在高级固化阶段对金属的调制电磁搅拌制造技术

公开了一种可以在钢坯和钢锭的连续铸造中使用的、用于在高级固化阶段电磁搅拌熔融金属的方法和装置。提供至少第一和第二搅拌器，用于在固化熔融金属的轴周围生成不同频率的第一和第二旋转磁场。搅拌器相互充分邻近地布置于熔融金属周围，从而它们的相应磁场叠加以产生调制磁场。相应搅拌器的磁场可以具有共同或者相反旋转方向。磁场产生的调制搅拌产生振荡初级和次级流，并且因此在如下区域中的熔体块内产生湍流，其中熔体在它的中心轴上的温度在液相线水平以下，并且形成基本上固化的材料的至少１０％。这一搅拌方法产生的湍流流动破坏晶格结构在熔体块中的形成并且混合中心区域的富含溶质的熔体与块体积，这随后造成提高铸造产品的固化结构和总体内部质量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电磁搅拌，并且更具体地涉及液体金属在它们固化时的电磁搅拌。本 专利技术可以用于对钢、合金或者其它金属熔体的连续铸造和这些材料的其它固化过程。
技术介绍
电磁搅拌(EMS)普遍地使用于连续铸造的钢坯、钢锭等的生产、不同合金的铸造 以及其它液体金属铸造和处理中。通常，向围绕熔体的感应线圈施加交流电流。交流电流 激发比如在连续的铸造钢坯和钢锭的生产中搅拌金属的连续旋转的交流电磁场。例如，交 流场可以在早期固化阶段搅拌连续铸模中的熔体。熔体在模具内的旋转搅拌在固体_液体的界面产生湍流和剪切力。这造成枝晶在 固化前沿的裂解和等轴固化结构的形成，这是模具中的搅拌的最重要目的。EMS也可以用于在后期或者高级固化阶段搅拌连续铸流在铸模以下的未固化部 分。然而，常规旋转搅拌在熔体的高级固化阶段没有效果，因为旋转搅拌所产生的任 何湍流实质上被限制于固体_液体的界面。在努力提高旋转搅拌的有效性时，公开号为52-4495和53_6932的日本专利和 Kojima 等人的 Application of Advanced Mild Stirring to a Bloom Caster(最新 Kosmostir-Magnetogyr过程技术)描述了间歇和交替的旋转搅拌。通过间歇地施加电流以 激励搅拌线圈来实现间歇搅拌。通过生成旋转方向交替的磁场来产生交替搅拌。然而，间 歇和交替搅拌的有效性已经证实是有限的，因为它们在超出固体-液体的界面的熔体中未 产生明显湍流。此外，可用于搅拌连续铸造的钢坯和钢锭的总搅拌时间根据铸造产品横截 面尺寸和有关铸造速度受10至40秒周期的限制。这一相对短的时间段将约束间歇或者交 替搅拌循环的持续时间和数目。也可以在无待用周期的情况下进行交替搅拌。其它EMS方法依赖于由于使用可编程功率源来施加频率和/或幅度可变的电流 而产生的磁场调制。例如在第4，852，632号美国专利中描述了这样的EMS方法。如公 开的那样，这一方法可以通过逐渐地改变搅拌流向来产生“温和”搅拌，以便在连续铸造 的钢锭中避免或者减少在搅拌池边界形成负偏析。在(参考文献H.Branover等人的第 US2007/0157996A1号美国专利申请，J. Pal等人的第DE102004017443号德国专利)中已经 描述类似的磁场调制方法。这些调制方法已经证实在调制周期约为10秒时有效，这也限制 它们在钢坯和钢锭的连续铸造中的有用性。因而需要生成更大湍流的新EMS方法和装置。
技术实现思路
根据本专利技术，提供一种在固化的熔体体积中生成更大湍流的EMS方法和装置。具 体而言，通过并置并且由此调制不同频率的至少两个独立场来形成施加的磁场，以产生湍 流EMS。该方法和装置特别地适合于在高级固化阶段的搅拌。根据本专利技术的一个方面，提供一种电磁搅拌熔融金属材料的方法。该方法包括 提供用于在经过熔融材料延伸的轴周围生成独立旋转磁场的至少两个搅拌器。至少两个搅 拌器中的至少第一和第二搅拌器产生具有不同角频率的独立第一和第二旋转磁场。搅拌器 相互充分邻近地位于熔融金属材料周围，使得独立旋转磁场叠加以产生调制磁场，该调制 磁场沿着熔融金属材料的中心轴在具有的温度低于液相线的熔融金属材料的过渡区域中 产生熔融金属材料的湍流流动，并且熔融金属材料与基本上固化的熔融金属材料的至少约 10%混合。根据本专利技术的另一方面，提供一种铸造装置。该铸造装置包括用于铸造熔融金 属的模具；第一搅拌器，位于模具下游，用于在经过熔融金属延伸的轴周围生成第一旋转磁 场；第二搅拌器，位于第一搅拌器下游，用于生成第二旋转磁场；至少一个功率源，用于按 照互不相同的旋转频率生成第一和第二磁场；其中第一和第二搅拌器相互邻近布置，使得 第一和第二旋转磁场产生调制磁场，该调制磁场在第一与第二搅拌器之间的区域中的熔融 金属材料中产生湍流流动。根据本专利技术的另一方面，提供一种电磁搅拌金属熔体的方法。该方法包括提供用 于生成按照角频率在经过熔体延伸的轴周围旋转的第一旋转磁场的第一搅拌器；提供 用于生成按照角频率《2旋转的第二旋转磁场的第二搅拌器。第一和第二搅拌器定位得相 互充分邻近，使得第一和第二旋转磁场在第一与第二搅拌器之间的区域中的金属熔体中产 生具有频率为("i-C^)的频率分量的磁力，其中("「"2)充分小以允许磁力克服熔体的 惯性。根据本专利技术的又一方面，提供一种电磁搅拌熔融金属材料的方法。该方法包括提 供用于在经过熔融材料延伸的轴周围生成第一旋转磁场的第一搅拌器；提供用于生成具有 的旋转频率与第一旋转磁场不同的第二旋转磁场的第二搅拌器；其中第一和第二搅拌器相 互充分邻近地位于熔融金属材料周围，使得第一和第二旋转磁场在第一与第二搅拌器之间 叠加以产生调制磁场，该调制磁场沿着轴在具有的温度低于液相线的熔融金属材料的过渡 区域中产生熔融金属材料的湍流流动，并且熔融金属材料与基本上固化的熔融金属材料的 至少约10%混合。本领域普通技术人员在结合附图考虑本专利技术具体实施例的下文描述时，将清楚本 专利技术的其它方面和特征。附图说明在仅通过示例图示本专利技术实施例的附图中，图1是举例说明本专利技术一个实施例的在连续铸造机上的EMS装置的示意横截面 图；图2是图1的EMS装置的示例搅拌器的示意横截面图；图3是图1的搅拌器的简化透视图；图4是图示了图1的铸造机所形成的铸流的部分在液体到固体的过渡区域(“糊 状区段”)中的固体部分等值线的示意固化分布；图5是图1的EMS装置的两个相邻搅拌器产生的磁通密度的示例轴向分布的曲线 图6是相同旋转方向的两个示例磁场的叠加所产生的调制磁力的曲线图；图7是通过熔体惯性过滤图6的力而产生的磁力的低频分量的曲线图；图8是相同旋转方向的两个磁场的叠加所产生的调制搅拌在示例(例如汞)熔体 中产生的角速率的曲线图；图9是不同搅拌模式在示例熔体中产生的搅拌角速率的轴向分布的曲线图；图10是调制逆向旋转搅拌在示例熔体中产生的示例角速率的曲线图；图11是在沿着示例钢熔体中心轴的位置处的搅拌速率分布的曲线图。图12是熔体位置的示意表示图，在这些地点通过3维数值仿真来确定图11的轴 向搅拌速率和湍流粘度；图13是调制逆向旋转搅拌在搅拌池中心轴的不同位置产生的湍流粘度的示例曲 线图；并且图14是常规单向搅拌在搅拌池中心轴的不同位置产生的湍流速率的示例曲线 图。具体实施例方式图1是举例说明本专利技术一个实施例的包括EMS系统12的连续铸造机10的示意横 截面图。铸造机10包括漏斗14，诸如液体钢等熔融金属经过被浸没的入口喷嘴20从该漏 斗传送到铸模18中。具有围绕熔体41的外壳的铸流22在模具18内成形。铸流22从模 具18的底部退出。示例EMS系统12通常包括布置于模具18周围的至少一个电磁搅拌器24。搅拌 器24应当布置于模具壳内或者可以装入围绕模具的壳(未示出)中。如将变得清楚的那 样，搅拌器24被布置成在早期固化阶段在模具18内部的熔体内引起搅拌运动。在所示实 施例中，仅一个搅拌器24布置于模具18周围以在模具18中引起熔体的旋转搅拌。搅拌器 24可以替换为布置于模具18周围的多个(例如2个)电磁搅拌器。另外至少两个电磁搅拌器26、28在下述的所选位置在铸流22周围定位于模具18 下游。同样，搅拌器2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁搅拌熔融金属材料的方法，包括：提供用于在经过所述熔融材料延伸的轴周围生成独立旋转磁场的至少两个搅拌器；其中所述至少两个搅拌器中的至少第一和第二搅拌器产生具有不同角频率的独立第一和第二旋转磁场；并且所述搅拌器相互充分邻近地位于所述熔融金属材料周围，使得所述独立旋转磁场叠加以产生调制磁场，所述调制磁场沿着所述熔融金属材料的中心轴，在具有温度低于液相线的所述熔融金属材料的过渡区域中，产生所述熔融金属材料的湍流流动，并且所述熔融金属材料与基本上固化的熔融金属材料的至少约１０％混合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：LS贝特尔曼，JD拉弗斯，CP柯伦，G塔尔巴克已故，
申请(专利权)人：ABB公司，
类型：发明
国别省市：CA[]