板坯結(jié)晶器電磁攪拌的多維電磁調(diào)制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬板坯結(jié)晶器的電磁攪拌裝置，尤其涉及一種板坯結(jié)晶器電磁攪拌的多維電磁調(diào)制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在金屬板坯生產(chǎn)中，為了提高鑄坯的表面和內(nèi)部質(zhì)量，通常對結(jié)晶器內(nèi)的液態(tài)金屬施加電磁攪拌。電磁攪拌的基本原理是通過在攪拌器內(nèi)部通交流電后感應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)交變磁場，該交變磁場在液態(tài)金屬中會感應(yīng)產(chǎn)生電流，感應(yīng)產(chǎn)生的電流與交變磁場之間產(chǎn)生洛侖茲力。液態(tài)金屬在洛侖茲力作用下，沿著作用力的合外力方向進(jìn)行流動，一方面，電磁攪拌作用下的流場對固-液界面進(jìn)行沖刷，有利于夾雜物、氣泡等缺陷的上浮去除，從而提高鑄坯質(zhì)量；另一方面，電磁攪拌作用下均勻了金屬液的成分和溫度，而且增加了固-液界面的凝固核心，有利于細(xì)化鑄坯晶粒，提高等軸晶率。鑒于電磁攪拌對鑄坯質(zhì)量的促進(jìn)作用，人們對電磁攪拌進(jìn)行了廣泛的研究，提出了許多專利技術(shù)。
[0003]中國專利CN96121903.3提出將攪拌器分為四個(gè)獨(dú)立控制部分，可施加不同電流產(chǎn)生不同分布的磁場分布，該方法具有一定的可調(diào)性，但該攪拌器僅可實(shí)現(xiàn)橫向調(diào)節(jié)，沒有考慮板坯在縱向的差異。
[0004]中國專利CN87104014提出的電磁攪拌裝置產(chǎn)生螺旋磁場，有利于氣泡和夾雜物的上浮，可用于方坯和圓坯的電磁攪拌，其攪拌形式和對流場的作用在板坯連鑄中存在一定的局限性。
[0005]中國專利CN200910211558.3提出的螺旋磁場攪拌裝置用于復(fù)合材料的冶金熔煉，并且適用于圓形熔煉爐，不屬于板坯結(jié)晶器攪拌領(lǐng)域。中國專利CN86101657、中國專利CN200910226351.3、美國專利US4582110、美國專利US5279351A提出的攪拌技術(shù)均為旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置，用于方坯和圓坯的電磁攪拌，不適于板坯連鑄過程的攪拌。
[0006]中國專利CN200910302486.3提出了一種可實(shí)現(xiàn)單一旋轉(zhuǎn)、電磁減速、電磁加速、兩區(qū)旋轉(zhuǎn)和四區(qū)旋轉(zhuǎn)這五種攪拌模式的感應(yīng)器，這些調(diào)節(jié)模式究其實(shí)質(zhì)是二維磁場調(diào)節(jié)，只能改變橫截面的磁場分布，而在縱向則無法調(diào)節(jié)。另外，板坯角部是裂紋易發(fā)區(qū)，這五種模式均無法靈活有效地調(diào)節(jié)板坯角部的攪拌磁場。
[0007]中國專利CN200780041938.6提出了一種新的電磁攪拌方法，采用兩套線圈，一套在橫截面上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，另一套在縱向產(chǎn)生移動磁場，這種方法可實(shí)現(xiàn)三維電磁攪拌，但主要適用于圓坯電磁攪拌，對于板坯電磁攪拌尚未實(shí)現(xiàn)。
[0008]以上專利提及的電磁攪拌方法和裝置，僅限于二維電磁攪拌或方坯和圓坯攪拌，無法實(shí)現(xiàn)對局部攪拌磁場的微調(diào)，對結(jié)晶器內(nèi)角部或局部金屬液死區(qū)的調(diào)節(jié)能力有限，極易成為夾雜或氣孔的高發(fā)區(qū)；其次，盡管目前板坯結(jié)晶器電磁攪拌技術(shù)取得了一定的應(yīng)用效果，但仍存在板坯質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，夾雜、氣孔等缺陷會經(jīng)常出現(xiàn)，電磁攪拌效果有待于進(jìn)一步改善；對于板還連鑄而言，在同一連鑄機(jī)上會生產(chǎn)不同成分、規(guī)格的鑄還，連鑄的工藝參數(shù)也存在一定差別，因此結(jié)晶器電磁攪拌工藝也要隨之進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，對于結(jié)晶器內(nèi)地流場，需在水平方向和垂直方向上采取措施進(jìn)行整體或局部的磁場調(diào)整，而目前尚無多維磁場調(diào)制的方法和技術(shù)，不利于板坯質(zhì)量的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種板坯結(jié)晶器電磁攪拌的多維電磁調(diào)制裝置，該調(diào)制裝置能實(shí)現(xiàn)在水平面方向和垂直方向的磁場調(diào)制功能，從而調(diào)節(jié)結(jié)晶器內(nèi)整體或局部磁場分布結(jié)構(gòu)，達(dá)到優(yōu)化電磁力分布，進(jìn)而提聞等軸晶率，實(shí)現(xiàn)聞質(zhì)量板還的穩(wěn)定生廣。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種板坯結(jié)晶器電磁攪拌的多維磁場調(diào)制裝置，包括結(jié)晶器系統(tǒng)和金屬液，結(jié)晶器系統(tǒng)包括結(jié)晶器寬面、窄面和浸入式水口，結(jié)晶器系統(tǒng)內(nèi)裝有金屬液；所述磁場調(diào)制裝置還包括攪拌器系統(tǒng)和測速系統(tǒng)；
所述攪拌器系統(tǒng)包括PLC控制單元和兩個(gè)單側(cè)攪拌器，兩個(gè)單側(cè)攪拌器分別分布于結(jié)晶器系統(tǒng)兩側(cè)的寬面上，單側(cè)攪拌器包括多層攪拌器單元，兩層攪拌器單元間設(shè)置磁屏蔽片，攪拌器單元外包覆有攪拌器外殼，每層攪拌器單元包括多個(gè)線圈和磁軛，PLC控制單元連接線圈抽頭，改變線圈繞組電流大小和相位能實(shí)現(xiàn)橫向磁場調(diào)制；每層攪拌器單元獨(dú)立連接PLC控制單元，用于縱向磁場的調(diào)節(jié)；
所述測速系統(tǒng)包括測速探頭和智能處理單元，測速探頭設(shè)置在結(jié)晶器窄面上，能測量結(jié)晶器內(nèi)沿寬面方向的金屬液流速；測速探頭將測量的速度信號傳送至智能處理單元，由智能處理單元處理后輸出給攪拌器系統(tǒng)的PLC控制單元。
[0011]所述測速探頭沿結(jié)晶器窄面的垂直方向上設(shè)置兩排，每排測速探頭數(shù)量與攪拌器單元的層數(shù)相同。
[0012]所述測速探頭位于每層攪拌器單元垂直方向的中心，靠近結(jié)晶器寬面內(nèi)側(cè)。
[0013]所述測速探頭為超聲波測速探頭。
[0014]所述PLC控制單元連接線圈抽頭，選擇攪拌器線圈抽頭和電流相位角，能實(shí)現(xiàn)橫向磁場方向上的結(jié)晶器內(nèi)金屬液整體循環(huán)攪拌；實(shí)現(xiàn)橫向磁場方向上的結(jié)晶器內(nèi)金屬液左右分區(qū)域攪拌；實(shí)現(xiàn)橫向磁場方向上的結(jié)晶器內(nèi)金屬液左、中、右三區(qū)域分區(qū)攪拌；實(shí)現(xiàn)橫向磁場方向上的結(jié)晶器內(nèi)金屬液第一、第二、第三、第四區(qū)域分區(qū)攪拌。
[0015]本發(fā)明的板坯結(jié)晶器電磁攪拌的多維磁場調(diào)制裝置主要包括攪拌器系統(tǒng)、超聲波測速探頭和智能處理單元，攪拌器系統(tǒng)為結(jié)晶器攪拌磁場發(fā)生器，分布在結(jié)晶器寬面兩側(cè)，其結(jié)構(gòu)在高度方向上可視情況采用單層或多層分布，每層攪拌器可獨(dú)立控制，用于縱向磁場的調(diào)節(jié)；對于每層的攪拌器，通過改變線圈繞組電流大小和相位，實(shí)現(xiàn)橫向磁場調(diào)制功能。本發(fā)明的調(diào)制裝置能實(shí)現(xiàn)在水平面方向和垂直方向的磁場調(diào)制功能，從而調(diào)節(jié)結(jié)晶器內(nèi)整體或局部磁場分布結(jié)構(gòu)，達(dá)到優(yōu)化電磁力分布，準(zhǔn)確有效調(diào)控流場結(jié)構(gòu)和形式的目的，進(jìn)而減少板還夾雜缺陷，提聞等軸晶率，實(shí)現(xiàn)聞質(zhì)量板還的穩(wěn)定生廣。
[0016]本發(fā)明的調(diào)制裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是:
I)能實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器內(nèi)磁場的水平方向和垂直方向磁場的多維調(diào)節(jié)，可根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)節(jié)不同區(qū)域的磁場。
[0017]2)攪拌器采用多層設(shè)計(jì)，各層為獨(dú)立控制，在一定范圍內(nèi)攪拌器位置無需調(diào)整即可自適應(yīng)水口不同浸入深度。
[0018]3)能調(diào)制出不同分布形式的磁場，從而滿足不同結(jié)構(gòu)流場的攪拌需求。
[0019]4)磁場發(fā)生器操作簡單，通過智能處理單元即可自動完成磁場調(diào)節(jié)功能。
[0020]5)適用于不同規(guī)格、種類和連鑄工藝參數(shù)的板坯結(jié)晶器攪拌，使用范圍廣。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明板坯結(jié)晶器電磁攪拌的多維磁場調(diào)制裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的單側(cè)攪拌器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明的單側(cè)攪拌器去除外殼后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為結(jié)晶器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5a、圖5b、圖5c和圖5d為本發(fā)明攪拌器系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的4種攪拌模式結(jié)構(gòu)示意圖，其中:圖5a整體單循環(huán)攪拌，圖5b左右分區(qū)域攪拌，圖5c左中右三區(qū)域分區(qū)攪拌，圖5d四區(qū)域分區(qū)攪拌；
圖6為本發(fā)明的攪拌器系統(tǒng)自適應(yīng)水口浸入深度的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為圖6的右視不意圖；
圖8為圖6的俯視不意圖；
圖9為本發(fā)明的攪拌器系統(tǒng)自適應(yīng)水口浸入深度的立體示意圖。
[0022]圖中:I攪拌器系統(tǒng),2結(jié)晶器系統(tǒng),3金屬液,4測速系統(tǒng),5攪拌器外殼,6線圈,7磁軛，8磁屏蔽片，9結(jié)晶器窄面，10結(jié)晶器寬面，11水口。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0024]一種板坯結(jié)晶器電磁攪拌的多維磁場調(diào)制裝置，包括結(jié)晶器系統(tǒng)2、金屬液3、攪拌器系統(tǒng)I和測速系統(tǒng)4，參見圖1，結(jié)晶器系統(tǒng)2包括結(jié)晶器寬面10、窄面9和浸入式水口11，結(jié)晶器寬面10和窄面9由銅板制成，兩側(cè)結(jié)晶器寬面10和兩側(cè)結(jié)晶器窄面9構(gòu)成結(jié)晶器腔體，參見圖4，結(jié)晶器系統(tǒng)2內(nèi)裝有金屬液3。
[0025]所述攪拌器系統(tǒng)I包括PLC控制單元和兩個(gè)單側(cè)攪拌器，兩個(gè)單側(cè)攪拌器分別分布于結(jié)晶器系統(tǒng)2兩側(cè)的寬面10上，單側(cè)攪拌器包括單層攪拌器單元或多層攪拌器單元。兩層攪拌器單元間設(shè)置磁屏蔽片8，以防止上下層攪拌器單元間磁場的疊加和抵消，參見圖2和圖3 ;攪拌器單元外包覆有攪拌器外殼5，每層