TW201326715A - 用於在金屬製造過程中減少渦流的方法和設備 - Google Patents

Abstract

其被呈現一當於金屬製造過程中由冶金容器(3)底部分接熔融金屬時，用於在該熔融金屬(21)中減少渦流形成的方法。該方法包括以下步驟：經由該冶金容器(3)中之分接孔(17)分接該熔融金屬(21)，及提供該冶金容器(3)中之熔融金屬(21)的流動(F)，而藉著施加至該冶金容器(3)之時變電磁場來分接，該熔融金屬(21)之流動係使得其在該分接期間不斷地運動該熔融金屬(21)中之渦流(V1、V2、V3、V4、V5)遠離分接孔區域，以藉此防止該等渦流(V1、V2、V3、V4、V5)之聚集而在該分接孔(17)之上形成渦流。其亦被呈現一用於執行該方法之設備(1)。

Description

用於在金屬製造過程中減少渦流的方法和設備

本揭示內容大致上有關金屬製造過程，且尤其有關在該金屬製造過程中之分接操作期間減少渦流。

於金屬製造過程中，熔融金屬係於該製程之各種階段期間由諸如電弧爐、餵槽或澆斗的冶金容器之分接孔所分接。該熔融金屬藉此被運送至該製程中之下一階段。

當由冶金容器分接該熔融金屬時，渦流形成通常發生在該分接孔上方。當該渦流被形成時，該熔化液的頂部上之殘渣在該分接孔下方經由該渦流被攜帶進入該下一冶金容器。所攜帶之殘渣在該金屬品質上具有有害的效果。

EP 0192991揭示操作冶金熔化爐之方法，其熔化爐容器係設有至少一分接開口。根據該揭示內容，渦流係在該分接開口之區域中於熔化液藉著產生電磁場之電磁鐵所抵消，該電磁場作用在該熔化液上。該渦流形成係藉由控制該電磁鐵所抵消，使得其產生電磁場，而相對該熔融金屬中之渦流提供一逆轉。

然而，以在該熔化液藉著電磁場產生逆轉動作的上面方法有缺點。其係例如難以決定該渦流之轉速，這對於在該熔化液中藉著該電磁場決定一正確的逆轉動作係需要 的。

再者，該上述方法被配置，以抵消業已形成在該分接孔區域中之渦流，但其未防止該分接孔面積中之渦流的形成。

由於上文，本揭示內容之一般目的係提供簡化之方法和設備，用於在由冶金容器分接該熔融金屬期間減少熔融金屬中之渦流形成。

另一目的係提供一方法和設備，用於在由該冶金容器分接該熔融金屬期間防止或至少延遲該分接孔上方之渦流形成的開始。

為此目的，於本揭示內容之第一態樣中，提供有一當於金屬製造過程中由冶金容器底部分接熔融金屬時，用於在該熔融金屬中減少渦流形成的方法，其中該方法包括：經由該冶金容器中之分接孔分接該熔融金屬；及提供該冶金容器中之熔融金屬的流動，而藉著施加至該冶金容器之時變電磁場來分接，該熔融金屬之流動係使得其在該分接期間不斷地運動該熔融金屬中之渦流遠離分接孔區域，以藉此防止該等渦流之聚集而在該分接孔之上形成渦流。

該分接孔區域在此中被界定為一由該分接孔軸向地延伸、被中心定位繞著該分接孔的中心軸線、經過該冶金容器之面積。

藉由不斷地運動該熔融金屬，使得在該熔融金屬之體積中所自然地發生的渦流不斷地運動，該渦流不被允許累積在該分接孔區域中、亦即繞著該分接孔的中心軸線之區 域。藉此渦流形成被防止、或在該分接孔之上的渦流形成之可能性至少被減少。有益地係，藉由防止在該分接孔上方之渦流的形成，在該熔融金屬的頂部上之殘渣將不會於分接操作期間載送進入該下一冶金容器，且因此該扁塊、小胚、中胚或其他金屬產品之金屬品質可被改善。

該熔融金屬可例如為熔融鋼鐵、熔融鋁或熔融銅。

於一實施例中，該時變電磁場於該冶金容器中提供該熔融金屬之強制對流。因此，代替如於EP0192991中提供該熔融金屬之逆轉動作，該熔融金屬根據該冶金容器所之強制對流動作於分接期間運動。

在一實施例中，該熔融金屬流動係橫向於該分接孔的中心軸線。特別地是，在該冶金容器中之熔融金屬的任何給定深度，該熔融金屬在一橫亙於該分接孔的中心軸線之方向中流動。因此，在該分接孔上方之熔融金屬中的實質上任何深度，該熔融金屬本質上關於該分接孔的中心軸線垂直地流動。為此目的，該熔融金屬本質上在該分接孔上方的熔融金屬中之任何深度與該冶金容器之底部表面平行地流動。如此，以此一使其接近該冶金容器熔融金屬之底部表面的方式之熔融金屬流動被推動，以經過該分接孔迅速地排出，而較接近該熔融金屬之表面，該熔融金屬被連續地帶離該分接孔的中心軸線，且如此帶離該分接孔區域。藉此，在該分接孔上方之任何深度，該熔融金屬被移動遠離繞著該分接孔的中心軸線之區域、或被推經該分接孔供排出該熔融金屬的任一者。如此，渦流被帶離該分接 孔區域，且由於此結果，在該分接孔上方之渦流形成被防止。

於一實施例中，該熔融金屬在該冶金容器之底部流向該冶金容器之第一內壁部份、及在該熔融金屬之表面流向與該第一內壁部份相反的第二內壁部份。

於一實施例中，該時變電磁場具有此強度，使得該熔融金屬之流率係於0.1-1 m/s的範圍中。

於一實施例中，該流率係於0.1-0.6 m/s的範圍中。

藉由提供一產生於0.1-0.6 m/s的範圍中之熔融金屬流率的時變電磁場，用於該時變電磁場之產生而對於例如電磁攪拌器供電的能量可被節省。特別地是，於該冶金容器中之熔化液的熔化及攪拌期間，0.1-0.6 m/s的範圍係一比當該電磁攪拌器攪拌該熔融金屬時所利用之流率較低的流率。

再者，該較低的流率不會干擾例如在該熔化過程期間藉著提供添加劑至該金屬及其攪拌所獲得之金屬混合、例如鋼混合。

於一實施例中，該時變電磁場係藉由電磁攪拌器所提供。

根據本揭示內容之第二態樣，提供有一用於金屬製造過程的設備，該設備包括冶金容器，用於容納熔融金屬，該冶金容器具有用於由該冶金容器底部分接該熔融金屬的分接孔；及電磁場放射裝置，被配置來在該冶金容器中所配置之熔融金屬中產生時變電磁場；其中在由該冶金容器 分接該熔融金屬期間，該電磁場放射裝置被配置成在該熔融金屬中感應一時變電磁場，以藉此於該冶金容器中產生該熔融金屬之流動，該電磁場係使得該流動於該分接期間不斷地運動渦流遠離該熔融金屬中之分接孔區域，以藉此防止該等渦流之聚集而在該分接孔之上形成渦流。

於一實施例中，該電磁場放射裝置係電磁攪拌器。

於一實施例中，該冶金容器係電弧爐。另一選擇係，該冶金容器可為餵槽或澆斗。

於一實施例中，該時變電磁場係使得其於該冶金容器中提供該熔融金屬之強制對流。

於一實施例中，該時變電磁場係使得其提供熔融金屬之流動，該流動橫向於該分接孔的中心軸線。

於一實施例中，該時變電磁場係使得其在該冶金容器的底部提供熔融金屬朝該冶金容器之第一內壁部份的流動、及在該熔融金屬的表面提供朝與該第一內壁部份相反之第二內壁部份的流動。

於一實施例中，該電磁場具有此強度，使得該熔融金屬之流率係於0.1-1 m/s的範圍中。

於一實施例中，該流率係於0.1-0.6 m/s的範圍中。

大致上，被使用於該等申請專利範圍中之所有術語應依照其在該技術領域中之普通意義被解釋，除非在此中以其它方式明確地界定。所有參考“一(a)/一(an)/該(the)元件、設備、零組件、機構、步驟等”將被公開地解釋為意指該元件、設備、零組件、機構、步驟等之至 少一實例，除非以其它方式明確地陳述。在此中所揭示之任何方法的步驟不需以所揭示之精確順序被施行，除非以其它方式明確地陳述。

本發明之概念現在將於下文參考所附圖面被更充分地敘述，其中某些實施例被顯示。然而，應注意的是在此中所揭示之冶金容器可被以很多不同形式具體化，且將不被解釋為限制在下文所提出之實施例；反而，這些實施例被提供當作範例，以致此揭示內容將為詳盡及完全的，並將對那些熟諳此技藝者充分傳達本發明之範圍。相像數字參考意指遍及該敘述之相像元件。

冶金容器被使用於金屬生產、例如於鋼鐵或金屬加工中。此冶金容器可例如為澆斗、電弧爐或餵槽。在下文不論何時提及，冶金容器將被了解為意指電弧爐、澆斗、餵槽或任何另一耐火冶金容器，並在其底部具有分接孔。

圖1顯示用於金屬製造的設備1。該設備1包括冶金容器3與電磁場放射裝置，於下文中藉由電磁攪拌器5所舉例證明。該電磁攪拌器5包括線圈設備6、用於操作該線圈設備6之頻率轉換器7、及用於控制該頻率轉換器7的控制單元9。該電磁攪拌器5被配置在該冶金容器3下方。然而，應注意的是，視冶金容器之形狀而定，該電磁攪拌器亦可被定位在該冶金容器的一側面。

該冶金容器3具有分別呈現第一及第二內壁部份之壁 面11-1及11-2。該第一及該第二內壁部份係彼此相向。該冶金容器3另具有一呈現內底部表面15之底部13及一延伸經過該底部13的分接孔17。該分接孔17提供一由該冶金容器3的內部至其外部之穿透開口。該分接孔17典型相對於該底部表面15的中心點C被偏心地提供，但於一些實施例中，中心定位的分接孔係亦可預見的。該分接孔17具有一軸向地延伸經過該分接孔17的中心軸線A。

不論該冶金容器3是否被配置來承納廢料或熔融金屬，視於該金屬製造過程中在何處使用該冶金容器3而定。如果該冶金容器3係電弧爐，其被配置來承納廢料，用於將廢料熔化成熔融金屬。如果該冶金容器3係餵槽或澆斗，其被配置來例如由電弧爐承納熔融金屬。於任一案例中，該熔融金屬係由該冶金容器3經過該底部13中之分接孔17所分接。

當由該冶金容器3分接熔融金屬時，該熔融金屬典型被分接進入另一冶金容器19。

如果當該冶金容器3係電弧爐時，當以廢料載入供熔化時，該分接孔17典型係以耐火材料、諸如耐火沙填充。其結果是，源自該廢料之熔化的熔融金屬被保持在該冶金容器3內，直至分接係想要的。當該熔融金屬之隨後分接被施行時，該耐火材料係由該分接孔17移除，藉此允許該熔融金屬將由該冶金容器3經過該分接孔17被分接。

該冶金容器3可在一些變動中繞著樞軸旋轉，用於施 行該熔融金屬由該冶金容器3之分接。當被具體化為電弧爐時，該冶金容器3可例如能繞著樞軸旋轉。經過該分接孔之底部分接藉此可為有利的。

於一冶金容器中，渦流形成之原理現在將簡短地參考圖2a及2b敘述。

圖2a-b顯示容納熔融金屬21之冶金容器3的俯視圖。該分接孔17被顯示於圖2a及圖2b兩者中，以簡化該渦流形成過程之理解。該熔融金屬實際上覆蓋該分接孔17，且因此由上面看不見。

在由該冶金容器3分接該熔融金屬21期間，複數渦流、諸如渦流V1、V2、V3、V4、及V5係形成在該熔融金屬21中。該等渦流V1、V2、V3、V4、及V5於該熔融金屬21之體積中移向該分接孔17，如藉由箭頭23所示。

該渦流V1、V2、V3、V4、及V5於環繞圖1的中心軸線A之區域中累積在該分接孔上方。如圖2b所說明，該累積之渦流V1、V2、V3、V4、及V5形成一較大的渦流V_tot。該渦流V_tot係不想要的，因其攜帶來自該熔融金屬21之表面的殘渣進入例如該製程中之下一冶金容器。

參考圖3，防止或至少減少在該分接孔17上方的渦流V_tot之形成的方法現在將被敘述。

圖3顯示該設備1，其業已於分接期間結構性地被敘述在圖1中。圖3所描述之冶金容器3裝盛熔融金屬21，且該分接孔17中之耐火材料已被移除，以便允許該熔融金屬21之分接。再者，該冶金容器3係稍微樞轉，以利 於該熔融金屬21經過該分接孔17之分接。

該控制單元9控制該頻率轉換器7，使得該電磁攪拌器5產生一時變電磁場，該電磁場被施加至該冶金容器3，且其在該熔融金屬21中產生一時變電磁場。該時變電磁場較佳地係一線性電磁場，在某種意義上該電磁場於該熔融金屬中造成線性力量。為此目的，該線性電磁場本質上影響該冶金容器中之整個熔融金屬、亦即本質上該整個熔融金屬係藉由該線性電磁場所產生之線性力量在該冶金容器中運動。至此為止，該熔融金屬中之時變電磁場於該冶金容器3中提供該熔融金屬21的一流動F。該流動F係強制對流型之流動，並於該冶金容器3中循環該熔融金屬21。特別地是，所產生之流動F係非旋轉式，且該流動F係橫向於、或橫越該分接開口17的中心軸線A，以藉此沿著該熔融金屬21之深度d的上部將該熔融金屬移離該中心軸線A，同時推動接近該內底部表面15之熔融金屬21，以經過該分接孔17排出。如此，該流動F係使得該熔融金屬21在該冶金容器3的底部13流向該冶金容器3之第一內壁部份、及在該熔融金屬21之表面流向與該第一內壁部份相向之第二內壁部份。由於經過該分接孔17之分接，該熔融金屬21的體積中所形成及運動朝該中心軸線A之任何渦流V1、V2、V3、V4、及V5係因此不斷地運動遠離該中心軸線A，藉此防止環繞該中心軸線A的分接孔上方之渦流V1、V2、V3、V4、及V5的累積，且如此防止諸如圖2b之渦流V_tot的累積渦流之形成。

該熔融金屬21中所產生之時變電磁場可為此強度，致使熔融金屬21之流動F的流率係大於0.1 m/s。於一實施例中，熔融金屬21之流動F的流率可為於0.1-0.7 m/s之範圍中，且較佳地係於0.1 m/s至低於0.7 m/s之範圍中。於一實施例中，熔融金屬21之流動F的流率可為於0.1-0.6 m/s之範圍中。

於一實施例中，在此該冶金容器為電弧爐，該時間變化電磁場可具有與當於熔化期間攪拌該熔融金屬時相同之強度。然而，其較佳的是比當於熔化期間攪拌該熔融金屬時，產生該熔融金屬之較低流率。

將藉由該電磁攪拌器5所產生及施加至該冶金容器3之時變電磁場可為藉由經驗的研究基於待熔化之金屬的型式、該冶金容器之形狀及結構、該冶金容器之特定使用、例如當作電弧爐、餵槽或澆斗、或於該熔化期間被加至該金屬之特定成份、或其一組合所決定。最適合用於該特定應用之控制方案可藉此被決定及使用於該控制單元9中，用於控制該頻率轉換器7。

該時變電磁場可由熔化至分接被連續地施加至該冶金容器3，例如當該冶金容器3係電弧爐時，於此案例中，該時變電磁場之強度可被調整，用於該分接，如在上面已被敘述者。另一選擇係，當該熔融金屬21之分接開始時，該時變電磁場可本質上同時地被施加至該冶金容器3。

本發明之概念主要已在上面參考一些實施例被敘述。 然而，如藉由熟諳此技藝者所輕易地了解，異於上面所揭示者之其他實施例係同樣可能在本發明之概念的範圍內，如藉由所附申請專利範圍所界定者。例如，於該冶金容器中藉由修改該時變電磁場，該熔融金屬之運動能被由向前流動方向改變至向後流動方向。

1‧‧‧設備

3‧‧‧冶金容器

5‧‧‧攪拌器

6‧‧‧線圈設備

7‧‧‧頻率轉換器

9‧‧‧控制單元

11-1‧‧‧壁面

11-2‧‧‧壁面

13‧‧‧底部

15‧‧‧內底部表面

17‧‧‧分接孔

19‧‧‧冶金容器

21‧‧‧熔融金屬

23‧‧‧箭頭

本發明之概念現在將參考所附圖面當作範例被敘述，其中：圖1係用於金屬製造的設備之範例的概要立體圖；圖2a係冶金容器之俯視圖，其中渦流係於分接期間形成在分接孔上方；圖2b係冶金容器之俯視圖，其中渦流已由該冶金容器的分接孔上方之複數渦流所形成；及圖3係圖1之設備於分接期間的概要立體圖。

1‧‧‧設備

3‧‧‧冶金容器

5‧‧‧攪拌器

6‧‧‧線圈設備

7‧‧‧頻率轉換器

9‧‧‧控制單元

11-1‧‧‧壁面

11-2‧‧‧壁面

17‧‧‧分接孔

21‧‧‧熔融金屬

Claims (15)

1. 一種當於金屬製造過程中由冶金容器(3)底部分接熔融金屬(21)時，用於在該熔融金屬(21)中減少渦流形成的方法，其中該方法包括：經由該冶金容器(3)中之分接孔(17)分接該熔融金屬(21)，及提供該冶金容器(3)中之熔融金屬(21)的流動(F)，而藉著施加至該冶金容器(3)之時變電磁場來分接，該熔融金屬之流動(F)係使得其在該分接期間不斷地運動該熔融金屬(21)中之渦流(V1、V2、V3、V4、V5)遠離該冶金容器(3)的分接孔區域，以藉此防止該等渦流(V1、V2、V3、V4、V5)之聚集而在該分接孔(17)之上形成渦流。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該時變電磁場提供該冶金容器(3)中之熔融金屬(21)的強制對流。
3. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該熔融金屬(21)流動係橫向於該分接孔(17)的中心軸線(A)。
4. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該熔融金屬(21)在該冶金容器(3)的底部(13)流向該冶金容器(3)之第一內壁部份、及在該熔融金屬(21)的表面流向與該第一內壁部份相反之第二內壁部份。
5. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該時變電磁場具有此強度，使得該熔融金屬(21)之流率係於0.1- 1 m/s的範圍中。
6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該流率係於0.1-0.6 m/s的範圍中。
7. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該時變電磁場係藉由電磁攪拌器(5)所提供。
8. 一種用於金屬製造過程的設備(1)，該設備包括：冶金容器(3)，用於容納熔融金屬(21)，該冶金容器(3)具有用於由該冶金容器(3)底部分接該熔融金屬(21)的分接孔(17)；及電磁場放射裝置，被配置來在該冶金容器(3)中所配置之熔融金屬(21)中產生時變電磁場；其中在由該冶金容器(3)分接該熔融金屬(21)期間，該電磁場放射裝置(5)被配置成在該熔融金屬(21)中感應一時變電磁場，以藉此於該冶金容器(3)中產生該熔融金屬(21)之流動(F)，該電磁場係使得該流動(F)於該分接期間不斷地運動渦流(V1、V2、V3、V4、V5)遠離分接孔區域，以藉此防止該等渦流(V1、V2、V3、V4、V5)之聚集而在該分接孔(17)之上形成渦流。
9. 如申請專利範圍第8項用於金屬製造過程的設備(1)，其中該電磁場放射裝置係電磁攪拌器(5)。
10. 如申請專利範圍第8或9項用於金屬製造過程的設備(1)，其中該冶金容器(3)係電弧爐。
11. 如申請專利範圍第8或9項用於金屬製造過程的設備(1)，其中該時變電磁場係使得其於該冶金容器中提供該熔融金屬之強制對流。
12. 如申請專利範圍第8或9項用於金屬製造過程的設備(1)，其中該時變電磁場係使得其提供熔融金屬(21)之流動(F)，該流動橫向於該分接孔(17)的中心軸線(A)。
13. 如申請專利範圍第8或9項用於金屬製造過程的設備(1)，其中該時變電磁場係使得其在該冶金容器(3)的底部(13)提供熔融金屬(21)朝該冶金容器(3)之第一內壁部份的流動(F)、及在該熔融金屬(21)的表面提供朝與該第一內壁部份相反之第二內壁部份的流動(F)。
14. 如申請專利範圍第8或9項用於金屬製造過程的設備(1)，其中該電磁場具有此強度，使得該熔融金屬(21)之流率係於0.1-1 m/s的範圍中。
15. 如申請專利範圍第14項用於金屬製造過程的設備(1)，其中該流率係於0.1-0.6 m/s的範圍中。