专利名称：连续铸造期间用电磁场控制金属流动的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种浇注金属的方法。本发明尤其是涉及在铸型中连续或半连续铸造用的方法，在此处在长形铸件的非凝固部分中的金属液流受至少一个在浇注期间对铸型内的熔融金属施加影响的静态或周期的低频磁场影响和控制。本发明还涉及执行本发明方法的装置。
背景技术：
在连续或半连续铸造过程中，一种金属熔化物被冷却并形成一个长形材。长形材根据其横截面尺寸的不同被称作条棒料、大方坯或扁坯。在浇注期间，一个热金属一次液流被供应到一个冷却后的铸型中，在那里金属冷却并且至少部分地凝固成一个长形材。被冷却和部分凝固的长形材离开铸型。在长形材离开铸型时它至少包括一个围绕着未凝固中心的机械自支承外壳。被冷却的铸型在其沿浇注方向的两端敞开，并且最好与用来支承铸型的装置、用来给铸型和支承装置供应冷却液的装置配合工作。被冷却的铸型最好包括四块型板，它们最好用铜或其他具有适当热传导率的材料制成。支承装置最好定向做出用来供应冷却液，通常为水的内部沟道，因此这样的支承梁通常称之为水梁。水梁围绕被冷却的铸型安置并与后者呈良好热接触状态，从而发生其支承和冷却铸型的双重功能。
热的一次金属液流或者通过一个浸没在熔化物中的喷嘴进行供应，即闭合浇注，或者通过一个自由放液的敞开浇注喷嘴进行供应，即敞开浇注。这两种相互替代的方法形成有区别的液流情况，并影响磁场如何施加和施加在何处。如果允许热的一次金属液流以不受控制的方式进入铸型，它会深深地透入浇注长形材，从而可能对质量和生产率产生不利影响。非金属颗粒和/或气体也可能被吸进和陷入凝固的长形材之中。不受控热金属液流还可能在长形铸件的内部结构中造成缺陷。深深地透入的金属液流也可能造成已凝固外壳的局部重熔，以致于熔化物将该外壳渗透到铸型表面下方，从而造成严重的障碍，需长时间停机进行修理。为了避免或者最小化这些问题并改善生产条件，可根据欧洲专利文件EP-AL-0 040 383施加一个或多个影响进入铸型的热金属一次液流的静态磁场，，从而制动进入液流并向上劈开该一次液流，并借此在长形材熔融部分内形成一个受控制的二次液流。磁场由包括一块或多块磁铁的一个磁制动器施加。最好是使用一个电磁装置，也就是说一个包括一个或多个线圈的装置，所谓线圈例如是一个围绕磁芯缠绕的多匝线圈。这种电磁制动装置被称作电磁制动器，即EMBR。
根据欧洲专利文件EP-B1-0 041 504的披露，在用浸没进入喷嘴进行浇注即闭合浇注期间磁场应在两个高度上施加影响，这两个高度沿着浇注方向一个在另一个后面。磁铁包括多个具有基本上覆盖整个长形铸件宽度的磁箍区域的极，并且第一高度被安排在浸没喷嘴出口孔上方，而一个第二高度就安排在其下方。EP-B1-0 401 504进一步指示，磁通量应根据浇注条件，也就是说长形材或铸型的尺寸和浇注速度选用。还应选用磁通量和通量分布，以便确保足够的热传送到弯液面，从而避免凝固，在此同时，在弯液面处的液流速度应加以限制和控制，以致于除去气体或来自熔化物的杂质不会有危险。在弯液面处的高的未加控制液流速度还可能造成铸型粉末被拉下进入熔化物中。在该文件中还建议，对于弯液面处的流速而言存在一个最佳范围，见所述文件的图9。在该文件中提议遍及整个铸型的磁通量密度应在浇注操作以前根据即将到来的浇注操作期间假定流行的特殊条件选用。为了做到这点，EP-B1-0 401 504建议一个机械的磁通量控制装置，该装置被安排来基本上沿着它们的轴线方向移动磁极以便改变在磁极之间的距离，所述磁极由一个配合对组成并安排成在铸型相对侧相互面对，见
图15和柱8、线34至50。然而这种机械式磁通量控制装置必需非常刚硬以便获得一个静态的磁通量密度，特别是在下述情况时是如此遭受在制动操作情况下的大磁性力，在此同时由于磁通量密度对于磁极之间的距离改变高度敏感，小量运动就能完成在磁通量变化方面的调节变化。这种机械式磁通量密度控制装置需要重规格材料、刚硬的结构以及在磁场方向小量运动的结合，因此制造困难、成本高。根据一个替代实施例，机械式磁通量密度控制装置由非磁性材料例如不锈钢部分替换的磁极构成，也就是说通过磁极轮廓的改变构成，借此在每次浇注前铸型内形成一种替代的磁通量模式。至于磁极轮廓，在另一些文件例如EP-A1-577831和WO92/12814中也讨论过类似的想法。专利文件WO96/26029也指示在另一些高度包括在铸型出口端下游或者刚好在该处的一个或多个高度上施加磁场，以便进一步改善对铸型中二次液流的控制。基于机械装置改变轮廓和/或运动磁极的这些类型的磁通量密度控制装置，必需用一种装置进行补充，所述装置固定磁芯或多个部分磁芯以便抵抗磁性力，并且因而打算用来预置磁通量密度和选用对于下一次浇注期间流行预测的浇注条件。因此利用这些磁通量密度控制装置在线调节磁通量密度需要高成本而且精心的发展工作。
根据欧洲专利文件EP-A1-0 707 909，对于一种连续铸造方法而言，在弯液面处的液流速度应设定在0.20-0.40m/sec范围内，在这种连续铸造方法中，通过一个能控制进入液流的喷嘴将一次液流供应到铸型中，并且施加一个在整个铸型宽度上具有基本均匀的磁通量密度分布的静态磁场，以便对铸型中的金属起作用。它进一步指示，在弯液面处的液流能通过设置几个参数保持在这个速度范围内，所述参数例如为—浸没喷嘴内一个或多个孔的角度；—一个或多个喷嘴孔在铸型内的位置；—磁场位置；以及—磁通量强度。
一个或多个喷嘴孔的角度和位置以及一个或多个磁场的位置在开始浇注之前确定和预置，而磁通量根据两种不同算法中的一种进行控制。所用算法的选择取决于磁场相对于一次液流的位置，也就是说，如果从一个或多个喷嘴孔流出的一次液流横过磁制动器场或者在碰撞侧壁之前不横过后者。算法只是建立在一个测定值基础上，这个值就是在不施加磁场时弯液面处的液流速度，也就是说在早期浇注时测定的历史值或者如果浇注开始时制动器关闭就可能是在浇注开始时的值。算法的其他数值都是预置的。所包含的数值是确实不变的铸型宽度和厚度，以及通过一个或多个喷嘴孔的熔融钢即一次液流的平均流速。因此根据这种方法磁通量密度实际上也是预置的，这是因为它只是建立在预先确定和预置参数的基础上，而且这种控制不考虑实际浇注条件或者说动态进行过程的任何变化，并且因此不能根据实际液流的变化在线调节磁通量密度。影响二次液流并且在浇注期间同样变化的参数和条件的实例是在一个或多个喷嘴孔处的钢水静压力，由于腐蚀和阻塞造成的喷嘴角度或者喷嘴尺寸，一次液流的过热状态也就是说它相对于熔点的温度，在弯液面处的冷却以及弯液面在铸型内的高度。由于浇注速度或其他分开控制的生产参数的变化，一次液流可能也必需被选用。
发明目的本发明的根本目的是提供一种连续铸造金属的方法，其中，在浇注期间铸型中的液流通过在线调节对金属施加影响的一个磁场的磁通量密度进行控制，以便制动和劈开进入的热金属液流并在铸型中形成一个受控二次液流流型。在线调节基本上遍及整个铸型并且根据此时在铸型中流行或者影响在铸型中条件的实际浇注条件或操纵参数，以便提供在生产率相同或得到改善的情况下生产缺陷最少的铸件产品。
由于弯液面处的液流对于除去从铸型粉末俘获的杂质和气体以及在铸型中流行的液流状态具有决定作用，本发明的另一个目的是在整个浇注期间用直接或间接方法监视在弯液面处的液流以及在在线调节磁通量密度情况下该液流中测出的任何变化，以便确保在铸件产品中捕获和累积非金属杂质、铸型粉末或气体最少。本发明的又一个目的是提供一实施本发明方法的装置。
通过对本发明和本发明最佳实施例的描述，将使本发明的其他优点更加明确。其中包括它在整个浇注期间当一个或多个参数改变时提供经过改进和受控液流流型的能力，借此在操纵参数、铸型尺寸、金属成分等的宽广范围内增加控制铸件产品凝固条件、除去来自铸件产品的非金属杂质、来自铸型的俘获物以及铸件产品中气体条件的能力，因此甚至在浇注期间这些参数的一个或多个由于任何理由而改变时，浇注条件也能基本上保持静态或者被调节到最佳范围内。
发明概述为了达到上述目的，本发明建议一种根据权利要求1前序部分的铸造方法，其特征为权利要求1特征部分的特征。在一种根据本发明的连续或半连续铸造方法中，热金属熔化物一次液流(P)被供应到一个铸型中，而且施加至少一个静态或周期低频磁场以便对铸型内的熔化物起作用。一个或多个磁场被安排来制动和劈开一次液流并且在长形铸件的未凝固部分形成一个受控的二次液流流型。为了获得符合需要的二次液流，根据浇注条件，调节磁场的磁通量密度。为了达到本发明的根本目的，在整个浇注期间监视二次液流，并将在受监视液流中测出的任何变化送入一个控制单元进行计算。然后根据这一计算调节磁通量密度，以便保持或调节受控二次液流。最好是在基本上整个浇注期间连续地测量铸型内至少一个特殊点的二次液流的流速。作为对于连续测量流速的替代，流速也能不连续地进行测量或者说在基本上整个浇注作业期间抽样。基于测出的液流中的任何变化，不管它是由连续测量还是由抽样测得，变化的信息被送入控制单元，在那里进行计算。然后根据这一计算结果调节磁通量密度。
一种实施用于金属连续或半连续铸造的本发明方法的装置，它包括一个用来成形长形铸件的铸型，用来将热金属熔化物一次液流供应到铸型的装置，以及用来施加至少一个作用在铸型内的金属上的磁场的磁装置，而且根据本发明，磁性装置与一个控制单元相联系。控制单元又与检测装置相联系，所述检测装置被用来监视铸型内的金属液流并测出在所述液流中的任何变化。在测出浇注条件或在液流中任何变化的情况下，变化信息被送入控制单元，而所述控制单元包括用来计算所述测出变化的计算装置以及根据在所述液流中测出变化的计算调节磁场磁通量密度的控制装置。
检测装置是用来直接或间接地测定热金属熔化物流速的任何已知传感器或装置，例如建立在涡流技术基础上或者包括一块永久磁铁的传感器，能用来监视例如狭窄侧面之一或弯液面的温度分布的温度传感器，以及一个用来探测和监督在铸型中一个熔化物表面即弯液面的水平高度和轮廓的高度传感装置。下文将更加详细地对适用的检测装置进行例示和描述。
控制单元包括一个最好呈电子装置形式的装置，所述电子装置带有用来处理浇注参数和来自检测装置的液流信息的算法、统计模型和多变量数据分析程序形式的软件，还包括一个用来根据所述处理结果调节磁通量密度的装置。根据本发明的一个实施例，控制系统被安排在一个中枢网络中，所述中枢网络包括用来监督和控制进一步步骤的电子装置以及与浇注操作相联系的装置。控制单元还包括用来调节磁制动器磁通量密度的装置。对于一个电磁制动器而言，这最好借助于控制送入电磁制动器的电磁铁内的线圈的安培数来完成。而这又借助于由一个来自控制单元的输出信号控制的任何电流限制装置来达到。对于连接到电压源的电磁铁而言作为替代，电压能被来自控制单元的输出信号控制，从而间接地控制在磁性线圈内的电流安培数。该控制单元在下文中将进一步举例说明。本发明的进一步发展用所附权利要求的特点来表征。
由于在铸型中流动条件可能变化，在一些情况下显示，在铸型的两个或更多位置监视液流并且还以下述方式施加磁场是符合需要的一个磁场的磁通量密度能根据在被施加磁场的铸型部分流行的液流，分开并且独立于任何其他磁场地调节。典型的情况是，对于一个具有两个宽侧面和一个位于铸型中央的导出液体点的一个扁坯铸型来说，至少一个磁回路被安排成施加至少一个磁场来对半个铸型起作用，也就是说，铸型沿着浇注方向劈成两个控制区域，每个控制区域包括半个铸型并且铸型被布置在包含宽侧边中心线的平面的每一侧。弯液面处的液流被直接或间接地从两个控制区域即两个半型进行测量，而且左控制区传感器与用来调节作用在左半铸型熔化物上的磁场磁通量密度的装置相联系，而右控制区传感器与用来调节作用在右半铸型熔化物上的磁场磁通量密度的装置相联系，当然，铸型能被分成任何数量和形状的区域，在此处至少一个传感器和至少一个磁通量调节装置与每个区域相联系。使用两个控制区域保证在铸型上部产生基本上对称的双圈液流，而且基本上消除产生非对称或者说不平衡液流的危险性，所述非对称液流例如在两个半型弯液面处的流速显示出明显的差别即所谓的偏置液流，或者甚至在极端情况下变形为一个不符需要的单圈液流，此时熔化物液流沿铸型侧面向上，跨过弯液面到达另一侧面，再向下并进一步在喷嘴孔高度或者刚好在喷嘴孔下游的高度向回跨过铸型。
根据一个实施例，在弯液面处的流速(Vm)被监视或抽样。在测出弯液面处流速(Vm)变化的情况下，这一变化信息被送入控制单元进行计算。根据这一计算结果用一种适当的方法调节磁通量密度以便或者保持二次液流流型，或者被视为适当的液流变化。根据一个最佳实施例，磁通量密度于是被控制以便保持或调节弯液面处的流速(Vm)到一个预定流速范围内。
根据一个替代实施例，在铸型狭窄侧面之一处的向上指向的二次液流(Vu)被监视或抽样，在测出该向上指向液流(Vu)流速情况下，这一信息被送入控制单元进行计算。根据这一计算结果调节磁通量密度以便保持或调节该向上指向液流(Vu)的流速，由于在弯液面处的液流(Vm)是该向上指向液流的函数，因而也保持或调节弯液面的液流(Vm)到一个预定的流速范围内。这个流速范围将随浇注速度、喷嘴几何形状、喷嘴浸没深度、排除气体时的气流、过热状态以及铸型尺寸而变化，但是对于使用带侧孔浸没进入喷嘴的铸造扁坯来说，适当的浇注速度通常应保持在上文提及的范围内。
根据一个进一步的替代实施例，弯液面轮廓，这个轮廓的一部分或者一个表征参数例如由在铸型狭窄侧面之一处的向上指向二次液流在弯液面中产生的立波高度(hw)、位置和/或形状，在基本上整个浇注期间被监视和抽样。弯液面特别是立波的轮廓十分密切地取决于向上指向的液流(Vu)，也取决于上段涉及的弯液面处的液流速度。因此，在该轮廓例如这个立波的高度、位置或形状方面的任何测出的变化可能与液流速度有关联。磁通量密度根据这种关联或计算进行调节以便将立波、向上指向液流的流速和/或在弯液面处的液流速度保持在预定范围内。
根据本发明的一个最佳实施例，用来处理测得变化的算法、统计模型或数据分析程序也包括出自下述参数组的一个或多个预先确定的参数值—铸型尺寸，—喷嘴尺寸和包括孔角度的喷嘴轮廓，—磁极的尺寸、轮廓和位置；—金属铸件的成分；—所用铸型粉末的成分。
这样一种参数值被包括在所用的算法、统计模型或数据分析程序中，以便计算测得的液流变化和在线调节磁场的磁通量密度。该参数作为一个恒定值或者如果有关联就作为一个与时间相关的函数被包括，所述函数被假定在浇注工序自始至终以一种已知方式变化或者作为任何其他浇注参数或液流的函数。其数值能被包括在算法、统计模型或数据分析程序中作为一个时间函数或其他参数的一些相关参数的实例是—由于喷嘴阻碍和/或磨损导致的一次液流变化；—一次液流即进入铸型的金属的过热状态；—在喷嘴出口处的钢水静压力。
根据本发明的一个最佳实施例，在浇注期间出自下述参数组的一个或多个参数与二次液流一起被监视和抽样—金属在进入铸型时的过热状态；—在喷嘴出口处的钢水静压力；—在从喷嘴流出状态的一次液流流速；—在铸型中的任何气泡；—浇注速度；—铸型粉末添加速率；—弯液面在铸型中以及相对于喷嘴孔的位置；—喷嘴孔相对于铸型的位置；—一个或多个磁场相对于弯液面和喷嘴孔的位置；—磁场方向；以及—被认为对于二次液流有决定性并且在浇注期间可能变化的任何其它浇注参数。最好是，这些参数中的一个或多个在基本上整个浇注过程期间被监视或抽样，并且被在线地包括在被使用的算法、统计模型或数据分析程序中，以便计算测得的液流变化并在线调节磁场的磁通量密度。所述变化可以是由于与时间相关的过程，或者是由于浇注条件诱发的变化。被接纳在算法、统计模型或数据分析程序中的这些参数将借此影响磁通量在线调节，以致于磁通量密度能适应这些改变并获得一个控制较好的二次液流。
最好是所用的算法、统计模型或多变量数据分析程序除了监视或抽样液流参数之外， 还包括呈预置或预先确定的常数、预先确定的函数以及被监视或抽样的参数值形式的进一步浇注参数。因此被控制的二次液流会更加稳定并且更好地利用来得到对于铸型内实际流行的条件而言最佳的液流流型。
根据一个进一步的实施例，控制单元也与一个或多个进一步的磁装置相联系，这些电磁装置被安排来施加一个或多个作用在铸型或长形材内熔化物上的交变磁场。这种电磁装置是搅拌器，它能被安排来影响铸型内的熔化物或在铸型下游的熔化物，例如在所谓的池中最后余下的熔化物上，而且最好使用对邻近弯液面的熔化物施加影响的多个高频加热器，以避免熔化物冷却，铸型粉末并在例如低过热状态浇注时提供良好的热条件。
因此，本发明提供接纳液流的装置，借此也提供为了获得所需铸件结构的热力条件，在此同时还保证铸件产品的清净度和相同或改善的生产率。包括监视或抽样进一步参数和/或在生产参数中所引起的改变的信息的实施例是特别有用的，因为它们提供了这种可能性在测出一个浇注参数变化的情况下，选用抵消作为这一变化的结果的任何干扰的磁通量强度，或者进行测量以便使这种作为变化结果的干扰最小化。
附图概述下面参照附图详细介绍本发明的一些实施例，其中图1是用来实施本发明方法的一个铸型实施例顶部的示意图，图中显示出弯液面和一个典型的二次液流；图2和3举例说明用本发明实施例获得的液流流型，在此处一个电磁制动器正在施加磁制动场，所述磁制动场作用在位于铸型两个不同高度的两个磁箍区域上，而且通过浸没进入喷嘴的多个侧孔进入铸型的热金属一次液流和至少一个磁箍区域被安排在与侧孔相同或下游的高度上。
图4示意地描述用来实施根据本实施例的一个实施例方法的装置，它包括一个连续铸造铸型、一个电磁制动器以及一个用来监视浇注条件和根据浇注条件的变化调节该制动器的控制单元。
图5、6、7和8举例说明用本发明进一步实施例获得的液流流型，其中图5和6描述磁场仅施加在一个高度上的实施例；图7描述一个本发明被用来稳定一个颠倒液流的实施例；而图8描述一个实施例，其中液流在每个半型中被分开监视，而且作用在一个半型上的磁场与作用在另一个半型上的磁场独立地进行调节。
最佳实施例及实例详述在图1中显示一个典型地用于连续铸造大扁坯的铸型顶端截面图，所述铸型包括四块冷却型板11，12，图中只画出两块狭窄的侧板。这些板最好由未画出的所谓水横梁支承。这些水横梁也最好包括多个冷却液最好是水用的内部空腔及沟道。根据本发明的这个实施例，在浇注期间通过一个浸没在熔化物中的喷嘴13供应一次的热金属液流。作为替代，也能通过一个自由放液喷嘴供应热金属即敞开浇注。该熔化物被冷却并形成局部凝固的长形材。从铸型中连续引出该长形材。如果允许热的一次金属液流以非连续形式进入铸型，它将深深地渗透到长形铸件之中。这样一种在长形材中的深入渗透很可能不利地影响质量和生产率。在长形铸件内的一个不受控制的热金属液流可能导致在凝固后的长形材中夹带非金属颗粒和/或气体，或者由于在凝固期间干扰热和物质输送条件而造成在长形铸件内部结构中的缺陷。一个深入渗透的热金属液流还可能造成已凝固外壳的部分重熔，以致于熔化物将外壳渗透到铸型之下，从而造成严重干扰，修理停工时间很长。根据图1描述的方法，应用一个或多个静态磁场以便对进入铸型的一次热熔化物液流起作用，以致于制动进入的液流并分裂该一次液流。借此在长形材的熔融部分形成一个受控液流流型。根据所显示的金属连续浇注方法，一次金属液流通过浸没进入喷嘴的多个侧孔进入铸型，并且一个二次液流随着此液流被劈开而产生，并且冲击铸型的狭窄侧面。在铸型上部的液流受到被施加的磁场控制，显示为一个典型和沿着狭窄侧壁向上指向的液流U、一个沿着并且邻近弯液面14的液流M以及一个在邻近狭窄侧壁的弯液面中形成的立波15。在一些特殊条件下例如当通过喷嘴除去气体以便避免沉淀和阻塞喷嘴时，也可能产生一个沿铸型中心向上指向并向外朝向弯液面处狭窄侧壁的反向二次液流，见图7中的01和02。在弯液面处的液流M，特别是该液流的速度Vm，对于除去捕获的铸型粉末杂质和气体以及表示在铸型内流行的液流情况两者来说已显示决定性作用。所以，根据本发明的一个实施例，用直接或间接的方法监视在整个浇注期间弯液面处的液流，以及在这个液流M中在在线调节磁通量密度情况下测出的任何变化，从而保证在铸件产品中非金属杂质、铸型粉末或气体的俘获和累积最小，已被证明是有利的。因为弯液面液流M以及立波15的高度、位置和形状在大多数情况下均取决于向上朝向的液流U，就可能以根据本发明的在线调节为基础也直接或间接地测量液流U或者立波的原始状态或位置。所有这些参数在整个浇注期间能用例如建立在涡流技术基础上或包括一块永久磁铁的装置43或者用来确定容纳在一个容器例如铸型或浇包中的液体或者说熔化物的流速或高度的其他装置进行连续监视或抽样。因此，根据本发明的在线调节有利地包括这些参数中任何一个的连续测量或抽样。因此，业已证明，根据本发明的方法改进了在整个浇注期间提供一个受控和稳定的液液流流型的能力，以及提供如果需要调节该液流的能力。该方法显示出在以连续监视或抽样许多工作参数为基础的连续浇注期间对于控制、稳定和调节型内液流的能力增强，借此提供得到改善的铸件产品凝固条件，改善用来从铸件产品中除去非金属杂质的条件，并且改善在铸件产品中夹带的铸型粉末或气体最小化的条件，以致于甚至在浇注期间一个或多个工作参数由于无论什么原因而改变时，浇注条件也能基本上保持稳定或者能被调节到最佳范围内。
图2所描述的液流流型典型地采用一种方法产生，在这种方法中一个热熔化物的一次液流P通过一个浸没进入喷嘴的多个侧孔进入铸型，一个制动器适于施加磁场以便影响铸型中的金属，所述制动器在下述区域之中—一个第一磁箍A，它位于与弯液面相同的高度或位于弯液面和所述侧孔之间的高度；—一个第二磁箍B，它位于所述侧孔下游的高度。
这些磁箍区域的宽度最好如图2所示基本上覆盖铸件产品的整个宽度。磁箍区域A、B的轮廓在铸顶部的磁箍区域A、B两个高度之间提供一个显著的环形二次液流C1和C2，它由液流传感器43进行监视。在第二磁箍区域B的下游也可能产生一个较小的环形液流c3和c4，但是在浇注根据图2描述的实施例时二次液流的特征为由磁箍区域B造成的一次液流制动和劈开导致由在两个箍区之间的磁力、感应电流和一次液流惰性之间的合作而形成的一个稳定的二次液流C1和C2。在图2所示的情况下，二次液流C1和C2最好采用以位于狭窄侧面弯液面处的传感器43进行监视的方法或者用监视立波的方法进行管理。磁通量密度最好是被调节的，以便将液流C1和C2保持在事先设置的范围内，但是它有时可以保证顺利地调节磁通量密度以致于一个或两个磁箍区域的极性被颠倒。通过分开地安排多个监视液流C1和C2的传感器43，只要作用在熔化物上的磁场力能被控制用于每个半铸型，液流C1和C2也能独立地控制。
根据一种用于类似铸型而且也用于闭合浇注的替代实施例，施加多个磁场以便作用在一与浸没进入喷嘴侧部开孔的高度相同的一个第一磁箍区域D，以及—处于所述侧孔下游高度的一个第二磁箍区域E。
根据这个实施例，磁箍区域D、E的宽度也是基本上覆盖铸件产品的整个宽度。由于具有如同图3所示的磁箍区域D、E轮廓，获得一次液流的良好制动，与此同时还在磁箍区域D、E之间的一个范围产生一个静态的二次液流G1和G2，它还被在铸型上部即磁箍区域D上方的较小但是稳定的二次液流g3和g4进行补充。在这种情况下主二次液流G1和G2也是最好全用在狭窄侧面处用适当的传感器45进行监视的方法管理。但是在顶部的较小液流g3和g4也需要用适当的传感器43进行监视。作用于磁箍区域D的磁场磁通量密度最好是可调节的。最好是液流G1、G2和液流g3和g4两者都保持在预先设定的范围内，但有时可保证顺利地调节磁通量密度，以致于一个或两个磁箍区域的极性被颠倒。借助于分开安排用来监视液流G1、G2的多个传感器45，液流G1和G2也能被独立地控制，只要作用在熔化物上的磁场力能被控制用于每半个铸型即可。对于g3和g4亦然。
图4所示装置举例说明执行本发明方法的基本部分。除了铸型41和制动器42外该装置还包括—用来管理铸型中一个或多个液流参数的检测装置43、45；—一个与检测装置43、45和磁装置两者相联系的控制单元44，所述磁装置例如为制动器42或其他能调节磁通量密度的装置，例如用来调整在磁芯前端和铸型之间距离或者用来在磁铁和铸型之间插入影响磁场的多块板的机械装置。在图中显示的铸型41还表示与能连续或半连续地浇注一个或多个长形铸件的铸型相联系的所有装备，例如支承装置，冷却液供应和分配系统、铸型振动装置、为铸型供应热金属的装置以及搬运铸型下游的浇注长形材从而完成浇注的机构。图示的制动器42是一个电磁制动器，它包括多个磁铁及其相关零件，例如未画出的磁轭和一个电源421。制动器42被安排并且适于通过在铸型中产生一个符合需要的二次液流流型来作用在铸型中的熔化物上。作为一种对于电磁制动器的替代，能使用以永久磁铁为基础的制动器，只要能产生足够的磁通量密度就行。检测装置43、45至少包括多个用来管理一个或多个表示被控制液流特征的参数的传感器，但是在一些最佳实施例中还包括一些用于连续监视或抽样进一步浇注参数的传感器。适用于液流参数监视或抽样的传感器是用来测量容器内部流动和高度的以涡流为基础的装置或者包括一块永久磁铁的装置，安排在容器外部的这些装置在用于其他用途的金属工业中是众所周知的。包括在控制单元44中的输入装置适于接纳来自检测装置43的信号x1、x2……xn以及在一些实施例中来自其他传感器的进一步信号y、w、t、u等等，所述其他传感器被安排来监视或抽样如用前文提及的一个或多个浇注参数。在一些实施例中输入装置还被安排来接纳在预置条件或参数情况下的信息△、Φ、∑等等。根据一些实施例输入装置最好还包括用来接纳如何控制液流的指示的装置，例如，如果应该改变液流，某些参数应保持在什么限制之内，因而操作者能在线改变条件，例如能采用改变磁通量密度以致于使磁场极性颠倒的方法改变液流的方向。控制单元44最好安排成一种传统电装置形式，所述电装置具有一种算法、统计模型或者多变量数据分析形式的软件，所述软件用来与任何其他被接收的信息一起或处置通过输入装置接收到的信息例如浇注参数以及来自检测装置43的信息，并在这种处置结果的基础上通过包括在控制单元中输出装置来调节磁通量密度。根据本发明的一个实施例，控制单元44和检测装置与安排在一个中枢网络内或与后者相联系，所述网络包括用来管理和控制进一步工序和与浇注操纵或整个车间生产有关的设备的电装置。包括在控制单元44中的外连接装置适于根据在控制单元44中处置的输入信号调节磁制动器的磁通量密度，所述输入信号至少包括在一个被管理液流参数中测出的任何变化信息。对于一个电磁制动器来说，磁通量密度的调节最好通过控制从动力源送到电磁制动器电磁线圈的电流安培数来实现。这借助于由来自控制单元44的一个输出信号控制的任何电流限制装置来完成。作为替代，电磁制动器连接到一个电压受到控制的动力源上，所述电压由来自控制单元的输出信号进行控制，从而间接地控制磁线圈内电流安培数。对于一个包括代替电磁线圈的永久磁铁的制动器来说，磁通量密度由磁铁前端和铸型之间的距离和/或由出现在磁铁和铸型之间的材料进行控制。
图5中描述的液流流型典型地用一种方法产生，其中一个热熔化物一次液流P通过浸没进入喷嘴的多个侧孔进入铸型，而且一个制动器适于施加磁场，以便对铸型内位于侧孔下游高度的磁箍区域H中的金属起作用。磁箍区域H的宽度最好如图5所示基本上覆盖铸件产品的整个宽度。磁箍区域H的这种轮廓提供一个显著的环形二次液流C1和C2，其顶部由液流传感器43进行监视。磁箍区域H的下游也可能形成一个较小的稳定环形液流C3和C4，但是根据图5描述的实施例在浇注时这种二次液流具有下列特征由磁箍区域H形成的一次液流制动和劈开导致由磁力、感应电流和铸型内一次液流隋性的合作形成一个稳定的二次液流C1和C2。在图5所示情况下最好是二次液流C1和C2通过使用位于狭窄侧面弯液面处的适当传感器43监视或者通过监视立波来进行管理。磁通量密度最好调节成将液流C1和C2保持在预置范围内，但有时它能保证顺利地调节磁通量密度以致于一个或多个磁箍区域的极性被颠倒。通过分开地安置用来监视液流C1和C2的传感器43，液流C1和C2也能独立地进行控制，只要作用在熔化物上的磁场力能被控制用于每半个铸型即可。
根据一个用于类似铸型并且也用于封闭浇注的替代实施例，磁场被施加以便作用在一个磁箍区域F上，所述区域F与浸没进入喷嘴的侧孔通道在同一水平上。根据这个实施例，磁箍区域F的宽度基本上覆盖铸件产品的整个宽度。由于具有如同图6所示的磁箍区域F轮廓，获得一个制动良好的一次液流P，还在低于磁箍区域F的范围内配合产生一个稳定的二次液流G1和G2，所述二次液流被一个在铸型上部即磁箍区域F上方的较小但稳定的二次液流g3和g4补充。在这种情况下也是主要的二次液流即G1和G2最好用在狭窄侧面用适当的传感器45进行监视的方法管理，但是在顶端的较小液流g3和g4也需要用适当的传感器43进行监视。作用在磁箍区域F的磁场磁通量密度最好可被调节。最好是液流G1、G2和液流g3和g4两者都保持在预置的范围内，但有时它可以保证顺利地调节磁通量密度以致于一个或两个磁箍区域的极性被颠倒。通过分开安置用来监视液流G1和G2的传感器45，液流G1和G2也能被独立地控制，只要作用在熔化物的磁场力能被控制用于每半个铸型即可。g3和g4亦然。
图7中描述的液流流型典型地用一种方法形成，所述方法根据图5但用一种基本上驱除气体例如喷嘴中的氩的方法进行补充。因此，通过浸没进入喷嘴侧孔进入铸型的热熔化物一次液流P受气泡(氩)和磁场影响，所述磁场施加作用在位于侧孔下游高度的磁箍区域K内的铸型中的金属上。磁箍区域K的宽度最好如图5所示基本上覆盖铸件产品的整个宽度。磁箍区域K的这种轮廓与沿着喷嘴壁的向上气泡(氩)流结合，提供一个显著的环形二次液流O1和O2，所述二次液流O1和O2的顶部是颠倒的，也就是说它在铸型中心向上，然后向外朝弯液面处的狭窄侧面流动，再沿狭窄侧面向下并在磁箍区域K上方向内流动。颠倒的液流O1和O2由液流传感器43监视。磁箍区域K的下游可能也产生一个较小的稳定环流o3和o4，它可能是颠倒的或者正常的。在根据图7所示利用喷嘴内驱出气体的实施例进行浇注时，二次液流的特征为由磁箍区域K结合气泡(氩)流形成的一次液流的制动和劈开导致一个由磁性力、感应电流、气泡(氩)和在喷嘴孔区域内的一次液流合作形成的静态二次液流O1和O2。在图7所示情况下颠倒的二次液流O1和O2最好用位于狭窄侧面的弯液面处的适当传感器43监视或者通过监视立波进行管理。磁通量密度最好进行调节以便保持颠倒的液流流型而且O1和O2的流动速度也保持在预置范围内，但有时可保证顺利地调节磁通量密度以致于一个或两个磁箍区域的极性被颠倒。借助于分开安置用来监视液流O1和O2的传感器43，液流O1和O2也能被独立控制，只要作用在熔化物上的磁场力能被控制用于每半个铸型即可。
图8中描述的液流流型典型地用一种方法形成，其中一个热熔化物一次液流P通过浸没进入喷嘴侧进入铸型，一个制动器适于施加作用在铸型下述区域内金属上的磁场—在与弯液面同高或处于弯液面和侧孔之间的一个高度处的第一磁箍区域L的两个区域LI和LII，这两个区域位于喷嘴侧面；以及—在侧孔下游高度处的第二磁箍区域N的两个区域NI和NII，这两个区域也位于喷嘴侧面。
为了控制用途，用这样一种方法将铸型沿浇注方向分成两半，以致于它包括两个控制区域I、II，在此处控制区域I包括磁性区域LI、NI以及用来监视在这个区域I中的液流的检测装置43a、45a，而控制区域II包括磁性区域LII、NII以及用来监视在这个区域II中的液流的检测装置43b、45b。使用两个控制区域确保在铸型上部产生一个基本上对称和平衡的双圈液流。因而消除了下述危险产生一个不对称、不平衡的所谓偏移双环液流，或者甚至在极端情况下变换成一个不符需要的单圈流动，在此处熔化物沿着一个铸型侧壁向上流动，跨过弯液面到达另一侧面，然后向下并进一步往回在高度N处跨过铸型。一个偏移的液流增加弯液面扰动和涡旋的危险，因而影响金属在去除非金属颗粒时的洁净度，气泡减少并且由于铸型粉末被拉下进入金属的倾向增加。磁性区域LI、LII、NI、NII最好如图8所示那样定位，以致于包括喷嘴在内的中心区域基本上没有磁场，但是一种使用与控制区域I、II具有基本上相同宽度的磁性区域也就是说它整个或部分地覆盖喷嘴的方法将导致一个类似的二次液流。磁箍区域LI、LII、NI、NII的这种轮廓在铸型顶部的两个高度L和N之间产生一个显著的环形二次液流C1和C2，该液流C1和C2与图2和5中的液流类似。液流C1和C2由液流传感器43a和43b进行监视。第二较低高度N的下游也可能产生一个较小的稳定液流c3和c4，但是当图8描述的实施例浇注时二次液流的特征为由磁箍区域NI和NII造成的一次液流制动和劈开导致一个由磁性力、感应电流和一次液流在两个高度之间的范围内的隋性合作形成的稳定二次液流C1和C2。在图8所示情况下二次液流C1和C2最好是用适当的传感器43a、43b监视的方法或者用监视立波的方法进行管理，所述传感器43a和43b分别位于在狭窄侧面弯液面处的两个控制区域I、II内。LI、NI之一或两者的磁通量密度最好进行调节，以便保持使用传感器43a监视的液流C1在预置范围内，而且LII、NII之一或两者的磁通量密度最好进行调节以便保持使用传感器43b进行监视的液流C2在预置范围内。
权利要求
1.一种用于金属连续或半连续铸造的方法，其中一个被供应到铸型中的热金属熔化物一次液流(P)受到至少一个静态或周期低频磁场作用，以便制动和劈开所述一次液流并在长形铸件的未凝固部分形成一个控制的二次液流流型，而且在此处磁场的磁通量密度根据浇注条件进行控制，其特征为，铸型中的二次液流(M，U，C1，C2，c3，c4，G1，G2，g3，g4，O1，O2，o3，o4)在整个浇注期间被监视，而且依据测出的液流变化被监控液流所测出的变化的信息被送入控制单元，在那里对变化进行计算，然后根据这一计算调节磁通量密度，以便保持或调节所述受控二次液流。
2.根据权利要求1的方法，其特征为，所述二次液流(M，U，C1，C2，c3，c4，G1，G2，g3，g4，O1，O2，o3，o4)的流动速度在基本上整个浇注期间在铸型中至少一个特定点被连续测量，而且依据测出的变化计算所述变化并且根据这一计算调节磁通量密度。
3.根据权利要求1的方法，其特征为，所述二次液流(M，U，C1，C2，c3，c4，G1，G2，g3，g4，O1，O2，o3，o4)的流动速度在基本上整个浇注期间在铸型中至少一个特定点被抽样，而且依据测出的变化计算所述变化并且根据这一计算调节磁通量密度。
4.根据权利要求2或3之一的方法，其特征为，监弯液面处的液流速度(Vm)，而且依据测出的变化计算所述变化并且根据这一计算调节通量密度，以便保持弯液面处的液流速度(Vm)在一个预定的流速范围内。
5.根据上述任一权利要求的方法，其特征为，在铸型狭窄侧面之一处向上指向的二次液流(Vu)的流速是依据测出的变化计算所述变化并且根据这一计算调节通量密度。
6.根据上述任一权利要求的方法，其特征为，由在铸型狭窄侧面之一向上指向的二次液流在弯液面上生成的一个立波，其高度(hw)、位置和/或形状被监视，依据测出的变化计算所述变化并且根据这一计算调节通量密度。
7.根据上述任一权利要求的方法，其特征为，铸型被分成两个或更多控制区域(I，II)，并且在每个控制区域内的液流(P，M，O1，O2，o3，o4)被监控，而且计算在一个控制区域内的液流中所测出的任何变化，并根据所述计算调节影响所述控制区域内液流的磁场的磁通量密度。
8.根据权利要求7的方法，其特征为，铸型被分成两个控制区域(I，II)，所述两个区域分别包括铸型的右半和左半，并且在每个控制区域内的液流(P，M，U，O1，O2，o3，o4)被监控，而且计算在一个控制区域内的液流中测出的任何变化，并根据所述计算调节影响所述控制区域内液流的磁场的磁通量密度以便在铸型内保持一个对称的平衡液流并抑制产生不平衡偏置液流的倾向。
9.根据权利要求7或8之一的方法，其特征为，对于每个控制区域，测量弯液面处的液流速度(Vm)。
10.根据权利要求7或8之一的方法，其特征为，在两个狭窄铸型侧面处监控在狭窄铸型侧面处向上指向的液流(Vu)。
11.根据权利要求7或8之一的方法，其特征为，由在铸型狭窄侧面向上指向的二次液流在弯液面上生成的一个立波，其高度(hw)、位置和/或形状在两个铸型狭窄侧面处间接地进行监控。
12.根据上述任一权利要求中的方法，其特征为，计算测出的变化，并利用在控制单元(44)内包含的算法调节磁通量密度。
13.根据权利要求1至11的方法，其特征为，计算测出的变化，并利用在控制单元(44)内包含的统计模型调节磁通量密度。
14.根据权利要求1至11的方法，其特征为，计算测出的变化，并利用在控制单元(44)内包含的数据分析程序调节磁通量密度。
15.根据权利要求12、13或14中之一的方法，其特征为，出自下述参数组—铸型尺寸；—喷嘴尺寸和喷嘴轮廓，包括孔的角度和浸没深度；—磁极的尺寸、轮廓和位置；—浇注金属的成分；—所用铸型粉末的成分；以及—任何被驱除的气流，的一个或多个预先确定的参数被包括在用来计算液流变化和调节磁通量密度的算法、统计模型或数据分析程序中。
16.根据权利要求12至15中之一的方法，其特征为，在浇注期间可能变化的一个或多个进一步的参数在整个浇注期间被监控，而且所述参数的实际值被在线地包括在用来计算测出的液流变化和调节磁通量密度的算法、统计模型或数据分析程序中。
17.根据权利要求12至15中之一的方法，其特征为，在浇注期间可能变化的一个或多个进一步参数，作为时间或其他参数的函数，被包括在用来计算测定的液流变化和调节磁通量密度的算法、统计模型或数据分析程序中。
18.根据权利要求16或17之一的方法，其特征为，出自下述参数组中的一个或多个在浇注期间可能变化的参数被包括在用来计算测定的液流变化和调节磁通量密度的算法、统计模型或数据分析程序中—金属在进入铸型时的过热状态；—在喷嘴出口处的钢水静压力；—在从喷嘴流出状态的一次液流流速；—在铸型中的任何气泡；—浇注速度；—铸型粉末添加速率；—弯液面在铸型中以及相对于喷嘴孔的位置；—喷嘴孔相对于铸型的位置；—一个或多个磁场相对于弯液面和喷嘴孔的位置；—磁场方向；以及—被认为对于二次液流有决定性并且在浇注期间可能变化的任何其它浇注参数。
19.根据上述任一权利要求的方法，其特征为，至少一个作用在铸型内金属上的磁场由一个电磁制动器(42)产生，而且由电源(421)供应到电磁制动器线圈的电流安培数受到控制，从而调节磁场的磁通量密度。
20.根据上述任一权利要求的方法，其特征为，设置两个或者更多的磁场作用在铸型内的金属上。
21.根据权利要求20的方法，其特征为，布置所述磁场，以便沿着浇注方向依次地作用在两个或者更多高度上。
22.根据权利要求21的方法，其特征为，至少一个第一高度(B，N)被布置在与一个或多个喷嘴流出孔相同高度处或者在后者的下游，而且至少一个第二高度(A，L)被布置在与弯液面相同高度处或者在弯液面和一个或多个喷嘴孔之间的高度处。
23.根据权利要求21的方法，其特征为，至少一个第一高度(D)被布置在与一个或多个喷嘴流出孔相同的高度处，而且至少一个第二高度(E)被布置在所述第一高度的下游高度处。
24.根据权利要求20-23中之一的方法，其特征为，铸型内的金属受两个或更多磁场作用，所述磁场的磁通量密度可相互独立地调节。
25.根据上述任一权利要求中的方法，其特征为，施加至少一个交变磁场以便作用在铸型内或者铸型下游长形材内的金属上，而且也利用控制单元在线调节所述交变磁场。
26.一种用于金属连续或半连续铸的装置，它包括一个用来成形长形铸件的铸型，用来将热金属熔化物一次液流(P)供应到铸型的装置，以及用来施加至少一个作用在铸型内金属上的磁场的磁性装置(42)，其特征为，磁性装置与一个控制单元(44)相联系，所述控制单元又与检测装置(43，43a，43b，45，45a，45b)相联系，所述检测装置适于监视铸型内的二次液流(M，U，C1，C2，c3，c4，G1，G2，g3，g4，O1，O2，o3，o4)并测出在所述液流中的任何变化，而且所述控制单元包括用来计算所述测出变化的计算装置以及根据在所述液流中测出变化的计算调节磁场磁通量密度的控制装置。
27.根据权利要求26的装置，其特征为，铸型包括分开铸型的控制区域(III)，而且每个控制区域包括与控制单元(44)相联系的检测装置(43a，43b，45a，45b)以及影响所述区域内的液流的磁性装置(42)。
28.根据权利要求27的装置，其特征为，铸型包括两个控制区域(III)，所述两个控制区域分别含有铸型的右半和左半。
29.根据权利要求26-28中之一的装置，其特征为，检测装置(43，43a，43b，45，45a，45b)包括一个基于涡流技术的磁性液流计或者包括一用来测量和监视液流速度的永久磁铁，而且检测装置与包括适当软件的一个控制单元(44)相联系，所述软件采取用来对比测量结果和液流的算法、统计模型和多变量数据分析程序形式。
30.根据权利要求26-28中之一的装置，其特征为，检测装置(43，43a，43b，45，45a，45b)包括至少一个温度计，而且检测装置与包括适当软件的一个控制单元(44)相联系，所述软件采取用来对比温度测量结果和液流的算法、统计模型和多变量数据分析程序形式。
31.根据权利要求26-28中之一的装置，其特征为，检测装置(43，43a，43b，45，45a，45b)包括一个根据涡流技术进行高度控制的磁性装置，或者包括一用来监视由向上液流在弯液面处产生的立波的高度(hw)、位置和/或形状的永久磁铁，而且检测装置与包括适当软件的一个控制单元(44)相联系，所述软件采取用来对比弯液面外形测量结果和液流的算法、统计模型和多变量数据分析程序形式。
32.根据权利要求26-31中之一的装置，其特征为，控制单元(44)包括一个中枢网络。
33.根据权利要求26-32中之一的装置，其特征为，控制单元(44)包括一个带有软件的电子装置，所述软件采取用来处理浇注参数的算法、统计模型和多变量数据分析程序形式，还包括一个用来根据所述处理结果调节磁通量密度的装置。
34.根据权利要求26-33中之一的装置，其特征为，安排多个电磁铁(42)以便施加磁场，所述磁场沿浇注方向依次设置的一个或多个高度处的磁箍区域起作用，而且一个控制单元(44)与多块电磁铁相联系，以便调节在至少一个磁箍区域中的磁通量密度。
35.根据权利要求34的装置，其特征为，一个控制单元(44)与两对或更多对磁铁(42)相联系，以便调节由它们施加的一个或多个磁场。
36.根据权利要求34的装置，其特征为，电磁制动器装置与两个或更多的控制单元(44)相联系，每个单元连接到至少一对磁铁(42)上，以致于至少一对磁铁能独立于另一对或多对磁铁地被控制。
37.根据权利要求26-36中之一的装置，其特征为，控制单元(44)与一个被安排来施加一个对铸型内的熔化物或在铸型下游长形材内的熔化物起作用的替代电磁场的进一步电磁装置相联系，以便调节由所述装置产生的磁场。
全文摘要
一种用于金属连续或半连续铸造的方法和装置。被供应到一个铸型中的热金属熔化物一次液流(P)受到至少一个静态或周期低频磁场的影响,以便制动和劈开所述一次液流并在长形铸件的未凝固部分形成一个受控的二次液流流型。磁场的磁通量密度根据浇注条件进行控制。铸型中的二次液流(M,U,C1,C2,c3,c4,G1,G2,g3,g4,O1,O2,o3,o4)在整个浇注期间被监视,依据测出的液流变化将被监视液流所测出的变化信息送入控制单元(44),在那里对变化进行计算,然后根据这一计算调节磁通量密度,以便保持或调节所述受控二次液流。
文档编号B22D27/02GK1278197SQ9881068
公开日2000年12月27日 申请日期1998年8月31日 优先权日1997年9月3日
发明者J·E·埃里克森, M·哈勒费特, S·科尔伯格, C·彼得索恩, G·塔尔贝克 申请人:Abb股份有限公司