本發明涉及連鑄電磁攪拌技術，特別涉及一種攪拌區域可調的電磁攪拌裝置及方法。

背景技術：

為了提高連鑄板坯的表面和內部質量，在連鑄生產過程中往往會采用電磁攪拌工藝，即通過在攪拌器內部線圈中施加交流電感應產生一個交變磁場，該交變磁場會在液態金屬中感生出感應電流，感應產生的電流與交變磁場相互作用產生洛侖茲力，洛侖茲力推動液態金屬流動，達到攪拌金屬液的目的。流動的金屬液對凝固前的板坯進行沖刷，有利于枝晶間的夾雜物和氣泡上浮，能有效改善鑄坯的內部缺陷；另外，電磁攪拌使液態金屬內部的溫度和成分更加均勻，有利于細化晶粒，提高等軸晶率等。因此，人們對電磁攪拌進行了廣泛的研究，提出了許多專利技術。

特別是針對板坯連鑄，由于其寬厚比較大，往往采用行波電磁攪拌。

專利CN86101657、CN200910226351.3、US4582110、US5279351A提出的攪拌技術均為將旋轉磁場發生裝置用于方坯和圓坯的電磁攪拌，不適于板坯連鑄過程的攪拌；專利CN87104014提出的電磁攪拌裝置產生螺旋磁場，有利于氣泡和夾雜物的上浮，可用于方坯和圓坯 的電磁攪拌，其攪拌形式和對流場的作用在板坯連鑄中存在一定的局限性。

專利JP57017355A公開了一種針對板坯的行波電磁攪拌器，沿板坯結晶器寬邊的兩側分別布置一個線性攪拌器，兩個攪拌器的攪拌方向相反，因此能夠在結晶器內形成一個完整的環流。這種攪拌方式能夠有效改善板坯寬面的表面質量。其缺點是攪拌方式單一，無法對板坯的角部形成有效的攪拌，對于改善板坯攪拌裂紋等缺陷的效果不明顯。

專利CN96121903.3提出沿板坯結晶器寬邊的兩側各布置兩個攪拌器，每側的兩個攪拌器分別覆蓋1/2個結晶器寬面?？墒┘硬煌娏鳟a生不同分布的磁場分布，從而能在傳統的環形攪拌基礎上增加了從結晶器中心向窄邊以及從結晶器窄邊向中心的攪拌方式，該方法具有一定的可調性，能夠適應更多的工況條件。但還是無法對板坯的角部形成有效的攪拌。

專利CN200910302486.3提出將結晶器內至少分為4個磁場區域，通過組合，可實現單一旋轉、電磁減速、電磁加速、兩區旋轉和四區旋轉這五種攪拌模式的感應器。旋轉攪拌一方面有利于氣泡和夾雜物向中心聚集、去除；另一方面，旋轉攪拌能夠深入液芯，能向下增大攪拌區域。該專利中的四區旋轉攪拌能夠針對角部形成一定程度的攪拌，但是卻將結晶器中部的主攪拌區域一分為二，不利于攪拌區域的深入。另外，該方法所述的4個磁場區域的磁場大小和方向可調節，但是磁場區域的大小卻相對固定。針對連鑄生產過程中不同規格的板坯，其寬度變化頻繁，磁場區域相對固定的電磁攪拌方法無法兼容多規格的板坯生產。

技術實現要素：

鑒于以上描述，有必要開發一種既能在結晶器的中部主攪拌區域形成環形旋轉攪拌，又能對板坯角部形成有效攪拌，還能兼容多規格、多寬度的板坯生產的電磁攪拌器及控制方法。對于穩定連鑄生產工藝，有效改善板坯角裂缺陷、提高板坯質量，減少設備投入成本均有重要意義。

本發明提供了一種攪拌區域可調的電磁攪拌裝置，用于板坯連鑄機結晶器，包括磁場發生器和多個開關，所述磁場發生器包括對應設置于所述結晶器的兩個寬面外側的兩個鐵芯，各所述鐵芯的長度不小于所述結晶器的寬面的長度，每個所述鐵芯上分別設置位置對應的多個線圈(即兩個鐵芯上的線圈的位置相互對應)，各所述線圈的進線和出線通過所述開關連接到外部電源。

優選地，各所述開關為換相開關，所述換相開關的輸入端連接到所述外部電源的三相線，其輸出端連接到與其對應的所述線圈的進線和出線。

優選地，所述電磁攪拌裝置還包括控制單元，所述控制單元控制所述開關的閉合和斷開。

可選地，所述電磁攪拌裝置還包括控制單元，所述控制單元控制所述換相開關的閉合、斷開、以及輸入端的相位。

優選地，所述鐵芯為具有多個齒槽的硅鋼片，各所述線圈纏繞在各所述齒槽內。

本發明還提供了一種攪拌區域可調的電磁攪拌方法，其上述的攪拌區域可調的電磁攪拌裝置，其通過控制各所述開關的閉合和斷開，來控制通電的所述線圈的個數，從而控制對板坯的攪拌區域的大小。進一步地，根據板坯的寬度來控制各所述開關的閉合和斷開，使得所述攪拌區域的大小與所述板坯的寬度匹配。

優選地，通過控制各所述換相開關的輸入端的相位，來控制各所述線圈的磁場方向，從而控制與各所述線圈的對應的各攪拌單元的攪拌方向。進一步地，控制各所述攪拌單元的攪拌方向，使得與板坯的兩個角部位置對應的多個所述攪拌單元的攪拌方向為第一方向，與板坯的中部位置對應的多個所述攪拌單元的攪拌方向為第二方向，所述第一方向與所述第二方向相反。

優選地，通過控制所述外部電源的電流大小，來控制所述線圈的磁場強度，從而控制電磁攪拌的攪拌強度。

本發明提出了一種攪拌區域可調的電磁攪拌裝置及方法，該裝置由磁場發生器、換相開關和控制單元構成。

其中，磁場發生器分布在結晶器的寬面的兩側，其長度與結晶器的寬面的長度相等(可以理解的是，也可以大于結晶器的寬面的長度)。磁場發生器的內部線圈繞在具有齒槽的硅鋼片上，每一個線圈的進線和出線均引出，與外部的換相開關連接，然后連接在外部電源上。換相開關的閉合、斷開、以及相位選擇可以由人工控制，也可以由控制單元控制。通過控制接入線圈的數量來實現磁場區域的可調節，通過控制輸入電流的大小控制磁場大小，通過控制換相開關的選擇對磁場攪拌方向進行調節。

為實現既能在結晶器的中部主攪拌區域形成環形旋轉攪拌，又能對板坯角部形成有效攪拌的目的，可以通過控制換相開關的相位選擇，使得板坯的兩個角部的旋轉攪拌方向與主攪拌區的旋轉攪拌方向相反。

根據不同的板坯規格，計算出需要接入的線圈數量。當板坯寬度變窄時，減少接入的線圈數量；調整接入線圈的相位，將相應的攪拌區域成比例的縮小，維持主攪拌區域與角部攪拌區域的攪拌形態不變。當板坯寬度變寬時，增加接入的線圈數量；調整接入線圈的相位，將相應的攪拌區域成比例的擴大，維持主攪拌區域與角部攪拌區域的攪拌形態不變。

根據不同的工況，可以分別調整主攪拌線圈和角部攪拌線圈的電流大小?？煞謩e實現主攪拌區域、角部攪拌區域強度控制，形成不同的攪拌模式。

附圖說明

圖1為板坯結晶器電磁攪拌結構示意圖；

圖2為實施寬板坯結晶器電磁攪拌結構示意圖；

圖3為實施窄板坯結晶器電磁攪拌結構示意圖。

附圖標記說明：

1-電源，2-換相開關，3-線圈，4-鐵芯，5-結晶器的寬面，6-結晶器的窄面，7-鋼液，8-主攪拌區域，9-角部攪拌區域。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明的攪拌區域可調的電磁攪拌裝置及方法作進一步的詳細描述，但不作為對本發明的限定。

如圖1所述，線圈3繞制在帶有齒槽的鐵芯4上構成了磁場發生器，每三個線圈為一組，其引出線與對應的換相開關2連接，由電源1進行供電。這樣，通過控制各換相開關2的閉合和斷開，來控制通電的線圈的個數，從而控制對板坯的攪拌區域的大小。

例如，將結晶器的寬面5的一側的鐵芯4上的靠近一端的1～3號線圈所連接的換相開關2與電源1斷開、并且將靠近另一端的28～30號線圈所連接的換相開關2與電源1斷開，其他的換相開關2均閉合。將結晶器的寬面5的另一側的鐵芯4上的線圈3的通電情況與與之位置相對應的線圈3的通電情況做相同的處理。如此，使得電磁攪拌的攪拌區域的寬度與4號線圈到27號線圈的距離大致相同，此時的攪拌區域的寬度小于結晶器的寬面的長度。

因此，通過以上方式，可以根據板坯的寬度來控制各個換相開關2的閉合和斷開，使得攪拌區域的大小與板坯的寬度相匹配。

另一方面，還可以通過控制各個換相開關2的輸入端的相位，來控制各線圈3的磁場方向，從而控制與各線圈3對應的各個攪拌單元的攪拌方向。攪拌單元是指兩側的鐵芯4上位置對應的兩個線圈3之間的一塊鋼液7的子攪拌區域。

例如，將結晶器的寬面5的一側的鐵芯4上的4～6號線圈和25～27號線圈連接的換相開關2的相序設置為U、V、W，結晶器另一側 的鐵芯4上的4～6號線圈和25～27號線圈連接的換相開關2的相序設置為與之相反的W、V、U，使得4～6號線圈和25～27號線圈所對應的攪拌單元的攪拌方向為逆時針方向，即形成角部攪拌區域9。同時，將一側的鐵芯4上的7～24號線圈連接的換相開關2的相序設置為W、V、U，另一側的鐵芯4上的7～24號線圈連接的換相開關2的相序設置為U、V、W，使得7～24號線圈所對應的攪拌單元的攪拌方向為順時針方向，即形成主攪拌區域8。

因此，可以通過控制各換相開關的相序，從而攪拌單元的攪拌方向，使得與板坯的兩個角部位置對應的多個攪拌單元的攪拌方向為第一方向，形成角部攪拌區域9，與板坯的中部位置對應的多個攪拌單元的攪拌方向為第二方向，形成主攪拌區域8。其中，第一方向與第二方向相反，角部攪拌區域9能對板坯的角部形成有效的攪拌，主攪拌區域8能深入液芯，起到較好的攪拌效果。

當然，本領域技術人員可以理解的是，板坯的攪拌區域也可以不區分主攪拌區域8和角部攪拌區域9，即所有的換相開關2的相序均相同，整個攪拌區域的攪拌方向一致。

其中，形成角部攪拌區域9的線圈和形成主攪拌區域8的線圈可以由電源A和電源B分別供電。電源A和電源B采用同步技術，能夠保證兩個電源同時啟動、換相和停止。進而確保結晶器內流場狀態的穩定。

由于形成角部攪拌區域9的線圈由電源A供電，形成主攪拌區域8的線圈由電源B供電，因此，可以通過分別調整電源A和B的輸入電流大小，來分別調整角部攪拌區域9和主攪拌區域8的攪拌強度。

實施例1：

當生產板坯為寬規格時，如圖2所示，結晶器的窄邊6分別向結晶器兩端移動，板坯的寬度增加，將板坯兩側的1～3號線圈和28～30號線圈與換相開關連接。

將結晶器一側的1～3號線圈和28～30號線圈分別連接在兩端的換相開關上，由智能控制單元將換相開關的相序設置為U、V、W；結晶器另一側的線圈1～3號線圈和28～30號線圈分別連接在兩端的換相開關上，由智能控制單元將換相開關相序設置為W、V、U；所述的線圈由電源A供電。

將結晶器一側的4～27號線圈每三個線圈為一組分別連接在相對應的換相開關上，由智能控制單元將換相開關的相序設置為W、V、U；結晶器另一側的4～27號線圈每三個線圈為一組分別連接在相對應的換相開關上，由智能控制單元將換相開關的相序設置為U、V、W所述的線圈由電源B供電。

設置電流參數，開啟電源1，獲得所需要的攪拌模式。

實施例2：

當生產板坯為窄規格時，如圖3所示，結晶器的窄邊6分別向結晶器中心移動，板坯的寬度減小。將板坯兩側的1～6號線圈和25～30號線圈分別與換相開關斷開連接。

將結晶器一側的7～9號線圈和22～24號線圈分別連接在兩端的換相開關上，由智能控制單元將換相開關的相序設置為U、V、W；結晶器另一側的線圈7～9號線圈和22～24號線圈分別連接在兩端的換相開關上，由智能控制單元將換相開關相序設置為W、V、U；所述的線圈由電源A供電。

將結晶器一側的10～21號線圈每三個線圈為一組分別連接在相對應的換相開關上，由智能控制單元將換相開關的相序設置為W、V、U；結晶器另一側的10～21號線圈每三個線圈為一組分別連接在相對應的換相開關上，由智能控制單元將換相開關的相序設置為U、V、W所述的線圈由電源B供電。

設置電流參數，開啟電源1，獲得所需要的攪拌模式。

本發明攪拌區域可調的電磁攪拌裝置及控制方法，一方面，能在結晶器的中部主攪拌區域形成環形旋轉攪拌，又能對板坯角部形成有效攪拌；另一方面，通過調節電流大小，可以對角部加強攪拌模式和/或中心加強模式可以選擇；最主要的是能兼容多規格、多寬度的板坯生產。在板坯寬度發生變化時，仍能保持最佳的流場狀態。當板坯的寬度小于結晶器的寬度時，攪拌器兩端多余的線圈處于斷開狀態，能大大的減少能耗。因此采用本發明提出的攪拌區域可調節的電磁攪拌裝置及控制方法，有效解決板坯攪拌裂紋缺陷。

以上具體實施方式僅為本發明的示例性實施方式，不能用于限定本發明，本發明的保護范圍由權利要求書限定。本領域技術人員可以在本發明的實質和保護范圍內，對本發明做出各種修改或等同替換，這些修改或等同替換也應視為落在本發明的保護范圍內。