專利名稱：用于抑制出料過程中在中間包或鋼包內(nèi)出現(xiàn)漩渦的方法和設(shè)備的制作方法
本申請要求于2004年9月13日提交的美國臨時(shí)專利申請No.60/609697的權(quán)益，這里引入其全文作為參照。
背景技術(shù)：
本發(fā)明總體上涉及抑制中間包內(nèi)的漩渦。
在從連鑄機(jī)(“CCP”)的中間包或鋼包中排出熔融物的過程中，熔融物的自由面的下降可以立即導(dǎo)致在熔融物之前更換中間包或鋼包時(shí)出現(xiàn)漩渦。當(dāng)熔融物的液面低于正常液面時(shí)通常會發(fā)生這種現(xiàn)象。例如，在把中間包倒空的過程中有可能產(chǎn)生這樣的低液面。漂浮在熔融物表面上的熔渣被卷入到漩渦中，并進(jìn)入到連鑄機(jī)的結(jié)晶器內(nèi)。因此，連續(xù)鑄錠的某一部分上含有熔渣，必須將其切除，稍后再次熔化。去除熔渣和再熔化熔渣都導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，降低了生產(chǎn)量。
目前，絕大部分的金屬和合金都采用CCPs進(jìn)行澆鑄。因此，抑制漩渦的問題是非常緊迫的。
解決這一問題的一種嘗試是在出料口上方安裝結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜的陶瓷箱體(例如，參見Sankaranarayanan等人的、發(fā)明名稱為“FlowControl Device For The Suppression of Vortices”(用于抑制漩渦的流量控制設(shè)備)的美國專利No.5382003)。這種方法的缺點(diǎn)是明顯的，包括需要清洗以及此外在長期操作中間包后熔融物對陶瓷制品的破壞。因此，注入到結(jié)晶器的熔融物將基本上變得不規(guī)則。
因此，需要提供一種抑制漩渦的改進(jìn)方法。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種抑制漩渦的改進(jìn)方法。
本發(fā)明提議的抑制漩渦的方法采用一種旋轉(zhuǎn)磁場(“RMF”)。該方法并不涉及在中間包內(nèi)布置任何陶瓷部件，因此沒有如上所述的缺點(diǎn)。此外，RMF的參數(shù)易于改變，因此，在較為寬泛的限制中，能夠容易地控制采用RMF抑制漩渦的過程。
通過在低溫的中間包模型上執(zhí)行RMF來實(shí)施抑制漩渦的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提議的抑制漩渦的方法，其中，采用易熔的銦-鎵-錫合金(InGaSn)作為熔融物，其熔化溫度大約為10攝氏度。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，提供了利用旋轉(zhuǎn)磁場來抑制當(dāng)熔融物的自由面低于臨界液面時(shí)在中間包或鋼包中產(chǎn)生漩渦的方法，這里所述旋轉(zhuǎn)磁場是由流出管之上的熔融物中的m相電流(即任何適宜數(shù)量的電流相位或m相電壓)連續(xù)激起的，其中RMF的旋轉(zhuǎn)方向與漩渦中熔融物的旋轉(zhuǎn)方向相反。


在考慮了下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述后，本發(fā)明的上述和其它優(yōu)點(diǎn)將變得更加直觀，全部附圖中相同的附圖標(biāo)記表示同樣的部件，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的中間包的部分垂直截面圖，這里所述中間包鄰近帶有RMF感應(yīng)器的出料口；圖2示出了沿圖1中線A-A剖開的三相RMF感應(yīng)器的水平截面圖，這里該RMF感應(yīng)器帶有6個(gè)顯式磁極(explicit pole)；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的、帶有4個(gè)顯式磁極的二相感應(yīng)器的極靴結(jié)構(gòu)；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的、帶有3個(gè)顯式磁極的三相感應(yīng)器的極靴結(jié)構(gòu)；圖5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)繞組中感應(yīng)電流的振蕩；圖6示出了在抑制漩渦的試驗(yàn)中采用的中間包的示意性圖解；圖7示出了對圖6所示中間包實(shí)施的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
在中間包蓋板1(圖1)中形成有檢查窗2，檢查窗2上面可以安裝用來記錄熔融表面4位移的光學(xué)探針3。當(dāng)出料口5附近出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)流時(shí)，m相電壓被施加給感應(yīng)器6(圖2)。因此，在出料口5上方激起RMF，該RMF在熔融物中引起電流的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。這些電流與RMF的相互作用產(chǎn)生了電磁力(“EMBF”)，該電磁力根據(jù)感應(yīng)器6的接通方式能夠阻礙或加速出料口5上的漩渦的形成。
對于指定的中間包(或鋼包)，如果EMBF場的指向與在熔融液面下降到臨界值時(shí)出現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)流相反，那么就能夠有效地抑制漩渦的形成。
這里所述類型的感應(yīng)器(如感應(yīng)器6)典型地產(chǎn)生電流的正弦波形，因而在出料口5上激起RMF。根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施方案，當(dāng)感應(yīng)線圈與電源(未示出)連接時(shí)，可以產(chǎn)生超級波(superwave)而不是典型的正弦波形，并且該超級波施加在感應(yīng)器6上。
圖5示意性地示出了雙調(diào)制正弦電流振蕩(二級超級波)的形成。圖5示出了例如被波120和130調(diào)制的低頻載波110。小波120和130具有逐漸增高的頻率(相對于主波110)。甚至具有更高頻率的其它調(diào)制電平也可以調(diào)制主波110，但是為了清楚起見并未示出。圖5所示的時(shí)域中描述了這種超級波。
根據(jù)低溫模型獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在一些情形中，施加頻率和/或幅值調(diào)制的RMF，或者隨時(shí)間改變RMF的旋轉(zhuǎn)方向、強(qiáng)度或頻率更加有效。
圖6顯示出用于該實(shí)驗(yàn)的中間包的示意性圖解。它示出了用于評估RMF對澆口杯成形過程產(chǎn)生影響的效率的液面特性，其中Hm是液態(tài)金屬的初始高度，H0是對應(yīng)于在沒有RMF的情況下澆口杯形成的熔融物高度，在RMF的作用下，澆口杯形成的臨界液面高度Hmf的相對變化是ΔH＝(H0-Hmf)/H0。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。圖7中的符號+t表示在打開塞棒放出熔融物之后，接通發(fā)生器的延遲。(所有實(shí)驗(yàn)中熔融物的初始液面都是相同的，即Hm大約為70mm)。
在使用諧波RMF(例如圖7左側(cè)的第一組數(shù)據(jù))的情況下，3相感應(yīng)器(例如參見圖1和圖2)線圈中的電流按照下面的規(guī)則變化(1)I＝I0sin(ω0t+α)，其中α是時(shí)間相移，ω0是電流的圓頻率(在所述實(shí)驗(yàn)中，ω0＝20Hz)。延遲+t從0至2秒變化，I0從8A至13A變化。顯然，在沒有延遲，電流最大的情況下能夠觀察到最大的影響。應(yīng)注意的是在這種情況下，還觀察到中間包中金屬液面的最大紊亂。
在使用調(diào)制RMF的情況下，感應(yīng)線圈中的電流按照下面的規(guī)則變化(2)I＝I0[1+e·sin(kω0t+α)]sin(ω0t+α)，其中k是載波頻率和調(diào)制頻率之間的倍數(shù)比例，e是調(diào)制深度。因此，圖7中的符號例如K3_04_11A+2s表示由(2)表示的電流具有下述參數(shù)k＝3，e＝0.4，I0＝11A，+t＝+2秒。
實(shí)施所提議的方法的設(shè)備由顯式磁極感應(yīng)器6(圖1和2)組成，所述感應(yīng)器6具有的磁極數(shù)量應(yīng)當(dāng)是相數(shù)m的倍數(shù)(在使用2相電流時(shí)，感應(yīng)器可帶有4個(gè)(圖3中的標(biāo)記7)、8個(gè)等的磁極；在使用3相電流時(shí)，感應(yīng)器可帶有3個(gè)(圖4中的標(biāo)記8)、6個(gè)(圖2中的標(biāo)記9)等的磁極)。這些磁極可以設(shè)置在流出管10(圖1)周圍。
感應(yīng)器6的磁路優(yōu)選地由鐵磁體襯背(ferromagnetic back)11構(gòu)成，它帶有顯示磁極9，12(圖2)和設(shè)置在磁極上的線圈13(圖1)。如果施加大約為50-60Hz的工業(yè)用頻率電流，那么磁路優(yōu)選由薄片電工用鋼制成或形式為薄鋼板殼14(圖2)，并且優(yōu)選用顆粒為電絕緣的鐵粉15(圖1)將其充滿。如果是施加大約為2-10Hz的低頻電流，那么磁路優(yōu)選由鋼或鑄鐵鑄成。
各種結(jié)構(gòu)的極靴16(圖1)，7(圖3)，8(圖4)優(yōu)選由鋼、鐵或?qū)訅旱碾姽び娩撝瞥?，它們被布置在中間包底部(圖1)的內(nèi)襯19中的殼17內(nèi)部。優(yōu)選在殼17和極靴之間留有縫隙，可以通過該縫隙吹入空氣，將極靴冷卻至各自的鐵磁體居里點(diǎn)之下的溫度。
優(yōu)選使用凸緣20將感應(yīng)器固定到中間包殼17上，所述凸緣優(yōu)選由可與磁路的磁極剛性連接的非磁性鋼制成。
能夠使用各種類型的電路和由不同材料制成的設(shè)備實(shí)施根據(jù)本發(fā)明如上所述的泵送。
因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，如上所述僅僅是本發(fā)明的原理的示例說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明范圍和實(shí)質(zhì)的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)各種改進(jìn)，本發(fā)明僅由下面的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.利用旋轉(zhuǎn)磁場(RMF)抑制在熔融物的自由面降低到臨界水平之下時(shí)中間包或鋼包中產(chǎn)生漩渦的方法，所述旋轉(zhuǎn)磁場由流出管之上的熔融物中的m相電流連續(xù)激發(fā)，其中RMF的旋轉(zhuǎn)方向與漩渦中熔融物的旋轉(zhuǎn)方向相反。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中利用一定的頻率和開關(guān)時(shí)間比改變RMF的旋轉(zhuǎn)方向。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中RMF是調(diào)幅和/或調(diào)頻的，調(diào)制頻率超過載波頻率。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中以具有某一開關(guān)時(shí)間比按非連續(xù)方式激發(fā)RMF。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中根據(jù)靜止的熔融液面和形成漩渦的狀況，在熔融物的自由面開始下降后以一定的延遲來激發(fā)RMF。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在熔融物排出的過程中RMF的強(qiáng)度發(fā)生改變。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在熔融物排出的過程中，激起RMF的電流頻率發(fā)生改變。
8.實(shí)施權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法的設(shè)備，該設(shè)備由顯式磁極感應(yīng)器構(gòu)成，其中磁極的數(shù)量是電流相位數(shù)量的倍數(shù)，所述感應(yīng)器包括磁路、繞組和極靴，它們安裝在流出管周圍的中間包或鋼包底部之下，其中磁路襯背由鐵磁材料制成，其形式為帶有中心孔的扁平圓盤，所述流出管設(shè)置在該中心孔內(nèi)，其中所述磁極呈梯形截面，帶有垂直于襯背平面的繞組，其中所述極靴是用空氣冷卻的，其形式為中空錐形的部分，并且被布置在排出管周圍的中間包或鋼包的底部的襯里中。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中感應(yīng)器的極靴被制成具有錐形內(nèi)表面的部分中空圓柱體的形狀。
10.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中感應(yīng)器的磁路由鐵陶瓷制成。
11.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中感應(yīng)器的磁路制成為薄壁殼的形式，所述殼內(nèi)充滿了由電絕緣顆粒構(gòu)成的鐵粉。
全文摘要
提供了一種在熔融物的自由面低于臨界液面的情形下，利用旋轉(zhuǎn)磁場來抑制中間包或鋼包中漩渦產(chǎn)生的方法，這里所述旋轉(zhuǎn)磁場是由流出管之上的熔融物通過專門設(shè)計(jì)的RMF感應(yīng)器激發(fā)的。
文檔編號B22D41/62GK101039768SQ200580034740
公開日2007年9月19日 申請日期2005年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月13日
發(fā)明者I·I·達(dá)爾迪克, A·K·卡普斯塔, B·M·米哈伊洛維奇, E·G·戈?duì)柌假嚳? S·L·列辛, H·D·布拉諾弗, M·哈夫金 申請人:動力技術(shù)有限責(zé)任公司