專利名稱：一種用于雙輥薄帶鋼鑄軋的電磁側(cè)封方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及連鑄設(shè)備技術(shù)，特別涉及鑄軋過程的側(cè)封技術(shù)。
依靠電磁力封堵熔池端面，取代固體側(cè)封板，即電磁側(cè)封是目前側(cè)封技術(shù)發(fā)展的一個新方向。
電磁側(cè)封的原理是在鑄輥熔池端部施加交變電磁場，交變磁場在臨近的鋼水內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，磁場與感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁力，在熔池端面形成電磁側(cè)壓力，依靠這種電磁壓力約束封堵熔池。
在側(cè)封方面，作用在雙輥式鑄軋機的輥縫熔池側(cè)部任意一點的磁壓力，必須大于鋼水自身的靜壓力及其他動壓力才能實現(xiàn)側(cè)封。要實現(xiàn)這一目標(biāo)，在鑄軋對象已定時必須設(shè)法提高熔池端部所處磁場的磁感應(yīng)強度。電磁場發(fā)生裝置設(shè)計就成為提高磁場強度，并使強磁場部分靠近側(cè)封熔池以產(chǎn)生大的電磁側(cè)封力的有效途徑。
根據(jù)電磁懸浮原理，通過在位于鑄軋輥兩端的電磁線圈內(nèi)施加交變電流，交變電流在鑄軋熔池端部產(chǎn)生交變電磁場，交變電磁場由于臨近鋼水熔池而在熔池內(nèi)感應(yīng)電流，交變磁場與感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁力，依靠這種電磁壓力推斥并封堵住薄帶鋼鑄軋熔池內(nèi)的鋼水，實現(xiàn)電磁側(cè)封。傳統(tǒng)電磁懸浮的懸浮力方向向上，以克服物體重力，實現(xiàn)無接觸熔煉；本發(fā)明實際上是把懸浮力方向轉(zhuǎn)動了90°，使其指向熔池側(cè)面，懸浮力變成了側(cè)向約束力即電磁側(cè)封力。
美國內(nèi)陸鋼公司1989年開始開發(fā)電磁側(cè)封(EMD)技術(shù)。其在歐洲專利EP0679461B1中公開了直流電磁側(cè)封方法，即在熔池內(nèi)通直流電，在鑄輥端部施加直流電磁場，直流電產(chǎn)生的靜磁場與熔池中的直流電流作用產(chǎn)生電磁力，依靠這種電磁力封堵熔池。歐洲專利EP0867243A1則采用交變電磁線圈+鐵芯的互感式側(cè)封。美國專利US5695001則直接向熔池端部的勵磁電流導(dǎo)體板通交流電，并把導(dǎo)流板分成三塊，分別通電，增加磁場的調(diào)節(jié)手段，改善了磁場分布。
交變電磁線圈+鐵芯的互感式側(cè)封存在在大電流時雖然在線圈內(nèi)部磁場可能很大但受鐵芯材質(zhì)所限實際工作磁場不高，而許多電磁能量又損失在鐵芯的發(fā)熱上等問題。導(dǎo)流板技術(shù)則存在由于采用多塊通電導(dǎo)體板，相互不連接，分別通電，因而造成無法在同一電流下有效提高磁場強度等問題。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種用于雙輥薄帶鋼鑄軋的電磁側(cè)封方法，在鑄軋熔池的兩端設(shè)置電磁線圈，對電磁線圈施加交變電流，交變電流在鑄軋熔池端部產(chǎn)生交變電磁場，交變電磁場由于臨近鋼水熔池而在熔池內(nèi)感應(yīng)電流，交變電磁場與感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁力，依靠這種電磁壓力推斥并封堵住薄帶鋼鑄軋熔池內(nèi)的鋼水，電磁線圈設(shè)置在熔池端面外側(cè)，距離鑄軋輥端面的距離L為0＜L≤1cm，電磁線圈產(chǎn)生的交變電磁場的磁力線由熔池端面中間向周圍發(fā)散，或從熔池端面周圍向中間收斂；電磁線圈軸線與熔池端面垂直。
一種用于雙輥薄帶鋼鑄軋的電磁側(cè)封裝置，包括分設(shè)于鑄軋熔池兩側(cè)端部的電磁線圈、隔熱板；所述的隔熱板設(shè)置在電磁線圈和熔池之間，以防止熔池對電磁線圈的高溫輻射影響，隔熱板可采用陶瓷材料，不會對磁場形成屏蔽；所述的電磁線圈的匝數(shù)為至少1匝，每匝線圈橫截面為變截面，采用改變線圈橫截面大小來改變電流密度，以局部調(diào)節(jié)線圈不同位置產(chǎn)生的磁場強度。
所述的電磁線圈為彈簧式結(jié)構(gòu)，電磁線圈匝數(shù)為至少1匝，電磁線圈的外形與熔池截面相仿。
所述的電磁線圈還可為盤式結(jié)構(gòu)，電磁線圈匝數(shù)為至少1匝，電磁線圈的外形與熔池截面相仿。
作為進一步改進，所述的電磁線圈外還設(shè)置一電磁屏蔽罩，該屏蔽罩的形狀和電磁線圈繞組外形配套。所述的屏蔽罩為高導(dǎo)磁性材料制成，并采取冷卻措施。以減小磁場在線圈外空間中的損耗，提高熔池側(cè)部的磁場強度，同時改善熔池側(cè)部的磁場分布提高約束效果，也可防止交變電磁場對鑄軋機鋼結(jié)構(gòu)的感應(yīng)損耗。
作為更進一步改進，還包括輥環(huán)，該輥環(huán)設(shè)置在鑄軋輥端部，固定連接于鑄軋輥輥體上，沿輥環(huán)沿輥環(huán)圓周開有多個縫隙，以增加透磁效果；特別在鑄軋輥的鑄軋輥面不是低導(dǎo)電、低導(dǎo)磁材料，鑄軋輥端部更需添加不銹鋼輥環(huán)，以進一步增加透磁效果。
鑄軋輥或兩端部采用低導(dǎo)電、低導(dǎo)磁材料如不銹鋼制作，以防止鑄軋輥本身的感應(yīng)發(fā)熱，并增強穿過熔池端部的磁場強度。
本發(fā)明的優(yōu)點在于，本發(fā)明的線圈式直接側(cè)封方法中交變磁場磁力線由線圈(或熔池端面)中間向周圍(兩邊)發(fā)散，或從線圈(或熔池端面)周圍向中間(兩邊)收斂聚集，而非現(xiàn)有技術(shù)中磁力線從熔池端面的一側(cè)指向另一側(cè)。采用本發(fā)明的線圈式結(jié)構(gòu)，可通過增加線圈匝數(shù)來有效的增大工作磁場強度，不存在導(dǎo)流板技術(shù)中多塊通電導(dǎo)體板相互不連接，無法在同一電流下有效提高磁場強度等問題；同時本發(fā)明的電磁線圈靠近鑄軋熔池側(cè)面，線圈和熔池側(cè)面之間間隙小，不存在鐵芯式裝置在大電流時由于鐵芯材質(zhì)限制而存在的工作磁場強度難以提高等問題，磁場損耗小，可有效地增大工作磁場強度；同時本發(fā)明無鐵芯制造與材質(zhì)限制問題。
圖2為

圖1的俯視圖。
圖3為本發(fā)明中電磁線圈的一種結(jié)構(gòu)形式示意圖。
圖4為本發(fā)明中電磁線圈的另一種結(jié)構(gòu)形式示意圖。
圖5為圖3的A-A剖視圖。
圖6為圖4的B-B剖視圖。
圖7為本發(fā)明中電磁屏蔽罩的立體示意圖。
圖8為本發(fā)明中輥環(huán)的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9為本發(fā)明中隔熱板的示意圖。
圖10為本發(fā)明電磁線圈設(shè)置的局部放大示意圖。
圖11為本發(fā)明帶輥環(huán)時電磁線圈設(shè)置的局部放大示意圖。
參見圖1、圖2、圖3、圖4、圖7，電磁側(cè)封裝置，包括分設(shè)于鑄軋熔池3兩側(cè)端部的電磁線圈2a、2b、隔熱板6a、6b；隔熱板6a、6b設(shè)置在電磁線圈2a、2b和熔池3之間，固定于電磁線圈靠近熔池一側(cè)的側(cè)面上；電磁線圈2a、2b一種為彈簧式結(jié)構(gòu)，另一種為盤式結(jié)構(gòu)，電磁線圈2a、2b匝數(shù)為至少1匝，電磁線圈2a、2b的外形與熔池3截面相仿。
所述的電磁線圈2a、2b橫截面為變截面。電磁線圈2a、2b用純銅制作，各匝表面涂電絕緣漆，裝置處于冷卻水9的冷卻保護之下。根據(jù)具體鑄軋工藝，電磁線圈的匝數(shù)為多匝，線圈總體形狀與鑄軋輥外形對應(yīng)，線圈高度與熔池高度對應(yīng)。冷卻流路如圖5、圖6所示，由銅線圈相鄰匝銅板21、22以及兩密封鑲塊構(gòu)81、82成冷卻水通路9，工作時冷卻水通路9通有冷卻水流動。
參見圖2、圖7，所述的電磁線圈2a、2b外還套設(shè)一電磁屏蔽罩5，該屏蔽罩5的形狀和電磁線圈2a、2b繞組外形配套。
所述的屏蔽罩5為高導(dǎo)磁性材料制成。
參見圖2、圖8，圖10，輥環(huán)7設(shè)置在鑄軋輥1a、1b端部，固定連接于鑄軋輥1a、1b輥體上，沿輥環(huán)7圓周開有多個縫隙71。
鑄軋輥1a、1b兩端部采用低導(dǎo)電、低導(dǎo)磁材料如不銹鋼制作，以防止鑄軋輥本身的感應(yīng)發(fā)熱，并增強穿過熔體端部的磁場強度。鑄軋輥面采用不銹鋼制作，也可采用在鑄軋輥1a、1b端部添加不銹鋼輥環(huán)7，輥環(huán)結(jié)構(gòu)如圖8所示。
在線圈2a、2b和熔池3之間設(shè)置隔熱板6，以防止熔池對電磁線圈的高溫輻射影響。隔熱板6采用陶瓷材料，不會對磁場形成屏蔽。隔熱板6外形與鑄軋輥1外形及鑄軋熔池3相對應(yīng)，其形狀如圖9所示。隔熱板6安裝在鑄軋輥1 a和鑄軋輥1b之間，并緊貼固定在線圈2a、2b靠近熔池3的側(cè)面上，如圖2所示。
電磁線圈2a、2b的一種結(jié)構(gòu)見圖3、圖5，總體上看，它就像一個非圓形的異形彈簧。其結(jié)構(gòu)主要特點包括(1)仿形設(shè)計，減少對鑄軋機配套結(jié)構(gòu)要求；(2)為多匝結(jié)構(gòu)，以在恒定電流下有效提高磁場強度，克服導(dǎo)流板式側(cè)封導(dǎo)流板不能形成線圈回路磁場弱的不足；(3)每匝線圈橫截面采用變截面，以改變線圈不同部位內(nèi)電流密度，從而調(diào)節(jié)局部磁場強度。冷卻流路如圖5所示，由銅線圈2相鄰匝銅板21、22以及兩密封鑲塊81、82構(gòu)成冷卻水通路，工作時冷卻水通路通有冷卻水流動。
電磁線圈2a、2b的另一種結(jié)構(gòu)見圖4、圖6，總體上看，它就像一個非圓形的異形蚊香盤，其結(jié)構(gòu)主要特點包括(1)仿形設(shè)計，減少對鑄軋機配套結(jié)構(gòu)要求；(2)為多匝結(jié)構(gòu)，以在恒定電流下有效提高磁場強度，克服導(dǎo)流板式側(cè)封導(dǎo)流板不能形成線圈回路磁場弱的不足，而且由于這種蚊香盤式結(jié)構(gòu)可通過其中心的匝數(shù)增加中心磁場強度，實現(xiàn)熔池均勻側(cè)封。冷卻流路如圖6所示，由銅線圈2相鄰匝銅板21、22以及兩密封鑲塊81、82構(gòu)成冷卻水通路9，工作時冷卻水通路9通有冷卻水流動。
通過本裝置在交變電流下可直接在鑄軋熔池端部產(chǎn)生足夠強、分布合理的交變電磁場，實現(xiàn)電磁側(cè)封。不存在鐵芯式EMD裝置在大電流時由于鐵芯材質(zhì)限制而存在的熔池區(qū)域工作磁場強度難以提高的問題，以及導(dǎo)流板技術(shù)中多塊通電導(dǎo)體板相互不連接，無法在同一電流下有效提高磁場強度等問題，因此在雙輥薄帶鋼鑄軋工藝及裝備中得到應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種用于雙輥薄帶鋼鑄軋的電磁側(cè)封方法，在鑄軋熔池的兩端設(shè)置電磁線圈，對電磁線圈施加交變電流，交變電流在鑄軋熔池端部產(chǎn)生交變電磁場，交變電磁場由于臨近鋼水熔池而在熔池內(nèi)感應(yīng)電流，交變電磁場與感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁力，依靠這種電磁壓力推斥并封堵住薄帶鋼鑄軋熔池內(nèi)的鋼水；其特征是電磁線圈設(shè)置在熔池端面外側(cè)，距離鑄軋輥的距離為0＜L≤1cm，電磁線圈產(chǎn)生的交變電磁場的磁力線由熔池端面中間向周圍發(fā)散，或從熔池端面周圍向中間收斂；電磁線圈軸線與熔池端面垂直。
2.一種用于權(quán)利要求1所述的方法的電磁側(cè)封裝置，包括分設(shè)于鑄軋熔池端部兩側(cè)的電磁線圈、隔熱板；所述的隔熱板設(shè)置在電磁線圈和熔池之間，固定于電磁線圈靠近熔池一側(cè)的側(cè)面上；其特征是所述的電磁線圈為彈簧式結(jié)構(gòu)，電磁線圈匝數(shù)為至少1匝，電磁線圈的外形與熔池截面相仿。
3.一種用于權(quán)利要求1所述的方法的電磁側(cè)封裝置，包括分設(shè)于鑄軋熔池端部兩側(cè)的電磁線圈、隔熱板；所述的隔熱板設(shè)置在電磁線圈和熔池之間，固定于電磁線圈靠近熔池一側(cè)的側(cè)面上；其特征是所述的電磁線圈為盤式結(jié)構(gòu)，電磁線圈匝數(shù)為至少1匝，電磁線圈的外形與熔池截面相仿。
4.如權(quán)利要求2或3的電磁側(cè)封裝置，其特征是所述的電磁線圈橫截面為變截面。
5.如權(quán)利要求2或3的電磁側(cè)封裝置，其特征是所述的電磁線圈外還套設(shè)一電磁屏蔽罩，該屏蔽罩的形狀和電磁線圈繞組外形配套。
6.如權(quán)利要求2或3的電磁側(cè)封裝置，其特征是所述的屏蔽罩為高導(dǎo)磁性材料制成。
7.如權(quán)利要求2或3的電磁側(cè)封裝置，其特征是還包括輥環(huán)，該輥環(huán)設(shè)置在鑄軋輥端部，固定連接于電磁線圈靠近熔池一側(cè)的側(cè)面上，沿輥環(huán)圓周開有多個縫隙。
全文摘要
一種用于雙輥薄帶鋼鑄軋的電磁側(cè)封方法及裝置，在鑄軋熔池兩端設(shè)置電磁線圈，對電磁線圈施加交變電流，在鑄軋熔池端部形成交變電磁場，交變磁力線由熔池端面中間向周圍發(fā)散或反向收斂，熔池內(nèi)因此感應(yīng)出電流，交變磁場與感應(yīng)電流作用產(chǎn)生電磁力，電磁力推斥并封堵住薄帶鋼鑄軋熔池內(nèi)的鋼水；電磁側(cè)封裝置包括設(shè)于鑄軋熔池兩側(cè)端部的電磁線圈、隔熱板；隔熱板設(shè)置在電磁線圈和熔池之間；電磁線圈為彈簧式或盤式結(jié)構(gòu)，外形與熔池截面相仿，電磁線圈外還套設(shè)一電磁屏蔽罩，屏蔽罩形狀和線圈繞組外形配套，鑄軋輥端部設(shè)置環(huán)輥。本發(fā)明可通過增加線圈匝數(shù)來有效的增大工作磁場強度，且線圈靠近鑄軋熔池側(cè)面，線圈和熔池側(cè)面之間間隙小，磁場損耗小。
文檔編號B22D11/06GK1440846SQ0211092
公開日2003年9月10日 申請日期2002年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月28日
發(fā)明者溫宏權(quán), 張永杰, 王隆壽, 喬國林, 陸麗華 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司