一種連鑄設(shè)備的制造方法
【專利說明】一種連鑄設(shè)備
[0001]本發(fā)明是申請日為2009年5月27日、申請?zhí)枮?00910203110.7、名稱為“一種連鑄設(shè)備”的中國專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種連鑄設(shè)備，其包括模具、噴嘴和在模具上方圍繞噴嘴設(shè)置的電磁攪拌器，所述攪拌器包括繞噴嘴沿周向延伸的磁性材料制成的芯體和纏繞在所述芯體上的多個繞組。
[0003]本發(fā)明還涉及一種用于金屬鑄造的連鑄工藝，其中通過管狀噴嘴將金屬提供給模具，并且其中通過向管狀噴嘴施加電磁場來攪拌流過管狀噴嘴的金屬，所述電磁場是利用攪拌器產(chǎn)生的，攪拌器包括繞噴嘴沿周向延伸的磁性材料制成的芯體和纏繞在所述芯體上的多個繞組。
【背景技術(shù)】
[0004]金屬例如鐵基合金譬如鋼的連鑄是公知技術(shù)。在這樣的鑄造期間，所討論的合金的熔體被從中間罐通過管狀噴嘴倒入豎直地設(shè)置在中間罐下方的模具內(nèi)。
[0005]通常，為了多種目的而將氬氣在噴嘴上部噴入噴嘴內(nèi)的熔體中，其中一個目的是影響熔體通過噴嘴的流動特性并由此防止熔體堵塞噴嘴的內(nèi)部周邊。氬氣隨后和金屬一起離開噴嘴。但是，氬氣在進(jìn)入模具內(nèi)的熔體中時的動作使其可能會存留在熔體內(nèi)并構(gòu)成由模具內(nèi)的所述恪體連續(xù)成型的鑄還(strand)內(nèi)的夾雜物或下澄。
[0006]在氬氣噴射不存在時，金屬堵塞噴嘴的內(nèi)部周邊的趨勢會更加明顯。但是即使存在這樣的噴射氣體，也仍有一定可能會造成金屬堵塞。
[0007]為解決該問題，例如由W02005/002763公開的現(xiàn)有技術(shù)提出為了攪拌流過噴嘴的金屬而使用電磁攪拌器。W02005/002763中提出的攪拌器包括環(huán)形鐵芯，其具有沿徑向向內(nèi)朝向噴嘴延伸的磁極，以及纏繞在所述磁極上的繞組。利用所提出的攪拌器產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場將促使對噴嘴內(nèi)的熔體進(jìn)行攪拌。由于離心力將把更加稠密的金屬集中到熔體的徑向外周部分，因此氬氣就會更加集中到噴嘴內(nèi)的熔體中心。這樣又會導(dǎo)致更加集中的氬氣氣流離開噴嘴并有可能被引至殘留在模具內(nèi)的熔體的上表面。由此，由存留在熔體內(nèi)的氬氣造成的夾雜物或下渣就產(chǎn)生得更少。而且，熔體在噴嘴內(nèi)部周邊的螺旋狀流動路徑進(jìn)一步防止了堵塞。但是，金屬通過噴嘴的流速為高速，因此所提出的設(shè)計可能不足以在熔體內(nèi)感生足夠強(qiáng)的磁場以用于獲得完全滿意的結(jié)果。用于噴嘴周圍的磁極的空間由于噴嘴相對較小的直徑而受到限制，并且不言而喻的是，為了對熔體具有強(qiáng)作用，磁極應(yīng)該盡可能靠近熔體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的一個目的是提供一種如說明書開始部分限定的連鑄設(shè)備，其設(shè)計允許在流過噴嘴的熔體內(nèi)產(chǎn)生足夠強(qiáng)的電磁場以克服上述問題。
[0009]本發(fā)明的另一個目的是提供一種連鑄設(shè)備，其設(shè)計可以實現(xiàn)電功率到噴嘴內(nèi)的熔體所承受的攪拌力的有效轉(zhuǎn)換。
[0010]本發(fā)明的目的通過說明書開始部分限定的連鑄設(shè)備實現(xiàn)，其特征在于，所述繞組在沿芯體的周向看去時被纏繞在芯體的截面上。換句話說，芯體繞噴嘴沿周向延伸，而繞組也就是其電極相對于噴嘴的縱向軸線大致上沿徑向纏繞。由于這種設(shè)計不需要使用構(gòu)成伸向噴嘴的磁極的徑向齒(這樣的齒將會變得磁飽和以使它們會抑制在噴嘴內(nèi)的熔體中產(chǎn)生足夠強(qiáng)的磁場)，所以這種設(shè)計比現(xiàn)有技術(shù)中的設(shè)計更加有效。另外，本發(fā)明的設(shè)計將容許非常緊湊和有效的攪拌器。
[0011]根據(jù)一種實施方式，所述繞組大致覆蓋芯體的徑向內(nèi)部周邊。由此，即可達(dá)到可能的最佳效率。應(yīng)該理解，繞組的單根導(dǎo)線都被設(shè)有絕緣層，以防止不同電相位的繞組之間的電干擾或短路。
[0012]根據(jù)一種優(yōu)選的實施方式，繞組在噴嘴的直徑上對置的側(cè)上限定相反的磁極。由此，即可實現(xiàn)磁場直接穿過噴嘴內(nèi)的熔體中心。應(yīng)該理解，優(yōu)選實施方式包括六個繞組，構(gòu)成三對磁極，每對用于三相電力系統(tǒng)的一個相位。但是，本發(fā)明并不排除其他的設(shè)計。
[0013]根據(jù)進(jìn)一步的實施方式，構(gòu)成所述相反的磁極的繞組連接至交流電源，該交流電源向所述繞組供應(yīng)頻率至少為70Hz的交流電。由攪拌器在噴嘴內(nèi)的熔體上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩取決于向每個相位的磁極提供的頻率。一直到大約10Hz的某個確定頻率，轉(zhuǎn)矩都是增加的。因此優(yōu)選的是頻率應(yīng)高于50Hz或60Hz的額定電功率分布頻率。優(yōu)選地，構(gòu)成所述相反的磁極的繞組連接至向所述繞組供應(yīng)頻率至少為90Hz的交流電的交流電源。優(yōu)選地，該頻率低于120Hz，或者甚至低于110Hz。這些數(shù)值在磁場的轉(zhuǎn)速明顯高于通過噴嘴的熔體的流速并且噴嘴內(nèi)徑或噴嘴內(nèi)部周邊的相對部分之間的距離處于50-150mm的范圍內(nèi)的前提下是有效的。
[0014]根據(jù)優(yōu)選實施方式，鑄造設(shè)備包括中間罐，噴嘴由該中間罐延伸至模具，其中攪拌器具有與中間罐和模具之間的距離相對應(yīng)的沿縱向的長度。換句話說，為了容許盡可能高的效率，攪拌器被這樣設(shè)置以利用中間罐和模具之間的所有可用空間。
[0015]根據(jù)進(jìn)一步的實施方式，鑄造設(shè)備包括冷卻回路，該冷卻回路包括設(shè)置在攪拌器的內(nèi)部周邊和噴嘴的外部周邊之間的導(dǎo)電材料制成的多個冷卻元件，所述冷卻元件相對于噴嘴的縱向橫向地延伸并且在相鄰的冷卻元件之間沿所述縱向留有間隔。噴嘴內(nèi)的熔體具有比在模具內(nèi)時更高的高溫。因此，應(yīng)考慮從內(nèi)側(cè)冷卻攪拌器。為了防止在冷卻元件內(nèi)產(chǎn)生可能會嚴(yán)重影響在噴嘴內(nèi)的熔體中感生的電磁場強(qiáng)度的感應(yīng)電流，這些元件應(yīng)該被分隔開以使其在噴嘴的縱向也就是與電流流過冷卻元件附近的繞組的相同方向上是不連續(xù)的。
[0016]根據(jù)優(yōu)選實施方式，所述冷卻元件包括金屬管，冷卻液流過所述管。優(yōu)選地，管被互相連接并遵循圍繞噴嘴的至少一部分的曲折路徑。
[0017]優(yōu)選地，鑄造設(shè)備包括設(shè)置在相鄰的冷卻元件之間的所述間隔內(nèi)的至少一個電絕緣元件。這樣的絕緣元件將防止在相鄰的冷卻元件之間產(chǎn)生任何的短路。優(yōu)選地，電絕緣元件還可以是熱絕緣的，以防止攪拌器也就是繞組及其芯體過熱。
[0018]根據(jù)一種實施方式，鑄造設(shè)備包括設(shè)置在攪拌器外側(cè)的導(dǎo)電材料制成的護(hù)罩。這樣的護(hù)罩將會阻止磁場沿遠(yuǎn)離熔體的方向擴(kuò)展。由此，使得為實現(xiàn)對噴嘴內(nèi)的熔體的預(yù)定攪拌所需的能量也就是電功率更少，因為所用能量的更多部分實際上都將用于產(chǎn)生穿過熔體的磁場。
[0019]優(yōu)選地，所述護(hù)罩包括設(shè)置在攪拌器徑向外側(cè)上的至少一塊板。優(yōu)選地，所述板確定了圍繞攪拌器從其一端區(qū)域沿噴嘴的縱向連續(xù)地延伸至其另一端的側(cè)板。由此，在遠(yuǎn)離熔體的徑向上實現(xiàn)對磁場可能的最佳阻尼。該板的優(yōu)選材料是銅。
[0020]根據(jù)進(jìn)一步的實施方式，所述護(hù)罩包括靠近攪拌器的縱向端部并與所述縱向端部相對設(shè)置的至少一塊板。由于來自攪拌器的磁場也會試圖沿遠(yuǎn)離攪拌器的縱向擴(kuò)展，并且這樣的磁場部分不會對熔體的攪拌做出任何貢獻(xiàn)而只會導(dǎo)致更高的能耗，因此建議在攪拌器的縱向相對的兩端都設(shè)置阻尼板。類似于所有側(cè)板，這些端板都應(yīng)該用導(dǎo)電材料例如銅制成。
[0021]本發(fā)明的目的還可以通過說明書開始部分限定的連鑄工藝實現(xiàn)，其特征在于，所述繞組在沿芯體的周向看去時纏繞在芯體的截面上，并且向所述繞組供應(yīng)電流。應(yīng)該理解，根據(jù)本發(fā)明的工藝的優(yōu)選實施方式可以利用與這里提出的其任意的實施方式相一致的連鑄設(shè)備實現(xiàn)。
[0022]本發(fā)明其它特征和優(yōu)點將在以下對本發(fā)明連鑄設(shè)備的優(yōu)選實施方式的詳細(xì)說明中給出。
【附圖說明】
[0023]以下，將參照附圖通過例子的方式描述本發(fā)明的一種實施方式，在附圖中:
[0024]圖1是根據(jù)本發(fā)明的連鑄設(shè)備的側(cè)剖視圖，
[0025]圖2是根據(jù)本發(fā)明的電磁攪拌器的透視圖，
[0026]圖3是根據(jù)圖4中的II1-1II，在沿穿過圖2中所示的電磁攪拌器的一部分的周向看去時的剖視圖，和
[0027]圖4是圖2和圖3中所示的電磁攪拌器的一部分的俯視圖。
【具體實施方式】
[0028]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的連鑄設(shè)備I。連鑄設(shè)備I包括中間罐2、模具3、從中間罐2延伸至模具3的管狀噴嘴4和圍繞噴嘴4設(shè)置的電磁攪拌器5。鑄造設(shè)備I用于鑄造金屬，優(yōu)選地用于鑄造鐵基合金例如鋼。因此，熔融金屬被連續(xù)地從中間罐2通過噴嘴4供應(yīng)到模具3。恪融金屬以大于lm/s，優(yōu)選地在l_3m/s范圍內(nèi)的速度行進(jìn)通過噴嘴4，從中間罐2到模具3的距離小于lm，通常〈0.4m，或者甚至〈0.3m。因此，攪拌器5沿其縱向的高度受到所述元件的限制，并且可能低至〈0.3m。噴嘴4的寬度為50-150mm。這里，噴嘴4具有圓形的截面。圍繞模具3還設(shè)有電磁攪拌器6，其以本身公知的方式作用在模具內(nèi)的熔體上。增設(shè)的電磁攪拌器6對于這種類型的設(shè)備來說是公知的附件并因此僅在本文中簡要地提及。
[0029]模具3被設(shè)置成在鑄造過程期間執(zhí)行短距離的豎直往復(fù)動作。一段部分地固化的金屬(固化部分在圖1中用27表示，熔融部分用28表示)隨著鑄造過程的進(jìn)行連續(xù)地離開模具3中的下部開口。
[0030]圍繞噴嘴4設(shè)置的電磁攪拌器5包括大致為圓柱形的芯體7 (參見圖2-4