专利名称：复合式电磁连铸结晶器的制作方法
技术领域：
本发明属于冶金铸锭用设备，特别涉及一种钢坯连铸中所用的复合式电磁连铸结晶器。
电磁搅拌技术的工作原理遵循两个基本规律电磁感应和载流导体与磁场相互作用，即当钢水处于交变磁场中，在其内部产生感生电流，该电流与外加磁场相互作用产生磁力，推动钢水运动。在结晶器下部设置电磁搅拌装置可以改善铸坯的内部质量，可使等轴晶区更大，晶粒结构更细，中心缩孔更小，中心偏析低。但是结晶器下部搅拌的主要作用只是推动钢水运动，改善凝固传热条件，不能对结晶器弯月面产生软接触作用，也不能排除钢液中的外来夹杂物，因而对改善连铸坯的表面质量和内部夹杂物的作用不大。软接触结晶器电磁连铸的原理是利用电磁场中的电磁压力来减轻钢水对结晶器壁的静压力，从而达到钢水与结晶器壁在“软接触”的状态下凝固的目的。软接触结晶器技术的主要作用是改善铸坯的表面质量，对改善铸坯内部质量，包括夹杂物的排除和凝固组织控制的效果并不理想。流动控制的原理是利用导电钢水在恒稳磁场中运动而切割磁力线，从而在其内部产生感生电流，该感生电流与外加磁场相互作用，产生与钢水的流动方向相反的制动力来控制钢液在结晶器中的流动状态。研究表明，流动控制技术不仅能稳定弯月面，抑制水口出流的速度，降低下降流的冲击深度，而且能有效地控制上下部磁极之间的流场，有效地减少夹杂物性铸坯质量缺陷，提高连铸坯的质量。但是，流动控制结晶器对改善铸坯的表面质量作用效果不明显，另外在下部磁极以下经过流动控制结晶器处理的洁净钢水已形成活塞流，这对凝固传热是不利的。软接触技术、流动控制技术和电磁搅拌技术目前还处在独立发展，互不融合的阶段。但是自1997年开始的软接触技术以及软接触技术和电磁搅拌技术之间的融合已为这三项技术的融合提供了基础。就这三项技术中的单相技术而言，从它们各自的作用效果看，软接触技术侧重在解决铸坯的表面质量，流动控制技术侧重在外来夹物的分离，而电磁搅拌技术侧重在铸坯凝固组织控制，它们的作用各有重点也各有其缺陷。从传热特性看，软接触技术和流动控制技术对液面具有加热作用，提高了夹杂物和气泡的上浮能力，有利于它们的排除，而电磁搅拌技术则改善了经流动控制技术净化后形成活塞流的钢液的传热条件，从而改善了铸坯的凝固条件。
本发明的目的在于提供一种在同一结晶器中能融入软接触技术、流动控制技术和电磁搅拌技术；既有软接触功能以改善铸坯表面质量，又有流动控制功能以排除夹杂物，还有电磁搅拌功能以改善铸坯凝固组织结构，具有多功能的复合式电磁连铸结晶器。
本发明由结晶器、软接触感应线圈、恒稳磁场电磁铁、电磁搅拌装置、填充材料等构成。
下面结合附图和实施例进一步叙述本发明的内容。
图1为本发明的半剖面示意图，图2为本发明的另一种线圈内设方式的半剖面示意图，图3为本发明在分体式振动结晶器上实施的剖面结构示意图。
图中结晶器铜壁1，软接触感应线圈2，恒稳磁场电磁铁3，电磁搅拌装置4，结晶器外壁5，水口6，中间包7。
如图所示本发明将软接触感应线圈采用内置方式，放在结晶器铜壁内侧弯月面区域，用填充材料填充。内置的方式有两种一种是结晶器铜壁内侧制成带状槽形，将感应线圈整体置于其中，然后用填充材料填充；另一种方式是将结晶器铜壁内侧制成螺旋形槽，然后将线圈置于其中，用填充材料填充。软接触感应线圈可用2～6匝，一般用方形、园形或椭园形铜管制作，外表绝缘，铜管直径约为6～12MM，通以约20KHZ交变电流，线圈为空心结构，内部通水冷却。填充材料为导热而不导电的材料。将全幅单条型电磁铁(电磁铁宽度适当增加)放在结晶器水口区域，并在其中通入直流电流，其电压不得高于安全电压(36V)，一般选在10～20V为宜，其电流强度选择应保证磁场中心截面处的磁感应强度不小于0.1T。将电磁搅拌装置放在结晶器接近底部的下部区域，并在其中通以低频(5～10Hz)交变电流。将感应线圈置于结晶器铜壁内侧弯月面区域，用填充材料填充，既取消了感应线圈与熔钢之间的结晶器壁，使感应线圈可以直接对应熔钢，把线圈产生的电磁力直接作用到熔钢上，又用填充材料隔绝了熔钢与线圈的直接接触，保护线圈。在感应线圈通入高频交变电流时，由于填充材料只导热而不导电，不会在其内部产生感生电流而对磁场产生屏蔽作用，同时，由于其具有导热能力，凝固过程仍然可以正常的进行。这样，利用弯月面处的软接触作用，改善铸坯的表面质量。将全幅单条形电磁铁设在结晶器水口区域，利用该恒稳磁场来控制结晶器内的流场并分离夹杂物。将电磁搅拌装置放在结晶器下部区域，利用低频交变电流产生的电磁力来推动钢液流动，以改善钢水的传热条件，达到改善铸坯内部质量的目的。
本发明所采用的结构，避免了结晶器壁对电磁场的屏蔽作用和高温钢水的损坏问题，使软接触的电磁压力可以直接地作用在结晶器内熔钢的初凝固区，有效地提高连铸坯的表面质量，而且又具有流动控制和电磁搅拌功能，改善铸坯的内部质量。本发明可用于板坯，也可用于方坯和矩形坯；可用于直结晶器，也可用于弧结晶器；可用于整体式振动结晶器，也可用于分体式振动结晶器。同时，本发明结构简单，加工制造方便。
实施例本发明在分体式振动结晶器上的应用。
如图3所示在分体式振动结晶器铜壁1内弯月面区域设置感应线圈2，用填充材料将感应线圈与结晶器牢固地连接在一起，在结晶器水口区域设置恒稳磁场电磁铁3，并在结晶器下部区域设置电磁搅拌装置4，这样，就将结晶器软接触技术、流动控制技术和电磁搅拌技术结合在一起而构成分体振动复合式电磁结晶器。中间包7中的钢水，从水口6进入结晶器，并在其中凝固。当在软接触感应线圈，恒稳磁场电磁铁和电磁搅拌装置中分别施加相应的电流时，弯月面处的钢水就会受到电磁压力的作用，从而减轻钢水对结晶器壁的压力，实现在软接触状态下凝固的目的；结晶器水口区域的钢液受到恒稳磁场的作用，实现控制结晶器内流动状态，排除夹杂物的目的；同时，结晶器下部区域的钢水也会相应地受到电磁搅拌的作用，加速钢水流动，改善传热条件。这样，就使同一个结晶器同时具备多种功能，从而有效地提高铸坯的质量。
权利要求
1.一种包含有结晶器在内的复合式电磁连铸结晶器，其特征在于该结晶器还包含有软接触感应线圈、恒稳磁场电磁铁、电磁搅拌线圈、填充材料，将感应线圈采用内置方式，放在结晶器铜壁内侧弯月面区域，用填充材料充填；将全幅单条型电磁铁放在结晶器水口区域；将电磁搅拌线圈放在结晶器接近底部的下部区域。
2.根据权利要求1所述的复合式电磁连铸结晶器，其特征在于所说的将感应线圈内置于结晶器铜壁内侧，其内置方式有两种a．将结晶器铜壁内侧制成带状槽形，将感应线圈整体置于其中，用填充材料填充，b．将结晶器铜壁内侧制成螺旋形槽，然后将线圈置于其中，用填充材料填充。
3.根据权利要求1或2所述的复合式电磁连铸结晶器，其特征在于所说的软接触感应线圈一般为2～6匝，用方形、园形或椭园形铜管制作，外表绝缘，铜管直径约为6～12MM，线圈为空心结构，内部通水冷却，向线圈通以约20KHZ的交变电流。
4.根据权利要求1所述的复合式电磁连铸结晶器，其特征在于所说的向全幅单条形电磁铁通入的电流为直流电，电压不得高于安全电压，电流强度选择应保证磁场中心截面处的磁感应强度不小于0.1T。
5.根据权利要求1所述的复合式电磁连铸结晶器，其特征在于向置于结晶器下部区域的电磁搅拌线圈通以低频交流电流，频率为5～10Hz。
全文摘要
一种复合式电磁连铸结晶器,由结晶器、软接触线圈、恒稳磁场电磁铁、电磁搅拌装置、填充材料构成,将感应线圈内置于结晶器铜壁内侧弯月面区域,用填充材料充填;将全幅单条型电磁铁放在结晶器水口区域;将电磁搅拌装置放在结晶器接近底部的下部区域。本发明避免了结晶器壁对电磁场的屏蔽作用和高温钢水的损坏问题,使软接触的电磁压力可以直接地作用在结晶器内熔钢的初始凝固区,有效地提高连铸坯的表面质量,而且又具有流动控制和电磁搅拌功能,改善铸坯的内部质量。
文档编号B22D11/04GK1302703SQ0011029
公开日2001年7月11日 申请日期2000年4月7日 优先权日2000年4月7日
发明者徐广儁, 赫冀成 申请人:东北大学