CN1278800C - 一种用于双辊薄带钢铸轧的电磁侧封方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于双辊薄带钢铸轧的电磁侧封方法及装置，在铸轧熔池两端设置电磁线圈，对电磁线圈施加交变电流，在铸轧熔池端部形成交变电磁场，交变磁力线由熔池端面中间向周围发散或反向收敛，熔池内因此感应出电流，交变磁场与感应电流作用产生电磁力，电磁力推斥并封堵住薄带钢铸轧熔池内的钢水；电磁侧封装置包括设于铸轧熔池两侧端部的电磁线圈、隔热板；隔热板设置在电磁线圈和熔池之间；电磁线圈为弹簧式或盘式结构，外形与熔池垂直截面相仿，电磁线圈外还套设一电磁屏蔽罩，屏蔽罩形状和线圈绕组外形配套，铸轧辊端部设置环辊。本发明通过增加线圈匝数来有效的增大工作磁场强度，且线圈靠近铸轧熔池侧面，线圈和熔池侧面之间间隙小，磁场损耗小。
Description
技术领域
本发明涉及连铸设备技术，特别涉及铸轧过程的侧封技术。
背景技术
双辊薄带钢铸轧就是在一对相向转动的水冷辊(结晶器)之间直接浇注液态金属进行连续铸造和轧制的新工艺。其熔池侧封一直是一个关键问题。目前，普遍采用石英类或氧化铝等耐火材料的侧封板，即固体侧封。由于侧封板材质及这种机械侧封方式的限制，固体侧封常常会存在侧封板使用寿命低、成本高，铸带质量不均匀，边部由于侧封不严而产生飞边、毛刺或被撕裂等缺陷。
依靠电磁力封堵熔池端面，取代固体侧封板，即电磁侧封是目前侧封技术发展的一个新方向。
电磁侧封的原理是在铸辊熔池端部施加交变电磁场，交变磁场在临近的钢水内产生感应电流，磁场与感应电流相互作用产生电磁力，在熔池端面形成电磁侧压力，依靠这种电磁压力约束封堵熔池。
在侧封方面，作用在双辊式铸轧机的辊缝熔池侧部任意一点的磁压力，必须大于钢水自身的静压力及其他动压力才能实现侧封。要实现这一目标，在铸轧对象已定时必须设法提高熔池端部所处磁场的磁感应强度。电磁场发生装置设计就成为提高磁场强度，并使强磁场部分靠近侧封熔池以产生大的电磁侧封力的有效途径。
根据电磁悬浮原理，通过在位于铸轧辊两端的电磁线圈内施加交变电流，交变电流在铸轧熔池端部产生交变电磁场，交变电磁场由于临近钢水熔池而在熔池内感应电流，交变磁场与感应电流相互作用产生电磁力，依靠这种电磁压力推斥并封堵住薄带钢铸轧熔池内的钢水，实现电磁侧封。传统电磁悬浮的悬浮力方向向上，以克服物体重力，实现无接触熔炼；本发明实际上是把悬浮力方向转动了90°，使其指向熔池侧面，悬浮力变成了侧向约束力即电磁侧封力。
美国内陆钢公司1989年开始开发电磁侧封(EMD)技术。其在欧洲专利EP0679461B1中公开了直流电磁侧封方法，即在熔池内通直流电，在铸辊端部施加直流电磁场，直流电产生的静磁场与熔池中的直流电流作用产生电磁力，依靠这种电磁力封堵熔池。欧洲专利EP0867243A1则采用交变电磁线圈+铁芯的互感式侧封。美国专利US5695001则直接向熔池端部的励磁电流导体板通交流电，并把导流板分成三块，分别通电，增加磁场的调节手段，改善了磁场分布。
交变电磁线圈+铁芯的互感式侧封存在在大电流时虽然在线圈内部磁场可能很大但受铁芯材质所限实际工作磁场不高，而许多电磁能量又损失在铁芯的发热上等问题。导流板技术则存在由于采用多块通电导体板，相互不连接，分别通电，因而造成无法在同一电流下有效提高磁场强度等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种避免上述技术不足，可有效增大工作磁场强度的一种用于双辊薄带钢铸轧的电磁侧封方法及装置。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种用于双辊薄带钢铸轧的电磁侧封方法，在铸轧熔池的两端设置电磁线圈，对电磁线圈施加交变电流，交变电流在铸轧熔池端部产生交变电磁场，交变电磁场由于临近钢水熔池而在熔池内感应电流，交变电磁场与感应电流相互作用产生电磁力，依靠这种电磁压力推斥并封堵住薄带钢铸轧熔池内的钢水，电磁线圈设置在熔池端面外侧，距离铸轧辊端面的距离L为：0＜L≤1cm，电磁线圈产生的交变电磁场的磁力线由熔池端面中间向周围发散，或从熔池端面周围向中间收敛；电磁线圈端面与熔池端面垂直。
一种用于双辊薄带钢铸轧的电磁侧封装置，包括分设于铸轧熔池两侧端部的电磁线圈、隔热板；所述的隔热板设置在电磁线圈和熔池之间，以防止熔池对电磁线圈的高温辐射影响，隔热板可采用陶瓷材料，不会对磁场形成屏蔽；每匝线圈横截面为变截面，采用改变线圈横截面大小来改变电流密度，以局部调节线圈不同位置产生的磁场强度。
所述的电磁线圈为弹簧式结构，电磁线圈的外形与熔池垂直截面的形状相仿。
所述的电磁线圈还可为盘式结构，电磁线圈的外形与熔池垂直截面的形状相仿。
作为进一步改进，所述的电磁线圈外还设置一电磁屏蔽罩，该屏蔽罩的形状和电磁线圈绕组外形配套。所述的屏蔽罩为高导磁性材料制成，并采取冷却措施。以减小磁场在线圈外空间中的损耗，提高熔池侧部的磁场强度，同时改善熔池侧部的磁场分布提高约束效果，也可防止交变电磁场对铸轧机钢结构的感应损耗。
作为更进一步改进，还包括辊环，该辊环设置在铸轧辊端部，固定连接于铸轧辊辊体上，沿辊环圆周开有多个缝隙，以增加透磁效果；特别在铸轧辊的铸轧辊面不是低导电、低导磁材料，铸轧辊端部更需添加不锈钢辊环，以进一步增加透磁效果。
铸轧辊或两端部采用低导电、低导磁材料如不锈钢制作，以防止铸轧辊本身的感应发热，并增强穿过熔池端部的磁场强度。
本发明的优点在于，本发明的线圈式直接侧封方法中交变磁场磁力线由线圈(或熔池端面)中间向周围(两边)发散，或从线圈(或熔池端面)周围(两边)向中间收敛聚集，而非现有技术中磁力线从熔池端面的一侧指向另一侧。采用本发明的线圈式结构，可通过增加线圈匝数来有效的增大工作磁场强度，不存在导流板技术中多块通电导体板相互不连接，无法在同一电流下有效提高磁场强度等问题；同时本发明的电磁线圈靠近铸轧熔池侧面，线圈和熔池侧面之间间隙小，不存在铁芯式装置在大电流时由于铁芯材质限制而存在的工作磁场强度难以提高等问题，磁场损耗小，可有效地增大工作磁场强度；同时本发明无铁芯制造与材质限制问题。
附图说明
图1为本发明的实施示意图。
图2为图1的俯视图。
图3为本发明中电磁线圈的一种结构形式示意图。
图4为本发明中电磁线圈的另一种结构形式示意图。
图5为图3的A-A剖视图。
图6为图4的B-B剖视图。
图7为本发明中电磁屏蔽罩的立体示意图。
图8为本发明中辊环的局部结构示意图。
图9为本发明中隔热板的示意图。
图10为本发明电磁线圈设置的局部放大示意图。
图11为本发明带辊环时电磁线圈设置的局部放大示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，在铸轧熔池3的两端设置电磁线圈2a、2b，对电磁线圈2a、2b施加交变电流，交变电流在铸轧熔池3端部产生交变电磁场，交变电磁场由于临近钢水熔池3而在熔池3内感应电流，交变电磁场与感应电流相互作用产生电磁力，依靠这种电磁压力推斥并封堵住薄带钢铸轧熔池3内的钢水4，电磁线圈2a、2b设置在熔池3端面外侧，距离铸轧辊1a、1b的距离L为0.2cm或L＝0.5cm，如图10所示；电磁线圈2a、2b产生的交变电磁场的磁力线由熔池3端面中间向周围发散，或从或熔池3端面周围向中间收敛；电磁线圈2a、2b端面与熔池3端面垂直。
参见图1、图2、图3、图4、图7，电磁侧封装置，包括分设于铸轧熔池3两侧端部的电磁线圈2a、2b、隔热板6a、6b；隔热板6a、6b设置在电磁线圈2a、2b和熔池3之间，固定于电磁线圈靠近熔池一侧的侧面上；电磁线圈2a、2b一种为弹簧式结构，另一种为盘式结构，电磁线圈2a、2b的外形与熔池3垂直截面的形状相仿。
所述的电磁线圈2a、2b横截面为变截面。电磁线圈2a、2b用纯铜制作，各匝表面涂电绝缘漆，装置处于冷却水9的冷却保护之下。根据具体铸轧工艺，电磁线圈的匝数为多匝，线圈总体形状与铸轧辊外形对应，线圈高度与熔池高度对应。冷却流路如图5、图6所示，由铜线圈相邻匝铜板21、22以及两密封镶块81、82构成冷却水通路9，工作时冷却水通路9通有冷却水流动。
参见图2、图7，所述的电磁线圈2a、2b外还套设一电磁屏蔽罩5，该屏蔽罩5的形状和电磁线圈2a、2b绕组外形配套。所述的屏蔽罩5为高导磁性材料制成。
参见图2、图8，图10，辊环7设置在铸轧辊1a、1b端部，固定连接于铸轧辊1a、1b辊体上，沿辊环7圆周开有多个缝隙71。铸轧辊1a、1b两端部采用低导电、低导磁材料如不锈钢制作，以防止铸轧辊本身的感应发热，并增强穿过熔体端部的磁场强度。铸轧辊面采用不锈钢制作，也可采用在铸轧辊1a、1b端部添加不锈钢辊环7，辊环结构如图8所示。
在线圈2a、2b和熔池3之间设置隔热板6，以防止熔池对电磁线圈的高温辐射影响。隔热板6采月陶瓷材料，不会对磁场形成屏蔽。隔热板6外形与铸轧辊1外形及铸轧熔池3相对应，其形状如图9所示。隔热板6安装在铸轧辊1a和铸轧辊1b之间，并紧贴固定在线圈2a、2b靠近熔池3的侧面上，如图2所示。
电磁线圈2a、2b的一种结构见图3、图5，总体上看，它就像一个非圆形的异形弹簧。其结构主要特点包括：(1)仿形设计，减少对铸轧机配套结构要求；(2)为多匝结构，以在恒定电流下有效提高磁场强度，克服导流板式侧封导流板不能形成线圈回路磁场弱的不足；(3)每匝线圈横截面采用变截面，以改变线圈不同部位内电流密度，从而调节局部磁场强度。冷却流路如图5所示，由铜线圈2相邻匝铜板21、22以及两密封镶块81、82构成冷却水通路，工作时冷却水通路通有冷却水流动。
电磁线圈2a、2b的另一种结构见图4、图6，总体上看，它就像一个非圆形的异形蚊香盘，其结构主要特点包括：(1)仿形设计，减少对铸轧机配套结构要求；(2)为多匝结构，以在恒定电流下有效提高磁场强度，克服导流板式侧封导流板不能形成线圈回路磁场弱的不足，而且由于这种蚊香盘式结构可通过其中心的匝数增加中心磁场强度，实现熔池均匀侧封。冷却流路如图6所示，由铜线圈2相邻匝铜板21、22以及两密封镶块81、82构成冷却水通路9，工作时冷却水通路9通有冷却水流动。
通过本装置在交变电流下可直接在铸轧熔池端部产生足够强、分布合理的交变电磁场，实现电磁侧封。不存在铁芯式EMD装置在大电流时由于铁芯材质限制而存在的熔池区域工作磁场强度难以提高的问题，以及导流板技术中多块通电导体板相互不连接，无法在同一电流下有效提高磁场强度等问题，因此在双辊薄带钢铸轧工艺及装备中得到应用。
Claims (7)
1.一种用于双辊薄带钢铸轧的电磁侧封方法，在铸轧熔池的两端设置电磁线圈，对电磁线圈施加交变电流，交变电流在铸轧熔池端部产生交变电磁场，交变电磁场由于临近钢水熔池而在熔池内感应电流，交变电磁场与感应电流相互作用产生电磁力，依靠这种电磁压力推斥并封堵住薄带钢铸轧熔池内的钢水；其特征是：电磁线圈设置在熔池端面外侧，距离铸轧辊的距离为0＜L≤1cm，电磁线圈产生的交变电磁场的磁力线由熔池端面中间向周围发散，或从熔池端面周围向中间收敛；电磁线圈端面与熔池端面垂直。
2.一种用于权利要求1所述的方法的电磁侧封装置，包括分设于铸轧熔池端部两侧的电磁线圈、隔热板；所述的隔热板设置在电磁线圈和熔池之间，固定于电磁线圈靠近熔池一侧的侧面上；其特征是：所述的电磁线圈为弹簧式结构，电磁线圈的外形与熔池垂直截面的形状相仿。
3.一种用于权利要求1所述的方法的电磁侧封装置，包括分设于铸轧熔池端部两侧的电磁线圈、隔热板；所述的隔热板设置在电磁线圈和熔池之间，固定于电磁线圈靠近熔池一侧的侧面上；其特征是：所述的电磁线圈为盘式结构，电磁线圈的外形与熔池垂直截面的形状相仿。
4.如权利要求2或3的电磁侧封装置，其特征是：所述的每匝电磁线圈横截面为变截面。
5.如权利要求2或3的电磁侧封装置，其特征是：所述的电磁线圈外还套设一电磁屏蔽罩，该屏蔽罩的形状和电磁线圈绕组外形配套。
6.如权利要求5的电磁侧封装置，其特征是：所述的屏蔽罩为高导磁性材料制成。
7.如权利要求2或3的电磁侧封装置，其特征是：还包括辊环，该辊环设置在铸轧辊端部，固定连接于铸轧辊辊体上，沿辊环圆周开有多个缝隙。
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