оборудование для питания расплавленным металлом кристаллизатора для непрерывного литья и способ его использования

Формула изобретения

1. Оборудование для питания расплавленным металлом кристаллизатора установки непрерывного литья изделий прямоугольного поперечного сечения, таких, например, как слябы, отличающееся тем, что это оборудование содержит погружной разливочный стакан (6), оснащенный отверстиями выхода для расплавленного металла, располагающимися строго или, по существу, в главной плоскости литья (Р), параллельной большим сторонам кристаллизатора, причем эти выходные отверстия могут быть разделены по их направлению выхода на, по меньшей мере, две различные категории (7, 8), индукторный агрегат (14, 15), размещенный на больших сторонах кристаллизатора для того, чтобы создавать в нем магнитные полюса противоположных знаков, располагающиеся напротив главной плоскости литья (Р) с одной и с другой сторон от нее и формирующие в своем межполюсном зазоре, по существу, ограниченном разливочным стаканом (6), пересекающее магнитное поле, перекрывающее выходные отверстия, относящиеся к, по меньшей мере, одной (7) из упомянутых выше категорий (7, 8), и средства (20, 21) регулирования относительной напряженности этого магнитного поля в месте расположения выходных отверстий, относящихся к перекрытой в данном случае категории (7), по отношению к выходным отверстиям, относящимся к другой категории (8), таким образом, чтобы иметь возможность изменять распределение общего расхода расплавленного металла между всеми выходными отверстиями данного разливочного стакана (6).

2. Оборудование по п.1, отличающееся тем, что упомянутый индукторный агрегат представляет собой электромагнитный агрегат, образованный, по меньшей мере, одним электромагнитом.

3. Оборудование по п.1, отличающееся тем, что упомянутый индукторный агрегат образован индукторами с множеством фазных обмоток типа индукторов "со скользящим магнитным полем" (14, 15), располагающимися напротив главной плоскости литья (Р) по одну и по другую стороны от нее, и связанной с ними системой электрического питания, запитывающей постоянным током каждую из упомянутых обмоток раздельно, а также тем, что средства регулирования (20, 21) относительной напряженности магнитного поля содержат средства, предназначенные для смещения локализации магнитных полюсов в межполюсном зазоре данного электромагнитного агрегата.

4. Оборудование по п.1, отличающееся тем, что упомянутый индукторный агрегат образован, по меньшей мере, одним постоянным магнитом.

5. Оборудование по п.2 или 3, отличающееся тем, что средства регулирования относительной напряженности магнитного поля содержат регулятор интенсивности электрического тока питания индукторного агрегата.

6. Оборудование по п.2 или 4, отличающееся тем, что средства регулирования относительной напряженности магнитного поля содержат систему подвижного монтажа, обеспечивающую возможность пространственного перемещения постоянных магнитов или электромагнитов.

7. Оборудование по п.3, отличающееся тем, что средства смещения локализации магнитных полюсов в межполюсном зазоре образованы раздельными средствами регулирования интенсивности постоянных электрических токов, индивидуально питающих фазные обмотки индукторов (14, 15).

8. Оборудование по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что индукторный агрегат образован с каждой стороны от главной плоскости литья (Р) двумя аналогичными блоками (14а, 14b), располагающимися рядом друг с другом по одну и по другую стороны от оси литья.

9. Оборудование по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что погружной разливочный стакан представляет собой разливочный стакан, оснащенный располагающимися в главной плоскости литья (Р) главными нижними выходными отверстиями (7), направленными в сторону нижней части кристаллизатора, и вторичными верхними выходными отверстиями (8), направленными в сторону верхней части этого кристаллизатора.

10. Оборудование по п.9, отличающееся тем, что эти главные нижние выходные отверстия представляют собой одно единственное выходное отверстие.

11. Способ использования оборудования для питания расплавленным металлом кристаллизатора установки непрерывного литья изделий прямоугольного поперечного сечения в соответствии с п.1, характеризующийся тем, что регулируют относительную напряженность магнитного поля, создаваемого магнитными полюсами индукторного агрегата, путем смещения мест расположения этих магнитных полюсов.

12. Способ использования оборудования для питания расплавленным металлом кристаллизатора установки непрерывного литья изделий прямоугольного поперечного сечения в соответствии с п.1, характеризующийся тем, что регулируют относительную напряженность магнитного поля, создаваемого магнитными полюсами индукторного агрегата, путем изменения интенсивности электрического тока, питающего этот индукторный агрегат.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение касается непрерывного литья металлов, в частности стали. Говоря более конкретно, это изобретение касается подачи расплавленного металла сверху в кристаллизатор непрерывного литья и, говоря еще более конкретно, оно касается технологии, использующей магнитные поля, приложенные на уровне кристаллизатора, для модификации течения расплавленного металла в процессе его подачи в кристаллизатор.

Известно, что приложение магнитного поля к кристаллизатору непрерывного литья, в том случае, когда электромагнитное воздействие управляется соответствующим образом, позволяет увеличить производительность технологической литейной установки при сохранении и даже улучшении металлургического качества получаемых литых изделий. Действительно, с этой точки зрения можно обнаружить зарождение гидродинамических турбулентностей, связанных с рециркулирующими течениями, которые становятся все более мощными в недрах кристаллизатора при увеличении скорости литья, в частности, в случае литья изделий удлиненного поперечного сечения, таких, например, как плоские слитки или слябы.

Здесь следует напомнить, что в процессе непрерывного литья слябов расплавленный металл подается в кристаллизатор из промежуточного ковша, установленного выше на некотором расстоянии, через погружной канал, называемый "погружным разливочным стаканом", выходные отверстия которого открываются по существу в главной плоскости литья параллельно большим сторонам под свободной поверхностью расплавленной стали в кристаллизаторе, обычно покрытой слоем жидкого активного шлака.

Можно установить, что скорость движения струй жидкого металла на выходе из отверстий разливочного стакана увеличивается до нескольких метров в секунду после того, как скорость разливки достигает примерно 1-1,5 м/мин. Являющиеся следствием этого потоки рециркуляции в кристаллизаторе сильно возмущают границу раздела между расплавленным металлом и шлаком. Эти возмущения свободной поверхности отливаемого металла приводят к неравномерности отверждения первой корки отливаемого изделия, что может лежать в основе возникновения мешающих, и даже неприемлемых, дефектов на конечном изделии (вспучивания, раковины, расслоение и т.п.). Кроме того, фрагменты покрывающего шлака могут быть увлечены в кристаллизатор и даже в сердцевину отливаемого изделия, снижая тем самым чистоту полученного отвержденного металла.

Для решения проблемы, поставленной этими гидродинамическими возмущениями, изготовители стали располагают в настоящее время, главным образом, двумя направлениями ответных действий: одно из этих направлений связано с обращением к имеющимся инструментам магнитогидродинамики, адаптированным к процессу непрерывного литья металлов, а другое направление связано с собственной геометрией разливочного стакана.

Электромагнитные воздействующие устройства, которые разрабатывают для этого, независимо от использования в них статического или скользящего (изменяющегося) магнитного поля, позволяют оказать влияние на потоки рециркуляции жидкого металла в кристаллизаторе после его выхода из разливочного стакана таким образом, чтобы затормозить или ускорить их движение, или сделать эти потоки более симметричными по одну и по другую стороны от погружного разливочного стакана.

Таким образом, первоначально были разработаны электромагнитные тормозные устройства, принцип действия которых состоит в приложении на одном уровне, на определенной высоте внутреннего пространства кристаллизатора пересекающего магнитного поля, которое будет создавать в недрах движущегося металла усилия торможения в том случае, когда металл проходит в этой зоне (силы Лапласа). Для этого было предложено располагать на каждой большой поверхности кристаллизатора магнитный полюс, сконструированный по типу электромагнита с выступающим полюсным наконечником, имеющим обмотку, и имеющий либо форму штыря, локализованного по одну и по другую стороны от разливочного стакана между ним и малыми концевыми поверхностями кристаллизатора (см. патентный документ ЕР-А-0040383), либо форму горизонтального стержня, проходящего по всей ширине большой стороны (см. патентный документ WO 92/12814), или двух параллельных стержней, отстоящих друг от друга по высоте с тем, чтобы охватить выходные отверстия разливочного стакана (см. патентные документы WO 96/26029 и WO 98/53936). При этом какова бы ни была принятая геометрия, цель остается одной и той же: с одной стороны, создать, вместе с составляющим пару полюсом противоположного знака, располагающимся напротив на другой стороне кристаллизатора, пересекающее магнитное поле, эффект которого состоит в том, чтобы затормозить слишком энергичные потоки расплавленного металла, которые поднимаются в направлении свободной поверхности, а с другой стороны, обеспечить лучшее распределение по всему сечению кристаллизатора основного потока жидкого металла, который движется в направлении к нижней части кристаллизатора.

Для того, чтобы придать технологии этого типа наибольшую гибкость регулирования, было предложено использовать не только статические, но и скользящие магнитные поля, которые, как известно, имеют возможность увлекать за собой жидкий металл в своем движении (см. патентные документы ЕР-А-0151648, WO 83/02079, JP-B-1534702). Два индуктора с магнитным полем, скользящим горизонтально (электрические проводники, ориентированные вертикально), размещаются на каждой большой стороне кристаллизатора по одну и по другую стороны от погружного разливочного стакана с боковыми выходными отверстиями между ним и малыми концевыми сторонами таким образом, чтобы перекрыть скользящим магнитным полем расплавленный металл после его поступления в эти зоны кристаллизатора. Таким образом, приходят к ускорению (или торможению, в зависимости от направления относительного перемещения, задаваемого скользящим полем) струй питания жидким металлом данного кристаллизатора, имея при этом возможность локально дозировать эффект электромагнитного воздействия путем простого регулирования параметров функционирования индукторов, таких, например, как сила первичного питающего электрического тока или частота пульсаций, то есть скорость скольжения формируемого индукторами магнитного поля.

Здесь следует напомнить, что такое скользящее магнитное поле обычно создается при помощи индуктора, имеющего несколько независимых фазных обмоток и выполненного по типу "статора многофазного линейного электрического двигателя" (обычно двух- или трехфазного). Этот индуктор размещают против большой стороны кристаллизатора, то есть параллельно главной плоскости литья (см. патентные документы FR-A-2324395; FR-A-2324397). Каждая обмотка подключена к отдельной фазе сети многофазного электрического питания в соответствии с порядком подключения, обеспечивающим требуемое скольжение магнитного поля вдоль активной поверхности индуктора в направлении, располагающемся под прямым углом к электрическим проводникам.

Также уже было предложено, на этот раз с целью противодействия наблюдающимся явлениям распространения волн на свободной поверхности от одной малой стороны кристаллизатора к другой, придавать наибольшую симметрию потокам расплавленного металла, поступающего в кристаллизатор, в зонах по одну и по другую стороны от разливочного стакана при помощи подвижного магнитного штыря, положение которого регулируется механическим образом, или двух неподвижных смежных магнитных штырей, взаимосвязанных в их соответствующих воздействиях на движущийся металл (см. патентные документы ЕР-А-0832704; JP-A-03275256).

Другое направление технических решений состоит в оптимизации геометрии погруженной в расплавленный металл части разливочных стаканов, в частности геометрии выходных отверстий для расплавленного металла. В данном случае цель остается той же самой: контролировать распределение потоков жидкого металла, поступающего в кристаллизатор.

Этой категории технических решений соответствуют, например, разливочные стаканы типа "кессон" (см. патентные документы US-A-464698, JP-A-63.76753), погруженная часть которых имеет в целом форму луковицы и напоминает по очертаниям кисть художника или сплющенное сито садовой лейки, причем предполагается, что эта форма позволяет усовершенствовать функционирование.

Действительно, эти разливочные стаканы довольно широко открыты в направлении вниз для того, чтобы способствовать выходу в основной плоскости литья струй расплавленного металла с малой скоростью, но через большое проходное сечение. Таким образом, их основное свойство состоит в том, чтобы стремиться подавать жидкий металл в кристаллизатор в виде однородного потока, приближающегося к идеальному потоку, или так называемого "поршня", в котором градиент скорости между двумя любыми точками поперечного сечения будет близким к нулю, и это сечение будет быстро становиться возможно более близким к сечению кристаллизатора. Эти разливочные стаканы в форме кессона начинают получать промышленное распространение, в частности, на установках непрерывного литья тонких слябов. Действительно, в этом случае потоки рециркуляции жидкого металла в направлении свободной поверхности отливаемого металла могут быть сильно ослаблены, впрочем, в той степени, в какой можно предусмотреть, в случае необходимости, дополнительные отверстия на верхней части кессона или на его боковой части для того, чтобы обеспечить возможность выброса струй расплавленного металла, направленных вверх с тем, чтобы добиться равномерного подвода дополнительного тепла к свободной поверхности, что, как известно, является необходимым для нормального хода процесса литья.

Этой же категории соответствуют также технические решения, относящиеся к прямым разливочным стаканам с двумя различающимися парами боковых выходных отверстий, которые ориентируют вдоль основной плоскости литья параллельно большим сторонам кристаллизатора. Выходные отверстия, располагающиеся в нижнем положении на держателе разливочного стакана, выдают, в целом в направлении вниз, основной поток металла, подлежащего извлечению из кристаллизатора. Другие выходные отверстия располагаются в верхней части с тем, чтобы выдавать вторичный поток металла, предназначенный для теплового питания свободной поверхности путем равномерного подвода, но с малым расходом, "свежего" расплавленного металла, только что поступившего в кристаллизатор, то есть обладающего высокой энтальпией. Относительно низкая себестоимость разливочного стакана этого типа может представлять собой существенное экономическое преимущество перед изнашиваемыми элементами подобного рода, которые должны регулярно обновляться.

Это означает, что какова бы ни была принятая конструкция разливочного стакана, прямая или кессонная, этот разливочный стакан неизбежно имеет ту или иную, но фиксированную, геометрию, и может, таким образом, быть оптимизирован только для одного единственного режима функционирования технологического процесса литья или для одного специфического формата литья. Таким образом, этот тип технического решения оказывается плохо адаптированным к неизбежным изменениям или модификациям функционирования, воздействию которых на практике подвергаются используемые установки или которые желательно иметь в современных установках для непрерывного литья, например изменения скорости литья, изменения форматов литья и т.п.

Электромагнитные воздействующие устройства (тормозные устройства, ускоряющие устройства, устройства придания симметрии потокам) по своему характеру являются более гибкими в использовании, то есть лучше приспособлены для отслеживания упомянутых выше изменений. Однако, с другой стороны, эти устройства не являются оптимизированными для какого-либо специфического режима функционирования. Они обеспечивают управление потоками жидкого металла после того, как он поступил в кристаллизатор, и воздействуют на этот металл то в качестве ускорителя, то в качестве замедлителя течения. Но они абсолютно не оказывают целенаправленного влияния, в отличие от некоторых рассмотренных выше конструкций разливочных стаканов, на распределение расхода подачи расплавленного металла между верхней областью кристаллизатора (в направлении свободной поверхности) и нижней его областью (направление извлечения отлитого изделия). Кроме того, такие устройства являются относительно дорогостоящими в смысле объемов капиталовложений и в смысле высокого расхода электрической энергии и требуют сложных и дорогостоящих модификаций технологии кристаллизаторов литейных установок, на которые эти устройства должны быть смонтированы.

Конкретная техническая задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить сталелитейщикам средство питания расплавленным металлом кристаллизатора установки непрерывного литья, которое легко позволяет обеспечить быстрое и точное регулирование распределения входящего расхода расплавленного металла между верхней и нижней частями кристаллизатора.

Имея в виду упомянутую выше техническую задачу, объектом предлагаемого изобретения является оборудование для питания расплавленным металлом кристаллизатора установки непрерывного литья изделий прямоугольного поперечного сечения, таких, например, как слябы, отличающееся тем, что это оборудование содержит:

- погружной разливочный стакан, оснащенный отверстиями выхода для расплавленного металла, располагающимися строго в, или по существу в, главной плоскости литья, параллельной большим сторонам кристаллизатора, причем эти выходные отверстия разделяются по направлению выхода металла из них на, по меньшей мере, две различные категории;

- индукторный агрегат, размещенный на больших сторонах кристаллизатора для того, чтобы создавать в нем магнитные полюса противоположных знаков, располагающиеся против главной плоскости литья с одной и с другой стороны от нее и формирующие в своем межполюсном зазоре, по существу ограниченном разливочным стаканом, пересекающее магнитное поле, перекрывающее выходные отверстия, по меньшей мере, одной из упомянутых выше категорий;

- и средства регулирования относительной напряженности этого магнитного поля в месте расположения выходных отверстий данной перекрытой категории по отношению к выходным отверстиям другой категории таким образом, чтобы иметь возможность изменять распределение общего расхода расплавленного металла между всеми выходными отверстиями данного разливочного стакана.

В соответствии с одним из вариантов реализации предлагаемого изобретения этот индукторный агрегат представляет собой электромагнитный агрегат, образованный, по меньшей мере, одним электромагнитом.

В соответствии с другим вариантом реализации этот индукторный агрегат образован индукторами с множеством фазных обмоток типа индукторов "со скользящим полем", располагающимися против главной плоскости литья по одну и по другую сторону от нее, и связанной с этими индукторами системой электрического питания, запитывающей постоянным током каждую из упомянутых обмоток отдельно, и средства регулирования относительной напряженности магнитного поля содержат средства, предназначенные для смещения локализации магнитных полюсов в межполюсном зазоре данного электромагнитного агрегата.

Может быть рассмотрен вариант использования одного индуктора (электромагнита или индуктора "со скользящим полем") только на одной стороне кристаллизатора, но в этом случае в ущерб располагаемой электромагнитной мощности. В любом случае, в соответствии с предлагаемым изобретением магнитный полюс индуктора должен всегда создавать магнитное поле, направленное перпендикулярно к стенке кристаллизатора, против которой этот индуктор установлен. В противном случае искомый эффект не будет получен. Таким образом, если два индуктора располагаются друг против друга, то располагающиеся друг против друга магнитные полюса этих индукторов имеют противоположные знаки с тем, чтобы создавать пересекающее магнитное поле, то есть магнитное поле, силовые линии которого связывают между собой два этих полюса, проходя перпендикулярно к главной плоскости литья, в которой распространяются струи расплавленного металла, поступающие через выходные отверстия разливочного стакана, размещенного в межполюсном зазоре двух этих индукторов.

Магнитный полюс индуктора определяют как область активной поверхности этого индуктора, где создаваемое им магнитное поле является максимальным. В случае электромагнита его полюс представляет собой конец, часто выступающий, содержащей электрическую обмотку металлической ферромагнитной массы, которая характеризует данный аппарат. В случае индуктора со скользящим полем и множеством фазных обмоток магнитный полюс не имеет фиксированного материального представления, связанного с данной ферромагнитной массой его ярма, но он может перемещаться по активной поверхности индуктора в соответствии с функцией мгновенной интенсивности переменных фазных токов, которые запитывают электрические проводники, и сдвига фаз между ними. Кроме того, в последующем изложении будет сказано, что магнитное поле "перекрывает" выходные отверстия разливочных стаканов в том случае, когда эти выходные отверстия оказываются в области внутреннего пространства кристаллизатора, где действует максимальная магнитная индукция, создаваемая этим магнитным полем.

После того как сделаны эти уточнения, понятно, что не составляет труда модифицировать действие магнитного поля в зоне перекрытых этим полем выходных отверстий разливочного стакана в соответствии с предлагаемым изобретением (по отношению к действию, создаваемому, в случае необходимости, в месте расположения других выходных отверстий) путем соответствующего регулирования напряженности этого поля в рассматриваемой зоне. Эта операция может быть проведена либо путем изменения (то есть уменьшения или увеличения) напряженности магнитного поля без изменения положения магнитного полюса, который создает это поле, либо путем изменения пространственного положения этого магнитного полюса на больших поверхностях кристаллизатора при сохранении неизменной напряженности магнитного поля.

Первый из упомянутых эксплуатационных вариантов может оказаться предпочтительным в том случае, если по отношению к размерам и к удалению используемого магнитного полюса выходные отверстия двух категорий достаточно сильно удалены друг от друга на корпусе разливочного стакана для того, чтобы величины магнитной индукции в соответствующих местах расположения этих отверстий могли быть весьма различными в том случае, когда напряженность поля является максимальной, например, на отверстиях, перекрытых этим полем. Зато второй из упомянутых вариантов лучше адаптирован к случаю, который, без сомнения, более часто встречается на практике, когда все выходные отверстия перекрыты магнитным полем и когда только смещение полюса способно придать достаточное различие магнитного поля между этими отверстиями с тем, чтобы отчетливо выраженным образом обеспечить результаты, к получению которых стремится предлагаемое изобретение.

Разумеется, в случае использования электромагнита смещение магнитного полюса может быть обеспечено путем монтажа этого электромагнита с возможностью его перемещения на раме, закрепленной на литейной установке и оснащенной средствами, которые позволяют перемещать этот электромагнит на той поверхности кристаллизатора, на которой он установлен, и фиксировать его в заданном положении.

В некоторых случаях можно также обнаружить преимущества, предоставляемые разъединением индуктора на две индуктивные части, размещенные рядом друг с другом на одной и той же стороне кристаллизатора, причем каждая часть индуктора контролирует, таким образом, выходные отверстия, располагающиеся на одной стороне разливочного стакана, независимо от выходных отверстий, располагающихся на другой его стороне.

Независимо от принятого варианта реализации уже, без сомнения, понятно, что основная идея предлагаемого изобретения состоит в использовании магнитного поля в качестве своего рода нематериального клапана перекрытия прохода, предлагаемого для одной категории выходных отверстий разливочного стакана, с тем, чтобы модифицировать выходной расход из отверстий другой категории. Поскольку расход питания кристаллизатора остается при этом постоянным или, во всяком случае, мало затрагивается действием магнитного поля, это магнитное поле, которое действует непосредственно на уровне одной категории выходных отверстий, будет вызывать модификацию распределения частей полного расхода между двумя категориями выходных отверстий. Таким образом, реализуют своего рода погружной разливочный стакан с изменяемой геометрией без фактического изменения его формы.

Предпочтительным образом магнитным полем будут перекрывать главные выходные отверстия, а именно отверстия, через которые расход выхода расплавленного металла является наиболее значительным (обычно эти отверстия направлены вниз), поскольку изменения действия этого магнитного поля на выходящие потоки там будет более заметным, чем на тех выходных отверстиях, где расход расплавленного металла является меньшим. В последующем изложении по соображениям простоты и ясности будет рассматриваться только случай перекрытия магнитным полем главных выходных отверстий, направленных вниз.

Будет ясно также, что в предпочтительном варианте реализации предлагаемое изобретение обращается к пересекающему магнитному полю, которое имеет возможность перемещаться по высоте на уровне разливочного стакана, но создается фиксированным индукторным агрегатом, а именно парой располагающихся друг против друга индукторов, каждый из которых представляет собой индуктор типа "статора линейного электрического двигателя со скользящим магнитным полем", связанных между собой таким образом, чтобы находиться в противоположных фазах и чтобы каждый индуктор создавал, таким образом, магнитное поле, силовые линии которого ориентированы в одном и том же направлении (условие, необходимое для получения так называемого "пересекающего" магнитного поля), но фазные обмотки которых подключены к индивидуальным источникам электрического питания постоянным током, регулируемым независимо один от другого. При этом такой индукторный агрегат способен, как известно, создавать магнитные полюса противоположных знаков, то есть пересекающее статическое магнитное поле, которое может быть локализовано в межполюсном зазоре там, где это желательно. Это изменение положения полюсов обеспечивают путем активации селективным образом обмоток индуктора в результате простого регулирования параметров функционирования элементарных источников электрического питания, а именно, как это чаще всего происходит на практике, регулирования силы выдаваемого ими электрического тока. Эти регулировки могут быть выполнены мгновенно непосредственно в процессе осуществления собственно литья, и если это желательно, на расстоянии от данной литейной установки, при полной безопасности для операторов и совершенно прозрачным образом, то есть без всякой опасности нарушения, даже минимального, нормального хода операции литья.

Здесь следует напомнить, что конструкция индуктора такого типа давно известна и известно также его использование в технологических процессах непрерывного литья слябов в качестве средства приведения в движение расплавленного металла вдоль высоты кристаллизатора (см., например, уже упоминавшиеся выше патентные документы FR-A-2324395; FR-A-2324397).

Таким образом, объектом предлагаемого изобретения также является предпочтительный способ использования описанного выше оборудования, который состоит в регулировании напряженности магнитного поля либо путем смещения положения полюсов индукторного агрегата, либо путем изменения силы электрического тока, питающего индукторный агрегат.

Другие аспекты и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания не являющихся ограничительными примеров его реализации, где даются ссылки на приведенные в приложении фигуры, среди которых:

- Фиг.1 представляет собой схематический вид спереди в вертикальном разрезе по главной плоскости литья кристаллизатора установки непрерывного литья стальных слябов, снабженного в своей верхней части оборудованием подачи расплавленного металла в соответствии с вариантом реализации предлагаемого изобретения с одним индуктором на одной стороне кристаллизатора;

- Фиг.2, выполненная в виде выноски, помещенной на фиг.1, представляет собой схему, поясняющую структуру плоского индуктора известного типа, который может оказаться подходящим для использования предлагаемого изобретения и который связан для этого с источником электрического питания постоянным током;

- Фиг.3 представляет собой схему, выполненную на основе вида в вертикальном разрезе по вертикальной плоскости R-R, показанной на фиг.1, и иллюстрирующую на виде кристаллизатора сбоку режим функционирования предлагаемого изобретения "с пересекающим магнитным полем";

- Фиг.4 представляет собой схему, выполненную на основе вида в горизонтальном разрезе по горизонтальной плоскости Q-Q,

показанной на фиг.1, и иллюстрирующую на виде вдоль оси литья режим функционирования предлагаемого изобретения "с пересекающим магнитным полем";

- Фиг.5 представляет собой схематический вид, аналогичный виду, показанному на фиг.1, но иллюстрирующий другой вариант реализации предлагаемого изобретения с двумя располагающимися рядом индукторами на одной стороне кристаллизатора.

На этих фигурах одни и те же элементы обозначены идентичными позициями.

Кристаллизатор 1, изготовленный из меди или из медного сплава, подвергается интенсивному охлаждению при помощи циркуляции воды на его наружной стенке и принимает через свою верхнюю часть определенный расход расплавленного металла 2, который удаляется из этого кристаллизатора через его нижнюю часть в виде металлургического полуфабриката 3, которым в данном случае является плоский стальной слиток или сляб. На выходе из кристаллизатора этот сляб 3, еще жидкий в своей сердцевине 4, но уже затвердевший в своей периферийной части 5 вследствие контакта с внутренней охлаждаемой стенкой кристаллизатора, завершает свое полное отверждение в процессе его постепенного перемещения вдоль оси литья S через нижние ступени данной литейной установки, в частности, путем подачи охлаждающей воды непосредственно на его поверхность.

Подача "свежего" расплавленного металла в кристаллизатор осуществляется через погружной разливочный стакан 6, верхняя часть которого, не показанная на приведенных в приложении фигурах, закреплена вокруг разливочного отверстия, выполненного в донной части промежуточного ковша, размещенного на некотором расстоянии выше, и нижняя часть которого погружена в кристаллизатор. Эта нижняя часть разливочного стакана содержит выходные отверстия 7, 8, открывающиеся под свободной поверхностью 9 жидкого металла, накрытой подушкой 10 шлака перекрытия. Как можно видеть на приведенных в приложении фигурах, эти выходные отверстия, ориентированные вдоль главной плоскости литья, могут быть разделены на две различные категории, а именно:

- главные выходные отверстия 7, наклоненные в направлении вниз и подающие преобладающую часть расхода расплавленной стали, питающей кристаллизатор, при помощи струй 11, движущихся вдоль общего направления, размещенного в главной плоскости литья (то есть в плоскости чертежа на фиг.1) и проходящего в целом в направлении к нижней части кристаллизатора;

- вторичные отверстия 8, размещенные выше, отклоненные в направлении вверх и подающие главным образом в этом направлении оставшуюся часть расхода расплавленного металла при помощи струй 12, приносящих к поверхности 9 дополнительную теплоту, необходимую для устранения явлений паразитного отверждения на мениске (затвердевшие корочки и т.п.).

Здесь нужно напомнить, что под выражением "главная плоскость литья" следует понимать среднюю вертикальную плоскость Р, проходящую через ось литья S в центре кристаллизатора и параллельно его большим сторонам 22. Таким образом, плоскости чертежей, приведенных на фиг.1 и 5, располагаются точно в главной плоскости литья Р. Другая аналогичная плоскость, но параллельная малым боковым сторонам 13 кристаллизатора, может быть квалифицирована как вторичная плоскость литья.

Закон сохранения потоков материала подразумевает, естественно, равенство между расходом металла, извлекаемого из нижней части кристаллизатора, и расходом жидкого в целом металла, входящего в кристаллизатор через разливочный стакан 6. Поскольку скорость извлечения отливки V представляет собой параметр литья, именно она для заданного поперечного сечения изделия 3 определяет входящий расход, то есть скорость выхода жидкого металла через выходные отверстия разливочного стакана. Как уже было сказано выше, если данная литейная установка имеет высокую производительность (пороговое значение скорости извлечения V имеет величину порядка 1,5 м/мин), потоки рециркуляции, которые неизбежным образом устанавливаются в кристаллизаторе по соображениям существенного различия между скоростью извлечения и примерно в сто раз превышающей ее скоростью течения выходных струй расплавленного металла, выходящих из отверстий разливочного стакана, быстро становятся весьма мощными. Бурные и турбулентные петли рециркуляции, еще более активизируемые в результате отражения струй расплавленного металла от малых сторон 13 кристаллизатора, будут сильно возмущать свободную поверхность 9. Эти возмущения являются весьма нежелательными и должны быть по возможности ослаблены и даже устранены совсем. Однако это ослабление не должно затрагивать процесс подвода тепла к свободной поверхности 9 при помощи вторичных струй расплавленного металла 12. Поскольку режим функционирования установки непрерывного литья является прежде всего "переходным" вследствие, в частности, изменений скорости литья, то практически в постоянном режиме это искомое равновесие между необходимостью иметь спокойную и плоскую свободную поверхность и свободную поверхность, нагреваемую при помощи "свежего" расплавленного металла, поступающего из разливочного стакана, является предметом рассмотрения.

Именно по этим соображениям в соответствии с предлагаемым изобретением на каждой большой стороне 22 кристаллизатора индукторный агрегат, образованный парой электромагнитных индукторов 14, 15, располагается против завершающей части разливочного стакана. Эти два индуктора соединены в пару таким образом, чтобы каждый из них создавал магнитный полюс, располагающийся против другого полюса противоположного знака с тем, чтобы создать пересекающее магнитное поле, перпендикулярное большим сторонам 22 кристаллизатора. Как можно видеть на фиг.1 и 3, это пересекающее поле локализовано на линии "М" в нижней части межполюсного зазора с тем, чтобы "перекрыть" выходные отверстия категории 7, располагающиеся на нижнем конце корпуса разливочного стакана 6. Однако эти индукторы спроектированы таким образом, чтобы их магнитные полюса могли быть смещены совместно в их межполюсном зазоре. В данном случае это смещение будет выполняться по высоте кристаллизатора, поскольку электрические проводники 16-17’ располагаются горизонтально. Это совместное смещение магнитных полюсов индуктора на расстояние, составляющее примерно 10 см или 15 см, будет вызывать соответствующее смещение пересекающего магнитного поля в межполюсном зазоре, то есть коррелятивное изменение локальных магнитных условий на уровне различных выходных отверстий 7 и 8 разливочного стакана. Следствием этого является искомое перераспределение расходов жидкого металла, выходящего из двух категорий отверстий разливочного стакана при том, что общий расход металла через этот разливочный стакан остается неизменным или практически неизменным.

Таким образом, как это можно видеть на фиг.3, линией М представлено исходное нижнее положение магнитного поля в межполюсном зазоре и линией N представлено конечное верхнее положение этого магнитного поля после выполнения операции его вертикального смещения на расстояние "d" в направлении отверстий 8, подающих струи расплавленного металла в направлении вверх.

Такое смещение магнитного поля может быть обеспечено посредством пары индукторов типа "электромагнита", снабженных выступающим магнитным полюсом, служащим опорой для намотанного вокруг него электрического проводника, и смонтированных с возможностью поступательного перемещения на раме, закрепленной на данной литейной установке. Таким образом, эта реализация требует физического перемещения индукторного агрегата.

В тех случаях, когда это позволяют условия, предпочтение будет отдано магнитному полю, поддающемуся смещению в фиксированном межполюсном зазоре. Известно, что такая возможность предоставляется индукторным агрегатом типа того, который схематически представлен на фиг.2 и который образован двумя индукторами с множеством фазных обмоток типа индуктора "со скользящим магнитным полем", располагающимися друг против друга по одну и по другую стороны от больших сторон 22 кристаллизатора. Показанный здесь индуктор представляет собой плоский индуктор типа "статора линейного электрического двигателя" и является двухфазным (то есть имеет две фазные обмотки). Электрические проводники этих индукторов представляют собой прямолинейные медные шины 16, 17, 16’, 17’, выполненные в количестве четырех, параллельные между собой, отстоящие друг от друга на некоторое расстояние и располагающиеся горизонтально. При этом каждая обмотка состоит из двух шин, связанных между собой по встречно-последовательной схеме таким образом, чтобы электрический ток проходил через них в противоположных направлениях. Эти соединенные между собой шины могут представлять собой как непосредственно смежные шины, такие, как шина 17 вместе с шиной 16’ и шина 16 вместе с шиной 17’ (индуктор со смежными полюсами), так и смещенные друг относительно друга шины, такие, как шина 16 вместе с шиной 16’ и шина 17 вместе с шиной 17’ (индуктор с распределенными полюсами), как это показано на фиг.2.

Важно, однако, чтобы при любой выбранной конфигурации каждая обмотка была связана с элементарным источником питания постоянным (или выпрямленным) электрическим током, и только с ним одним, причем этот источник питания должен быть независимым от источника электрического питания другой обмотки. Такие элементарные источники питания, условно обозначенные позициями 18 и 19 на фиг.2, по соображениям удобства реализации могут иметь общую нейтраль. Эти элементарные источники питания интегрированы в блок электрического питания 20, снабженный средствами 21а и 21b автономного регулирования силы тока, выдаваемого каждым элементарным источником питания 18, 19, с тем, чтобы иметь возможность, например, пропускать ток максимальной интенсивности через одну обмотку в то время, как другая обмотка не является активной (то есть ток через нее равен нулю), и наоборот, а также осуществлять любые необходимые регулировки. Именно в этих условиях плоский индуктор 14 (15) способен создавать уже не скользящее магнитное поле, как это имеет место обычно, но статическое магнитное поле, причем магнитный полюс индуктора, который создает это поле, может быть смещен на активной поверхности этого индуктора вдоль направления, перпендикулярного электрическим проводникам, просто путем соответствующего изменения интенсивности электрического тока в двух обмотках.

Впрочем, в случае необходимости можно найти более подробное описание индуктора этого типа и способа его функционирования как в режиме формирования скользящего магнитного поля, так и в режиме формирования статического магнитного поля, в частности, в заявке на международный патент РСТ, опубликованной на имя Заявителя под №WO 99/30856.

Как можно видеть на фиг.3, нижнее положение "М" магнитного полюса соответствует максимальному току в обмотке 16, 16’, сочетающемуся с нулевым током в обмотке 17, 17’. И наоборот, верхнее положение "N", показанное на фиг.3, соответствует максимальному току в обмотке 17, 17’, сочетающемуся с нулевым током в обмотке 16, 16'. Разумеется, можно отрегулировать локализацию полюса индуктора на любом промежуточном уровне между двумя этими крайними положениями, комбинируя соответствующим образом интенсивности проходящих электрических токов при помощи средств регулирования 21, имеющихся в составе блока электрического питания 20.

На фиг.4 хорошо видно, что два объединенных в пару плоских индуктора 14 и 15 выполнены таким образом, чтобы их соответствующие магнитные полюса, располагающиеся друг против друга, имели противоположные полярности. Таким образом, магнитное поле одного из индукторов добавляется к магнитному полю другого индуктора в любой точке межполюсного зазора между двумя этими индукторами. Здесь имеет место так называемая конфигурация "с пересекающим полем": как это проиллюстрировано стрелками В, магнитные силовые линии соединяют магнитные полюса от одного индуктора до другого, проходя перпендикулярно сквозь главную плоскость литья Р, то есть через направление струй расплавленного металла, выходящих из отверстий разливочного стакана.

Представленная с другой точки зрения конфигурация этого типа схематически проиллюстрирована на фиг.3. Пересекающее магнитное поле, создаваемое полюсами каждого индуктора 14, 15, может быть смещено по высоте на расстояние "d" от его нижнего положения "М", где магнитное воздействие торможения на потоки расплавленного металла, истекающие из главных выходных отверстий 7, является максимальным, до его верхнего положения "N", соответствующего ослабленному магнитному воздействию торможения на потоки расплавленного металла, истекающие из этих главных выходных отверстий 7, но усиленному воздействию на потоки расплавленного металла, истекающие из вторичных выходных отверстий 8.

Само собой разумеется, что предлагаемое изобретение не ограничивается теми способами его реализации, которые были описаны выше в качестве примеров, но охватывает также и многочисленные эквивалентные варианты реализации в той мере, в какой они соответствуют определению этого изобретения, данному в приведенной ниже формуле изобретения.

Действительно, понятно, например, что если разливочный стакан должен содержать выходные отверстия, располагающиеся в главной плоскости литья кристаллизатора для того, чтобы предлагаемое изобретение могло быть применено, он также может быть снабжен другими выходными отверстиями, размещенными в других местах, например, на диагонали в направлении углов кристаллизатора. По существу, чем в большей степени направление выходных струй расплавленного металла приближается к направлению перпендикуляра по отношению к силовым линиям магнитного поля, тем в большей степени проявляется эффект использования предлагаемого изобретения, поскольку эффективность получаемого электромагнитного воздействия прямо пропорциональна векторному произведению между вектором магнитного поля и вектором скорости струй расплавленного металла, выходящих из отверстий разливочного стакана.

Кроме того, если концепция предлагаемого изобретения была мотивирована, главным образом, заботой о том, чтобы иметь возможность лучше управлять подводом тепла к свободной поверхности расплавленного металла при помощи самого этого расплавленного металла, поступающего в кристаллизатор, и, следовательно, предпочтительным образом была ориентирована на разливочные стаканы, снабженные выходными отверстиями, направленными частично вниз и частично вверх, то это изобретение в не меньшей степени касается и общего применения в отношении любого разливочного стакана, не все выходные отверстия которого имеют одно и то же направление. Действительно, если только два выходных отверстия данного разливочного стакана имеют различные направления выхода, даже отличающиеся друг от друга весьма незначительно, например, всего на несколько угловых градусов, предлагаемое изобретение, строго говоря, уже может быть применено. Однако это изобретение применяется в той мере, в какой два эти отверстия все же в достаточной степени удалены друг от друга для того, чтобы обеспечить возможность для пересекающего магнитного поля перекрывать одно из этих отверстий и не перекрывать при этом другое отверстие или, по меньшей мере, позволить этому полю перекрывать оба эти отверстия, но с величинами магнитной индукции, которые в один и тот же момент времени в достаточной степени отличаются друг от друга. Действительно, как это, без сомнения, должно быть понятно, именно возможность иметь определенное различие в напряженности магнитного поля между двумя точками внутреннего пространства кристаллизатора установки непрерывного литья изделий удлиненного формата представляет собой основополагающую идею предлагаемого изобретения.

Таким образом, хотя предлагаемое изобретение дает наилучшие результаты в случае использования разливочных стаканов описанного выше типа "кессон", оно также может быть адаптировано и к прямым разливочным стаканам, причем главное состоит в том, чтобы эти погружные разливочные стаканы, которые используются для непрерывного литья, содержали выходные отверстия, по меньшей мере, двух категорий, различающиеся по направлениям выхода, а именно чаще всего такие отверстия, которые направлены вверх, и отверстия, которые направлены вниз, которые они придают струям расплавленного металла, выходящим из этих отверстий параллельно большим сторонам кристаллизатора. Говоря другими словами, предлагаемое изобретение применяется также, например, к прямым разливочным стаканам, имеющим на стойке стакана боковые выходные отверстия, различающиеся по направлению выхода вверх и вниз.

С другой стороны, в предшествующем изложении по умолчанию предполагалось, что напряженность В магнитного поля остается постоянной. Однако, как уже было указано выше, она может достаточно сильно изменяться в результате изменения силы питающего индукторы электрического тока, причем магнитное поле при этом может быть смещено в межполюсном зазоре этих индукторов одновременно или раздельно.

Кроме того, как это можно видеть на фиг.5, индуктор 14 (так же, разумеется, как и индуктор 15) может быть разделен на две идентичные части 14а и 14b, размещенные рядом друг с другом на одной и той же стороне кристаллизатора по одну и по другую сторону от оси литья S, на которой обычно центрируется разливочный стакан. Таким образом, имеется в виду "перекрыть" магнитным полем боковые зоны разливочного стакана независимо одна от другой с тем, чтобы иметь возможность селективно воздействовать на струи расплавленного металла 11, 12, выходящие из этих зон. Путем автономного регулирования индуктивных частей 14а и 14b приходят к обеспечению еще лучшей симметрии между потоками расплавленного металла в кристаллизаторе, поскольку воздействуют на них в тот самый момент, когда они выходят из разливочного стакана. Этот результат получен, разумеется, в дополнение к первому эффекту предлагаемого изобретения, который заключается в распределении между различными выходными отверстиями разливочного стакана полного выходного расхода расплавленного металла путем регулирования по высоте расположения магнитного полюса на каждой индуктивной части 14а и 14b. В этом варианте реализации каждая индуктивная часть запитывается электрическим током при помощи своего собственного элементарного источника питания (не показанного на фиг.5) таким образом, чтобы при необходимости иметь возможность выполнить различное регулирование по высоте магнитного полюса на каждой из этих индуктивных частей, а также раздельные изменения проходящих через них электрических токов.

В то же время, вместо и на месте описанных выше индукторов "со скользящим магнитным полем", можно сказать о пользе не только электромагнитов, как об этом уже было сказано выше, но и о пользе постоянных магнитов, как природных, так и промышленных.

Кроме того, выражение "элементарные источники питания постоянным током", использованное в предшествующем изложении, не обязательно означает добавление единичных и структурно независимых источников питания, но означает также и единую систему многофазного электрического питания с двумя или тремя фазами и с регулируемой частотой, которую устанавливают на нулевое значение для получения постоянного тока. Многофазные источники электрического питания этого типа хорошо известны. Они представляют собой источники с инвертором с регулируемым порогом прерывания тока и обычно используются для запуска электрических двигателей с вращающимся или со скользящим магнитным полем. Подключение одного такого источника электрического питания для запитки обмоток индуктора 14 по схеме "одна фаза на одну обмотку" состоит в регулировании инвертора на нулевую частоту, осуществляя эти регулировки в выбранные моменты времени с тем, чтобы интенсивности электрических токов в каждой фазе в эти самые моменты времени были такими, которые желательно получить в обмотках, связанных с этими фазами.

Здесь еще следует напомнить о том, что если предлагаемое изобретение находит наиболее благоприятную почву для своего применения в области непрерывного литья стальных слябов, для чего оно, впрочем, и было первоначально разработано, то оно в не меньшей степени может быть применено и к непрерывному литью металлов вообще и, в частности, к непрерывному литью тонких и плоских слитков.