CN203621423U - 一种使连铸结晶器内磁场区域集中的电磁制动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于连续铸造领域，涉及使连铸结晶器内磁场区域集中的电磁制动装置。该电磁制动装置由铁磁芯、线圈、磁轭、恒稳电源及磁极构成，其核心是在铁磁芯伸出部分增加一个较薄的在高度方向上的增厚磁极部件，该磁极高度大于铁磁芯的高度，新增的磁极能够使结晶器内磁场强度分布集中。本实用新型在电流参数完全相同的情况下，结晶器内磁感应强度在电磁制动安装高度范围内提高30%-50%，并且在此高度范围内，电磁强度衰弱程度较小，结晶器内感应磁场强度分布相对集中，并呈现一个等值磁场强度区域，和传统电磁制动装置比较，本实用新型的电磁制动装置对结晶器钢液控流效果更明显。

Description

一种使连铸结晶器内磁场区域集中的电磁制动装置

技术领域

本实用新型属于连续铸造领域，涉及使结晶器内磁场区域集中的连铸电磁制动设备。 

背景技术

电磁技术是一门涉及到电磁动力学、热力学和流体力学的综合性学科。近几年来，由于电磁技术能有效改善铸坯的质量，满足在高拉速下铸坯洁净度的要求，因而受到广泛的关注。电磁技术在连铸过程中的应用主要有电磁搅拌（Electromagnetic Stirring，简称EMS），软接触（Soft Contact），电磁制动（Electromagnetic Brake，简称EMBR），以及日本钢管公司在低拉速时所用的电磁液面加速器（EMLA）和在高拉速时所用的电磁液面稳定器（EMLS）。

电磁制动技术的基本原理是在结晶器宽面浸入式水口区域附近设置与水口钢液流出方向垂直的恒稳磁场，当液态金属切割磁力线运动时，根据欧姆定律，在液态金属中会产生感应电流，而感应电流与恒稳磁场的交互作用又会产生与钢液流动方向相反的洛伦兹力，从而抑制了钢液的流动。从上个世纪80年代开始，电磁制动技术经历了第一代区域型电磁制动技术、第二代单条型电磁制动技术和直到今天的第三代结晶器内流动控制技术。

（1）区域型电磁制动

1980年初，瑞典的ABB和日本川崎钢铁公司联合开发了第一代区域型电磁动装置EMBR。虽然这种电磁制动可以减轻甚至消除钢液流股对结晶器窄面坯壳的冲刷，同时也抑制结晶器内弯月面的钢液波动，从而大大降低保护渣卷入钢液和铸坯表面产生缺陷的机率，但是由于磁场的作用范围很有限，区域型电磁制动技术还存在以下几个问题：流股的漂浮，制动效果弱，沟道的产生。

（2）单条型电磁制动

1991年，法国的Sollac公司和荷兰的Hoogovens公司进行实验，将原有的有限的区域型磁场扩大到板坯整个宽度的水平磁场，开发出了第二代单条型电磁制动装置EMBR Ruler。施加在板坯连铸结晶器整个宽度上的水平磁场抑制了从浸入式水口流出的钢液对铸坯窄边的凝固壳的冲击，缩短了下返流的冲击深度，在水口下方形成均匀的活塞流，同时上返流也得到良好控制，取得了很好的冶金效果。

但是第二代电磁制动装置受安装位置的影响较大，若磁场位置与水口的距离稍远或水口出流的角度稍不合适就会影响到制动效果。甚至会出现只有下返流得到控制，而影响弯月面波动的上返流得不到有效控制。

（3）流动控制结晶器

继第二代电磁制动装置之后，日本川崎公司随后又开发了第三代电磁制动装置—流动控制结晶器（Flow Control Mold）。相对于第二代电磁制动装置，第三代的电磁制动装置是在结晶器弯月面处又施加了一个覆盖整个宽度的水平磁场，这样可同时减小弯月面处的钢液波动和结晶器下部的钢液流速，从而完成对结晶器内部流场的全面控制，由于成本以及对工艺操作要求较高等原因，所以目前应用此电磁制动装置的钢铁企业还比较少。

目前，国内外钢铁企业应用第二代单条型电磁制动装置最广泛，此装置安装在结晶器区域，结晶器内产生的最大磁感应强度对应电磁制动装置中心横截面上。在结晶器高度方向上，磁感应强度在远离电磁制动中心横截面后逐渐降低，对于直流线圈的电磁制动而言，由于结晶器铜板及钢液对磁场影响较小，改变电磁制动装置的安装高度时，结晶器内磁感应强度仅仅在高度方向上发生了平移，而对其分布特征及电磁感应的强度基本没有影响。 

对于连铸坯而言，结晶器内冲击钢液流股的流速较大，能够冲击至结晶器窄面并形成上回旋区，造成结晶器内弯月面附近钢液波动剧烈，这也是结晶器内卷渣的主要原因，采用电磁制动后，在浸入式水口下方安装电磁制动装置，产生的与流股流动方向相反的洛伦兹力能够有效抑制钢液流速，减少结晶器内钢液液面波动，提高结晶器内钢液温度分布均匀性。但是，目前普遍使用的单条型电磁制动装置，在结晶器内所产生的电磁场在电磁制动中心横截面上为最大值，远离此横截面后，磁场强度衰减较快，难以充分发挥电磁制动装置的作用，为了保证电磁制动效果，希望能够在结晶器水口下方附近形成具有一定高度范围内的较大的水平磁场区域。显然，钢厂普遍采用的第二代单条型电磁制动装置还存在一些缺陷，比如，电磁制动装置在结晶器内产生的磁场在高度方向上分布不集中，大部分区域磁场强度不足，并不能充分发挥电磁制动装置的控流效果。

发明内容

本实用新型是为了克服存在电磁制动装置在结晶器内产生的磁场在高度方向上分布不集中，大部分区域磁场强度不足，并不能充分发挥电磁制动装置的控流效果的缺陷，针对连铸结晶器特点及电磁制动装置的电-磁转换特点，改进并设计了一种使磁场区域集中的电磁制动装置，该设备在节约电能、降低成本的前提下，针对连续铸钢工艺，能够更有效地抑制结晶器内钢液流股冲击，控制结晶器内钢液液面波动并防止卷渣现象，改善铸坯质量，该电磁制动装置操作简单，能较为便捷地在单条型电磁制动装置的基础上进行改进，可方便地应用于钢厂实际生产。

一种使连铸结晶器内磁场区域集中的电磁制动装置，其特征在于：该装置由铁磁芯、磁轭、线圈、恒稳电源及磁极构成，铁磁芯紧密连接磁轭及磁极，铁磁芯上缠绕线圈，磁轭环绕结晶器，磁极设计为矩形，磁极高度大于铁磁芯高度，高度增加范围为50mm~200mm，磁极横向宽度与铁磁芯保持一致。

该电磁制动装置的安装高度由水口形状、结晶器宽度、拉速决定，安装高度距结晶器内弯月面（即钢水液面）的距离为150mm~400mm，电磁制动上表面位于浸入式水口出口附近。

本实用新型核心是在铁磁芯伸出部分增加一个较薄的磁极部件，该磁极高度为H1，大于铁磁芯的高度H2，新增的磁极是能够使结晶器内磁场区域集中的核心部件。

针对板坯连铸工艺，本实用新型与已有的技术相比，具有明显的优点和效果。本实用新型在电流参数完全相同的情况下，结晶器内磁感应强度在电磁制动安装高度H1范围内提高30%-50%，并且在此高度范围内，电磁强度衰弱程度较小，呈现一个等值磁场强度区域，因此，能够更有效地抑制流股的冲击速度。基于上述的原因，针对目前钢厂普遍使用的单条型电磁制动装置按照本专利进行改造后，在同样电磁制动效果前提下，所需要的电能将减少30%-50%，显著节约能源及生产成本，在相同电磁参数下，本实用新型的电磁制动效果更明显。

附图说明

图1结晶器电磁制动装置沿宽面中心的剖面图；

图2图1的A-A剖向图；

图1、2中：1-结晶器浸入式水口，2-弯月面，3-浸入式水口流出口，4-线圈，5-磁轭，6-铁磁芯，7-磁极，8-结晶器铜板，a-磁极厚度，H1-磁极高度，H2-磁轭及铁磁芯高度，W1磁轭宽度，W2-铁磁芯宽度。

具体实施方式

如图1所示，结晶器电磁制动装置沿宽面中心的剖面图，环绕结晶器安装的电磁制动装置由铁磁芯、线圈、磁轭及磁极构成。铁磁芯及磁轭高度相同，在铁磁芯处缠绕电磁感应线圈并与恒稳电流源连接，伸出的磁极与铁磁芯紧密连接，磁极与结晶器宽面的外表面存在空气气隙，其厚度一般为2~5mm。图2为图1的A-A剖向图，从图2中可以看出，铁磁芯、磁轭、磁极在宽度上与结晶器宽度基本一致。本实用新型对于高拉速连铸工艺尤为适用。

应用本实用新型，具体举例如下。按照图1、图2安装电磁制动装置，对线圈通入直流电流，其铸造条件如下：

铸坯规格：宽度1500mm×厚度220mm

铸造速度：1m/min

水口浸入深度：260mm

所用电流参数：10000A·n

铁磁芯高度：200mm

磁极高度：300mm

应用该方案后，在板坯结晶器内，与安装传统型电磁制动装置相比，电磁制动装置安装区域在高度方向300mm范围内，产生的磁场均匀分布，由于本实用新型电磁制动装置使磁场强度更集中，其最大磁感应强度将提高40%左右，因此，能有效提高结晶器内钢水及弯月面的电磁制动效果。

Claims (2)

1.一种使连铸结晶器内磁场区域集中的电磁制动装置，其特征在于：该装置由铁磁芯（6）、磁轭（5）、线圈（4）、恒稳电源及磁极（7）构成，铁磁芯（6）紧密连接磁轭（5）及磁极（7），铁磁芯（6）上缠绕线圈（4），磁轭（5）环绕结晶器，磁极（7）设计为矩形，磁极（7）高度大于铁磁芯（6）高度，高度增加范围为50mm~200mm，磁极（7）横向宽度与铁磁芯（6）保持一致。

2.如权利要求1所述一种使连铸结晶器内磁场区域集中的电磁制动装置，其特征在于：该电磁制动装置的安装高度距结晶器内弯月面的距离为150mm~400mm，电磁制动上表面位于浸入式水口出口处。

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