СИСТЕМА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ТОРМОЗА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ТОРМОЗА
ELECTROMAGNETIC BRAKE SYSTEM AND ELECTROMAGNETIC BRAKE SYSTEM CONTROL METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение в целом относится к производству  металла. В частности, оно относится к системе электромагнитного тормоза для процесса изготовления металла и к способу управления потоком расплавленного металла в процессе изготовления металла.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В металлургии, например при производстве стали, металл может быть произведен из железной руды в доменной печи и конвертере или, как металлолом и/или прямо восстановленное железо, расплавлен в дуговой электропечи (EAF). Расплавленный металл может быть разлит из EAF в один или несколько металлоприемников, например, в ковш и далее в разливочное устройство. Расплавленный металл может, таким образом, перед процессом формования подвергаться подходящей обработке, как в отношении получения правильной температуры для формования, так и для легирования и/или дегазации.
Когда расплавленный металл обработан вышеописанным образом, он может быть выпущен через погружной разливочный стакан (SEN) в литейную форму, обычно в форму с открытым дном. Расплавленный металл частично затвердевает в литейной форме. Затвердевший металл, который выходит через дно литейной формы, дополнительно охлаждается, когда он проходит между множеством роликов в распылительной камере.
Когда расплавленный металл выпускается в литейную форму, может возникнуть нежелательный турбулентный поток расплавленного металла вокруг мениска.Этот поток может приводить к захвату шлака благодаря чрезмерной поверхностной скорости или к дефектам поверхности из–за застоя на поверхности или колебаний уровня. Дополнительные дефекты могут быть вызваны неметаллическими включениями с предыдущих стадий процесса, которые не могут всплыть и быть изолированными слоем шлака сверху мениска.
Для того чтобы управлять потоком жидкости и влиять на условия для устойчивого и чистого отверждения металла, литейная форма может быть снабжена электромагнитным тормозом (EMBr). EMBr содержит конструкцию магнитного сердечника, которая имеет ряд зубцов и проходит вдоль длинных сторон формы. EMBr предпочтительно располагается на одном уровне с SEN, то есть в верхней части литейной формы. Соответствующая катушка, иногда называемая частичной катушкой, наматывается вокруг каждого зубца. Эти катушки могут быть связаны с источником, предназначенным для питания катушек постоянным током (DC). Тем самым в расплавленном металле создается статическое магнитное поле. Это статическое магнитное поле действует как тормоз и стабилизатор для расплавленного металла. Тем самым можно управлять потоком в верхних областях, вблизи от мениска расплавленного металла. В результате могут быть получены более хорошие состояния поверхности.
Патентный документ WO2016078718 раскрывает систему электромагнитного тормоза для процесса производства металла. Система электромагнитного тормоза содержит первую конструкцию магнитного сердечника, имеющую первую длинную сторону и вторую длинную сторону, причем первая длинная сторона имеет Nc зубцов, и вторая длинная сторона имеет Nc зубцов, причем первая длинная сторона и вторая длинная сторона устанавливаются на противоположных продольных сторонах верхней части литейной формы, первый набор катушек, который содержит 2Nc катушек, каждая из которых намотана вокруг соответствующего зубца первой конструкции магнитного сердечника, и Np преобразователей питания, где Np – целое число, равное по меньшей мере 2, а Nc – целое число, равное по меньшей мере 4, которое нацело делится на Np, причем каждый преобразователь питания соединен с соответствующей группой из 2Nc/Np последовательно соединенных катушек первого набора катушек, и причем каждый из Np преобразователей питания выполнен с возможностью питания постоянным током соответствующей ему группы из 2Nc/Np последовательно соединенных катушек.Настоящее изобретение дополнительно относится к способу управления потоком расплавленного металла в процессе производства металла.
Однако само по себе использование системы электромагнитного тормоза не обеспечивает оптимального управления потоком расплавленного металла около мениска вдоль всей ширины формы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Тщательные исследования качества стали в слябах поддерживают использование потока с двойной циркуляцией при литье сляба для оптимального удаления включений. Эта структура потока направляет струю из сопла SEN к узкой поверхности формы, затем вверх к поверхности мениска, после чего верхняя петля рециркуляции проходит по мениску от узкой поверхности к SEN. В зависимости от условий литья достичь этой структуры потока более или менее трудно.
С учетом вышеизложенного, задачей настоящего изобретения является предложить систему электромагнитного тормоза и способ управления потоком расплавленного металла в процессе производства металла, которые решали бы или по меньшей мере смягчали эти проблемы предшествующего уровня техники.
Следовательно, в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается система электромагнитного тормоза для процесса производства металла, которая содержит: конструкцию верхнего магнитного сердечника, имеющую первую длинную сторону и вторую длинную сторону, которые выполнены с возможностью их установки на противоположные продольные стороны верхней части формы и каждая из которых снабжена множеством первых зубцов, конструкцию нижнего магнитного сердечника, имеющую третью длинную сторону и четвертую длинную сторону, которые выполнены с возможностью их установки на противоположные продольные стороны нижней части формы и каждая из которых снабжена множеством вторых зубцов, причем конструкция верхнего магнитного сердечника и конструкция нижнего магнитного сердечника являются магнитно-развязанными, боковые катушки, намотанные вокруг соответствующих боковых первых зубцов первой длинной стороны и второй длинной стороны, причем боковые катушки, намотанные вокруг противоположно расположенных боковых первых зубцов первого конца первой длинной стороны и второй длинной стороны формируют первый набор боковых катушек, а боковые катушки, намотанные вокруг противоположно расположенных боковых первых зубцов второго конца первой длинной стороны и второй длинной стороны, формируют второй набор боковых катушек, внутренние катушки, намотанные вокруг соответствующих первых зубцов, расположенных между боковыми первыми зубцами первой длинной стороны и второй длинной стороны, причем первый набор внутренних катушек, если он формируется внутренними катушками, намотанными вокруг противоположно расположенных внутренних зубцов, смежных с первым набором боковых катушек, и второй набор внутренних катушек, если он формируется внутренними катушками, намотанными вокруг противоположно расположенных внутренних зубцов, смежных со вторым набором боковых катушек, нижние катушки, намотанные вокруг соответствующего второго зуба, причем нижние катушки, намотанные вокруг противоположно расположенных боковых вторых зубцов первого конца третьей длинной стороны и четвертой длинной стороны, формируют первый набор нижних катушек, и нижние катушки, намотанные вокруг противоположно расположенных боковых вторых зубцов второго конца третьей длинной стороны и четвертой длинной стороны, формируют второй набор нижних катушек, первую систему преобразования питания, выполненную с возможностью питания первого набора боковых катушек, второго набора боковых катушек, первого набора внутренних катушек и второго набора внутренних катушек, вторую систему преобразования питания, выполненную с возможностью питания первого набора нижних катушек и второго набора нижних катушек, и управляющую систему, выполненную с возможностью управления первой системой преобразования питания для питания первого набора боковых катушек и второго набора боковых катушек с тем, чтобы создать первое магнитное поле, имеющее первое направление поля, и одновременного управления первой системой преобразования питания для питания первого набора внутренних катушек и второго набора внутренних катушек с тем, чтобы создать второе магнитное поле, имеющее второе направление поля, противоположное первому направлению поля, причем эта управляющая система выполнена с возможностью одновременного управления как первой системой преобразования питания для питания первого набора боковых катушек, второго набора боковых катушек, первого набора внутренних катушек и второго набора внутренних катушек, так и второй системой преобразования питания для питания первого набора нижних катушек и второго набора нижних катушек с тем, чтобы создать третье магнитное поле, имеющее упомянутое первое направление поля.
Эффект, получаемый за счет такого управления всеми наборами катушек в комбинации с магнитной развязкой структуры верхнего магнитного сердечника и структуры нижнего магнитного сердечника, заключается в том, что создается такое распределение/индукция магнитного поля в расплавленном металле в форме, который поддерживает поток с двойной циркуляцией для оптимального качества конечного металлического продукта.
В соответствии с одним вариантом осуществления количество боковых катушек равно по меньшей мере 4, количество внутренних катушек равно по меньшей мере 4, и количество нижних катушек равно по меньшей мере 4.
В соответствии с одним вариантом осуществления конструкция верхнего магнитного сердечника механически отделена от структуры нижнего магнитного сердечника.
В соответствии с одним вариантом осуществления первая система преобразования питания выполнена с возможностью питания постоянным током первого набора боковых катушек, второго набора боковых катушек, первого набора внутренних катушек и второго набора внутренних катушек, а вторая система преобразования питания выполнена с возможностью питания постоянным током первого набора нижних катушек и второго набора нижних катушек.
В соответствии с одним вариантом осуществления первая система преобразования питания выполнена с возможностью питания переменным током первого набора боковых катушек, второго набора боковых катушек, первого набора внутренних катушек и второго набора внутренних катушек.
В соответствии с одним вариантом осуществления первая система преобразования питания содержит Np первых преобразователей питания, где Np – целое число, кратное 4, и Nc – общее количество боковых катушек и внутренних катушек каждой из первой длинной стороны и второй длинной стороны, причем первый преобразователь питания k, где k – целое число, меньше или равное Np/2, соединен с боковыми катушками и внутренними катушками первой длинной стороны в соответствии с k+Nc/Np*(i1–1) и i1=1, 2, …, Nc/Np, а также с боковыми катушками и внутренними катушками второй длинной стороны в соответствии с Nc/2+k+Nc/Np*(i2–1), где i1=1, 2, …, Nc/Np.
В соответствии с одним вариантом осуществления первый преобразователь питания k, где k – целое число, большее чем Np/2, соединен с боковыми катушками и внутренними катушками первой длинной стороны в соответствии с Nc/2+k–Nc/Np+Nc/Np*(i1–1), а также с боковыми катушками и внутренними катушками второй длинной стороны в соответствии с k–Nc/Np+Nc/Np*(i2–1).
В соответствии с одним вариантом осуществления вторая система преобразования питания содержит два вторых преобразователя питания, причем вторые преобразователи питания m, где m – целое число, равное 1 или 2, соединены с нижней катушкой m на третьей длинной стороне и с нижней катушкой m+(–1)^(m–1) на четвертой длинной стороне. Кроме того, первый преобразователь питания второй системы (17) преобразования питания выполнен с возможностью питания первого набора (18a) нижних катушек первым постоянным током, а второй преобразователь (17–2) питания второй системы (17) преобразования питания выполнен с возможностью питания второго набора (18b) нижних катушек вторым/другим постоянным током.
В соответствии с одним вариантом осуществления первый набор преобразователей питания первой системы преобразования питания выполнен с возможностью питания первого набора боковых катушек и первого набора внутренних катушек первым постоянным током, а второй набор преобразователей питания первой системы преобразования питания выполнен с возможностью питания второго набора боковых катушек и второго набора внутренних катушек вторым/другим током.
Альтернативно, когда переменный ток связан с первой системой питания, первый набор преобразователей питания первой системы преобразования питания выполнен с возможностью питания первого набора боковых катушек и первого набора внутренних катушек переменным током первой амплитуды, а второй набор преобразователей питания первой системы преобразования питания выполнен с возможностью питания второго набора боковых катушек и второго набора внутренних катушек переменным током второй амплитуды, отличающейся от первой амплитуды.
В частности, литье в формате сляба страдает асимметрией потока в литейной форме благодаря асимметричному расположению затвора или неоднородной закупорке в SEN. Асимметричные условия потока могут привести к большим вариациям качества конечного металлического продукта на поверхности затвердевшего сляба, например, левая сторона сляба может содержать большие кластеры неметаллических включений благодаря бурному поведению мениска с этой стороны в литейной форме, тогда как намного меньшее количество дефектов на правой стороне означает намного более устойчивую ситуацию с литьем. Благодаря индивидуальному управлению, обеспечиваемому комбинацией первый преобразователь питания/второй преобразователь питания и/или третий преобразователь питания/четвертый преобразователь питания, обеспечивается локальное противодействие условиям асимметричного потока на левой и правой сторонах формы для слябов.
Ситуации с потоком могут различаться в верхней и нижней областях формы. Следовательно, требуемые электромагнитные поля в верхней и нижней областях, а также с левой и правой сторон, могут различаться. Для оптимальной гибкости в реагировании на эту ситуацию и противодействия нежелательным потокам максимальная магнитная независимость магнитных полей верхней и нижней областей обеспечивается посредством индивидуального управления парой полюсов, обеспечиваемого первым преобразователем питания/вторым преобразователем питания для верхней области формы и третьим преобразователем питания и четвертым преобразователем питания для нижней области формы.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предлагается способ управления системой электромагнитного тормоза для процесса производства металла, которая содержит: конструкцию верхнего магнитного сердечника, имеющую первую длинную сторону и вторую длинную сторону, которые устанавливаются на противоположные продольные стороны верхней части формы и каждая из которых снабжена множеством первых зубцов, конструкцию нижнего магнитного сердечника, имеющую третью длинную сторону и четвертую длинную сторону, которые устанавливаются на противоположные продольные стороны нижней части формы и каждая из которых снабжена множеством вторых зубцов, причем конструкция верхнего магнитного сердечника и конструкция нижнего магнитного сердечника являются магнитно-развязанными, боковые катушки, намотанные вокруг соответствующих боковых первых зубцов первой длинной стороны и второй длинной стороны, причем боковые катушки, намотанные вокруг противоположно расположенных боковых первых зубцов первого конца первой длинной стороны и второй длинной стороны формируют первый набор боковых катушек, а боковые катушки, намотанные вокруг противоположно расположенных боковых первых зубцов второго конца первой длинной стороны и второй длинной стороны, формируют второй набор боковых катушек, внутренние катушки, намотанные вокруг соответствующих первых зубцов, расположенных между боковыми первыми зубцами первой длинной стороны и второй длинной стороны, причем первый набор внутренних катушек, если он формируется внутренними катушками, намотанными вокруг противоположно расположенных внутренних зубцов, смежных с первым набором боковых катушек, и второй набор внутренних катушек, если он формируется внутренними катушками, намотанными вокруг противоположно расположенных внутренних зубцов, смежных со вторым набором боковых катушек, нижние катушки, намотанные вокруг соответствующего второго зуба, причем нижние катушки, намотанные вокруг противоположно расположенных боковых вторых зубцов первого конца третьей длинной стороны и четвертой длинной стороны, формируют первый набор нижних катушек, и нижние катушки, намотанные вокруг противоположно расположенных боковых вторых зубцов второго конца третьей длинной стороны и четвертой длинной стороны, формируют второй набор нижних катушек, первую систему преобразования питания, выполненную с возможностью питания первого набора боковых катушек, второго набора боковых катушек, первого набора внутренних катушек и второго набора внутренних катушек, вторую систему преобразования питания, выполненную с возможностью питания первого набора нижних катушек и второго набора нижних катушек, причем этот способ содержит: а) управление посредством управляющей системы первой системой преобразования питания для питания первого набора боковых катушек и второго набора боковых катушек с тем, чтобы создать первое магнитное поле, имеющее направление первого поля, и одновременное управление первой системой преобразования питания для питания первого набора внутренних катушек и второго набора внутренних катушек с тем, чтобы создать второе магнитное поле, имеющее направление второго поля, противоположное направлению первого поля, и b) управление посредством управляющей системы, одновременно со стадией а), второй системой преобразования питания для питания первого набора нижних катушек и второго набора нижних катушек с тем, чтобы создать третье магнитное поле, имеющее направление первого поля.
В соответствии с одним вариантом осуществления конструкция верхнего магнитного сердечника механически отделена от структуры нижнего магнитного сердечника.
В соответствии с одним вариантом осуществления на стадиях a) и b) управления первая система преобразования питания выполнена с возможностью питания постоянным током первого набора боковых катушек, второго набора боковых катушек, первого набора внутренних катушек и второго набора внутренних катушек, а вторая система преобразования питания выполнена с возможностью питания постоянным током первого набора нижних катушек и второго набора нижних катушек.
В соответствии с одним вариантом осуществления на стадиях a) и b) первая система преобразования питания выполнена с возможностью питания переменным током первого набора боковых катушек, второго набора боковых катушек, первого набора внутренних катушек и второго набора внутренних катушек.
В соответствии с одним вариантом осуществления первая система преобразования питания содержит Np первых преобразователей питания, где Np – целое число, кратное 4, и Nc – общее количество боковых катушек и внутренних катушек каждой из первой длинной стороны и второй длинной стороны, причем первый преобразователь питания k, где k – целое число, меньше или равное Np/2, соединен с боковыми катушками и внутренними катушками первой длинной стороны в соответствии с k+Nc/Np*(i1–1) и i1=1, 2, …, Nc/Np, а также с боковыми катушками и внутренними катушками второй длинной стороны в соответствии с Nc/2+k+Nc/Np*(i2–1), где i2=1, 2, …, Nc/Np.
В соответствии с одним вариантом осуществления первый преобразователь питания k, где k – целое число, большее чем Np/2, соединен с боковыми катушками и внутренними катушками первой длинной стороны в соответствии с Nc/2+k–Nc/Np+Nc/Np*(i1–1), а также с боковыми катушками и внутренними катушками второй длинной стороны в соответствии с k–Nc/Np+Nc/Np*(i2–1).
В соответствии с одним вариантом осуществления вторая система преобразования питания содержит два вторых преобразователя питания, причем вторые преобразователи питания m, где m – целое число, равное 1 или 2, соединены с нижней катушкой m на третьей длинной стороне и с нижней катушкой m+(–1)^(m–1) на четвертой длинной стороне.
В соответствии с одним вариантом осуществления на стадиях a) и b) управления способ дополнительно содержит стадии питания первого набора боковых катушек и первого набора внутренних катушек первым постоянным током и питания второго набора боковых катушек и второго набора внутренних катушек вторым/другим постоянным током.
В соответствии с одним вариантом осуществления на стадиях a) и b) управления способ дополнительно содержит стадии питания первого набора нижних катушек первым постоянным током и питания второго набора нижних катушек вторым/другим постоянным током.
В соответствии с одним вариантом осуществления на стадиях a) и b) управления способ дополнительно содержит стадии питания первого набора боковых катушек и первого набора внутренних катушек переменным током первой амплитуды и питания второго набора боковых катушек и второго набора внутренних катушек переменным током второй амплитуды, которая отличается от первой амплитуды.
Все термины, используемые в формуле изобретения, должны интерпретироваться в соответствии с их обычным значением в данной области техники, если явно не указано иное. Все ссылки на элемент, устройство, компонент, средства и т.д. должны интерпретироваться в открытом смысле, как относящиеся по меньшей мере к одному элементу, устройству, компоненту, средству и т.д., если явно не указано иное. Кроме того, стадии способа не обязательно должны выполняться в указанном порядке, если явно не указано иное.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее посредством примера будут описаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопутствующие чертежи, в которых:
Фиг. 1 схематично показывает вид сбоку одного примера системы электромагнитного тормоза;
Фиг. 2a схематично показывает вид сверху структуры верхнего магнитного сердечника;
Фиг. 2b схематично показывает вид сверху структуры нижнего магнитного сердечника;
Фиг. 3a показывает распределение магнитного поля вдоль верхней длинной стороны формы;
Фиг. 3b показывает распределение магнитного поля вдоль нижней длинной стороны формы;
Фиг. 3c показывает плотность магнитного потока, если смотреть от широкой стороны формы;
Фиг. 4a показывает один пример соединения множества боковых и внутренних катушек;
Фиг. 4b показывает один пример соединения множества нижних катушек;
Фиг. 5a показывает другой пример соединения множества боковых и внутренних катушек;
Фиг. 5b показывает другой пример соединения множества нижних катушек;
Фиг. 6 представляет собой блок–схему способа управления системой электромагнитного тормоза;
Фиг. 7a изображает асимметричное распределение магнитного поля вдоль противоположно расположенных продольных/широких сторон формы, создаваемое структурой верхнего магнитного сердечника с неравномерными токами; и
Фиг. 7b иллюстрирует асимметричное магнитное поле, создаваемое структурой нижнего магнитного сердечника с неравномерными токами.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Настоящее изобретение будет теперь описано более подробно со ссылкой на приложенные чертежи, которые показывают иллюстративные варианты осуществления. Настоящее изобретение, однако, может быть воплощено во многих различных формах и не должно рассматриваться как ограничиваемое вариантами осуществления, сформулированными в настоящем документе; скорее эти варианты осуществления приводятся в качестве примера для того, чтобы данное раскрытие было полным и завершенным и полностью передавало область охвата настоящего изобретения специалистам в данной области техники. Одинаковые ссылочные обозначения относятся к одинаковым элементам во всем тексте описания.
Системы электромагнитного тормоза, представленные в настоящем документе, могут быть использованы в металлургии, и более конкретно при литье. Примерами процессов производства металла являются производство стали и производство алюминия. Система электромагнитного тормоза может выгодно использоваться, например, в процессе непрерывной разливки.
Фиг. 1 показывает один пример компоновки литейной формы 1, включающей в себя SEN 3 и пластины 5a и 5b, образующие форму. SEN 3 находится между пластинами 5a и 5b в форме. Компоновка литейной формы 1 также включает в себя систему 7 электромагнитного тормоза, выполненную с возможностью обеспечения торможения и/или перемешивания расплавленного металла в форме.
Система 7 электромагнитного тормоза включает в себя верхний магнитный сердечник 8, снабженный катушками, такими как боковые катушки 9–1, 9–8. Система 7 электромагнитного тормоза также включает в себя первую систему 11 преобразования питания, выполненную с возможностью питания катушек 8 верхнего магнитного сердечника. Первая система 11 преобразования питания может содержать один или более первых преобразователей питания. Первая система 11 преобразования питания выполнена с возможностью подачи постоянного и/или переменного тока на катушки 8 верхнего магнитного сердечника.
Система 7 электромагнитного тормоза также включает в себя конструкцию 13 нижнего магнитного сердечника, снабженную катушками, такими как нижние катушки 15–1, 15–4. Верхний магнитный сердечник 8 и конструкция 13 нижнего магнитного сердечника являются магнитно-развязанными. В частности верхний магнитный сердечник 8 и конструкция 13 нижнего магнитного сердечника являются физически отдельными объектами.
Система 7 электромагнитного тормоза также включает в себя вторую систему 17 преобразования питания, выполненную с возможностью питания катушек структуры 13 нижнего магнитного сердечника. Вторая система 17 преобразования питания может содержать один или более вторых преобразователей питания. Вторая система 17 преобразования питания выполнена с возможностью подачи постоянного тока на катушки структуры 13 нижнего магнитного сердечника.
Система 7 электромагнитного тормоза также включает в себя управляющую систему 19, выполненную с возможностью индивидуального управления каждой из первой системы 11 преобразования питания и второй системы 17 преобразования питания. Дополнительно к этому, если первая система 11 преобразования питания включает в себя более одного первого преобразователя питания, управляющая система 19 выполнена с возможностью индивидуального управления каждым из этих первых преобразователей питания. Дополнительно к этому, если вторая система 17 преобразования питания включает в себя более одного второго преобразователя питания, управляющая система 19 выполнена с возможностью индивидуального управления каждым из этих вторых преобразователей питания.
Каждый преобразователь питания первой системы преобразования питания и второй системы преобразования питания является источником тока, например, таким как ABB DCS 800 MultiDrive.
Фиг. 2a показывает одну примерную конфигурацию структуры 8 верхнего магнитного сердечника, снабженного катушками, а Фиг. 2b показывает одну примерную конфигурацию структуры 13 нижнего магнитного сердечника, снабженного катушками. Это представляет собой минимальную конструкцию, в которой работает управление катушками, которое будет описано в настоящем документе.
Верхняя магнитная конструкция 8 имеет первую длинную сторону 8a и вторую длинную сторону 8b, противоположную первой длинной стороне 8a. Первая длинная сторона 8a и вторая длинная сторона 8b выполнены с возможностью их установки на верхние части противоположных продольных сторон/широких поверхностей литейной формы. Каждая из первой длинной стороны 8a и второй длинной стороны 8b содержит множество первых зубцов 10a–10f. В этом примере первые зубцы 10a, 10d, 10e и 10h являются боковыми первыми зубцами, а первые зубцы 10b–c и 10f–g являются внутренними первыми зубцами. Боковые первые зубцы 10a и 10h расположены на первом конце первой длинной стороны 8a и второй длинной стороны 8b. Боковые первые зубцы 10d и 10e расположены на противоположном первому концу втором конце первой длинной стороны 8a и второй длинной стороны 8b.
Как было отмечено выше, система 7 электромагнитного тормоза содержит множество катушек, в данном примере катушки 9–1–9–8. Боковые катушки 9–1, 9–4, 9–5 и 9–8 намотаны вокруг соответствующего первого бокового зубца 10a, 10d, 10e и 10h. Внутренние катушки 9–2, 9–3 и 9–6, 9–7 намотаны вокруг соответствующего внутреннего зубца 10b, 10c, 10f и 10g.
В данном примере боковые катушки 9–1 и 9–8 первого конца формируют первый набор 14a боковых катушек. Боковые катушки 9–4 и 9–5 второго конца формируют второй набор 14b катушек. Внутренние катушки 9–2, 9–7, смежные с первым набором 14a боковых катушек, формируют первый набор 14c внутренних катушек, а внутренние катушки 9–3, 9–6 смежные со вторым набором 14b боковых катушек, формируют второй набор 14d внутренних катушек.
Управляющая система 19 выполнена с возможностью управления первой системой 11 преобразования питания для питания первого набора 14a боковых катушек и второго набора 14b боковых катушек с тем, чтобы создать первое магнитное поле, имеющее первое направление поля. Кроме того, управляющая система 19 выполнена с возможностью управления первой системой 11 преобразования питания для одновременного питания первого набора 14c внутренних катушек и второго набора 14d внутренних катушек с тем, чтобы создать второе магнитное поле, имеющее второе направление поля, противоположное первому направлению поля.
При использовании это обеспечивает два горизонтальных магнитных поля в расплавленном металле в литейной форме, имеющих противоположные направления.
Фиг. 2b показывает один пример структуры 13 нижнего магнитного сердечника. Конструкция 13 нижнего магнитного сердечника имеет третью длинную сторону 13a и четвертую длинную сторону 13b. Третья длинная сторона 13a и четвертая длинная сторона 13b выполнены с возможностью их установки на нижние части противоположных продольных сторон/широких поверхностей литейной формы. Каждая из третьей длинной стороны 13a и четвертой длинной стороны 13c снабжена множеством вторых зубцов 16a–16d.
Система 7 электромагнитного тормоза также содержит множество нижних катушек 15–1, 15–2, 15–3, 15–4, намотанных вокруг соответствующего второго зубца 16a–16d. Нижние катушки 15–1 и 15–4 являются боковыми нижними катушками и предусматриваются на противоположно расположенных зубцах 16a и 16d третьей длинной стороны 13a и четвертой длинной стороны 13b, соответственно. Они образуют первый набор 18a нижних катушек. Аналогичным образом нижние катушки 15–2 и 15–3 являются боковыми нижними катушками и предусматриваются на противоположно расположенных зубцах 16b и 16c третьей длинной стороны 13a и четвертой длинной стороны 13b, соответственно. Нижние катушки 15–2 и 15–c образуют второй набор 18b нижних катушек.
Управляющая система 19 выполнена с возможностью управления второй системой 17 преобразования питания, аналогично вышеописанному одновременному управлению первым набором 14a боковых катушек, вторым набором 14b боковых катушек, первым набором 14c внутренних катушек и вторым набором 14d внутренних катушек, для питания первого набора 18a нижних катушек и второго набора 18b нижних катушек с тем, чтобы создать третье магнитное поле, имеющее направление первого поля. Следовательно, третье магнитное поле имеет то же самое направление, что и первое магнитное поле, обеспечиваемое структурой 8 верхнего магнитного сердечника. Таким образом, может быть создан выраженный поток с двойной циркуляцией.
Фиг. 3a изображает распределение магнитного поля вдоль противоположно расположенных продольных сторон/широких поверхностей литейной формы, создаваемое структурой 8 верхнего магнитного сердечника. Ось Y показывает магнитное поле B, а ось X показывает положение вдоль широкой стороны формы. Здесь показаны первое магнитное поле B1, создаваемое первым набором 14a боковых катушек и вторым набором 14b боковых катушек, и второе магнитное поле B2, создаваемое первым набором 14c внутренних катушек и вторым набором 14d внутренних катушек.
Фиг. 3b аналогична Фиг. 3a, но показывает магнитное поле B, создаваемое структурой 13 нижнего магнитного сердечника вдоль нижней части литейной формы. Здесь показано третье магнитное поле B3, создаваемое первым набором 18a нижних катушек и вторым набором 18b нижних катушек.
Фиг. 3c показывает плотность магнитного потока, создаваемого в расплавленном металле посредством структуры 8 верхнего магнитного сердечника и структуры 13 нижнего магнитного сердечника, а также описанное выше управление для создания выраженного потока с двойной циркуляцией в расплавленном металле. Первое магнитное поле B1 и второе магнитное поле B2 показаны в верхней части чертежа, а третье магнитное поле B3 показано в нижней части. Стрелки показывают структуру потока с двойной циркуляцией, создаваемую в расплаве.
Фиг. 4a и 4b показывают один пример соединения катушек с использованием одного первого преобразователя 11–1 питания для питания первого набора 14a боковых катушек, второго набора 14b боковых катушек, а также первого набора 14c внутренних катушек и второго набора 14d внутренних катушек, и одного второго преобразователя 17–1 питания для питания первого набора 18a нижних катушек и второго набора 18b нижних катушек.
Все боковые и внутренние катушки 9–1–9–8 соединены последовательно друг с другом и с первым преобразователем 11–1 питания. Все нижние катушки 15–1–15–4 соединены последовательно друг с другом и со вторым преобразователем 17–1 питания. Посредством этих соединений вышеописанное распределение магнитного поля может быть получено с использованием одного первого преобразователя 11–1 питания для питания катушек, намотанных вокруг первых зубцов структуры 8 верхнего магнитного сердечника, и одного второго преобразователя 17–1 питания для питания катушек, намотанных вокруг вторых зубцов структуры 13 нижнего магнитного сердечника.
Далее будет описана общая схема соединения для случая, когда первая система 11 преобразования питания содержит Np первых преобразователей питания, где Np – целое число, кратное 4.
Nc означает общее количество катушек каждой из первой длинной стороны и второй длинной стороны структуры 8 верхнего магнитного сердечника. Например, на Фиг. 2a Nc равно 4. При описании этой схемы соединения не будет делаться никакого различия между боковыми и внутренними катушками; все катушки, намотанные вокруг первых зубцов, будут упоминаться просто как «катушки». k–ый первый преобразователь питания, где k меньше или равно Np/2, соединяется с катушками вдоль первой длинной стороны 8a в соответствии с k+Nc/Np*(i1–1), где i1=1, 2, …, Nc/Np, и с боковыми катушками второй длинной стороны в соответствии с Nc/2+k+Nc/Np*(i2–1), где i2=1, 2, …, Nc/Np. Следует отметить, что нумерация катушек производится слева направо вдоль первой длинной стороны 8a и справа налево вдоль второй длинной стороны 8b. Следовательно, нумерация катушек производится круговым образом.
Когда k является целым числом, большим чем Np/2, первый преобразователь питания k соединяется с катушками первой длинной стороны в соответствии с Nc/2+k–Nc/Np+Nc/Np*(i1–1) и с катушками второй длинной стороны в соответствии с k–Nc/Np+Nc/Np*(i2–1).
Далее будет описана общая схема соединения для нижних катушек в том случае, когда вторая система 17 преобразования питания содержит два вторых преобразователя питания. В соответствии с этой схемой соединения второй преобразователь питания m, где m – целое число, равное 1 или 2, соединяется с нижней катушкой m на третьей длинной стороне и с нижней катушкой m+(–1)^(m–1) на четвертой длинной стороне. Нумерация катушек производится слева направо вдоль третьей длинной стороны 13a и справа налево вдоль четвертой длинной стороны 13b.
Посредством этих общих схем соединения структура потока с выраженной двойной циркуляцией может быть получена с использованием ранее описанного управления первой системой преобразования питания и второй системой преобразования питания.
Дополнительно к этому, также может быть обеспечено управление асимметричным потоком. В частности, индивидуальные магнитные поля могут быть обеспечены с левой стороны/правой стороны на верхнем уровне литейной формы, а также независимо на нижнем уровне литейной формы, позволяя таким образом активно управлять потоком в зависимости от асимметрии структуры потока слева/справа и сверху/снизу в литейной форме.
Симметрия магнитных полей и управление потоком на верхнем уровне литейной формы не зависит от типа управления потоком на нижнем уровне формы. Например, при определенных обстоятельствах асимметричное управление потоком слева/справа на верхнем уровне литейной формы может быть объединено с симметричным управлением потоком слева/справа на нижнем уровне формы, или симметричное управление потоком на верхнем уровне формы может быть объединено с асимметричным управлением потоком на нижнем уровне формы. Также возможно обеспечить симметричное управление потоком и на верхнем, и на нижнем уровнях формы, или обеспечить независимое асимметричное управление потоком и на верхнем, и на нижнем уровнях формы.
Во время процесса литья картина потока расплавленного металла в форме может становиться асимметричной из–за отклонений от идеальных условий в форме или выше по течению в SEN, что приводит к неоднородной закупорке SEN, асимметричного расположения пробки или задвижки, или асимметричного введения аргона. Даже при совершенно ровной и симметричной геометрии турбулентность потока в SEN и в литейной форме вызывает вариации потока, которые в различной степени порождают асимметричные структуры потока. Эти асимметричные условия потока могут приводить к большим локальным вариациям качества конечного металлического продукта, например левая сторона затвердевшего сляба может содержать большие кластеры неметаллических включений близко к поверхности из–за бурного поведения мениска и захвата формовочного порошка с левой стороны.
Путем применения асимметричного управления потоком асимметрия в структуре потока в литейной форме может быть смягчена, поддерживая, таким образом, более устойчивый и симметричный процесс литья. Например, чрезмерные колебания мениска и скоростей потока с одной стороны литейной формы могут быть смягчены дополнительной стабилизацией и торможением в этой области, или неравномерное соотношение скоростей между струями SEN из–за закупорки может быть сделано более однородным путем применения большего торможения с одной стороны нижней части формы. Преимущества асимметричного управления потоком включают в себя однородность затвердевшего конечного продукта, а также гибкое и локализованное управление процессом литья.
Фиг. 5a показывает один пример соединения в соответствии со схемой соединения верхних катушек, имеющий в общей сложности шестнадцать катушек 9–1–9–16, намотанных вокруг соответствующих шестнадцати первых зубцов структуры верхнего магнитного сердечника, которая для облегчения понимания опущена. Проиллюстрированная на Фиг. 5a система электромагнитного тормоза включает в себя первую систему преобразования питания, имеющую четыре первых преобразователя 11–1–11–4 питания. Боковые катушки 9–1, 9–2 и противоположно расположенные боковые катушки 9–16 и 9–15 первого конца структуры верхнего магнитного сердечника формируют первый набор 14a боковых катушек, а боковые катушки 9–7, 9–8 и боковые катушки 9–9 и 9–10 второго конца структуры верхнего магнитного сердечника формируют второй набор 14b боковых катушек. Внутренние катушки 9–3 и 9–4 и противоположно расположенные внутренние катушки 9–14 и 9–13 формируют первый внутренний набор 14c катушек, расположенный смежно с первым набором 14a боковых катушек. Внутренние катушки 9–5, 9–6 и противоположно расположенные внутренние катушки 9–12 и 9–11 формируют второй набор 14d внутренних катушек, расположенный смежно со вторым набором 14b боковых катушек. Первые преобразователи 11–1 и 11–2 питания управляют работой первого набора 14a боковых катушек и первого набора 14c внутренних катушек, а первые преобразователи 11–3 и 11–4 управляют работой второго набора 13b боковых катушек и второго набора 14d внутренних катушек. Управляющая система 19 выполнена с возможностью управления таким образом, чтобы первый набор 14a боковых катушек и второй набор 14b боковых катушек создавали первое магнитное поле в первом направлении, а так же чтобы первый набор 14c внутренних катушек и второй набор 14d внутренних катушек создавали второе магнитное поле во втором направлении.
Фиг. 5b изображает один пример соединения в соответствии со схемой соединения нижних катушек, имеющий в общей сложности четыре катушки 15–1–15–4, намотанные вокруг соответствующих четырех вторых зубцов структуры нижнего магнитного сердечника, которая для облегчения понимания опущена. Проиллюстрированная на Фиг. 5b система электромагнитного тормоза включает в себя вторую систему преобразования питания, имеющую два первых преобразователя 17–1 и 17–2 питания. Противоположно расположенные нижние катушки 15–1 и 15–4, то есть расположенные на третьей длинной стороне и четвертой длинной стороне, соответственно, формируют первый набор 18a нижних катушек, а противоположно расположенные нижние катушки 15–2 и 15–3 формируют второй набор 14b боковых катушек. Второй преобразователь 17–1 питания управляет работой первого набора 18a нижних катушек, а второй преобразователь 17–2 питания управляет работой второго набора 18b нижних катушек. Управляющая система 19 выполнена с возможностью управления ими так, чтобы первый набор 18a нижних катушек и второй набор 18b нижних катушек создавали третье магнитное поле в первом направлении.
Фиг. 6 показывает блок–схему способа управления системой 7 электромагнитного тормоза.
На стадии a) первой системе 11 преобразования питания дается команда включить питание первого набора 14a боковых катушек и второго набора 14b боковых катушек для того, чтобы создать первое магнитное поле, имеющее направление первого поля, и одновременно первой системе 11 преобразования питания дается команда включить питание первого набора 14c внутренних катушек и второго набора 14d внутренних катушек для того, чтобы создать второе магнитное поле, имеющее направление второго поля, противоположное первому направлению.
Одновременно со стадией a) второй системе 17 преобразования питания дается команда включить питание первого набора нижних катушек и второго набора нижних катушек для того, чтобы создать третье магнитное поле, имеющее направление первого поля.
Асимметричное управление потоком обеспечивается способом управления системой электромагнитного тормоза за счет применения неодинаковых токов внутри систем преобразования питания. Индивидуальные преобразователи питания в данной системе преобразования питания могут питать катушки различным постоянным током и/или переменным током с различными амплитудами, распределяя таким образом различные токи по индивидуальным катушкам, и следовательно создавая неравномерное распределение магнитного поля вдоль длинной стороны.
Таким образом, для примера, показанного на Фиг. 5a, индивидуальное управление потоком может быть обеспечено с левой/правой стороны на верхнем уровне литейной формы путем различного конфигурирования токов от индивидуальных преобразователей питания (11–1, 11–2, 11–3, 11–4) в системе 11 преобразования питания так, чтобы ток, питающий первые наборы боковых и внутренних катушек с левой стороны (14–a, 14–c), отличался от тока, питающего вторые наборы боковых и внутренних катушек с правой стороны (14–b, 14–d). Независимо, для примера на Фиг. 5b, индивидуальное управление потоком может быть обеспечено с левой/правой стороны на нижнем уровне литейной формы путем различного конфигурирования токов от индивидуальных преобразователей питания (17–1, 17–2) в системе 17 преобразования питания так, чтобы ток, питающий набор катушек с левой стороны (18–a), отличался от тока, питающего набор катушек с правой стороны (18–b).
Фиг. 7a изображает асимметричное распределение магнитного поля вдоль противоположно расположенных продольных/широких сторон формы, создаваемое структурой 8 верхнего магнитного сердечника с неравномерными токами в системе (11) преобразователя питания. Ось Y показывает магнитное поле B, а ось X показывает положение вдоль широкой стороны формы. Здесь показаны первое магнитное поле B1, создаваемое первым набором 14a боковых катушек и вторым набором 14b боковых катушек, и второе магнитное поле B2, создаваемое первым набором 14c внутренних катушек и вторым набором 14d внутренних катушек. Здесь величина тока в первом наборе 14a боковых катушек и первом наборе 14c внутренних катушек является более высокой, чем во втором наборе 14b боковых катушек и втором наборе 14d внутренних катушек, для получения более сильного управления потоком на левой стороне верхней части литейной формы.
Аналогичным образом Фиг. 7b показывает асимметричное магнитное поле, создаваемое структурой 13 нижнего магнитного сердечника с различными токами внутри системы (17) преобразования питания вдоль нижней части литейной формы. Здесь показано третье магнитное поле B3, создаваемое первым набором 18a нижних катушек и вторым набором 18b нижних катушек. В этом примере величина тока в первом наборе 18a катушек является более высокой, чем во втором наборе 18b катушек, для получения более сильного управления потоком на левой стороне нижней части литейной формы.
Концепция настоящего изобретения была в основном описана выше со ссылкой на несколько примеров. Однако, как будет понятно специалисту в данной области техники, другие варианты осуществления, отличные от раскрытых выше, в равной степени возможны в рамках концепции настоящего изобретения, определяемой прилагаемой формулой изобретения.