ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ТОРМОЗНОЕ УСТРОЙСТВО, УСТАНАВЛИВАЕМОЕ НА КРИСТАЛЛИЗАТОРАХ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ Российский патент 2012 года по МПК B22D11/115 

Изобретение касается способа и устройства для разливки жидких металлов, в частности жидких стальных материалов для производства слябовых и тонких слябовых продуктов с шириной сечения от 750 до 3500 мм и толщиной сечения от 30 до 500 мм на машине для непрерывной разливки, которая для улучшения качества продуктов оснащена электромагнитным тормозным устройством, состоящим из катушек с сердечниками и ярмом, за счет действия магнитного поля, при создании которого осуществляется воздействие на режим движения внутри жидкого металла в кристаллизаторе.

Для улучшения качества продуктов путем положительного воздействия на режим движения внутри кристаллизатора для непрерывной разливки известно оснащение его электромагнитным тормозом. Этот тормоз состоит из катушек с сердечниками и ярмом, с помощью которых создаются магнитные поля, которые воздействуют на существующий режим течения ванны жидкой стали внутри кристаллизатора. При этом для наиболее полного проявления эффективности магнитных полей необходимо подводить магнитные поля как можно ближе к кристаллизатору для непрерывной разливки. Поэтому обычно либо электромагнитные тормозные системы подводятся к кристаллизатору только после установки кристаллизатора в машину для разливки гидравлическим или электромеханическим способом, или они жестко смонтированы на кристаллизаторе машины для непрерывной разливки с различным расположением. В основном при этом катушка или комбинации катушек соответственно с сердечником расположены снаружи на кристаллизаторе или, соответственно, на резервуаре, через который протекает вода, или с обратной стороны медной плиты, или катушка неподвижно фиксируется на металлоконструкции, и передвижной сердечник перемещается сквозь нее в кристаллизатор.

Так, из WO 2004/022264 A1 известно электромагнитное тормозное устройство для стального расплава, втекающего в кристаллизатор для непрерывной разливки, включающее, по меньшей мере, одну магнитную катушку с ферромагнитным сердечником, который может воздействовать на широкие стороны кристаллизатора. Для уменьшения осциллирующих масс и для одновременного повышения силы магнитного поля сердечник состоит, с одной стороны, из вмещающей катушку, перемещаемой на расстоянии от стенок широких сторон основной части, а с другой стороны, из дополнительных частей, неподвижно установленных в водяном ящике кристаллизатора, при этом части сердечника в сведенном вместе рабочем положении образуют U-образные ярма, служащие для создания замкнутого магнитного потока.

Из DE 102004046729 A1 известен магнитный тормоз кристаллизатора для непрерывной разливки, у которого создаваемое постоянным магнитом магнитное поле должно оказывать воздействие на течение жидкого металла. Чтобы обеспечить возможность варьирования силы магнитного поля, расположенные на кристаллизаторе постоянные магниты могут группами настраиваться на различное распределение силы поля. При этом также предусмотрено, что постоянные магниты расположены в водяном ящике кристаллизатора для непрерывной разливки и могут регулироваться вплоть до прямого контакта с плитой кристаллизатора.

В DE 60016255 T2 описано устройство для разливки металлов, снабженное электромагнитным тормозом, включающим магнитные сердечники, которые постоянно закреплены на одной стороне кристаллизатора так, что они покрывают практически всю ширину кристаллизатора, за исключением центрального участка, и которые соединены со съемным ярмом, при этом обмотка и ярмо расположены таким образом, что центральная ось обмотки проходит практически параллельно продольной оси кристаллизатора под прямым углом к направлению разливки кристаллизатора. Благодаря этим мерам достигается то, что первоначально вертикально направленная скорость течения жидкого металлического расплава в области впускной трубы меняет направление на противоположное и, по меньшей мере, сильно уменьшается (затормаживается). Дополнительно происходит горизонтальное и вертикальное вращение расплава.

Наконец, в DE 60219062 T2 описано устройство для разливки металлов, при этом магнитные элементы, включающие магнитные сердечники и электрические проводки, предназначенные для создания магнитного поля за счет приложенного многофазного переменного напряжения, расположены вдоль каждой продольной стороны кристаллизатора. Благодаря размещению таких магнитных элементов оказывается воздействие на движения расплавленного материала в области верхней поверхности в концевых областях и становится возможным торможение и движение расплава вниз.

Исходя из этого изложенного уровня техники, задача изобретение заключается в том, чтобы указать такое расположение и ориентацию для полюсов электромагнитных тормозных систем кристаллизаторов для непрерывной разливки, с помощью которого прямым путем может осуществляться воздействие на жидкостное течение жидкой стали из погружного стакана кристаллизатора.

Поставленная задача решается с помощью отличительных признаков пункта 1 за счет того, что для прямого или, соответственно, непосредственного электромагнитного воздействия на выходящие из погружного стакана кристаллизатора жидкостные струи с каждой широкой стороны кристаллизатора предусмотрены, по меньшей мере, два полюса, расположенных симметрично относительно характеристической вертикальной оси погружного стакана кристаллизатора, которые своими главными осями для выпускного поперечного сечения ориентированы соответственно под определенным углом α₁ или, соответственно, α₂.

За счет ориентации полюсов электромагнитного тормозного устройства в направлении основного потока течения погружного стакана электромагнитное тормозное устройство, как локально действующее поле, воздействует на выходящие из погружного стакана кристаллизатора жидкостные струи прямо или, соответственно, непосредственно в отношении их направления, их профиля скоростей и структуры их турбулентности. За счет модифицированных таким образом жидкостных струй предпочтительно становится возможным, по меньшей мере, ограничение и за счет этого контроль возникновения вредных колебаний скорости в зеркале ванны. Достигаемыми благодаря этому результатами являются, в частности, малые завихрения в зеркале ванны, меньшее количество нежелательных включений, например разливочного порошка или шлака, гомогенное распределение температуры и вместе с тем улучшенное качество продуктов разливки и повышение скорости разливки.

Благодаря концентрированному действию предлагаемого изобретением размещения полюсов и ориентации полюсов электромагнитного тормозного устройства на течение из погружного стакана необходимая потребная мощность тормозного устройства очень мала и составляет всего лишь приблизительно от 1/4 до 1/2 затрачиваемой в ином случае электрической мощности, при этом не требуется предусматривать зависящую от ширины сечения адаптацию тормозного устройства, а только регулировку силы поля в зависимости от пропускной способности.

При этом тормозное устройство эксплуатируется практически с постоянным полем и регулируемой силой поля с использованием постоянного тока; но альтернативно может также осуществляться эксплуатация с переменной силой поля и возможностью изменения направления на противоположное с использованием переменного тока.

Полюса предлагаемого изобретением электромагнитного тормозного устройства имеют любое выходное поперечное сечение с выраженной главной осью, причем это выходное поперечное сечение может быть выполнено, например, в виде треугольника, в виде прямоугольника, в виде любого многоугольника или с криволинейным контуром.

В соответствии с изобретением ориентация главных осей осуществляется с таким расчетом, чтобы главные оси полюсов пересекались с вертикальной характеристической осью погружного стакана кристаллизатора над полюсами под углом α₁, составляющим от 1° до 89°, или альтернативно под полюсами под углом α₂, составляющим от 1° до 89°.

Регулировки угла α₁ или, соответственно, α₂ осуществляются вручную перед эксплуатацией машины для непрерывной разливки путем вращения полюсов или по другому варианту осуществления изобретения они осуществляются во время эксплуатации машины для непрерывной разливки с возможностью варьирования путем вращения полюсов посредством привода и затем при необходимости изменяются, причем регулировка углов посредством привода происходит, например, с помощью двигателя, гидравлического вращательного привода, гидравлического или пневматического цилиндра. Возможные центры вращения полюсов лежат предпочтительно на их главной оси, но они могут также, в зависимости от их геометрического исполнения, альтернативно располагаться вне полюсов.

В одном из возможных вариантов осуществления изобретения электромагнитное тормозное устройство, снабженное катушками, сердечниками и ярмом, расположено прямо на кристаллизаторе так, что оно во время эксплуатации машины для непрерывной разливки осциллирует вместе с кристаллизатором.

В другом возможном варианте осуществления изобретения электромагнитное тормозное устройство неподвижно расположено отдельно от кристаллизатора так, что оно не осуществляет осцилляцию вместе с кристаллизатором.

Наконец, возможно также разделение электромагнитного тормозного устройства, при этом, например, концы полюсов расположены на кристаллизаторе, а катушки, часть сердечника, а также ярмо - на неподвижной конструкции машины.

Другие преимущества и детали изобретения поясняются ниже более подробно на изображенных схематичных фигурах на примерах осуществления.

Показано:

Фиг.1 - кристаллизатор с электромагнитным тормозным устройством в перспективном изображении,

Фиг.2 - кристаллизатор для толстых слябов с электромагнитным тормозным устройством на виде сбоку в сечении,

Фиг.3 - кристаллизатор с электромагнитным тормозным устройством на виде сбоку в сечении,

Фиг.4 и 5 - кристаллизатор, показанный на фиг.2, с вращающимися полюсами в различном угловом положении,

Фиг.6-8 - кристаллизатор с вращающимися полюсами в различном угловом положении с альтернативным исполнением полюсов,

Фиг.9 - примеры исполнения полюсов с изображением главной оси.

На фиг.1 изображен кристаллизатор 1 машины для непрерывной разливки с расположенным в нижней области погружного стакана 2 кристаллизатора электромагнитным тормозным устройством на виде в перспективе. Электромагнитное тормозное устройство, состоящее из сердечников 14, ярм 14' и магнитных катушек 13, в соответствии с изобретением расположено так, что на каждой широкой стороне 3 кристаллизатора напротив друг друга расположены два полюса 10. Они ориентированы симметрично относительно вертикальной характеристической оси 4 погружного стакана 2 кристаллизатора и относительно направления основного потока течения в погружном стакане так, что их главная ось 12 выходного поперечного сечения пересекает эту ось 4 под определенным углом α₁. Благодаря взаимосвязи ориентации полюсов 10 с направлением основного потока течения в погружном стакане за счет возникающих между полюсами 10 линий 15 магнитных полей прямым путем осуществляется воздействие на втекающие в кристаллизатор 1 жидкостные струи. Не нанесенное на чертеж вида в перспективе, показанного на фиг.1, направление основного потока течения в погружном стакане изображается на фиг.2-5 соответственно на виде сбоку в сечении.

На фиг.2 показан кристаллизатор 1 для толстых слябов с выходящим из погружного стакана 2 кристаллизатора примерно под прямым углом вбок направлением 5 основного потока течения из погружного стакана. В соответствии с этим направлением 5 основного потока вбок в нижней области погружного стакана 2 кристаллизатора соответственно один полюс 10 расположен так, что главные оси 12 выходного поперечного сечения 11_a каждого полюса 10 пересекают вертикальную ось 4 координат погружного стакана 2 кристаллизатора под углом α. Так как точка пересечения находится над полюсом 10, этот угол обозначен α₁.

На фиг.3 изображен кристаллизатор 1 для тонких слябов с выходящим из погружного стакана 2 кристаллизатора примерно под углом 45° вбок направлением 5 основного потока течения из погружного стакана. Расположение полюса 10 относительно этого направления 5 основного потока по сравнению с фиг.2 изменено так, что точка пересечения главных осей 12 выходного поперечного сечения 11_a каждого полюса 10 с вертикальной осью 4 координат погружного стакана 2 кристаллизатора находится теперь под полюсом 10, из-за чего этот угол, в отличие от угла α₁, обозначен α₂.

Альтернативный вариант осуществления электромагнитного тормозного устройства для кристаллизатора 1 для толстых слябов, показанного на фиг.2, предназначенный для адаптации к измененным условиям жидкостных струй, выходящих из погружного стакана 2 кристаллизатора, изображен на фиг.4 и 5. Полюса 10 этого примера осуществления выполнены с возможностью вращения вокруг лежащего на главных осях 12 выходного поперечного сечения 11_a центра 20 вращения в направлении 18 часовой стрелки или, соответственно, в противоположном направлении 19. На фиг.5 оба полюса 10 повернуты в соответствии с направлением вращения 18 или, соответственно, 19 относительно первоначального положения, показанного на фиг.4, благодаря чему первоначальный угол α₁, показанный на фиг.2 и 4, на фиг.5 был увеличен до нового значения α₁'.

Примеры возможных вращений полюсов 10 изображаются на фиг.6-8. Выполненные с криволинейным контуром своих выходных поперечных сечений 11_e полюса 10 расположены на кристаллизаторе 1 симметрично относительно вертикальной характеристической оси 4 погружного стакана 2 кристаллизатора в области выпускного отверстия 6. На фиг.6 показано принятое исходное положение. Относительно этого исходного положения, показанного на фиг.6, левый полюс 10 в направлении вращения 18, то есть в направлении часовой стрелки, а правый полюс 10 в противоположном направлении вращения 19 повернуты внутрь соответственно на угловую величину, равную 5°, в результате чего было получено изображенное на фиг.7 положение полюсов. Противоположное относительно исходного положения, показанного на фиг.6, вращение полюсов 10 наружу на угловую величину, равную 20°, дает положение полюсов, изображенное на фиг.8.

Чтобы показать, какие выходные поперечные сечения 11 полюсов 10 могут применяться в соответствии с изобретением, на фиг.9 представлен выбор возможных различных выходных поперечных сечений 11. Выходные поперечные сечения 11 изображены с нанесенной на чертеже главной осью 12 выходного поперечного сечения 11, при этом верхний ряд фигур показывает принятое исходное положение, а нижний ряд фигур повернутое в направлении 19 вращения на угловую величину конечное положение. В частности, изображены следующие выходные поперечные сечения, слева направо:

прямоугольное выходное поперечное сечение 11_a,

треугольное выходное поперечное сечение 11_b,

выходное поперечное сечение 11_c, выполненное в виде многоугольника,

овальное выходное поперечное сечение 11_d.

Перечень позиций

1 Кристаллизатор

2 Погружной стакан кристаллизатора

3 Широкая сторона кристаллизатора

4 Вертикальная характеристическая ось погружного стакана кристаллизатора

5 Направление основного потока течения в погружном стакане

6 Выпускное отверстие погружного стакана кристаллизатора

10 Полюс

11_a-e Выходное поперечное сечение полюса

12 Главная ось выходного поперечного сечения полюса

13 Магнитные катушки

14 Сердечник

14' Ярмо

15 Линии магнитного поля

16 Точка пересечения над полюсами

17 Точка пересечения под полюсами

18 Направление вращения (направление часовой стрелки)

19 Направление вращения (против направления часовой стрелки)

20 Центр вращения

α₁ Угол между вертикальной осью координат погружного стакана кристаллизатора и главной осью в выходном поперечном сечении полюсов с точкой пересечения над полюсами

α₂ Угол между вертикальной осью координат погружного стакана кристаллизатора и главной осью в выходном поперечном сечении полюсов с точкой пересечения под полюсами

Изобретение относится к металлургии, в частности, для производства слябовых и тонких слябовых продуктов с шириной сечения от 750 до 3500 мм и толщиной сечения от 30 до 500 мм на машине для непрерывной разливки. Машина оснащена электромагнитным тормозным устройством, которое осуществляет прямое воздействие на выходящие из погружного стакана (2) кристаллизатора (1) жидкостные струи. С каждой широкой стороны (3) кристаллизатора симметрично относительно вертикальной характеристической оси (4) погружного стакана (2) расположены по меньшей мере два полюса (10). Главные оси (12) полюсов ориентированы под определенным углом (α₁ или α₂) к вертикальной характеристической оси (4) погружного стакана (2) кристаллизатора. Концентрированное действие тормозного устройства на течение жидкой стали обеспечивает повышение качества слябов, снижение потребляемой мощности тормозного устройства. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ разливки жидких металлов, в частности жидких стальных материалов для производства слябовых и тонких слябовых продуктов с шириной сечения от 750 до 3500 мм и толщиной сечения от 30 до 500 мм на машине для непрерывной разливки, которая для улучшения качества продуктов оснащена электромагнитным тормозным устройством, состоящим из катушек (13) с сердечниками (14) и ярмом (14'), за счет действия магнитного поля, создаваемого которым, осуществляется воздействие на режим движения в жидком металле в кристаллизаторе (1), отличающийся тем, что для прямого или, соответственно, непосредственного электромагнитного воздействия на выходящие из погружного стакана (2) кристаллизатора жидкостные струи с каждой широкой стороны (3) кристаллизатора предусмотрены, по меньшей мере, два полюса (10), расположенные симметрично относительно вертикальной оси (4) погружного стакана (2) кристаллизатора, которые своими главными осями (12) полюсов ориентируют относительно направления (5) основного потока течения в погружном стакане под определенным углом (α₁ или α₂), при этом главные оси полюсов ориентируют так, чтобы они пересекались с вертикальной осью погружного стакана под углом α₁ над полюсами или под углом α₂ под полюсами, составляющими от 1° до 89°.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что углы (α₁ или α₂) регулируют вручную перед эксплуатацией машины для непрерывной разливки путем вращения полюсов (10).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что углы (α₁ или α₂) регулируют во время эксплуатации машины для непрерывной разливки с возможностью варьирования путем вращения полюсов (10) вручную или посредством привода, и при необходимости изменяют.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что регулировку силы поля тормозного устройства осуществляют в зависимости от пропускной способности кристаллизатора (1).

5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что тормозное устройство эксплуатируют с постоянным полем и регулируемой силой поля с использованием постоянного тока.

6. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что тормозное устройство эксплуатируют с переменной силой поля и возможностью изменения направления на противоположное с использованием переменного тока.

7. Кристаллизатор (1) машины для непрерывной разливки, предназначенной для разливки жидких металлов для производства слябовых и тонких слябовых продуктов с шириной сечения от 750 до 3500 мм и толщиной сечения от 30 до 500 мм, который для улучшения качества продуктов оснащен электромагнитным тормозным устройством, состоящим из катушек (13) с сердечниками (14) и ярмом (14'), за счет действия магнитного поля, создаваемого которым, осуществляется воздействие на режим движения в жидком металле в кристаллизаторе (1), отличающийся тем, что с каждой широкой стороны (3) кристаллизатор снабжен, по меньшей мере, двумя полюсами (10), расположенными симметрично относительно вертикальной характеристической оси (4) погружного стакана (2) кристаллизатора, при этом направление главных осей (12) полюсов (5) практически соответствует направлениям (5) основного потока течения в погружном стакане, а главные оси (12) при этом пересекают вертикальную характеристическую ось (4) погружного стакана (2) кристаллизатора над полюсами (10) под углом (α₁), составляющим от 1° до 89°, или альтернативно под полюсами (10) под углом (α₂), составляющим от 1° до 89°.

8. Кристаллизатор (1) по п.7, отличающийся тем, что полюса (10) с выраженной главной осью (12) выполнены с любым выходным поперечным сечением (11_a-e), например, в виде треугольника, в виде прямоугольника, в виде любого многоугольника или с криволинейным контуром.

9. Кристаллизатор (1) по п.7 или 8, отличающийся тем, что полюса (10) с неподвижным геометрическим расположением на кристаллизаторе (1) ориентированы под углом (α₁ или α₂) к вертикальной характеристической оси (4) погружного стакана (2) кристаллизатора.

10. Кристаллизатор (1) по п.7 или 8, отличающийся тем, что полюса (10) выполнены с возможностью регулировки вручную или посредством привода угла (α₁ или α₂) перед эксплуатацией машины для непрерывной разливки или во время эксплуатации машины для непрерывной разливки, и соответственно с возможностью вращения.

11. Кристаллизатор (1) по п.10, отличающийся тем, что регулировка посредством привода углов происходит, например, с помощью двигателя, гидравлического вращательного привода, гидравлического или пневматического цилиндра.

12. Кристаллизатор (1) по п.10, отличающийся тем, что возможный центр вращения (20) полюса (10) лежит на его главной оси (12).

13. Кристаллизатор (1) по п.10, отличающийся тем, что возможный центр вращения (20) лежит вне полюса (10).

14. Кристаллизатор (1) по п.7, отличающийся тем, что электромагнитное тормозное устройство, снабженное катушками (13), сердечниками (14) и ярмом (14'), расположено прямо на кристаллизаторе (1) и во время эксплуатации машины для непрерывной разливки осциллирует вместе с кристаллизатором (1).

15. Кристаллизатор (1) по п.7, отличающийся тем, что электромагнитное тормозное устройство неподвижно расположено на удалении от кристаллизатора (1) и не осуществляет осцилляцию вместе с кристаллизатором (1).

16. Кристаллизатор (1) по п.7, отличающийся тем, что электромагнитное тормозное устройство разделено так, что, например, концы полюсов расположены на кристаллизаторе (1), а катушки (13), сердечник (14), а также ярмо (14') - на неподвижной конструкции машины непрерывной разливки.