CN205816758U - 多功能多模式板坯连铸结晶器电磁控流装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多功能多模式板坯连铸结晶器电磁控流装置，包括内弧电磁搅拌器和外弧电磁搅拌器，分别简写为L—EMS和F—EMS，分别设置在结晶器铜板内弧和外弧；L—EMS和F—EMS均设置有上下两个感应器，每个感应器均设置有四个磁感应区；每个磁感应区都由PLC单独控制，PLC通过与该磁感应区内的线圈相连接，实现对线圈电流的大小、方向和相序的控制，以改变磁场运动方向和磁场极性，从而改变钢水运动方向；通过改变每个磁感应区的磁场运动方向和磁场极性，组合出多个钢水流动模式。本实用新型通过内外弧侧双感应器的设计和不同搅拌模式的调控，实现铸坯内磁场及流场形态的三维调节，既能解决铸坯表面质量问题，又能解决铸坯内部质量问题。
Description
技术领域
本实用新型属于一种熔融金属板坯连铸结晶器电磁控流装置，具体涉及一项多功能多模式板坯连铸结晶器电磁控流装置。
背景技术
随着连铸技术的发展，连铸比的提高，高生产率和高质量铸坯已成为当今板坯连铸技术追求的目标。连铸机的高生产率与高品质铸坯的实现，其中最关键与最重要的技术是实现对结晶器内钢水流动控制。常规控制技术如优化浸入式水口形状和浸入深度及钢水液面控制虽有利于改进结晶器内的钢水流动，但不尽人意。同时利用电磁力的非接触控制技术得到了广泛的研发和实用化，其中具有代表性的有基于直流磁场的结晶器电磁制动技术(EMBr)；基于行波磁场的结晶器电磁搅拌技术(M-EMS)，以及以此为基础的多模式结晶器电磁搅拌技术(MM-EMS)。
以上三种电磁控流技术在板坯结晶器中都有应用，且各有技术特点和优势。EMBr的安装位置在浸入式水口侧孔吐出的流股主流处，其流场形态主要是通过恒定直流磁场制动从浸入式水口侧孔吐出的流股，使其减速，属于一类被动式的控流技术。EMBr主要应用范围是薄板坯连铸、高拉速连铸；另一类主动式的控流技术有：M-EMS和MM-EMS。M-EMS的安装位置为介于钢水自由面和水口侧孔之间，通过行波磁场作用产生的流场形态是加速钢水使其水平旋转运动。M-EMS主要适用于中厚板、低拉速连铸；而MM-EMS的安装位置为结晶器半高处，其流场形态可使得钢水作加速、减速或者水平旋转运动。MM-EMS主要适用在中厚板坯、高拉速连铸。因此，不同的电磁控流技术，根据它的搅拌模式的不同，安装位置的不同，适用的连铸机和钢种就不同。
但以上提及的电磁控流方法和电磁搅拌装置，其搅拌模式与流场形态都仅限于一种或者最多三种，适应的钢种及工艺范围有限。冶金效果局限于改善铸坯的表面和皮下质量，不能像方圆坯结晶器电磁搅拌那样产生深入钢液内部的旋转运动，改善铸坯内部质量。虽对特定钢种及连铸工艺条件下能取得一定的应用效果，但在同一连铸机上需要生产不同钢种、不同规格的铸坯，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。对于结晶器内流场，需要根据钢种、断面和连铸工艺进行相应的调整。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，这些模式只能改变横截面内的磁场分布和铸坯内水平流场分布，而在纵向则无法调节。中国专利CN201410120140.2提出了一种多维电磁调制装置，采用单边三套线圈的结构形式，这种方法可实现三维电磁搅拌，但结构形式过于复杂，且体积庞大，不适用现有连铸结晶器振动平台和结晶器的改造，实用性不强。
因此，有必要设计一种新的多功能多模式板坯连铸结晶器电磁控流装置。
实用新型内容
本实用新型所解决的技术问题是，针对背景技术中存在的缺点和问题，提供一种多功能多模式板坯连铸结晶器电磁控流装置，通过双感应器的设计和不同搅拌模式的调控，实现铸坯内磁场及流场形态的三维调节及控制，既能解决铸坯表面质量问题，又能解决铸坯内部质量问题。
本实用新型所采用的技术方案是：
一种多功能多模式板坯连铸结晶器电磁控流装置，分为内弧电磁搅拌器1和外弧电磁搅拌器2，分别简写为L—EMS1和F—EMS2；L—EMS1和F—EMS2分别设置在结晶器铜板5内弧和外弧；钢液4从结晶器铜板5中间通过；
L—EMS1和F—EMS2均设置有上下两个感应器，L—EMS1的上端和下端感应器分别标记为L16、L27，F—EMS2的上端和下端感应器分别标记为F18、F29；同时L—EMS1和F—EMS2的每个感应器均设置有四个磁感应区；每个磁感应区的磁场量大小、方向均可独立调节和改变。
L-EMS和F-EMS的上下两个感应器为上下连体设置，形成一台感应器的结构形式；或单独上下设置，形成两台感应器的结构形式。但L-EMS和F-EMS的感应器必须成对使用。
所述感应器包括铁芯10和线圈11；根据铁芯结构不同，感应器有两种形式，即长方形感应器和凸极形感应器；
所述的长方形感应器的铁芯10由多个无齿槽的长方形电工硅钢片叠成；线圈11采用克莱姆绕组形式绕在长方形铁芯上；
所述的凸极形感应器的铁芯10由多个带凸极的长方形电工硅钢片叠成；线圈11结构包括两种形式，即采用克莱姆绕组形式绕在铁芯两个凸极之间的磁轭上，或采用集中绕组形式绕在铁芯的凸极上。
所述的多功能多模式板坯连铸结晶器电磁控流装置，还包括套在感应器外的“门字形”磁屏蔽套(12)，磁屏蔽套(12)由高导电率的紫铜板制成，高导电率是指导电率σ＞5.8×107S/m“门字形”磁屏蔽套(12)的开口朝向铁芯的工作面；磁屏蔽套(12)的作用是提高工作面的主磁通和减少非工作面的漏磁；
上端感应器L16和F18的铁芯上缘与弯月面持平，主要解决连铸坯表面的质量问题；而下端感应器L27和F29的铁芯上缘距离弯月面250-350mm，主要解决连铸坯内部质量。
所述的多功能多模式电磁搅拌器的磁感应区的构建：以L-EMS和F-EMS的一对感应器【上端的一对感应器L16和F18或下端的一对感应器L26、F29】，每个感应器包括12个线圈为例，按激发行波磁场规律构建四个磁感应区，每个磁感应区包括3个线圈，L-EMS1的四个磁感应区从左至右依次记为磁感应一区101、磁感应二区102、磁感应三区103、磁感应四区104，F-EMS2的磁感应区四个磁感应区从左至右依次记为磁感应一区201、磁感应二区202、磁感应三区203、磁感应四区204；水口位置对应于磁感应二区与三区之间；
每个磁感应区都由PLC单独控制，PLC通过与该磁感应区内的线圈相连接，实现对线圈电流的大小、方向、相序的控制，以改变磁场运动方向13和磁场极性，从而改变钢水运动方向14；通过改变每个磁感应区的磁场运动方向和磁场极性，组合出多个钢水流动模式，此处仅举比较典型的8个水平流动模式作为例证：单一旋转模式、双碟模式、电磁加速模式、电磁减速模式、四碟减速模式、四碟加速模式、二区旋转模式、电磁制动模式。由上端感应器L16、F18的8种模式与下端感应器L26、F29的8种模式两两组合，可组合出：种搅拌模式。
所述单一旋转模式下，L-EMS和F-EMS均为：四个磁感应区磁场运动方向13一致；但L-EMS与F-EMS的磁场运动方向相反。由于钢水运动方向14与磁场运动方向13一致，所以能够使结晶器内的钢水做单一旋转运动，实现单一旋转搅拌模式。
所述单一旋转模式，L-EMS和F-EMS相对位置的磁场极性相反，即L-EMS出现N极处，对应的F-EMS位置为S极，使磁力线穿透钢水，从N极到S极，从而能使电磁力深入至钢水芯部。
所述单一旋转模式的线圈接线方式是：L-EMS和F-EMS均为：磁感应一、三区的线圈电流方向与磁感应二、四区的线圈电流方向相反；且L-EMS与F-EMS相对应的磁感应区线圈电流方向相反，如，L-EMS的磁感应一区101和三区103接线为U、V、W；二区102和四区104接线为-U、-V、-W；而F-EMS的磁感应一区201和三区203接线为-W、-V、-U；二区202和四区204接线为W、V、U。
所述双碟模式下，L-EMS和F-EMS均为：四个电磁感应区磁场运动方向13一致，且L-EMS与F-EMS的磁场运动方向相同。由于钢水运动方向14与磁场运动方向13一致，且流体钢液运动的连贯性，能够使钢水在结晶器横截面形成上下两个环流。该模式能够深入搅拌钢水内部，实现钢水的双碟搅拌模式。
所述双碟模式，L-EMS和F-EMS相对位置的磁场极性相同，即L-EMS出现N极处，对应的F-EMS位置为N极，使磁力线不穿透钢水，而是从N极到同一台电搅相邻的S极，电磁搅拌力仅作用至钢水表面。
所述双碟模式的线圈接线方式是：L-EMS和F-EMS均为：磁感应一、三区的线圈电流方向与磁感应二、四区的线圈电流方向相反，且L-EMS和F-EMS相对应的磁感应区线圈电流方向相同，如，L-EMS的电磁感应一区101和三区103接线为U、V、W；二区102和四区104接线为-U、-V、-W；且F-EMS的电磁感应一区201和三区203接线为W、V、U；二区202和四区204接线为-W、-V、-U。
所述电磁加速模式下，L-EMS和F-EMS均为：磁感应一、二区与磁感应三、四区磁场运动方向13相反；且L-EMS与F-EMS相对位置的磁感应区的磁场运动方向相同。即L-EMS和F-EMS的磁感应一区101与201、二区102与202的磁场运动方向朝左，而L-EMS和F-EMS的磁感应三区103与203、四区104与204的磁场运动方向朝右。该模式钢水运动方向14与水口3内吐出的钢水4流股运动方向一致，因而起到加速钢水运动的作用，实现加速搅拌模式。
所述电磁加速模式，L-EMS和F-EMS相对位置的磁场极性相反，即L-EMS出现N极处，对应的F-EMS位置为S极，使磁力线穿透钢水，从N极到S极，从而能使电磁力深入至钢水芯部。
所述电磁加速模式的线圈接线方式是：L-EMS和F-EMS均为：磁感应一、二区的线圈相序中任意两相互换就为磁感应四、三区的线圈相序，该模式L-EMS与F-EMS相对位置的磁感应区线圈电流方向相反，如，L-EMS的电磁感应一区101、二区102连起来6个线圈的接线方式为：V、V、U、U、W、W，其三区103、四区104连起来6个线圈的接线方式为：W、W、U、U、V、V；F-EMS的电磁感应一区201、二区202为：-V、-V、-U、-U、-W、-W，三区203、四区204为：-W、-W、-U、-U、-V、-V。
所述电磁减速模式下，L-EMS和F-EMS均为：磁感应一、二区与磁感应三、四区磁场运动方向13相反，且L-EMS与F-EMS相对位置的磁场感应区的磁场运动方向相同。即L-EMS和F-EMS的磁感应一区101与201、二区102与202的磁场运动方向朝右，而L-EMS和F-EMS的磁感应三区103与203、四区104与204的磁场运动方向朝左。该模式钢水运动方向14与水口3内吐出的钢水4流股运动方向相反，起到减速钢水运动的作用，实现减速搅拌模式。
所述电磁减速模式，L-EMS和F-EMS相对位置的磁场极性相反，即L-EMS出现N极处，对应的F-EMS位置为S极，使磁力线穿透钢水，从N极到S极，从而能使电磁力深入至钢水芯部。
所述电磁减速模式的线圈接线方式为：L-EMS和F-EMS均为：磁感应一、二区的线圈相序中任意两相互换就为磁感应四、三区的线圈相序，L-EMS和F-EMS相对位置的磁感应区线圈接线的电流方向相反，如，L-EMS的电磁感应一区101、二区102连起来6个线圈的接线方式为：U、U、V、V、W、W，其三区103、四区104连起来6个线圈的接线方式为：W、W、V、V、U、U；F-EMS的电磁感应一区201、二区202为：-U、-U、-V、-V、-W、-W，三区203、四区204为：-W、-W、-V、-V、-U、-U。
所述四碟减速模式下，L-EMS和F-EMS均为：磁感应一、二区与磁感应三、四区磁场运动方向13相反，L-EMS与F-EMS相对位置的磁场感应区磁场运动方向相同。即L-EMS和F-EMS的磁场感应一区101与201、二区102与202的磁场运动方向朝右，而L-EMS与F-EMS的磁场感应三区103与203、四区104与204的磁场运动方向朝左。该模式钢水运动方向14与水口3内吐出的钢水4流股运动方向相反，起到减速钢水运动的作用，实现减速兼搅拌的模式。
所述四碟减速模式，L-EMS和F-EMS相对位置的磁场极性相同，即L-EMS出现N极处，对应的F-EMS位置为N极，使磁力线不穿透钢水，而是从N极到同一台电磁搅拌器相邻的S极，由于钢水运动的连贯性，钢水运动轨迹形成四个的环流区。
所述四碟减速模式的线圈接线方式是：L-EMS和F-EMS均为：磁感应一区与二区的电流方向相反，任意两相互换为磁感应四、三区的线圈相序，且L-EMS和F-EMS相对位置的磁感应区线圈接线的方式相同，如，L-EMS的电磁感应一区101和F-EMS的电磁感应一区201接线为U、V、W，其二区102和202接线为-U、-V、-W；L-EMS一区线圈中任意互换两相的相序，即为四区104、204的接线方式W、V、U，L-EMS和F-EMS三区103、203线圈接线电流与四区的相反为-W、-V、-U；
所述四碟加速模式下，L-EMS和F-EMS均为：磁感应一、二区与三、四区磁场运动方向13相反，且L-EMS与F-EMS相对位置的磁场感应区磁场运动方向相同。即L-EMS和F-EMS的磁感应一区101与201、二区102与202的磁场运动方向朝左，而L-EMS与F-EMS的磁感应三区103与203、四区104与204的磁场运动方向朝右。该模式钢水运动方向14与水口3内吐出的钢水4流股运动方向相同，起到加速钢水运动的作用，实现加速兼搅拌的模式。
所述四碟加速模式，L-EMS和F-EMS相对位置的磁场极性相同，即L-EMS出现N极处，对应的F-EMS位置为N极，使磁力线不穿透钢水，而是从N极到同一台电搅相邻的S极，由于钢水运动的连贯性，钢水运动轨迹形成四个的环流区。
所述四碟加速模式的线圈接线方式是：L-EMS和F-EMS均为：磁感应一区的任意两相互换且变换电流方向为磁感应二区线圈的接线，一区任意两相互换为四区线圈的接线，三区与四区的电流方向相反。如，L-EMS的电磁感应一区101、201接线为U、W、V；四区104、204的接线方式为：V、W、U,二区102、202线圈的电流方向与一区101、201的相反，其接线方式为：-U、-W、-V；三区103、203线圈的电流方向与四区的相反，其接线方式为：-V、-W、-U；
所述二区旋转模式下，L-EMS和F-EMS均为：一、二区与三、四区磁场运动方向13相反，L-EMS与F-EMS相对位置的磁感应区磁场运动方向相反。如，L-EMS的磁感应一、二区101、102与F-EMS的磁感应三、四区203与204的磁场运动方向朝左，而L-EMS的磁感应三、四区103、104与F-EMS的磁感应一、二区201与202的磁场运动方向朝右。
所述二区旋转模式，L-EMS和F-EMS相对位置的磁场极性相反，即L-EMS出现N极处，对应的F-EMS位置为S极，使磁力线穿透钢水，从N极到S极，从而能使电磁力深入至钢水芯部。
所述二区旋转模式的线圈接线方式是L-EMS的磁感应一、二区的电流方向相反，一区线圈的任意两相互换为其四区的接线，三区线圈的电流方向与四区的相反。且F-EMS的四区与L-EMS一区的线圈接线方式相同，F-EMS的一区与L-EMS四区的线圈接线方式相同，F-EMS的二区与L-EMS三区的线圈接线方式相同，F-EMS的三区与L-EMS二区的线圈接线方式相同。如，F-EMS的四区与L-EMS一区的线圈接线方式为：U、W、V；F-EMS的一区与L-EMS四区的线圈接线方式为：V、W、U；F-EMS的二区与L-EMS三区的接线方式为：-U、-W、-V；
所述电磁制动模式下，L-EMS和F-EMS均为：磁感应一、二区与磁感应三、四区磁场运动方向13相反，L-EMS与F-EMS相对位置的磁场感应区磁场运动方向相反。如，L-EMS的一、二区101、102与F-EMS的磁感应三、四区203与204的磁场运动方向朝左，而L-EMS的三、四区103、104与F-EMS的磁场感应一、二区201与202的磁场运动方向朝右。
所述电磁制动模式，L-EMS和F-EMS相对位置的磁场极性相反，即L-EMS出现N极处，对应的F-EMS位置为S极，使磁力线穿透钢水，从N极到S极，从而能使电磁力深入至钢水芯部。
所述电磁制动模式使用直流电流供电，通过整流电路将输入的交流电整流为直流电实现。其线圈接线方式如下：L-EMS的磁感应一区101、二区102、三区103、四区104接线接正向电流；F-EMS的磁感应一区201、二区202、三区203、四区204接线接反向电流。
所述的组合模式是通过上端感应器L16、F18的8种模式与下端感应器L26、F29的8种模式组合，即：单一旋转模式、双碟模式、加速模式、减速模式、四碟减速模式、四碟加速模式、二区模式、电磁制动模式两两组合使用，可以组合出种模式。因此，融合水平一垂直环流的电磁搅拌模式，实现了多模式流场的三维搅拌，这是本实用新型的一大特点。
本实用新型有以下优点和有益效果：
本实用新型优化设计内弧电磁搅拌器L16、L27和外弧电磁搅拌器F18、F29的构形及其在结晶器铜板5上的安装位置，使其中的感应器L16和感应器F18的铁芯上缘与弯月面持平，成为弯月面电磁搅拌器，主要解决铸坯表面质量问题。而L27和F29的安装位置是其铁芯上缘距离弯月面250-350mm，为常规结晶器电磁搅拌器，主要解决连铸坯内部质量。因此，所述多功能多模式板坯连铸结晶器电磁控流装置成为弯月面电磁搅拌器和常规的结晶器电磁搅拌器的组合体，同时具备弯月面电磁搅拌和常规结晶器电磁搅拌等两种功能。
通过上下双感应器设计，且将每台感应器构建成四个电磁磁场感应区，实现钢水(4)在水平方向和垂直方向的独立调节，从而实现了铸坯内磁场及流场形态的三维调节及控制，大大增强了电磁搅拌功能。
使用本实用新型的多功能多模式的板坯结晶器电磁控流装置可对板坯连铸机结晶器的钢液进行多模式的三维电磁搅拌，搅拌模式多达64种，既可实现钢液整体电磁搅拌，也可分区域电磁搅拌，搅拌方式灵活。目前，连铸生产中普遍采用整体单环流搅拌模式，在不同连铸工艺条件下，无法对电磁搅拌器激发的磁场进行局部调控，也难以改善铸坯内的流动形态，显然会对生产高质量铸坯带来一定的影响。采用本实用新型的多模式板坯连铸结晶器电磁控流装置，可根据现场实际工艺参数灵活选用不同的搅拌模式，从而达到较好的搅拌效果，具有较好的应用前景。
附图说明
图1是本实用新型的多功能多模式板坯连铸结晶器电磁搅拌装置示意图
图2是本实用新型的内弧电磁搅拌器L-EMS的结构示意图，上下两个感应器分别标记为L1(6)、L2(7)。而外弧电磁搅拌器F-EMS的结构与其镜面对称，上下两个感应器分别标记为F1(8)、F2(9)
图3是线圈采用集中绕组形式绕在铁芯的凸极上
图4是线圈采用克莱姆绕组形式绕在铁芯两个凸极之间的磁轭上
图5是线圈采用克莱姆绕组形式绕在长方形铁芯上
图6是本实用新型的单一旋转模式的接线、磁场及钢水运动方向示意图
图7是本实用新型的双碟模式的接线、磁场及钢水运动方向示意图
图8是本实用新型的电磁加速模式的接线、磁场及钢水运动方向示意图
图9是本实用新型的电磁减速模式的接线、磁场及钢水运动方向示意图
图10是本实用新型的四碟减速模式的接线、磁场及钢水运动方向示意图
图11是本实用新型的四碟加速模式的接线、磁场及钢水运动方向示意图
图12是本实用新型的二区旋转模式的接线、磁场及钢水运动方向示意图
图13是本实用新型的电磁制动模式的接线、磁场及钢水运动方向示意图
图14是本实用新型组合的单一旋转模式—电磁减速模式的示意图。
附图标记说明：1--内弧电磁搅拌器(简写L--EMS)；2--外弧电磁搅拌器(简写F--EMS)；3--水口；4--钢液；5--铜板；6--内弧上端电磁搅拌器(L1)；7--内弧下端电磁搅拌器(L2)；8--外弧上端电磁搅拌器(F1)；9--外弧下端电磁搅拌器(F2)；10--铁芯；11--线圈；12--磁屏蔽；13--磁场运行方向；14--钢水运动方向；101--内弧电磁搅拌器的电磁感应一区；102--内弧电磁搅拌器的电磁感应二区；103--内弧电磁搅拌器的电磁感应三区；104--内弧电磁搅拌器的电磁感应四区；201--外弧电磁搅拌器的电磁感应一区；202--外弧电磁搅拌器的电磁感应二区；203--外弧电磁搅拌器的电磁感应三区；204--外弧电磁搅拌器的电磁感应四区；
具体实施方式
图1是本实用新型的多功能多模式板坯连铸结晶器电磁搅拌装置示意图，分为内弧电磁搅拌器(1)(简写L—EMS)和外弧电磁搅拌器(2)(简写F—EMS)，分别设置在结晶器铜板(5)内外弧。钢液(4)从结晶器铜板(5)中间通过。
L—EMS(1)和F—EMS(2)分别设置上下两个感应器，分别标记为L1(6)、L2(7)和F1(8)、F2(9)；同时L—EMS(1)和F—EMS(2)分别设置四个磁感应区，L—EMS(1)的四个磁感应区分别标记为(101)、(102)、(103)、(104)；F—EMS(2)的四个磁感应区分别标记为(201)、(202)、(203)、(204)。每个磁感应区的磁场量大小、方向及磁感应区内线圈的电流大小、方向、三相电的相序均可独立调节和改变。通过改变每个磁感应区的磁场运动方向、磁场极性、磁感应区内线圈电流的方向及相序可以组合出多个钢水流动模式，此处仅举比较典型的8个水平流动模式作为例证：单环流旋转模式、双碟模式、电磁加速模式、电磁减速模式、四碟减速模式、四碟加速模式、二区旋转模式、电磁制动模式、以上模式两两组合的组合模式。由上端感应器L1(6)、F1(8)的8种模式与下端感应器L2(6)、F2(9)的8种模式两两组合，可派生出64种模式。
图3-图4为感应器的结构形式，感应器包括铁芯(10)和线圈(11)；根据铁芯结构不同，感应器有两种形式，即长方形和凸极形感应器；长方形感应器的铁芯(10)由多个无齿槽的长方形电工硅钢片叠成；线圈(11)采用克莱姆绕组形式绕在长方形铁芯上；凸极形感应器的铁芯(10)由多个带凸极的长方形电工硅钢片叠成；线圈(11)结构包括两种形式，即采用克莱姆绕组形式绕在铁芯两个凸极之间的磁轭上，或采用集中绕组形式绕在铁芯的凸极上。感应器还设置有“门字形”磁屏蔽套(12)，磁屏蔽套(12)由高导电率(σ＞5.8×107S/m)的紫铜板制成，分别套在两台内弧电磁搅拌器L和两台外弧电磁搅拌器F上；磁屏蔽套(12)的作用是提高工作面的主磁通和减少非工作面的漏磁；
图6为本实用新型的单环流旋转模式的接线、电磁场及钢水运动方向示意图，单环流旋转模式的内外弧侧电磁搅拌器的四个电磁感应区磁场运动方向(13)一致，但内弧侧电磁搅拌器L-EMS与外弧侧电磁搅拌器F-EMS的磁场运动方向相反。由于钢水运动方向(14)与磁场运动方向(13)一致，所以能够使结晶器内的钢水做单一旋转运动，实现单一搅拌模式。多功能多模式电磁搅拌器单环流旋转模式，内外弧侧相对应的磁场极性相反，即内弧侧电搅出现N极处，对应的外弧电搅处为S极，使磁力线穿透钢水，从N极到S极，从而能使电磁力深入至钢水芯部。多功能多模式电磁搅拌器的单环流旋转模式，该模式的接线方式是内外弧电磁搅拌器的一、三磁感应区的电流方向与二、四磁感应区的相反，且内弧侧与外弧侧相对应的磁感应区接线的电流方向相反，如，L-EMS的电磁感应一区(101)和三区(103)接线为U、V、W；二区(102)和四区(104)接线为-U、-V、-W；而F-EMS的电磁感应一区(201)和三区(203)接线为-W、-V、-U；二区(202)和四区(204)接线为W、V、U。
图7是本实用新型的双碟模式的接线、电磁场及钢水运动方向示意图，双碟模式的内外弧侧电磁搅拌器的四个电磁感应区磁场运动方向(13)一致，且内弧侧电磁搅拌器L-EMS与外弧侧电磁搅拌器F-EMS的磁场运动方向相同。由于钢水运动方向(14)与磁场运动方向(13)一致，且流体钢液运动的连贯性，能够使钢水在结晶器横截面形成上下两个环流。该模式能够深入搅拌钢水内部，实现钢水的双碟搅拌模式。双碟模式，内外弧侧相对应的磁场极性相同，即内弧侧电搅出现N极处，对应的外弧电搅处为N极，使磁力线不穿透钢水，而是从N极到同一台电搅相邻的S极，电磁搅拌力仅作用至钢水表面。
双碟模式的接线方式是内外弧电磁搅拌器的一、三磁感应区的电流方向与二、四磁感应区的相反，且内弧侧与外弧侧相对应的磁感应区接线的电流方向相同，如，L-EMS的电磁感应一区(101)和三区(103)接线为U、V、W；二区(102)和四区(104)接线为-U、-V、-W；且F-EMS的电磁感应一区(201)和三区(203)接线为W、V、U；二区(202)和四区(204)接线为-W、-V、-U。
图8是本实用新型的电磁加速模式的接线、电磁场及钢水运动方向示意图，加速模式的内外弧侧电磁搅拌器的一、二区与三、四区磁场运动方向(13)相反，内弧侧电磁搅拌器L-EMS与外弧侧电磁搅拌器F-EMS相对应的磁场感应区的磁场运动方向相同。如，内侧电磁搅拌L-EMS的磁场感应一区(101)与(201)、二区(102)与(202)的磁场运动方向朝左，而L-EMS的磁场感应三区(103)与(203)、四区(104)与(204)的磁场运动方向朝右，磁场运动方向相反。该模式钢水运动方向(14)与水口(3)内吐出的钢水(4)流股运动方向一致，因而起到加速钢水运动的作用，实现加速搅拌模式。加速模式内外弧侧相对应的磁场极性相反，即内弧侧电搅出现N极处，对应的外弧电搅处为S极，使磁力线穿透钢水，从N极到S极，从而能使电磁力深入至钢水芯部。加速模式的接线方式是内外弧电磁搅拌器的磁感应一、二区的线圈相序中任意两相互换就为磁感应四、三区的线圈相序，该模型内弧侧与外弧侧相对应的磁感应区线圈接线的电流方向相反，如，L-EMS的电磁感应一区(101)、二区(102)连起来6个线圈的接线方式为：V、V、U、U、W、W，其三区(103)、四区(104)连起来6个线圈的接线方式为：W、W、U、U、V、V；F-EMS的电磁感应一区(201)、二区(202)为：-V、-V、-U、-U、-W、-W，三区(203)、四区(204)为：-W、-W、-U、-U、-V、-V。
图9是本实用新型的电磁减速模式的接线、电磁场及钢水运动方向示意图，该模式的内外弧侧电磁搅拌器的一、二区与三、四区磁场运动方向(13)相反，内弧侧电磁搅拌器L-EMS与外弧侧电磁搅拌器F-EMS相对应的磁场感应区磁场运动方向相同。如，内外侧电磁搅拌L-EMS、F-EMS的磁场感应一区(101)与(201)、二区(102)与(202)的磁场运动方向朝右，而L-EMS与F-EMS的磁场感应三区(103)与(203)、四区(104)与(204)的磁场运动方向朝左，磁场运动方向相反。该模式钢水运动方向(14)与水口(3)内吐出的钢水(4)流股运动方向相反，起到减速钢水运动的作用，实现减速搅拌模式。
电磁减速模式内外弧侧相对应的磁场极性相反，即内弧侧电搅出现N极处，对应的外弧电搅处为S极，使磁力线穿透钢水，从N极到S极，从而能使电磁力深入至钢水芯部。
减速模式的接线方式是内外弧电磁搅拌器的磁感应一、二区的线圈相序中任意两相互换就为磁感应四、三区的线圈相序，该模型内弧侧与外弧侧相对应的磁感应区线圈接线的电流方向相反，如，L-EMS的电磁感应一区(101)、二区(102)连起来6个线圈的接线方式为：U、U、V、V、W、W，其三区(103)、四区(104)连起来6个线圈的接线方式为：W、W、V、V、U、U；F-EMS的电磁感应一区(201)、二区(202)为：-U、-U、-V、-V、-W、-W，三区(203)、四区(204)为：-W、-W、-V、-V、-U、-U。
图10是本实用新型的四碟减速模式的接线、电磁场及钢水运动方向示意图，该模式的内外弧侧电磁搅拌器的一、二区与三、四区磁场运动方向(13)相反，内弧侧电磁搅拌器L-EMS与外弧侧电磁搅拌器F-EMS相对应的磁场感应区磁场运动方向相同。内外侧电磁搅拌L-EMS、F-EMS的磁场感应一区(101)与(201)、二区(102)与(202)的磁场运动方向朝右，而L-EMS与F-EMS的磁场感应三区(103)与(203)、四区(104)与(204)的磁场运动方向朝左，磁场运动方向相反。该模式钢水运动方向(14)与水口(3)内吐出的钢水(4)流股运动方向相反，起到减速钢水运动的作用，实现减速兼搅拌的模式。四碟减速模式内外弧侧相对应的磁场极性相同，即内弧侧电搅出现N极处，对应的外弧电搅处为N极，使磁力线不穿透钢水，而是从N极到同一台电搅相邻的S极，由于钢水运动的连贯性，钢水运动轨迹形成四个的环流区。四碟减速模式的接线方式是内外弧电磁搅拌器的一、二磁感应区的电流方向相反，任意两相互换为磁感应四、三区的线圈相序，且内弧侧与外弧侧相对应的磁感应区接线的方式相同，如，L-EMS的电磁感应一区(101)和F-EMS的电磁感应一区(201)接线为U、V、W，其二区(102)和(202)接线为-U、-V、-W；内外弧电磁搅拌器一区线圈接线方式中任意互换两相的相序，即为四区(104)、(204)的接线方式W、V、U，内外弧电磁搅拌器三区(103)、(203)线圈接线电流与四区的相反为-W、-V、-U；
图11是本实用新型的四碟加速模式的接线、电磁场及钢水运动方向示意图，该模式的内外弧侧电磁搅拌器的一、二区与三、四区磁场运动方向(13)相反，内弧侧电磁搅拌器L-EMS与外弧侧电磁搅拌器F-EMS相对应的磁场感应区磁场运动方向相同。内外侧电磁搅拌L-EMS、F-EMS的磁场感应一区(101)与(201)、二区(102)与(202)的磁场运动方向朝左，而L-EMS与F-EMS的磁场感应三区(103)与(203)、四区(104)与(204)的磁场运动方向朝右，磁场运动方向相反。该模式钢水运动方向(14)与水口(3)内吐出的钢水(4)流股运动方向相同，起到加速钢水运动的作用，实现加速兼搅拌的模式。四碟加速模式内外弧侧相对应的磁场极性相同，即内弧侧电搅出现N极处，对应的外弧电搅处为N极，使磁力线不穿透钢水，而是从N极到同一台电搅相邻的S极，由于钢水运动的连贯性，钢水运动轨迹形成四个的环流区。四碟加速模式的接线方式是内外弧电磁搅拌器的一区的任意两相互换且变换电流方向为二区电磁感应的接线，一区任意两相互换为四区线圈的接线，三区与四区的电流方向相反。如，L-EMS的电磁感应一区(101)、(201)接线为U、W、V；四区(104)、(204)的接线方式为：V、W、U,二区(102)、(202)线圈的电流方向与一区(101)、(201)的相反，其接线方式为：-U、-W、-V；三区(103)、(203)线圈的电流方向与四区的相反，其接线方式为：-V、-W、-U；
图12是本实用新型的二区旋转模式的接线、电磁场及钢水运动方向示意图，该模式的内外弧侧电磁搅拌器的一、二区与三、四区磁场运动方向(13)相反，内弧侧电磁搅拌器L-EMS与外弧侧电磁搅拌器F-EMS相对应的磁场感应区磁场运动方向相反。如，内外侧电磁搅拌L-EMS的一、二区(101)、(102)与F-EMS的磁场感应三、四区(203)与(204)的磁场运动方向朝左，而内外侧电磁搅拌L-EMS的三、四区(103)、(104)与F-EMS的磁场感应一、二区(201)与(202)的磁场运动方向朝右。二区旋转模式内外弧侧相对应的磁场极性相反，即内弧侧电搅出现N极处，对应的外弧电搅处为S极，使磁力线穿透钢水，从N极到S极，从而能使电磁力深入至钢水芯部。二区旋转模式的接线方式是内弧电磁搅拌器的一、二磁感应区的电流方向相反，一区线圈的任意两相互换为其四区的接线，三区线圈的电流方向与四区的相反。且外弧侧电磁搅拌器F-EMS的四区与L-EMS一区的接线方式相同，F-EMS的一区与L-EMS四区的接线方式相同，F-EMS的二区与L-EMS三区的接线方式相同，F-EMS的三区与L-EMS二区的接线方式相同。如，F-EMS的四区与L-EMS一区的接线方式为：U、W、V；F-EMS的一区与L-EMS四区的接线方式为：V、W、U；F-EMS的二区与L-EMS三区的接线方式为：-U、-W、-V；
图13是本实用新型的电磁制动模式的接线、电磁场及钢水运动方向示意图，该模式的内外弧侧电磁搅拌器的一、二区与三、四区磁场运动方向(13)相反，内弧侧电磁搅拌器L-EMS与外弧侧电磁搅拌器F-EMS相对应的磁场感应区磁场运动方向相反。如，内外侧电磁搅拌L-EMS的一、二区(101)、(102)与F-EMS的磁场感应三、四区(203)与(204)的磁场运动方向超左，而内外侧电磁搅拌L-EMS的三、四区(103)、(104)与F-EMS的磁场感应一、二区(201)与(202)的磁场运动方向超右。电磁制动模式内外弧侧相对应的磁场极性相反，即内弧侧电搅出现N极处，对应的外弧电搅处为S极，使磁力线穿透钢水，从N极到S极，从而能使电磁力深入至钢水芯部。电磁制动模式使用的是直流电流，通过电控中的整流电路将输入的交流电整流为直流电实现。其接线如下：L-EMS的电磁感应一区(101)、二区(102)、三区(103)、四区(104)接线接正向电流；F-EMS的电磁感应一区(201)、二区(202)、三区(203)、四区(204)接线接反向电流。
图14是本实用新型组合的单环流旋转模式—电磁减速模式的示意图，是通过上端一对感应器L1(6)和F1(8)使用的是单环流旋转模式，下端一对感应器L2(6)和F2(9)的使用的电磁减速模式，组合出来的单环流旋转模式—电磁减速模式的示意图。
上面所述的技术方案同样适用于板坯连铸二冷区电磁搅拌，也属于本专利的保护范围。
上述实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行的描述，并非对本实用新型构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (10)
1.一种多功能多模式板坯连铸结晶器电磁控流装置，其特征在于，包括内弧电磁搅拌器(1)和外弧电磁搅拌器(2)，分别简写为L—EMS(1)和F—EMS(2)；L—EMS(1)和F—EMS(2)分别设置在结晶器铜板(5)内弧和外弧；钢液(4)从结晶器铜板(5)中间通过；水口位置对应于L—EMS(1)和F—EMS(2)的正中间；
L—EMS(1)和F—EMS(2)均设置有上下两个感应器，L—EMS(1)的上端和下端感应器分别标记为L1(6)、L2(7)，F—EMS(2)的上端和下端感应器分别标记为F1(8)、F2(9)；同时L—EMS(1)和F—EMS(2)的每个感应器均设置有四个磁感应区；每个磁感应区都由PLC单独控制，PLC通过与该磁感应区内的线圈相连接，实现对线圈电流的大小、方向、相序的控制，以改变磁场运动方向(13)和磁场极性，从而改变钢水运动方向(14)；通过改变每个磁感应区的磁场运动方向和磁场极性，组合出多个钢水流动模式；
上端感应器L1(6)和F1(8)的铁芯上缘与弯月面持平。
2.根据权利要求1所述的多功能多模式板坯连铸结晶器电磁控流装置，其特征在于，每个感应器包括12个线圈，按激发行波磁场规律构建四个磁感应区，每个磁感应区包括3个线圈；
对于L-EMS和F-EMS的一对感应器，将L-EMS(1)的四个磁感应区从左至右依次记为磁感应一区(101)、磁感应二区(102)、磁感应三区(103)和磁感应四区(104)，F-EMS(2)的磁感应区四个磁感应区从左至右依次记为磁感应一区(201)、磁感应二区(202)、磁感应三区(203)、磁感应四区(204)；
所述钢水流动模式包括单一旋转模式；
单一旋转模式下，L-EMS和F-EMS均为：四个磁感应区磁场运动方向(13)一致；但L-EMS与F-EMS的磁场运动方向相反；
所述单一旋转模式，L-EMS和F-EMS相对位置的磁场极性相反，即L-EMS出现N极处，对应的F-EMS位置为S极；
所述单一旋转模式的线圈接线方式是：L-EMS和F-EMS均为：磁感应一、三区的线圈电流方向与磁感应二、四区的线圈电流方向相反；且L-EMS与F-EMS相对应的磁感应区线圈电流方向相反。
3.根据权利要求2所述的多功能多模式板坯连铸结晶器电磁控流装置，其特征在于，所述钢水流动模式还包括双碟模式；
所述双碟模式下，L-EMS和F-EMS均为：四个电磁感应区磁场运动方向(13)一致，且L-EMS与F-EMS的磁场运动方向相同；
所述双碟模式，L-EMS和F-EMS相对位置的磁场极性相同，即L-EMS出现N极处，对应的F-EMS位置为N极；
所述双碟模式的线圈接线方式是：L-EMS和F-EMS均为：磁感应一、三区的线圈电流方向与磁感应二、四区的线圈电流方向相反，且L-EMS和F-EMS相对应的磁感应区线圈电流方向相同。
4.根据权利要求3所述的多功能多模式板坯连铸结晶器电磁控流装置，其特征在于，所述钢水流动模式还包括电磁加速模式；
所述电磁加速模式下，L-EMS和F-EMS均为：磁感应一、二区与磁感应三、四区磁场运动方向(13)相反；且L-EMS与F-EMS相对位置的磁感应区的磁场运动方向相同；L-EMS和F-EMS的磁感应一区(101)与(201)、二区(102)与(202)的磁场运动方向朝左，而L-EMS和F-EMS的磁感应三区(103)与(203)、四区(104)与(204)的磁场运动方向朝右；
所述电磁加速模式，L-EMS和F-EMS相对位置的磁场极性相反，即L-EMS出现N极处，对应的F-EMS位置为S极；
所述电磁加速模式的线圈接线方式是：L-EMS和F-EMS均为：磁感应一、二区的线圈相序中任意两相互换就为磁感应四、三区的线圈相序，该模式L-EMS与F-EMS相对位置的磁感应区线圈电流方向相反。
5.根据权利要求4所述的多功能多模式板坯连铸结晶器电磁控流装置，其特征在于，所述钢水流动模式还包括电磁减速模式；
所述电磁减速模式下，L-EMS和F-EMS均为：磁感应一、二区与磁感应三、四区磁场运动方向(13)相反，且L-EMS与F-EMS相对位置的磁场感应区的磁场运动方向相同；L-EMS和F-EMS的磁感应一区(101)与(201)、二区(102)与(202)的磁场运动方向朝右，而L-EMS和F-EMS的磁感应三区(103)与(203)、四区(104)与(204)的磁场运动方向朝左；
所述电磁减速模式，L-EMS和F-EMS相对位置的磁场极性相反，即L-EMS出现N极处，对应的F-EMS位置为S极；
所述电磁减速模式的线圈接线方式为：L-EMS和F-EMS均为：磁感应一、二区的线圈相序中任意两相互换就为磁感应四、三区的线圈相序，L-EMS和F-EMS相对位置的磁感应区线圈接线的电流方向相反。
6.根据权利要求5所述的多功能多模式板坯连铸结晶器电磁控流装置，其特征在于，所述钢水流动模式还包括四碟减速模式；
所述四碟减速模式下，L-EMS和F-EMS均为：磁感应一、二区与磁感应三、四区磁场运动方向(13)相反，L-EMS与F-EMS相对位置的磁场感应区磁场运动方向相同；L-EMS和F-EMS的磁场感应一区(101)与(201)、二区(102)与(202)的磁场运动方向朝右，而L-EMS与F-EMS的磁场感应三区(103)与(203)、四区(104)与(204)的磁场运动方向朝左；
所述四碟减速模式，L-EMS和F-EMS相对位置的磁场极性相同，即L-EMS出现N极处，对应的F-EMS位置为N极；
所述四碟减速模式的线圈接线方式是：L-EMS和F-EMS均为：磁感应一区与二区的电流方向相反，任意两相互换为磁感应四、三区的线圈相序，且L-EMS和F-EMS相对位置的磁感应区线圈接线的方式相同。
7.根据权利要求6所述的多功能多模式板坯连铸结晶器电磁控流装置，其特征在于，所述钢水流动模式还包括四碟加速模式；
所述四碟加速模式下，L-EMS和F-EMS均为：磁感应一、二区与三、四区磁场运动方向(13)相反，且L-EMS与F-EMS相对位置的磁场感应区磁场运动方向相同；L-EMS和F-EMS的磁感应一区(101)与(201)、二区(102)与(202)的磁场运动方向朝左，而L-EMS与F-EMS的磁感应三区(103)与(203)、四区(104)与(204)的磁场运动方向朝右；
所述四碟加速模式，L-EMS和F-EMS相对位置的磁场极性相同，即L-EMS出现N极处，对应的F-EMS位置为N极；
所述四碟加速模式的线圈接线方式是：L-EMS和F-EMS均为：磁感应一区的任意两相互换且变换电流方向为磁感应二区线圈的接线，一区任意两相互换为四区线圈的接线，三区与四区的电流方向相反。
8.根据权利要求7所述的多功能多模式板坯连铸结晶器电磁控流装置，其特征在于，所述钢水流动模式还包括二区旋转模式；
所述二区旋转模式下，L-EMS和F-EMS均为：一、二区与三、四区磁场运动方向(13)相反，L-EMS与F-EMS相对位置的磁感应区磁场运动方向相反；
所述二区旋转模式，L-EMS和F-EMS相对位置的磁场极性相反，即L-EMS出现N极处，对应的F-EMS位置为S极；
所述二区旋转模式的线圈接线方式是L-EMS的磁感应一、二区的电流方向相反，一区线圈的任意两相互换为其四区的接线，三区线圈的电流方向与四区的相反；且F-EMS的四区与L-EMS一区的线圈接线方式相同，F-EMS的一区与L-EMS四区的线圈接线方式相同，F-EMS的二区与L-EMS三区的线圈接线方式相同，F-EMS的三区与L-EMS二区的线圈接线方式相同。
9.根据权利要求8所述的多功能多模式板坯连铸结晶器电磁控流装置，其特征在于，所述钢水流动模式还包括电磁制动模式；
所述电磁制动模式下，L-EMS和F-EMS均为：磁感应一、二区与磁感应三、四区磁场运动方向(13)相反，L-EMS与F-EMS相对位置的磁场感应区磁场运动方向相反；
所述电磁制动模式，L-EMS和F-EMS相对位置的磁场极性相反，即L-EMS出现N极处，对应的F-EMS位置为S极；
所述电磁制动模式使用直流电流供电，其线圈接线方式如下：L-EMS的磁感应一区(101)、二区(102)、三区(103)、四区(104)线圈接正向电流；F-EMS的磁感应一区(201)、二区(202)、三区(203)、四区(204)线圈接反向电流。
10.根据权利要求9所述的多功能多模式板坯连铸结晶器电磁控流装置，其特征在于，所述钢水流动模式还包括组合模式；
所述的组合模式是通过上端感应器L1(6)和F1(8)的构成的上述8种模式与下端感应器L2(6)和F2(9)的构成的上述8种模式中任意两种组合，即：将单一旋转模式、双碟模式、电磁加速模式、电磁减速模式、四碟减速模式、四碟加速模式、二区旋转模式和电磁制动模式两两组合使用，得到种模式。
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|---|---|---|---|---|
| CN109604551A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-04-12 | 辽宁石油化工大学 | 一种控制钢液流动的独立可调式组合电磁制动装置及方法 |
| CN112105469A (zh) * | 2018-07-17 | 2020-12-18 | 日本制铁株式会社 | 铸模设备及连续铸造方法 |
| EP4249146A1 (de) | 2022-03-21 | 2023-09-27 | Primetals Technologies Austria GmbH | Elektromagnetische rühr- und bremseinrichtung für eine kokille zur erzeugung von metallbrammen |
| CN119328088A (zh) * | 2024-10-29 | 2025-01-21 | 太原科技大学 | 一种具有凝固组织调控作用的磁脉冲发生铸轧铸嘴 |
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2016
- 2016-07-05 CN CN201620699034.9U patent/CN205816758U/zh active Active
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