[发明专利]板坯结晶器电磁搅拌的多维电磁调制装置

说明书

技术领域

    本发明涉及一种金属板坯结晶器的电磁搅拌装置，尤其涉及一种板坯结晶器电磁搅拌的多维电磁调制装置。

背景技术

在金属板坯生产中，为了提高铸坯的表面和内部质量，通常对结晶器内的液态金属施加电磁搅拌。电磁搅拌的基本原理是通过在搅拌器内部通交流电后感应产生一个交变磁场，该交变磁场在液态金属中会感应产生电流，感应产生的电流与交变磁场之间产生洛仑兹力。液态金属在洛仑兹力作用下，沿着作用力的合外力方向进行流动，一方面，电磁搅拌作用下的流场对固-液界面进行冲刷，有利于夹杂物、气泡等缺陷的上浮去除，从而提高铸坯质量；另一方面，电磁搅拌作用下均匀了金属液的成分和温度，而且增加了固-液界面的凝固核心，有利于细化铸坯晶粒，提高等轴晶率。鉴于电磁搅拌对铸坯质量的促进作用，人们对电磁搅拌进行了广泛的研究，提出了许多专利技术。

中国专利CN96121903.3提出将搅拌器分为四个独立控制部分，可施加不同电流产生不同分布的磁场分布，该方法具有一定的可调性，但该搅拌器仅可实现横向调节，没有考虑板坯在纵向的差异。

中国专利CN87104014提出的电磁搅拌装置产生螺旋磁场，有利于气泡和夹杂物的上浮，可用于方坯和圆坯的电磁搅拌，其搅拌形式和对流场的作用在板坯连铸中存在一定的局限性。

中国专利CN200910211558.3提出的螺旋磁场搅拌装置用于复合材料的冶金熔炼，并且适用于圆形熔炼炉，不属于板坯结晶器搅拌领域。中国专利CN86101657、中国专利CN200910226351.3、美国专利US4582110、美国专利US5279351A提出的搅拌技术均为旋转磁场发生装置，用于方坯和圆坯的电磁搅拌，不适于板坯连铸过程的搅拌。

中国专利CN200910302486.3提出了一种可实现单一旋转、电磁减速、电磁加速、两区旋转和四区旋转这五种搅拌模式的感应器，这些调节模式究其实质是二维磁场调节，只能改变横截面的磁场分布，而在纵向则无法调节。另外，板坯角部是裂纹易发区，这五种模式均无法灵活有效地调节板坯角部的搅拌磁场。

中国专利CN200780041938.6提出了一种新的电磁搅拌方法，采用两套线圈，一套在横截面上产生旋转磁场，另一套在纵向产生移动磁场，这种方法可实现三维电磁搅拌，但主要适用于圆坯电磁搅拌，对于板坯电磁搅拌尚未实现。

以上专利提及的电磁搅拌方法和装置，仅限于二维电磁搅拌或方坯和圆坯搅拌，无法实现对局部搅拌磁场的微调，对结晶器内角部或局部金属液死区的调节能力有限，极易成为夹杂或气孔的高发区；其次，尽管目前板坯结晶器电磁搅拌技术取得了一定的应用效果，但仍存在板坯质量不稳定的问题，夹杂、气孔等缺陷会经常出现，电磁搅拌效果有待于进一步改善；对于板坯连铸而言，在同一连铸机上会生产不同成分、规格的铸坯，连铸的工艺参数也存在一定差别，因此结晶器电磁搅拌工艺也要随之进行相应的调整，对于结晶器内地流场，需在水平方向和垂直方向上采取措施进行整体或局部的磁场调整，而目前尚无多维磁场调制的方法和技术，不利于板坯质量的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种板坯结晶器电磁搅拌的多维电磁调制装置，该调制装置能实现在水平面方向和垂直方向的磁场调制功能，从而调节结晶器内整体或局部磁场分布结构，达到优化电磁力分布，进而提高等轴晶率，实现高质量板坯的稳定生产。

    为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案： 

一种板坯结晶器电磁搅拌的多维磁场调制装置，包括结晶器系统和金属液，结晶器系统包括结晶器宽面、窄面和浸入式水口，结晶器系统内装有金属液；所述磁场调制装置还包括搅拌器系统和测速系统；

所述搅拌器系统包括PLC控制单元和两个单侧搅拌器，两个单侧搅拌器分别分布于结晶器系统两侧的宽面上，单侧搅拌器包括多层搅拌器单元，两层搅拌器单元间设置磁屏蔽片，搅拌器单元外包覆有搅拌器外壳，每层搅拌器单元包括多个线圈和磁轭，PLC控制单元连接线圈抽头，改变线圈绕组电流大小和相位能实现横向磁场调制；每层搅拌器单元独立连接PLC控制单元，用于纵向磁场的调节； 

所述测速系统包括测速探头和智能处理单元，测速探头设置在结晶器窄面上，能测量结晶器内沿宽面方向的金属液流速；测速探头将测量的速度信号传送至智能处理单元，由智能处理单元处理后输出给搅拌器系统的PLC控制单元。

所述测速探头沿结晶器窄面的垂直方向上设置两排，每排测速探头数量与搅拌器单元的层数相同。