[发明专利]使熔融金属在扁坯连铸锭模内旋转的方法和相关的电磁设备

说明书

技术领域

本发明涉及金属扁坯、特别是扁钢的连续铸造。本发明更特别地涉及在锭模内应用滑动磁场，该磁场对铸造液态金属的作用赋予液态金属围绕铸造轴线的旋转运动。

背景技术

已知的是，扁钢连铸传统上在竖直或基本竖直的锭模中进行，该锭模由两个彼此相对的、由铜或铜合金制成并通过水循环强制冷却的大表面(或大壁)和两个侧向小表面构成，两个侧向小表面垂直于大表面端部地密封安装，以便与大表面一起限定将决定铸造产品尺寸的铸造空间。熔融金属通过重力被注入该铸造空间中，在该空间中熔融金属与锭模的冷却金属壁接触而逐渐凝固，同时随着周边固化部分排向底部，以在铸造机的二次冷却阶段中完成其固化。因此，在整个铸造过程中，熔融金属充填铸造空间直到某一高度，以便在该高度形成被熔渣所覆盖的弯月面(液态金属的自由表面)，并且均匀的熔融金属流借助没入(在弯月面下几十厘米)的注口持续地被带到锭模中，所述注口一般是单一的并定中心在铸造轴线上，并且设有相对端部小表面开放的侧向出口孔。

借助滑动磁场使熔融金属在扁坯连铸轧坯锭模中于弯月面处轴向旋转的基础已经确立并且为人熟知。概括地说，所述基础在于：通过应用安装在锭模大表面上的静态多相感应器产生的水平滑动磁场所引起的驱动力，使金属以唯一椭圆形运动方式围绕铸造轴线整体转动。

例如，文献EP 0151 648提出使用四个独立的对称安装在锭模大表面上的相同感应器，其中每个大表面有两个位于注口各侧的感应器，每个感应器在注口与端部小表面之间局部覆盖接纳这些感应器的大表面的一半宽度。这些三相感应器中的每一个产生一个水平滑动磁场，其中在同一表面的两个感应器上磁场滑动方向相同，且与另一大表面上的相对的两个感应器所产生的磁场滑动方向相反。因此在任一感应器产生的磁场与该感应器附近的熔融金属之间的相互作用导致沿锭模宽度对金属的推动力。由于在锭模直截面中重复四次——即每个感应器一次——的该相互作用，因而形成一具有四种驱动力的系统，其中的两种驱动力相对于铸造轴线呈对角线定位，把金属从注口推向小表面，因此是“向外”推动，而另外两种驱动力在另一对角线上相对定位，把金属从小表面向注口向“内”推动。

另一例子：日本专利申请JP 57075268则提出每个大表面只有单一个的部分感应器的原理。相对于铸造轴线彼此处于对角线位置的每个感应器占据接纳该感应器的大表面的约3/4。因此，其余的1/4没有受到滑动磁场的任何作用，以使旋转中的金属流在与成直角的端部小表面正前相遇之前减慢，从而减弱冲击能量。

基于相同精神，欧洲专利EP n°0096077也提出一种在每个大表面上有三个排齐的感应器基础上配置的设备，三个感应器共同产生在同向上水平滑动的磁场，但是这三个感应器与允许它们以对铸造金属施以不同推力作用的部件相结合。在磁场滑动方向上考虑，靠近一端部小表面的第一感应器因此保证相对的熔融金属部分加速，第二感应器保证在大表面中间部分中其速度的保持，而第三感应器被调节，以允许在它前面通过的金属流在正前撞击到另一端部小表面上之前减速。

最近，欧洲专利EP 0750958似乎更进一步，其提出一种由每个大表面单一感应器构成的、使金属在弯月面进行旋转的设备，因此是前面提到的JP 57075268中描述的类型，但是该设备需要一种复杂连接配合，该复杂连接将该设备连接至其三相电源供应器。这种应用于老式设计感应器的复杂电配接的目的旨在也允许使用根据锭模宽度调节驱动力的部件。因此所针对的目的是：在大表面端部区域中把熔融金属向外“推”的力，比起作用在另一大表面上的相对的相同端部区域中、且朝相反方向(因此向内推)的力更强。因此与前述的在金属流正前冲撞端部小表面之前希望减缓金属流的考虑相反的是，根据该文献，所述作业方式允许同时使金属在弯月面的轴向转动运动和在此处与锭模壁接触的金属的温度都相当均匀。实际上，尽管该文献在这一点上并不明确，但从分析可看出：只有在锭模中的金属浴的自然流体动力学呈“双环”类型的结构的条件下，才会真正考虑使用刚提到的实施部件达到这种目标。

下面将提到在描述熔融金属在锭模内的循环方式方面该表达所覆盖的意义——其尤其与“单环”方式相反。目前来说，将意识到，如果使金属在弯月面呈椭圆轴向旋转的方案的提议如此冗长并且在文献中已存在了这么多年，这说明还未找到一种最佳方法。然而，确切地正是因为本发明将熔融金属在锭模内的循环方式当作首要重要性加以考量，本发明因而为此提出一种用于保证液态金属在整个或几乎整个铸造过程中在弯月面处的稳定、均匀的轴向椭圆形旋转运动的最佳方法。

发明内容