度的變化。這種方法也可以在產(chǎn)品幾何形狀需要不對稱運動的情況下使用，然而，存在帶材寬度控制的精度相應降低。

在圖25-27中，視圖是穿過裝置中的熔融金屬的示意性橫截面。然而，應注意，在這里為了方便起見，儲器120和管道122被示出為與穿過帶材124的橫向方向?qū)R，該橫向方向與EM屏障126可移動的方向相同。在實踐中，儲器和管道如圖22中所示被定位，其中EM屏障可以在與熔融金屬沿管道從儲器到供料嘴的流動方向正交的方向上移動。

圖25示出穩(wěn)定狀態(tài)的布置，其中，目的是鑄造恒定寬度的帶材。熔融金屬被保持在儲器中的期望的基準水平D處(根據(jù)需要將另外的熔融金屬添加到儲器中以將熔融金屬保持在基準水平處和/或?qū)⑴砰_主體插入到熔融金屬中以將熔融金屬維持在該基準水平，以在鑄造期間補償來自儲器的熔融金屬損失)。EM邊緣屏障126以恒定的線圈電流保持在期望的位置處。

圖26示出增加鑄造帶材的寬度期間的布置。儲器120中的熔融金屬的水平通過排開主體的合適的排開而增加。EM邊緣屏障126在增加寬度的方向上移動。同時，線圈電流可以減小。供料嘴處的熔融金屬壓力的增加有助于填充通過EM邊緣屏障的移動而可用的另外的區(qū)域。

圖27示出減小鑄造帶材的寬度期間的布置。儲器120中的熔融金屬的水平通過排開主體的合適的排開降低。EM邊緣屏障126在減小寬度的方向上移動。同時，線圈電流可以增大。由EM邊緣屏障提供的壓力用于將熔融金屬推入到更有限的區(qū)域中，并且熔融金屬壓力的降低減小了對其的阻力。

在上面描述的實施方案中，EM邊緣屏障通過電磁體的物理移動來移動。在示出在圖28中的可選的實施方案中，提供靜態(tài)EM屏障200、202、204、206陣列。在該實施方案中，根據(jù)哪些EM屏障被接通，從而界定EM邊緣屏障的位置來選擇鑄造帶材208的寬度。該示出的實施方案示出了供料嘴210的一側(cè)處的四個EM邊緣屏障。對于商業(yè)規(guī)模的TRC裝置，帶材的最大寬度可以高達2000mm，這為許多EM屏障提供了空間，并且因此通過EM屏障的適當?shù)慕油?切斷控制允許相對精細地控制帶材的寬度。EM屏障可以完全橫跨供料嘴的寬度設(shè)置，或者可以設(shè)置在期望的位置處(例如，朝向一個或兩個邊緣)。

考慮圖28的實施方案，圖28允許本發(fā)明人認識到本發(fā)明不必限于控制鑄造帶材的寬度的位置。當在屏障的任一側(cè)上存在熔融金屬時，EM屏障的操作迫使熔融金屬分開。通過這種方式，EM屏障用作分流器以使熔融金屬向遠離磁場。對于適當高的磁場強度，該影響將形成穿過熔融金屬供料的孔，并且因此在鑄造帶材中形成相應的孔。此外切斷EM場允許熔融金屬回流到之前被逐出的地方，從而封閉孔的尾端。然而，盡管EM屏障可以提供用于實現(xiàn)本發(fā)明的特別合適的機構(gòu)，但是鑄造帶材內(nèi)的孔形成的這種概念并不限于使用EM屏障?？梢允褂冒C械分流器的可選的分流器。

為了在直接鑄造產(chǎn)品時實現(xiàn)最小產(chǎn)率損失，除了具有不規(guī)則寬度的圖案之外或者作為具有不規(guī)則寬度圖案的替代，容易想到將受益于最初被鑄造為具有設(shè)置在其中的一個或多個孔的坯件的產(chǎn)品。例如，制造為單件的汽車門板需要不規(guī)則的寬度和用于約束窗戶的孔。EM邊緣屏障可以以類似于外邊緣的方式控制孔的內(nèi)邊緣的整體寬度。在這種情況下，有必要在EM屏障的兩側(cè)上提供液態(tài)金屬流。在這種情況下，EM屏障充當分流器而不是邊緣屏障。

在EM分流器的兩側(cè)上提供液態(tài)金屬流的合適的方法在圖29-31中提出。

圖29示出供料嘴300、鑄造帶材302以及EM分流器304的示意性平面視圖。通過經(jīng)由定位在EM分流器的任一側(cè)上的供料306、308獨立地將液態(tài)金屬提供到供料嘴中的不同位置，為分流器的每一側(cè)供給液態(tài)金屬?？?10通過EM分流器304的合適的操作產(chǎn)生。

圖30示出圖29的可選的實施方案，其中，導電管320在供料嘴300內(nèi)延伸并穿過由EM分流器304產(chǎn)生的磁場，以便大體上使液態(tài)金屬的流免受導電管內(nèi)的磁場。這允許液態(tài)金屬穿過導電管320，繞過EM分流器供給到EM分流器的另一側(cè)。圖31示出EM分流器304、EM場線322、供料嘴300、熔融金屬324以及導電管320的縱向橫截面圖。

通過打開EM分流器產(chǎn)生封閉孔，在鑄造片材時保持打開以產(chǎn)生所需的內(nèi)部開口，然后再次切斷，使得內(nèi)部邊緣可以重新結(jié)合以閉合該孔。

在圖29-31的實施方案中，可以使用EM分流器的各種布置。對于小的孔(例如，直徑達到約50mm的孔)，可以使用具有上面描述的用于EM邊緣屏障的形式的一個EM分流器其。該EM分流器可以是靜止的或可移動的，這取決于孔的所需位置和形狀。對于更大的孔，可以提供兩個EM分流器。這些分流器優(yōu)選地是可移動的。實際上，每一個提供內(nèi)部EM邊緣屏障?？蛇x地，可以提供靜態(tài)EM分流器的陣列，如關(guān)于圖28所描述的，這些分流器的接通-切斷控制允許控制孔的內(nèi)部邊緣的位置。通過在橫跨鑄軋機的寬度上重復上述布置一次或多次，可以橫跨片材的寬度產(chǎn)生多個孔。

考慮到上述鑄造帶材橫截面形狀關(guān)于鑄造帶材邊緣位置的控制的變化，當在鑄造帶材中形成孔時，控制和調(diào)節(jié)熔融金屬的壓力是有利的。

設(shè)想了這樣的實施方案，其中，鑄造帶材的一個或多個邊緣的位置由EM邊緣屏障控制，并且還提供EM分流器以便在鑄造期間在鑄造帶材中的期望位置處形成孔。

在鑄造期間使用分流器在熔融金屬中促進孔的形成是可能的。圖32示出穿過供料嘴300的示意性橫截面透視圖。提供隔板陣列340。這些隔板由非鐵磁性且優(yōu)選非導電性材料形成。例如，它們可以由陶瓷形成，例如與形成供料嘴的其余部分的材料相同的材料。它們的作用是迫使熔融金屬在它們周圍流動以便到達輥縫。來自EM分流器304的磁場可以比通過(導電)熔融金屬更容易地通過隔板。因此，磁場傾向于集中在最接近EM分流器的位置的多個隔板或隔板處。一旦產(chǎn)生適當高的EM場，則在EM場最高的隔板附近引發(fā)孔。通過適當?shù)乜刂艵M分流器該所引發(fā)的孔可以然后擴展或被移動，以用于隨后到來的熔融金屬。認為這種隔板的作用是允許EM場將熔融金屬推向側(cè)向，而不是側(cè)向和向前。

圖33示出圖32的可選的實施方案，其中，供料嘴的后內(nèi)面具有脊狀物的陣列350。這些脊狀物由與供料嘴的其余部分的材料相同的材料(即，陶瓷)形成。它們的效果類似于圖32的隔板的效果，允許通過適當控制EM分流器來引發(fā)孔。

盡管已經(jīng)結(jié)合上面描述的示例性實施方案描述了本發(fā)明，但是當給出本公開時，許多等同的改變和變化對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是明顯的。因此，上面闡明的本發(fā)明的示例性實施方案被認為是說明性的而非限制性的。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對所描述的實施方案進行各種改變。

以上提及和/或以下列出的所有參考文獻通過引用據(jù)此并入本文。

參考文獻列表

Cullen,J.M.&Allwood,J.M.,2013.Mapping the global flow of aluminum:from liquid aluminum to end-use goods.Environmental science&technology,47(7),3057–64頁。

Davidson,P.,2001.An introduction to magnetohydrodynamics First.,劍橋,英國:劍橋大學出版社，第12章第387-404頁。

Ferry,M.,2006.Direct strip casting of metals and alloys,劍橋:Woodhead出版有限公司，第3章第63-98頁和第4章第101-151頁。

Gale,W.F.,Smithells,C.J.&Totemeier,T.C.,2004.Smithells metals reference book,Butterworth-Heinemann，第20章。

Gerber,H.&Blazek,K.,2000.Twin-roll casting with an electromagnetic edge dam.Conference Record of the 2000IEEE Industry Applications Conference.Thirty-Fifth IAS Annual Meeting and World Conference on Industrial Applications of Electrical Energy(Cat.No.00CH37129)第2572-2577頁。

Li,B.,1998.Solidification processing of materials in magnetic fields.JOM,50(2)，第1-13頁。

Mao,D.,2003.The principle and technology of electromagnetic roll casting.Journal of Materials Processing Technology，138(1-3)，第605-609頁。

McBrien,M.&Allwood,J.,2013.Preliminary Design and Assessment of a Novel Electromagnetic Edge Dam for Aluminium Twin Roll Casting.Materials Science Forum,765，第87-91頁。

Milford,R.L.,Allwood,J.M.&Cullen,J.M.,2011.Assessing the potential of yield improvements,through process scrap reduction,for energy and CO2abatement in the steel and aluminium sectors.Resources,Conservation and Recycling，55(12)，第1185-1195頁。

Monaghan,D.et al.,1993.Microstructural defects in high productivity twin-roll casting of aluminium.Materials Science and Engineering:A,173(1-2),第251-254頁。

Romano,E.&Romanowski,C.,2009.Reinventing twin roll casting for the 21st century.在TMS Light metals 2009.

Smith,D.,Keles,O.&Dogan,N.,2004.Fata Hunter variable tip width adjustment system for aluminium sheet casting.在LIGHT METALS-WARRENDALE-PROCEEDINGS-.TMS,第719-722頁。

Vives,C.,1989.Electromagnetic refining of aluminum alloys by the CREM process:部分I.Working principle and metallurgical results.Metallurgical and Materials Transactions B,2013(OCTOBER 1989)，第623-629頁。

Whittington,K.et al.,1998.Strip edge containment and position control in twin roll aluminium casting by an electromagnetic method.在TMS Light Metals 1998.