CN115194107B - 控制金属液流动的多段位独立可调复合磁场装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于连铸技术领域，尤其涉及一种控制金属液流动的多段位独立可调复合磁场装置及方法。本发明多段位独立可调复合磁场装置在结晶器高度方向上可满足金属液表面至结晶器窄面射流冲击点之间区域的金属液控流需求的同时，可降低拉坯速度、金属液射流角度以及浸入式水口深度等工艺参变化对金属液控流效果的影响。包括三部分：立式型电磁搅拌装置、水平型电磁搅拌装置、射流型电磁制动装置；三部分根据不同浇铸条件独立调整各自电流强度，分区化控制板坯连铸结晶器内金属液流动。

Description

控制金属液流动的多段位独立可调复合磁场装置及方法

技术领域

本发明属于连铸技术领域，尤其涉及一种控制金属液流动的多段位独立可调复合磁场装置及方法。

背景技术

结晶器作为连铸生产过程中最后环节的反应器，其内部金属液流态直接影响铸坯最终质量。然而，随着连铸机的生产能力逐渐提高，拉坯速度不断增大，金属液经浸入式水口流入结晶器后，以较大速度向结晶器窄面方向冲击。由于拉坯速度增大，水口出流金属液湍流流动剧烈，导致弯月面波动加剧、结晶器内金属液流动不规则，进而引起结晶器内金属液回流以及水口出流偏流。此外，高湍流状态下的水口出流金属液流动，还导致结晶器窄面附近形成的凝固坯壳被冲薄冲穿，进而引起凝固坯壳厚度分布不均、连铸坯皮下夹杂以及铸坯表面缺陷等负面影响。

为解决此类问题，技术人员通过在连铸结晶器宽面两侧加装电磁制动装置或电磁搅拌装置，使结晶器内形成电磁场，电磁场产生的电磁力可抑制或加强金属液流动，从而改善结晶器内金属液流态，防止表面卷渣，促进表面化渣。

近年来，国内相继出现多种电磁制动装置，例如专利号为200810011104.7的中国专利公开了一种立式电磁制动装置，其通过将两对立式条形磁极布置在结晶器窄面附近的宽面区域，使立式条形磁极产生的稳恒磁场能够覆盖水口出流冲击区域以及弯月面附近区域，从而抑制水口出流钢液对结晶器窄面的冲击，减小回流冲击强度，稳定结晶器自由液面流动，降低卷渣以及夹渣等缺陷形成几率。然而，当结晶器幅宽较大时，该种电磁制动装置的立式条形磁极产生的稳恒磁场在结晶器宽度方向上的覆盖宽度有限，导致结晶器宽度中心区域处的磁场作用减弱，不能有效控制结晶器中心区域下返流钢液的冲击深度，不利于夹杂物、气泡等异相物质的上浮去除。

专利号为201610580291.5的中国专利也公开了一种立式电磁制动装置，其在全幅一段电磁制动装置的基础上，在结晶器窄面附近的宽面区域增加两对立式条形磁极，立式条形磁极与水平磁极嵌入连接，通过借助全幅一段电磁制动装置的励磁线圈和电源控制***，使其产生的立式稳恒磁场可覆盖射流冲击区、弯月面区以及结晶器上回流区，用以弥补区域型以及全幅一段电磁制动装置对结晶器上返流区域制动不足的缺陷。同时水平磁极产生的水平稳恒磁场接近于全幅一段以及全幅二段电磁制动装置的电磁制动效果，可有效控制结晶器下返流区域钢液的流动。然而，该种电磁制动装置的立式条形磁极与水平磁极之间的连接方式属于嵌入式连接，立式条形磁极之间产生的磁场强度受限于水平磁极的磁场强度，当水平磁极产生的磁场强度较弱时，立式条形磁极之间产生的磁场强度沿结晶器高度方向衰减显著，因此不利于提高立式条形磁极的制动效果。

专利号为201910032306.8的中国专利公开一种独立可调式组合电磁制动装置，其在结晶器宽面两侧布置两对立式条形磁极与一对水平磁极，水平磁极由水平励磁线圈单独配置，立式条形磁极由立式励磁线圈单独配置，水平磁极与立式条形磁极互不连接，且立式条形磁极之间产生的磁场强度不受限于水平磁极的磁场强度，可根据结晶器内金属液实际流动情况独立调节电流强度。然而，该种电磁制动装置的水平磁极在结晶器高度方向上不可自由调节，导致水平磁极产生的稳恒磁场在结晶器高度方向上的覆盖区域受限，当连铸生产过程中拉坯速度、浸入式水口出流角度以及冲击深度等工艺参数发生变化时，水平磁极与工艺参数无法保持良好匹配状态，会显著降低水平磁极的制动效果。

后续，国内又相继出现直流磁场与交流磁场共同作用的电磁装置，如专利号为201080019323.5的中国专利公开一种复合式电磁装置，其分别在浸入式水口上、下两侧的结晶器宽面区域布置电磁搅拌装置与全幅型电磁制动装置，该种复合式电磁装置在上端电磁搅拌装置与下端全幅型电磁制动装置的共同作用下，可实现分区化控制结晶器内不同区域处的金属液流动，上端电磁搅拌装置产生的交流磁场可强化结晶器上部区域金属液流动，保持金属液面活跃度，下端全幅型电磁制动装置产生的直流磁场可降低金属液对结晶器下部熔池的穿透深度，保持夹杂物、气泡等异相物质上浮率。然而，该种复合式电磁装置布置于浸入式水口上、下两侧的电磁搅拌装置与全幅型电磁制动装置之间通过磁轭连接，电磁搅拌装置产生的交流磁场与全幅型电磁制动装置产生的直流磁场相互干扰，会显著降低磁轭连接处复合磁场的控流效果。

专利号为201710107017.0的中国专利也公开了一种复合式电磁装置，其在电磁搅拌装置与区域型电磁制动装置的共同作用下，通过上端电磁搅拌器产生的条形行波磁场与下端区域型电磁制动器产生的直流稳恒磁场，可分区化控制结晶器内不同区域处的金属液流动。该种复合式电磁装置的上端电磁搅拌装置与下端区域型电磁制动装置各自拥有独立供电***，可根据结晶器内金属液的实际流动情况独立控制各自电磁强度。然而，上端电磁搅拌装置产生的条形行波磁场与下端区域型电磁制动装置产生的直流稳恒磁场在结晶器高度方向上的覆盖区域有限，会降低结晶器上、下两回流区与射流冲击区内的金属液控流效果，导致铸坯内部溶质和温度混合不充分，不利于铸坯中心质量提升。

发明内容

本发明就是针对现有技术存在的缺陷，其针对现有电磁装置存在的问题，特别是区域型电磁制动装置的区域型磁极不能有效控制结晶器内下回流区金属液流动的问题，全幅一段型与全幅二段型电磁制动装置的水平条形磁极在结晶器高度方向上无法自由调节的问题，全幅二段型电磁制动装置的上端水平条形磁极造成金属液表面流速过低的问题，立式电磁制动装置单独布置的立式条形磁极对结晶器中心区域金属液流动制动效果较弱的问题，以及复合式电磁装置分开布置的电磁搅拌装置与区域型电磁制动装置对结晶器上、下两回流区域金属液流动制动效果较弱的问题，本发明提出一种控制金属液流动的多段位独立可调复合磁场装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

控制金属液流动的多段位独立可调复合磁场装置，包括三部分：立式型电磁搅拌装置、水平型电磁搅拌装置、射流型电磁制动装置；三部分根据不同浇铸条件独立调整各自电流强度，分区化控制板坯连铸结晶器内金属液流动。

进一步地，所述立式型电磁搅拌装置包括立式搅拌磁极、搅拌铁芯及搅拌线圈，搅拌线圈套于搅拌铁芯外，搅拌铁芯外端部配置有搅拌磁极，三者形成一体式结构；其两两一组，对称设置于结晶器宽面或窄面；立式型电磁搅拌装置产生的行波磁场能够带动射流冲击区至弯月面区内金属液作相对运动(其中射流冲击区为金属射流从浸入式水口侧孔流出的区域，弯月面区为结晶器上端金属液与结晶器壁面接触后产生弯曲的区域，上回流区为浸入式水口侧孔流出的金属射流冲击至结晶器窄侧壁面后产生向上回流的区域)；立式型电磁搅拌装置设置于结晶器宽面时，每个立式搅拌磁极内侧配置有三个搅拌铁芯；立式型电磁搅拌装置设置于结晶器窄面时，每个立式搅拌磁极内侧配置有六个搅拌铁芯。

进一步地，所述水平型电磁搅拌装置包括水平搅拌磁极、搅拌铁芯及搅拌线圈，搅拌线圈套于搅拌铁芯外，搅拌铁芯外端部配置有搅拌磁极，三者形成一体式结构；且每个水平搅拌磁极内侧均配置有三个搅拌铁芯，每个搅拌铁芯均配置有搅拌线圈；所述水平型电磁搅拌装置两两一组，对称布置于结晶器宽面、金属液两侧；所述水平型电磁搅拌装置在结晶器宽面两侧产生的行波磁场可带动磁场区域内金属液作相对水平运动。

进一步地，所述射流型电磁制动装置包括由矩形磁极、磁轭及励磁线圈构成的一体式结构，射流型电磁制动装置两两一组，对称布置于结晶器宽面、浸入式水口出口的金属液流动区域两侧；所述射流型电磁制动装置采用稳恒直流磁场形式，射流型电磁制动装置在结晶器宽面两侧激发产生垂直于板坯结晶器宽面的稳恒直流磁场可直接带动浸入式水口出***流流动区的金属液作相对运动；所述矩形磁极与磁轭相互对应，且矩形磁极外侧均配置有励磁线圈，励磁线圈外表面与磁轭内表面以及结晶器外表面间隙配合。

更进一步地，所述立式型电磁搅拌装置的立式搅拌磁极上表面高于金属液表面高度为5～150mm，立式搅拌磁极沿结晶器宽度方向的磁极厚度为50～400mm，立式搅拌磁极沿结晶器高度方向的磁极厚度为150～1000mm，立式搅拌磁极的电磁搅拌频率为0.01～10Hz，搅拌线圈的交流电源为0.01～6000A；

立式型电磁搅拌装置位于结晶器宽面时，立式搅拌磁极在结晶器高度方向上可自由旋转，旋转角度介于-60°～60°之间，所述立式搅拌磁极外表面与结晶器窄面之间的距离L1为0～200mm，位于结晶器宽面同侧的立式搅拌磁极内表面之间的距离L2为500～1500mm。

立式型电磁搅拌装置位于结晶器窄面时，立式型电磁搅拌装置的搅拌铁芯内侧表面距离结晶器窄面为0～200mm；立式搅拌磁极沿结晶器高度方向的磁极厚度与金属液表面至射流型电磁制动装置的矩形磁极上表面之间的最小距离比值大于0.5，立式搅拌磁极下表面与矩形磁极上表面之间的最小距离大于50mm。

更进一步地，所述水平型电磁搅拌装置的水平搅拌磁极上表面高于金属液表面高度为5～150mm，水平搅拌磁极沿结晶器宽度方向的磁极厚度为50～500mm，水平搅拌磁极沿结晶器高度方向的磁极厚度为50～500mm，水平搅拌磁极外表面与结晶器窄面之间的距离L3为150～400mm，水平搅拌磁极的电磁搅拌频率为0.01～10Hz，搅拌线圈的交流电源为0.01～6000A。

更进一步地，所述射流型电磁制动装置的矩形磁极在结晶器宽度方向上可自由旋转，旋转角度介于-60°～60°之间，矩形磁极上表面与浸入式水口底部下表面之间的最小距离为50～300mm，所述矩形磁极沿结晶器高度方向的磁极厚度为10～1000mm，所述矩形磁极沿结晶器宽度方向的磁极厚度为50～400mm，所述矩形磁极之间稳恒磁场的磁感应强度为0.01～3T。

进一步地，所述立式型电磁搅拌装置在结晶器宽度方向或高度方向上可自由选定与水平型电磁搅拌装置、射流型电磁制动装置的结合布置位置。

进一步地，在高拉速时，立式型电磁搅拌装置、水平型电磁搅拌装置及射流型电磁制动装置的运行对各自控制的金属液流动减速；在低拉速时，立式型电磁搅拌装置与水平型电磁搅拌装置的运行模式与高拉速时相反，用于提高各自控制的金属液的流动速度。

控制金属液流动的多段位独立可调复合磁场方法，包括：

步骤1、连铸过程中，金属液经浸入式水口进入结晶器，从浸入式水口出口流出的金属液向结晶器窄面冲击后形成上回流与下回流；

步骤2、对立式型电磁搅拌装置、水平型电磁搅拌装置接入三相低频电源，同时对射流型电磁制动装置接入直流电源，可分别形成立式行波磁场、水平行波磁场以及稳恒直流磁场；立式型电磁搅拌装置产生的立式行波磁场在带动射流冲击区至弯月面区内金属液作相对运动的同时，能够抑制上回流金属液对结晶器窄面附近弯月面及金属液面的冲击；水平型电磁搅拌装置产生的水平行波磁场在带动结晶器自由表面区域的金属液作相对水平运动的同时，能够保持弯月面及金属液面附着渣层活跃度的同时，进而避免结晶器上液面金属液流速过低时，熔渣凝固形成渣圈；射流型电磁制动装置产生的稳恒直流磁场在带动浸入式水口出***流流动区金属液作相对运动的同时，能够降低下回流金属液对结晶器熔池的穿透深度，促进结晶器中心区域金属液夹带的非金属夹杂物、气泡等异相物质的上浮去除。

与现有技术相比本发明有益效果。

1.本发明多段位独立可调复合磁场装置，由立式型电磁搅拌装置、水平型电磁搅拌装置与射流型电磁制动装置构成，各个电磁装置互不连接，相互独立，各自供电，可根据不同浇铸条件单独调整各***电磁搅拌频率与电流强度。

2.本发明多段位独立可调复合磁场装置可强化复合式电磁装置的灵活调控性，其中立式型电磁搅拌装置产生的立式行波磁场可覆盖弯月面区、射流冲击区以及结晶器上回流区三个关键区域，水平型电磁搅拌装置产生的水平行波磁场可覆盖金属液表面及浸入式水口入口区，射流型电磁制动装置产生的稳恒直流磁场可覆盖浸入式水口出***流流动区与结晶器下回流区，从而实现分区化控制结晶器内金属液流动。

3.本发明多段位独立可调复合磁场装置在结晶器高度方向上可满足金属液表面至结晶器窄面射流冲击点之间区域的金属液控流需求的同时，可降低拉坯速度、金属液射流角度以及浸入式水口深度等工艺参变化对金属液控流效果的影响。

4.本发明多段位独立可调复合磁场装置可根据浸入式水口出口金属液流动情况，灵活调整立式型电磁搅拌装置与射流型电磁制动装置的形式、位置以及布置角度，以确保更有效地发挥多段位独立可调复合磁场装置对结晶器内金属液的流动控制作用。

5.本发明多段位独立可调复合磁场装置激发产生的立式行波磁场与稳恒直流磁场可改善浸入式水口出***流向结晶器宽面两侧偏斜、浸入式水口堵塞或偏流的情况。

6.本发明多段位独立可调复合磁场装置适用于不同板坯连铸拉速，在结晶器宽度方向上布置的水平型电磁搅拌装置、射流型电磁制动装置与在结晶器高度方向上布置的立式型电磁搅拌装置相互配合使用。在高拉速工艺条件下，通过增加立式搅拌磁极的电流强度来控制易于诱发金属液表面卷渣的结晶器侧面弯月面处的金属液流动，在低拉速工艺条件下，通过适当减弱水平搅拌磁极与矩形磁极的电流强度，使金属液表面的流动可保持一定的流速和热交换能力，进而提高保护渣吸附夹杂物的能力，以获得良好的电磁制动综合效果。

7.本发明多段位独立可调复合磁场装置可避免立式型电磁搅拌装置、水平型电磁搅拌装置产生的低频交变磁场与射流型电磁制动装置产生的稳恒直流磁场相互干扰，以利于多段位独立可调复合磁场装置工作的稳定性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1为本发明立式型电磁搅拌装置位于结晶器宽面竖直方向，射流型电磁制动装置位于结晶器宽面呈-25°角度方向的多段位独立可调复合磁场装置三维示意图。

图2为本发明立式型电磁搅拌装置位于结晶器窄面竖直方向，射流型电磁制动装置位于结晶器宽面呈-25°角度方向的多段位独立可调复合磁场装置三维示意图。

图3为本发明立式型电磁搅拌装置位于结晶器宽面竖直方向的多段位独立可调复合磁场装置的磁极布置示意图。

图4为本发明立式型电磁搅拌装置位于结晶器窄面竖直方向的多段位独立可调复合磁场装置的磁极布置示意图。

图5为图1多段位独立可调复合磁场装置下，对水平型电磁搅拌装置施加电流800A，搅拌频率5Hz，立式型电磁搅拌装置施加电流500A，搅拌频率5Hz，射流型电磁制动装置施加电流300A时，结晶器厚度中心面沿结晶器高度方向上的磁场分布图。

图6为图1多段位独立可调复合磁场装置下，对水平型电磁搅拌装置施加电流600A，搅拌频率5Hz，立式型电磁搅拌装置施加电流500A，搅拌频率5Hz，射流型电磁制动装置施加电流300A时，低于金属液表面65mm处沿结晶器宽度方向水平截面上的洛伦兹力分布图。

图中，1–浸入式水口，2–结晶器，3–金属液表面，4–立式搅拌磁极，5–水平搅拌磁极，6–搅拌铁芯，7–搅拌线圈，8–矩形磁极，9–励磁线圈。

具体实施方式

多段位独立可调复合磁场装置通过在结晶器高度方向上布置立式型电磁搅拌装置，在结晶器宽度方向上布置水平型电磁搅拌装置与射流型电磁制动装置，使其产生的立式行波交流磁场、水平行波交流磁场与稳恒直流磁场可覆盖弯月面区、射流冲击区、结晶器上回流区以及下回流区四个关键区域，实现分区化控制结晶器内金属液流动。多段位独立可调复合磁场装置受电磁参数与工艺参数的变化影响较小，其中立式型电磁搅拌装置、水平型电磁搅拌装置与射流型电磁制动装置各自独立供电，可根据不同浇铸条件独立调整各***电流强度。立式型电磁搅拌装置产生的立式行波交流磁场可灵活控制上回流金属液对结晶器窄面附近弯月面的冲击，水平型电磁搅拌装置产生的水平行波交流磁场可保持弯月面及金属液面附着渣层的活跃度，避免结晶器上液面金属液流速过低时，熔渣凝固形成渣圈。射流型电磁制动装置产生的稳恒直流磁场在优先抑制水口出口金属射流对结晶器窄面冲击的同时，能够降低下回流金属液对结晶器熔池的穿透深度，避免下回流金属液流速过快时，结晶器中心区域金属液夹带的非金属夹杂物、气泡等异相物质的上浮难度增加。

如图1-6所示，具体实施例：一种控制结晶器2内金属液流动的多段位独立可调复合磁场装置及方法，采用立式型电磁搅拌装置、水平型电磁搅拌装置与射流型电磁制动装置分区化控制板坯连铸结晶器内金属液流动。立式搅拌磁极4、搅拌铁芯6及搅拌线圈7构成立式型电磁搅拌装置，其布置于结晶器2宽面或窄面两侧上回流区域、射流冲击区域以及弯月面区域。水平搅拌磁极5、搅拌铁芯6及搅拌线圈7构成水平型电磁搅拌装置，其布置于结晶器2宽面两侧金属液表面3区域。矩形磁极8、磁轭及励磁线圈9构成射流型电磁制动装置，其布置于结晶器2宽面两侧浸入式水口出口金属液流动区域。立式型电磁搅拌装置、水平型电磁搅拌装置与射流型电磁制动装置互不连接，各自拥有独立供电***，可根据结晶器2内金属液流态独立调整各***电流强度，实现分区化控制结晶器2内金属液流动。

多段位独立可调复合磁场装置包括一个立式型电磁搅拌装置、一个水平型电磁搅拌装置与两个射流型电磁制动装置或两个立式型电磁搅拌装置、一个水平型电磁搅拌装置与两个射流型电磁制动装置。

立式型电磁搅拌装置包括两种形式，两种立式型电磁搅拌装置在结晶器2窄面或宽面两侧产生的行波磁场均可带动射流冲击区至弯月面区内金属液作相对运动。

第一种立式型电磁搅拌装置位于结晶器2宽面两侧，且配置有四个立式搅拌磁极4，每个立式搅拌磁极4内侧配置有三个搅拌铁芯6，每个搅拌铁芯6配置有搅拌线圈7，呈面对面布置的两个立式搅拌磁极4构成一个立式型电磁搅拌装置。

第二种立式型电磁搅拌装置位于结晶器2窄面两侧，且配置有两个立式搅拌磁极4，其构成一个立式型电磁搅拌装置，每个立式搅拌磁极4内侧配置有六个搅拌铁芯6，每个搅拌铁芯6配置有搅拌线圈7。

水平型电磁搅拌装置在结晶器2宽面两侧产生的行波磁场可带动磁场区域内金属液作相对水平运动。

水平型电磁搅拌装置配置有两个水平搅拌磁极5，且位于结晶器2宽面两侧呈面对面布置，每个水平搅拌磁极5内侧均配置有三个搅拌铁芯6，每个搅拌铁芯6均配置有搅拌线圈7。

射流型电磁制动装置采用稳恒直流磁场形式，射流型电磁制动装置在结晶器2宽面两侧激发产生垂直于板坯结晶器2宽面的稳恒直流磁场可直接带动浸入式水口1出***流流动区的金属液作相对运动。

射流型电磁制动装置的矩形磁极8与磁轭相互对应，且矩形磁极8外侧均配置有励磁线圈9，励磁线圈9外表面与磁轭内表面以及结晶器2外表面间隙配合。

射流型电磁制动装置配置有四个矩形磁极8，位于结晶器2宽面同侧的两个矩形磁极8构成一个射流型电磁制动装置，位于结晶器2宽面另一侧的两个矩形磁极8构成另一个射流型电磁制动装置，两个射流型电磁制动装置呈面对面布置。

两种立式型电磁搅拌装置的立式搅拌磁极4上表面高于金属液表面3高度为5～150mm，立式搅拌磁极4沿结晶器2宽度方向的磁极厚度为50～400mm，立式搅拌磁极4沿结晶器2高度方向的磁极厚度为150～1000mm，立式搅拌磁极4的电磁搅拌频率为0.01～10Hz，搅拌线圈7的交流电源为0.01～6000A。

第一种立式型电磁搅拌装置的立式搅拌磁极4在结晶器2高度方向上可自由旋转，旋转角度介于-60°～60°之间，立式搅拌磁极4外表面与结晶器2窄面之间的距离L1为0～200mm，位于结晶器2宽面同侧的立式搅拌磁极4内表面之间的距离L2为500～1500mm。

第二种立式型电磁搅拌装置的搅拌铁芯6内侧表面距离结晶器窄面为0～200mm。

立式搅拌磁极4沿结晶器2高度方向的磁极厚度与金属液表面3至射流型电磁制动装置的矩形磁极8上表面之间的最小距离比值大于0.5，立式搅拌磁极4下表面与矩形磁极8上表面之间的最小距离大于50mm。

水平型电磁搅拌装置的水平搅拌磁极5上表面高于金属液表面3高度为5^～150mm，水平搅拌磁极5沿结晶器2宽度方向的磁极厚度为50～500mm，水平搅拌磁极5沿结晶器2高度方向的磁极厚度为50～500mm，水平搅拌磁极5外表面与结晶器2窄面之间的距离L3为150～400mm，水平搅拌磁极5的电磁搅拌频率为0.01～10Hz，搅拌线圈7的交流电源为0.01～6000A。

射流型电磁制动装置的矩形磁极8在结晶器2宽度方向上可自由旋转，旋转角度介于-60°～60°之间，矩形磁极8上表面与浸入式水口1底部下表面之间的最小距离为50～300mm，矩形磁极8沿结晶器2高度方向的磁极厚度为10～1000mm，矩形磁极8沿结晶器2宽度方向的磁极厚度为50～400mm，矩形磁极8之间稳恒磁场的磁感应强度为0.01～3T。

本发明的多段位独立可调复合磁场装置可根据结晶器2宽度变化自由调节，其中立式型电磁搅拌装置在结晶器2宽度方向或高度方向上可自由选定与水平型电磁搅拌装置、射流型电磁制动装置的结合位置，以实现分区化控制结晶器2内金属液流动。

本发明的多段位独立可调复合磁场装置及方法可根据不同的浇铸条件，借助电源相位在线实时调整立式型电磁搅拌装置、水平型电磁搅拌装置及射流型电磁制动装置的运行模式，以利于灵活控制结晶器2内特别是弯月面附近的金属液流动。在高拉速时，立式型电磁搅拌装置、水平型电磁搅拌装置及射流型电磁制动装置的运行可对弯月面附近、金属液表面浸入式水口1入口附近及浸入式水口1出口的金属液流动减速，目的是降低结晶器2窄面附近弯月面的波动，减少旋涡的危险，从而有利于减少高速连铸的保护渣的卷吸。在低拉速时，立式型电磁搅拌装置与水平型电磁搅拌装置的运行模式与高拉速时相反，目的是提高弯月面附近金属液的流动速度，改善保护渣的熔融条件，缩短初生坯壳凝固的长度，提高对凝固前沿的清洗作用，从而有利于减少表面和皮下的夹杂物、气泡及弯月面的冻结。

一种控制结晶器2内金属液流动的多段位独立可调复合磁场方法，采用一种分区化控制结晶器2内金属液流动的多段位独立可调复合磁场装置，包括以下步骤：

步骤1，连铸过程中，金属液经浸入式水口1进入结晶器2，从浸入式水口1出口流出的金属液向结晶器2窄面冲击后形成上回流与下回流；

步骤2，对立式型电磁搅拌装置、水平型电磁搅拌装置接入三相低频电源，同时对射流型电磁制动装置接入直流电源，可分别形成立式行波磁场、水平行波磁场以及稳恒直流磁场。立式型电磁搅拌装置产生的立式行波磁场在带动射流冲击区至弯月面区内金属液作相对运动的同时，能够抑制上回流金属液对结晶器2窄面附近弯月面及金属液面的冲击。水平型电磁搅拌装置产生的水平行波磁场在带动结晶器2自由表面区域的金属液作相对水平运动的同时，能够保持弯月面及金属液面附着渣层活跃度的同时，进而避免结晶器2上液面金属液流速过低时，熔渣凝固形成渣圈。射流型电磁制动装置产生的稳恒直流磁场在带动浸入式水口1出***流流动区金属液作相对运动的同时，能够降低下回流金属液对结晶器2熔池的穿透深度，促进结晶器2中心区域金属液夹带的非金属夹杂物、气泡等异相物质的上浮去除。

实施例：

实施例1

本实施采用如图1所示的多段位独立可调复合磁场装置，其中水平型电磁搅拌装置的水平搅拌磁极4沿结晶器2宽度方向的磁极厚度为390mm，沿结晶器2高度方向的磁极厚度为100mm，立式型电磁搅拌装置的立式搅拌磁极4沿结晶器2高度方向的磁极厚度为390mm，沿结晶器2宽度方向的磁极厚度为100mm，射流型电磁制动装置的矩形磁极7沿结晶器2高度方向的磁极厚度为90mm，沿结晶器2宽度方向的磁极厚度为350mm，结晶器2的横截面尺寸为1060mm×100mm，结晶器2厚度中心面沿结晶器2高度方向上的磁场分布图。

一种控制结晶器2内金属液流动的多段位独立可调复合磁场方法，采用一种控制结晶器2内金属液流动的多段位独立可调复合磁场装置，包括以下步骤：

步骤1，连铸过程中，金属液经浸入式水口1进入结晶器2，从浸入式水口1出口流出的金属液向结晶器2窄面冲击后形成上回流与下回流；

步骤2，分别对多段位独立可调复合磁场装置的水平型电磁搅拌装置通入电流800A，立式型电磁搅拌装置通入电流500A，射流型电磁制动装置通入电流300A后，立式型电磁搅拌装置与水平型电磁搅拌装置分别产生立式行波磁场与水平行波磁场，射流型电磁制动装置产生稳恒直流磁场。

由图5可见，当多段位独立可调复合磁场装置接入三相低频电源与直流电源时，立式型电磁搅拌装置产生的立式行波磁场可覆盖射流冲击区、弯月面区以及结晶器2上回流区三个关键区域，进而有效控制了上回流金属液对结晶器2窄面附近弯月面的直面冲击。水平型电磁搅拌装置产生的水平行波磁场可覆盖金属液表面3及浸入式水口1入口附近区域，不仅保持了弯月面及金属液表面3附着渣层的活跃度，还避免了熔渣凝固形成渣圈。射流型电磁制动装置产生的稳恒直流磁场可直接覆盖浸入式水口1出口金属射流流动区域，优先抑制了浸入式水口1出口金属液对结晶器窄面的冲击，降低下回流金属液对结晶器2熔池的穿透深度，进而促进结晶器2中心区域金属液夹带的非金属夹杂物、气泡等异相物质的上浮去除。

由于立式型电磁搅拌装置、水平型电磁搅拌装置与射流型电磁制动装置互不连接，各自拥有独立供电***，因此，在控制结晶器2关键区域内金属液流动的方面更具有灵活性，可根据不同浇铸条件独立调整各***电流强度。

实施例2。

本实施采用如图1所示的多段位独立可调复合磁场装置，其中水平型电磁搅拌装置的水平搅拌磁极4沿结晶器2宽度方向的磁极厚度为390mm，沿结晶器2高度方向的磁极厚度为100mm，立式型电磁搅拌装置的立式搅拌磁极4沿结晶器2高度方向的磁极厚度为390mm，沿结晶器2宽度方向的磁极厚度为100mm，射流型电磁制动装置的矩形磁极7沿结晶器2高度方向的磁极厚度为90mm，沿结晶器2宽度方向的磁极厚度为350mm，结晶器2的横截面尺寸为1060mm×100mm，结晶器2金属液表面3沿结晶器2宽度方向上的洛伦兹力分布图。

一种控制结晶器2内金属液流动的多段位独立可调复合磁场方法，采用一种控制结晶器2内金属液流动的多段位独立可调复合磁场装置，包括以下步骤：

步骤1，连铸过程中，金属液经浸入式水口1进入结晶器2，从浸入式水口1出口流出的金属液向结晶器2窄面冲击后形成上回流与下回流；

步骤2，当多段位独立可调复合磁场装置运行时，水平型电磁搅拌装置、立式型电磁搅拌装置及射流型电磁制动装置的电流强度可独立调整，分别对多段位独立可调复合磁场装置的水平型电磁搅拌装置通入电流600A，立式型电磁搅拌装置通入电流500A，射流型电磁制动装置通入电流300A后，立式型电磁搅拌装置与水平型电磁搅拌装置分别产生立式行波磁场与水平行波磁场，射流型电磁制动装置产生稳恒直流磁场。

由图6可见，低于结晶器2金属液表面65mm处3沿结晶器2宽度方向水平截面上的洛伦兹力呈旋涡分布，可带动金属液表面3及浸入式水口1入口附近区域的金属液作相对水平运动。可见，水平型电磁搅拌装置产生的洛伦兹力在提高金属液表面3及浸入式水口1入口附近区域金属液流动速度的同时，可保持弯月面及金属液表面3附着渣层的活跃度，改善保护渣的熔融条件，进而避免熔渣凝固形成渣圈。

多段位独立可调复合磁场装置通过采用立式型电磁搅拌装置、水平型电磁制动装置与射流型电磁制动装置，使其产生的复合式磁场能够更有效地分区化控制结晶器内金属液流动，同时多段位独立可调复合磁场装置利用不同的磁场形式、电磁力大小和作用位置，可精确控制复合磁场，从而获得优质金属液流态，提高铸坯质量。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.控制金属液流动的多段位独立可调复合磁场装置，其特征在于：包括三部分：立式型电磁搅拌装置、水平型电磁搅拌装置、射流型电磁制动装置；三部分根据不同浇铸条件独立调整各自电流强度，分区化控制板坯连铸结晶器内金属液流动；

所述立式型电磁搅拌装置包括立式搅拌磁极、搅拌铁芯及搅拌线圈，搅拌线圈套于搅拌铁芯外，搅拌铁芯外端部配置有搅拌磁极，三者形成一体式结构；其两两一组，对称设置于结晶器宽面或窄面；立式型电磁搅拌装置产生的行波磁场能够带动射流冲击区至弯月面区内金属液作相对运动；立式型电磁搅拌装置设置于结晶器宽面时，每个立式搅拌磁极内侧配置有三个搅拌铁芯；立式型电磁搅拌装置设置于结晶器窄面时，每个立式搅拌磁极内侧配置有六个搅拌铁芯；

所述水平型电磁搅拌装置包括水平搅拌磁极、搅拌铁芯及搅拌线圈，搅拌线圈套于搅拌铁芯外，搅拌铁芯外端部配置有搅拌磁极，三者形成一体式结构；且每个水平搅拌磁极内侧均配置有三个搅拌铁芯，每个搅拌铁芯均配置有搅拌线圈；所述水平型电磁搅拌装置两两一组，对称布置于结晶器宽面、金属液两侧；所述水平型电磁搅拌装置在结晶器宽面两侧产生的行波磁场可带动磁场区域内金属液作相对水平运动；

所述射流型电磁制动装置包括由矩形磁极、磁轭及励磁线圈构成的一体式结构，射流型电磁制动装置两两一组，对称布置于结晶器宽面、浸入式水口出口的金属液流动区域两侧；所述射流型电磁制动装置采用稳恒直流磁场形式，射流型电磁制动装置在结晶器宽面两侧激发产生垂直于板坯结晶器宽面的稳恒直流磁场可直接带动浸入式水口出***流流动区的金属液作相对运动；所述矩形磁极与磁轭相互对应，且矩形磁极外侧均配置有励磁线圈，励磁线圈外表面与磁轭内表面以及结晶器外表面间隙配合；

所述立式型电磁搅拌装置的立式搅拌磁极上表面高于金属液表面高度为5~150 mm，立式搅拌磁极的电磁搅拌频率为0.01~10 Hz，搅拌线圈的交流电源为0.01~6000 A；

立式型电磁搅拌装置位于结晶器宽面时，立式搅拌磁极在结晶器高度方向上可自由旋转，旋转角度介于-60°~60°之间，所述立式搅拌磁极外表面与结晶器窄面之间的距离L1为0~200 mm，位于结晶器宽面同侧的立式搅拌磁极内表面之间的距离L2为500~1500 mm；

所述水平型电磁搅拌装置的水平搅拌磁极上表面高于金属液表面高度为5~150 mm；

水平搅拌磁极外表面与结晶器窄面之间的距离L3为150~400 mm，水平搅拌磁极的电磁搅拌频率为0.01~10 Hz，搅拌线圈的交流电源为0.01~6000 A；

所述射流型电磁制动装置的矩形磁极在结晶器宽度方向上可自由旋转，旋转角度介于-60°~60°之间，矩形磁极上表面与浸入式水口底部下表面之间的最小距离为50~300 mm，

所述矩形磁极之间稳恒磁场的磁感应强度为0.01~3 T；

所述立式型电磁搅拌装置在结晶器宽度方向或高度方向上可自由选定与水平型电磁搅拌装置、射流型电磁制动装置的结合布置位置。

2.根据权利要求1所述的控制金属液流动的多段位独立可调复合磁场装置，其特征在于：立式搅拌磁极沿结晶器宽度方向的磁极厚度为50~400 mm，立式搅拌磁极沿结晶器高度方向的磁极厚度为150~1000 mm。

3.根据权利要求2所述的控制金属液流动的多段位独立可调复合磁场装置，其特征在于：水平搅拌磁极沿结晶器宽度方向的磁极厚度为50~500 mm，水平搅拌磁极沿结晶器高度方向的磁极厚度为50~500 mm。

4.根据权利要求3所述的控制金属液流动的多段位独立可调复合磁场装置，其特征在于：所述矩形磁极沿结晶器高度方向的磁极厚度为10~1000 mm，所述矩形磁极沿结晶器宽度方向的磁极厚度为50~400 mm。

5.根据权利要求1所述的控制金属液流动的多段位独立可调复合磁场装置，其特征在于：在高拉速时，立式型电磁搅拌装置、水平型电磁搅拌装置及射流型电磁制动装置的运行对各自控制的金属液流动减速；在低拉速时，立式型电磁搅拌装置与水平型电磁搅拌装置的运行模式与高拉速时相反，用于提高各自控制的金属液的流动速度。

6.控制金属液流动的多段位独立可调复合磁场方法，其特征在于，基于权利要求1-5任意一项控制金属液流动的多段位独立可调复合磁场装置，包括以下步骤：

步骤1、连铸过程中，金属液经浸入式水口进入结晶器，从浸入式水口出口流出的金属液向结晶器窄面冲击后形成上回流与下回流；

步骤2、对立式型电磁搅拌装置、水平型电磁搅拌装置接入三相低频电源，同时对射流型电磁制动装置接入直流电源，可分别形成立式行波磁场、水平行波磁场以及稳恒直流磁场；立式型电磁搅拌装置产生的立式行波磁场在带动射流冲击区至弯月面区内金属液作相对运动的同时，能够抑制上回流金属液对结晶器窄面附近弯月面及金属液面的冲击；水平型电磁搅拌装置产生的水平行波磁场在带动结晶器自由表面区域的金属液作相对水平运动的同时，能够保持弯月面及金属液面附着渣层活跃度的同时，进而避免结晶器上液面金属液流速过低时，熔渣凝固形成渣圈；射流型电磁制动装置产生的稳恒直流磁场在带动浸入式水口出***流流动区金属液作相对运动的同时，能够降低下回流金属液对结晶器熔池的穿透深度，促进结晶器中心区域金属液夹带的非金属夹杂物、气泡的上浮去除。

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