[发明专利]一种连铸结晶器电磁搅拌器电磁力矩的测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明主要属于结晶器电磁搅拌器电磁力矩测量技术领域，具体涉及一种测量连铸结晶器电磁搅拌器电磁力矩的测量方法及装置。

背景技术

电磁搅拌一方面通过交变磁场作用于铸坯中心的熔融钢水，产生的电磁推力搅动钢水，从而打碎凝固前沿的柱状晶，碎晶未融合部分作为等轴晶的晶核；另一方面是通过搅拌使钢水成分和温度均匀，降低凝固前沿的温度梯度。在连铸上采用结晶器电磁搅拌工艺，不但可以提高铸坯表面及皮下质量，促进夹杂物上浮，同时有效地改善铸坯的内部组织结构，抑制柱状晶生长，促进等轴晶生成，减少成分偏析，减轻中心疏松和中心缩孔。几十年来，国内外学者对电磁搅拌技术进行了大量的理论及实验研究，并应用于工业生产。电磁搅拌技术已经成为连铸过程中改善铸坯质量的最重要和最有效的手段之一，但不合适的搅拌参数不仅无法具有明显的冶金效果，还可能带来液面波动、夹渣等后果，不利于保证产品质量。

根据电磁搅拌理论及实际应用研究，衡量电磁搅拌强度的常用的指标有三个：磁场强度、搅拌力和搅拌速度。

由于容易测量，目前应用最多的是采用磁场强度为标准。现场一般是在铸机空载的情况下，采用高斯仪测量结晶器内不同搅拌电流和搅拌频率下的磁场分布，但由于磁场的可迭加性原理，在同一空间点上，各次谐波的磁感应强度可迭加成合成磁感应强度，而通常用高斯计测出的磁感应强度实际是合成磁感应强度而非需要的一次基波磁感应强度。当变频电源的高次谐波分量较大时，合成的磁感应强度很大，容易造成搅拌强度已足够大的假象。

电磁搅拌的实质是利用铸坯液相穴中感生的电磁力，强化钢液的运动，由此强化钢液的对流—传热和传质过程，从而控制铸坯的凝固过程，由此可见，钢液的搅拌运动与铸坯的凝固组织以及铸坯的冶金效果建立最直接的关系，但是，由于连铸高温钢液的搅拌速度不易测量，搅拌速度的计算依赖诸多的因素且不准确，因此，很难将搅拌速度作为搅拌强度的指标进行测量。

电磁力矩更接近电磁搅拌器的真实性能，电磁搅拌需要的是钢水中感生的电磁力矩；且电磁力矩能够更直观地判断电磁搅拌器的工作能力，即搅拌效果。磁感应强度只是联系搅拌器激磁电流和钢水中感生的电磁力矩之间的一个中间参数，钢水中感生的电磁力矩才是推动钢水运动的原动力。因此电磁力矩作为搅拌强度的指标更为合理。

电磁力矩作为评价搅拌效果的指标，通常是指凝固前沿的电磁力使钢水产生的电磁力矩。

在实际应用中，浇注过程中测量结晶器内钢液凝固前沿的电磁力矩较为困难，因此通常在停浇过程中铸机空载的情况下，测试原理是模拟连铸过程中结晶器钢液在交变磁场中受到的实际作用力矩的大小。一般采用自制的电磁扭矩测量仪测量不同搅拌电流和搅拌频率下的扭矩。

目前存在的电磁力矩测量仪器并没有统一的标准，导致同样的状况下，文献中采用不同的电磁力矩测量仪测定的数值相差甚大，且对于测量方法介绍不详，对于调整结晶器电磁搅拌参数无法提供可靠的依据。例如，现有技术中的手持式扭矩仪，虽然操作方便，但由于结晶器电磁搅拌器的电磁力矩相对较小，扭矩测量仪对电流变化的响应差且精度不高，测量的实际扭矩偏差较大。

有鉴于此，有必要提供一种标准化的可精确测量结晶器电磁搅拌器的电磁力矩的方法及装置克服以上缺陷。

发明内容

为解决现有技术的不足之处， 本发明了提供一种连铸结晶器电磁搅拌器电磁力矩的测量方法以及装置。利用发明所述测量方法和装置，解决了现有结晶器电磁搅拌参数制定耗时且耗力不准确的问题，以及解决了现有的结晶器电磁搅拌器的电磁力矩测量装置在测量过程中存在的测量精度差、测量方法不尽详细等问题。通过对连铸过程结晶器电磁搅拌器电磁力矩进行精确测量，改善了现有结晶器电磁搅拌参数制定中存在的问题，可实现花费较小且简单快捷地对结晶器电磁搅拌参数的制定，对改善铸坯质量提供坚实可靠的依据。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种连铸结晶器电磁搅拌器电磁力矩的测量装置，所述测量装置包括测量部分、支撑部分和输出部分；

支撑部分：用于支撑和固定整个测量装置、调节和标定测量装置的测量位置以及保证测量时测量装置的对中位置，以提高测量准确性；

测量部分：采用非磁性材料制备，所述测量部分包括扭矩传感器、传感器底座、扭矩传递轴、扭矩传递杆、联轴器、轴承和扭矩测量探头；所述传感器底座用于承接整个测量部分，并所述测量部分通过所述传感器底座固定于所述支承部分；

输出部分：与所述测量部分电连接，所述输出部分为显示仪表。

进一步地，所述扭矩传感器采用反作用力型扭矩传感器。