[发明专利]使用电磁场垂直连续铸造金属的方法及其铸造设备

说明书

本发明涉及金属的连续铸造。更准确地说，它涉及一种适于安装进连铸铸模中并对所述铸模内的液态金属产生作用的电磁装置。

目前，正在使用电磁场对任何形式的连铸铸模中的钢水运动产生影响。施加转动电磁场(在铸造方形或稍微矩形截面的钢锭和钢方坯的情况下)或移动式电磁场(在铸造矩形截面的板坯情况下，其中板坯宽度远大于厚度)的主要目的是使凝固组织在产品的整个截面上均匀化，并提高产品的表面光洁度，以及从夹杂的角度来说提高其清洁度，特别是在其表面附近。当连续铸造板坯时，已知可以在铸模上施加静态电磁场，以稳定弯月面(即铸模顶部的熔融金属的自由表面)。这种稳定可以提高产品的铸造速度，从而提高连铸机的生产率。产生这种作用的电磁装置称之为“电磁制动器(electromagnetic brakes)”。

目前，已知的在连铸铸模中的电磁场运用不足以完全令人满意地解决铸造产品的质量问题。在这些难解决的问题中，涉及下述内容：

-铸造产品表面质量的改进，即表面裂纹数目的减少和振荡波痕深度的减小；

-铸造产品亚壳层清洁度的改进，即在铸模的振荡过程中形成的“凝固的钩状部分”的尺寸减小，其中这些钩状部分是捕获铸模内液态金属中的夹杂和气泡的潜在位置，以及凝固界面吸收的夹杂的消除，这是由于该界面被电磁搅拌(其机理涉及将要在下文详细描述的问题)所带动的液态金属的“冲刷”作用；

-实现弯月面的稳定性，足以保证铸模/固态金属界面的由覆盖熔渣实现的最佳润滑作用，所述覆盖熔渣以液态的形式渗入上述界面，从而使这种改进的润滑作用导致产生显著大于普通速度的铸造速度。

令人满意地解决这些问题会使铸机和整个钢厂的生产率提高。除已经提及的提高铸造速度之外，它还可以减少裂纹去除操作(磨削产品的表面，以去除上面的缺陷)的次数，且因此可以增加具有足以直接送至热轧机的质量的产品比例。然而，现有技术没有以一种最佳的方式同时满足上述质量目标。此外，实现这些目的的公知技术要么花费昂贵，要么需要复杂的器具，因为它们对其他铸造条件非常敏感。其中，除上述包含磁场的方法之外，还涉及对铸模施加非正弦振荡的系统，对铸模压花，使铸模具有受控的加热面粗糙度的系统，覆盖最佳成分的熔渣的系统等。

本发明的目的是提供一种用于连续铸造金属的工艺和设备，以满足连续铸造金属特别是钢材的经营者所期望的生产率和质量目标。

针对这些目的，本发明的主题是一种用于在铸模中垂直连续铸造金属产品的工艺，该铸模具有连接在一起的冷却板，在该工艺中铸模内液态金属的弯月面区域受到一轴向交变磁场的作用，该磁场与铸造方向共线，趋于使所述弯月面呈圆顶形状，其特征在于所述弯月面的所述区域还承受横切铸造方向的连续磁场，以便使所述弯月面的形状稳定。

本发明的主题还是一种用于垂直连续铸造金属的设备，包含具有连接在一起的冷却平板的铸模，其中两个平板较长，彼此面对，以形成铸造空间，该设备是具有电磁线圈这一类型的，该电磁线圈供有AC电流，且在铸模内液态金属的弯月面区域围绕所述铸模，从而产生沿铸造轴线的交变磁场，其特征在于它还包括一电磁感应器，该电磁感应器产生在弯月面区域穿过铸模长板的垂直于铸造轴线的连续磁场。

可以理解的是，本发明是在连铸铸模内的液态金属中产生至少两个电磁场，这些磁场同时作用在弯月面区域的所述金属上。这些磁场之一是轴向交变磁场，而另一个是横向连续磁场，两者都作用在弯月面区域。它们是通过配装的感应器或在弯月面附近产生作用的感应器产生的。

简单地说，与铸造轴线共线的交变磁场用于使弯月面“形成圆顶”，即形成一经接触铸模的壁就自然呈现的突起的圆顶形状，而横向连续磁场起电磁制动器的作用，以便降低该弯月面表面的局部几何形状不规则性，从而通过该交变磁场产生下邻的对流。

理论上，施加一个交变磁场可能足以获得平滑的圆顶弯月面。这是因为液态金属上产生的电磁力具有：

-趋于将弯月面的外围推离铸模侧面的限制表面分量，因此使弯月面在边界周围“中空”，使其表面平滑。该力在高频下尤其活跃；

-搅拌体积分量，因为液态金属中的对流形式(导致金属在铸模中心上升的环形搅拌)，该分量导致弯月面的中心部分“膨胀”。相反，该力在低频或中频下尤其活跃。而且，它是表面不稳定的原因。在中频下得到该搅拌力的最大效果，明确地说即大约200Hz，但无论如何都小于500Hz，而不管铸模的厚度或性质，或者冶金产品铸件的形式。

正是这两种相互配合的作用-外围推斥和中心上升的搅拌(该作用可以从同一个脉动磁场获得)-使弯月面形成所需的受限圆顶形状。