专利名称：：一种电磁制动薄板坯漏斗形结晶器连铸设备的制作方法
技术领域：
：本实用新型属于连续铸造用的连铸设备，特别涉及一种电磁制动薄板坯漏斗形结晶器连铸设备。
背景技术：
：薄板坯连铸是20世纪80年代末开发成功的生产热轧板巻的一种全新的短流程工艺。由于其具有高拉速、短流程、生产效率高等特点，成为连铸技术的重要发展方向之一。结晶器是连铸机的核心部分。和常规中厚板坯连铸机结晶器相比，薄板坯漏斗形结晶器结构较为复杂，宽厚比较大，宽侧壁上部是漏斗形凸起，拉坯速度较大，可高达6m/min甚至以上。高拉速的熔融钢液会冲击结晶器的窄侧壁，损坏连铸设备，降低连铸设备的使用寿命，严重的造成漏钢事故；同时非金属夹杂物被巻入钢液中，造成铸坯的内部和外部缺陷。为降低结晶器内钢液流动的湍流强度，减少钢液对结晶器侧壁(尤其是窄侧壁)的冲击，使钢液平稳下降和弯月面处钢液波动减小、形成平静而更热的弯月面，电磁制动技术被应用于连铸。电磁制动的原理是向线圈中通入直流电流，产生静磁场，当熔融钢液作切割磁力线运动时，会在钢液内部产生感应电流，感应电流与外加磁场相互作用对钢液产生洛仑兹力，依据左手定则，洛仑兹力的方向与钢液流动方向相反，从而产生制动效果。其公式如下F^=JxB，J二(j(E+VxB)。式中，F是洛仑兹力，J是感应电流，B是磁感应强度，V是钢液流速，E是感生电动势。从上面两式中可以看出，流速越大，感应电流越大，钢液受到的洛仑兹力越大。截至目甜为止，电磁制动的发展经过了区域型电磁制动、单条型电磁制动和流动控制结晶器三代技术革新，这些发展主要是针对中厚板坯、方坯电磁连铸而言，而薄板坯连铸的电磁制动技术的发展还很不成熟，SMS舒路曼一斯玛公司发明了用于浇注薄板坯的连铸设备(专利申请号95109815.2)。通过比较，我们发现，SMS舒路曼一斯玛公司的
发明内容之一电磁制动装置和用于宽厚板坯、方坯结晶器的电磁制动装置有一个共同点正对着结晶器宽侧壁的铁磁芯形状规则，表面为平面。对于中厚板坯、方坯而言，结晶器沿高度方向上的水平截面形状是矩形或者正方形，各截面面积相等，并且拉坯速度不太大(小于4m/min)，该类电磁制动装置可以起到显著的制动效果；但是对于薄板坯连铸来说，不但拉坯速度变大(4.5m/min以上)，而且漏斗形结晶器的结构更为复杂，它的两个宽侧壁上半段中间部分向外凸起，其余为平面，窄侧壁是上底边长、下底边短的等腰梯形。窄侧壁自上而下又有一定的锥度，若采用传统的电磁制动装置，则铁磁芯内表面与结晶器宽侧壁的平均距离变大，磁感应强度在结晶器内变小且沿宽度方向呈较为均一的分布，而对于薄板坯连铸来说，漏斗形结晶器内浸入式水口下方、靠近窄侧壁区域的钢液流股有冲击窄侧壁的趋势，且速度较大，需要较大的洛仑兹力对其进行制动，也就是说此处需要较大的磁感应强度，而结晶器内其他区域的磁感应强度相对此区域可以小一些。采用现有传统的电磁制动装置，需要提供很大的电流强度以保证这个区域能产生足够大的洛仑兹力对钢液产生制动效果。换言之，对于薄板坯漏斗形结晶器连铸采用传统的制动器要耗费很大的电能。
实用新型内容本实用新型的目的是为了克服上述存在的缺陷，针对漏斗形结晶器结构的特殊性，改进了一种新型电磁制动薄板坯漏斗形结晶器连铸设备。该设备在节约电能、降低生产成本的前提下，针对薄板坯连铸，能够对钢液产生更有效的制动效果，改善铸坯表面和内部质量并提高生产效率。最后该设备可顺利地应用于实际生产。本实用新型新型电磁制动薄板坯漏斗形结晶器连铸设备，包括漏斗形结晶器、浸入式水口和电磁制动装置。漏斗形结晶器由带有水冷系统的宽侧壁和窄侧壁构成，浸入式水口插入漏斗形结晶器中，电磁制动装置包括磁轭和铁磁芯，磁轭环绕漏斗形结晶器，磁轭在垂直结晶器宽面方向伸出两个缠绕着线圈的铁磁芯，漏斗形结晶器宽侧壁的外表面的形状与相对应的内表面形状相同或者相近似，铁磁芯表面形状和漏斗形结晶器宽侧壁形状相互嵌合。1)结晶器采用薄板坯漏斗形结晶器，竖直放置。它的内腔上部中间是漏斗形凸起，两侧及下部的形状近似矩形。结晶器的宽侧壁和窄侧壁带有水冷系统。本实用新型漏斗形结晶器的宽侧壁和窄侧壁的外表面设计成和相对应的内表面形状相同，而非平直面。窄侧壁的形状是上底边长、下底边短的等腰梯形，两腰与纵轴的夹角(即宽侧壁与纵轴夹角)是a。2)电磁制动装置的高度由水口的形状和拉坯速度决定，一般为100mm300mm，它的上表面位置可以与浸入式水口出口平面平齐；也可以高于或者低于水口出口平面，两者之间的高度差一般在300mm以内。铁磁芯的宽度和结晶器宽度相等。铁磁芯连接磁轭，磁轭环绕结晶器设置。3)正对着漏斗形结晶器宽侧壁的铁磁芯的表面非规则铁磁芯表面形状和同一高度上的结晶器的宽侧壁的外表面形状互相嵌合；厚度方向上的侧面形状是直角梯形，两腰夹角(即铁磁芯表面与纵轴夹角)是e，a与e之差在3(T范围内。铁磁芯厚度方向与漏斗形结晶器窄侧壁方向相.同。相应的，铁磁芯内表面与漏斗形结晶器宽侧壁的外表面留有空气隙，它的宽度一般为2mm5mm之间。对于薄板坯漏斗形结晶器来说，本实用新型与已有技术相比较，具有明显的优点和效果。和传统电磁制动装置不同的是，本实-用新型的内容之一铁磁芯和漏斗形结晶器宽侧壁的平均距离要远远小于传统铁磁芯和漏斗形结晶器宽侧壁之间的距离，因此，相同电参数条件下，采用新型制动装置的漏斗形结晶器内磁场区域范围下的平均磁感应强度会更大。另一方面，由于铁磁芯表面形状和漏斗形结晶器宽侧壁形状互相嵌合，在水平方向上，铁磁芯截面呈两边厚中间薄的趋势，即中间为月牙形缺口的矩形形状；在竖直方向上，铁磁芯截面是直角梯形。相应地，漏斗形结晶器内各处的磁感应强虔分布不均勾，在高度方向上，磁感应强度自上而下逐渐增强，在宽度方向上，磁感应强度从中间至两边逐渐增强。通过和流场的结果比较，可以看出，磁感应强度最大的区域恰巧是熔融钢液将要冲击漏斗形结晶器窄侧壁、并且钢液流动速度较大处，需要较大的洛仑兹力制动钢液。在水口下方靠近窄侧壁的区域，较高的磁感应强度在高速液流下产生较^:的洛仑兹力，钢液流动方向变为向下，有效地避免了钢液对窄侧壁的冲击，.使钢液平稳下流；同时，洛仑兹力限制了钢流向上流动速度；减少一湍流，降低弯月面，避免保护渣的巻入。值得一提的是，与传统的电磁制动装置相比较，本
实用新型内容之一的制动装置铁磁芯平均厚度增大，可以保证在较小电参数条件下产生较大的磁感应强度；对同一个流场进行制动，新型电磁制动薄板坯漏斗形结晶器连铸设备可以节约40%的电能。新型制动装置铁磁芯表面形状和漏斗形结晶器宽侧壁嵌合完好，对于薄板坯漏斗形结晶器来说，由于漏斗形结晶器宽侧壁外表面形状铁磁芯表面形状的特殊性，在相同电参数下，使得它的—制动效果要远远好于传统制动装置。-图1是电磁制动薄板坯漏斗形结晶器连铸设备沿宽面中心的剖面图；图2是图1的A—A向剖视图；图3是铁磁芯芷对漏斗形结晶器宽面结构示意简图l、2、3中，l浸入式水口，2弯月面，3分侧流出口，4结晶器宽侧壁与纵轴的夹角是a，'5空气隙，6铁磁芯，7磁轭，.8线圈，9铁磁芯表面与纵轴夹角e，IO漏斗形结晶器，ll结晶器窄侧壁，12结晶器宽侧壁，13铁磁芯表面平面部分，14铁磁芯泰面曲面部分。具体实施方式如图l所示，电磁制动薄板坯漏斗形结晶器连铸设备沿宽面中心的剖面图，薄板坯连铸漏斗形结晶器10由带有冷却系统的结晶器宽侧壁12和结晶器窄侧壁11构成。其中，结晶器宽侧壁12与纵轴成一定角度a4。钢液通过浸入式水口1的两+分侧流出口3流入漏斗形结晶器10内。为抑制钢液流动而设的电磁制动装置包含有一个包围着漏斗形结晶器的磁轭7，在磁轭7上正对着漏斗形结晶器宽侧壁12方向上延伸出两个缠绕线圈8的铁磁芯6，铁磁芯6表面与纵轴成一定角度e9。电磁制动装置的上表面可以与浸入式水口l分侧流出口3平齐也可以高于或:者低于分侧流出口3，其与漏斗形结晶器宽侧壁12中间的空气隙5厚度一般在2mm5mm的范围内。图2是图1的A—A向剖视图，从图2可以看出，为了适应漏斗形结晶器宽侧壁12内表面中间凸起、两侧及下部平面的特殊形状，漏斗形结晶器宽侧壁12的外表面和铁磁芯6的表面形状设计成和漏斗形结晶器宽侧壁12内表面相同或者相近似。图3给出了正对着薄板坯宽侧壁的铁磁芯结构简图，从图中可以看出，铁磁芯6表面由两部分组成:曲面部分14和平面部分13。铁磁芯6表面形状和与之相对的漏斗形结晶器宽侧壁12形状互相嵌合。铁磁芯3表面平面部分13与纵轴成一定的角度e9。在漏斗形结晶器厚度方向上，a与e角度之差的范围在30°之内。(当a与e的角度相等时，漏斗形结晶器内同一位置的磁感应强度最大)。该形状的铁磁芯6保证了漏斗形结晶器10内的磁感应强度从上到下，从中间到两侧逐、渐增强的趋势。在钢液将要冲击漏斗形结晶器窄侧壁11的区域的磁感应强度达到最大。本实用新型对薄板坯漏斗形结晶器尤为适用。结构变量可以按下表取值:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>空气隙厚度(mm)23345'拉坯速度(m/min)4.5.55.566.5a与P之差(T50°l(T15。25"电磁制动器高度200100250160300应用本实用新型装置，具体举例如下:使用备有所述图1、2、3所示的电磁制动薄板坯漏斗形结晶器连铸设备，以下述,件进行连续铸造，通过浸入式水口向漏斗形结晶ll内通入熔融钢液，同时，对铁磁芯上的线圈施加直流电流。铸造条件铸造速度5m/min铸坯宽度1100mm铸坯厚度50mm水口浸入深度300mm所用电流安匝数lOOOOA-na与P之差0°该方案的效果在漏斗形结晶器内，电磁制动装置产生的磁力线与从浸入式水口流出的钢液流动方向-垂直，形成了钢液流动切割磁力线而产生较大的洛仑兹力，改变钢液流动方向，减小其对窄侧壁的冲击。钢液上表面的速度降低，在漏斗形结晶器出口处形成速度均一'的流动。与传统电磁制动装置相比，在达到相同的电磁制动效果情况下，可节约近40%的电能。权利要求1、一种电磁制动薄板坯漏斗形结晶器连铸设备，包括漏斗形结晶器、浸入式水口和电磁制动装置，漏斗形结晶器由带有水冷系统的宽侧壁和窄侧壁构成，浸入式水口插入漏斗形结晶器中，电磁制动装置包括磁轭和铁磁芯，磁轭环绕漏斗形结晶器，磁轭在垂直结晶器宽侧壁方向伸出两个缠绕着线圈的铁磁芯，其特征是漏斗形结晶器宽侧壁的外表面的形状与相对应的内表面形状相同或者相近似，铁磁芯表面形状和漏斗形结晶器宽侧壁形状相互嵌合。2、按照权利要求1所述的一种电磁制动薄板坯漏斗形结晶器连铸设备，其特征在于所述的铁磁芯表面与纵轴夹角e，所述的漏斗形结晶器宽侧壁与纵轴夹角a，a与e之差在30度范围内。3、按照权利要求1所述的一种电磁制动薄板坯漏斗形结晶器连铸设备，其特征在于所述的电磁制动装置的高度在100mm300mm的范围内，电磁制动装置的上表面与浸入式水口的出口两者之间的高度差在300mm以内。4、按照权利要求1所述的一种电磁制动薄板坯漏斗形结晶器连铸设备，其特征在于漏斗形结晶器宽侧壁与铁磁芯之间留有2mm5mm宽的空气隙。5、按照权利要求l、2或者4所述的一种电磁制动薄板坯漏斗形结晶器连铸设备，其特征在于电磁制动装置的铁磁芯上安装有直流通电线圈，匝数可调。专利摘要一种电磁制动薄板坯漏斗形结晶器连铸设备，属于连续铸造用的连铸设备，由漏斗形结晶器、浸入式水口和电磁制动装置构成。漏斗形结晶器由带有水冷系统的宽侧壁和窄侧壁构成，浸入式水口插入漏斗形结晶器中。电磁制动装置包括磁轭和铁磁芯，磁轭环绕漏斗形结晶器，磁轭在垂直结晶器宽面方向伸出两个缠绕着线圈的铁磁芯。漏斗形结晶器宽侧壁的外表面的形状与相对应的内表面形状相同或者相近似，铁磁芯表面形状和漏斗形结晶器宽侧壁形状相互嵌合。本实用新型的漏斗形结晶器内磁场区域范围下的平均磁感应强度会更大，在较小电参数条件下产生较大的磁感应强度。和传统的电磁制动相比较，对同一流场进行电磁制动，新型的连铸设备可以节约40％的电能。文档编号B22D11/041GK201313158SQ20082001466公开日2009年9月23日申请日期2008年8月7日优先权日2008年8月7日发明者李本文,田溪岩,赫冀成申请人:东北大学